AngII诱导的慢性心衰小鼠

发布时间：2025-07-01 08:01:52 阅读量：1 作者：生物检测中心

AngII诱导的慢性心衰小鼠模型：机制、表型与应用

摘要： 血管紧张素II (AngII) 是肾素-血管紧张素-醛固酮系统 (RAAS) 的核心效应肽，在慢性心力衰竭 (CHF) 的发生发展中扮演关键角色。AngII灌注诱导的小鼠模型是研究CHF病理机制及干预策略的重要工具。该模型通过持续激活RAAS，有效模拟了人类CHF的核心病理特征，包括心肌肥大、纤维化、收缩功能障碍及神经内分泌激活。本文综述了AngII诱导慢性心衰小鼠模型的建立方法、病理生理变化、分子机制及其在基础与转化研究中的应用价值。

引言
慢性心力衰竭是一种复杂且致命的临床综合征，以心脏泵血功能进行性下降为主要特征，伴有心肌结构重构和神经体液系统过度激活。RAAS的病理性激活是驱动CHF进展的核心机制之一。AngII作为RAAS的主要效应分子，通过与血管紧张素II 1型受体 (AT1R) 结合，触发一系列级联反应，导致心肌细胞肥大、凋亡、成纤维细胞活化、细胞外基质过度沉积（纤维化）、氧化应激、炎症反应以及全身性血管收缩和水钠潴留。因此，直接利用外源性AngII建立CHF模型，成为研究该病核心病理过程的经典且可控的方法。

模型建立方法

  1. 实验动物选择： 成年雄性C57BL/6小鼠是最常用的品系，因其遗传背景清晰、易于获取且对AngII诱导的心脏重构反应相对敏感。根据研究目的，也可选用其他品系或基因修饰小鼠。
  2. AngII给药：
    • 途径： 皮下埋植微型渗透压泵是最常用且可靠的方法，可实现AngII的持续稳定释放。
    • 剂量与时间： 典型的造模方案采用 1000-1500 ng/kg/min 的AngII剂量，持续泵注 2-4周。此剂量和时间可稳定诱导出显著的心肌肥大、纤维化和一定程度的心功能下降（射血分数保留型心衰表型常见）。更高剂量（如2000 ng/kg/min）或更长周期（如6周）可能诱导更严重的心功能不全（射血分数降低型心衰表型）。需设置生理盐水泵对照组。
    • 监测： 定期监测小鼠体重、血压（通常采用尾套法或植入式遥测技术）及一般状态。AngII灌注会导致显著的持续性血压升高（高血压）。
  3. 终点评估：
    • 心功能评估： 高频超声心动图是核心评估手段，测量参数包括：左心室射血分数 (LVEF)、左心室短轴缩短率 (LVFS)、左心室舒张末期内径 (LVEDd)、左心室收缩末期内径 (LVESd)、左心室壁厚度 (LVWT) 等。
    • 心脏重量与形态学： 处死后称量心脏体重比 (HW/BW)、肺体重比 (LW/BW，反映肺淤血)。进行心脏组织切片。
    • 组织病理学：
      • 心肌肥大： HE染色观察心肌细胞横截面积；免疫组化检测胚胎基因表达（如ANP, BNP, β-MHC）。
      • 心肌纤维化： Masson三色染色或Sirius Red染色定量评估胶原沉积面积；免疫组化检测纤维化相关标志物（如胶原I、III，α-SMA，TGF-β1）。
    • 分子生物学： qRT-PCR、Western Blot检测肥大标志物（ANP, BNP, β-MHC）、纤维化标志物（胶原I/III，CTGF, TGF-β1, α-SMA）、炎症因子（TNF-α, IL-1β, IL-6）、氧化应激标志物（NOX亚基，3-NT, 4-HNE）、凋亡通路相关蛋白（Bax/Bcl-2, Caspase-3）以及RAAS组分（ACE, AT1R, ACE2, MasR）的表达水平。
    • 生物标志物： 检测血浆或心肌组织匀浆中的ANP、BNP、NT-proBNP水平。
 

病理生理特征与分子机制

  1. 血流动力学改变： AngII直接作用于血管平滑肌细胞AT1R，引起强烈且持续的血管收缩，导致系统性高血压，显著增加心脏后负荷。
  2. 心肌肥大： AngII通过心肌细胞上的AT1R激活多种信号通路：
    • Gq/磷脂酶C (PLC)/蛋白激酶C (PKC) 通路： 激活后导致细胞内钙离子浓度增高，激活钙调磷酸酶 (Calcineurin) 和钙调蛋白依赖性激酶II (CaMKII)，继而激活转录因子如NFAT、MEF2、GATA4，促进胚胎肥大基因的表达。
    • MAPK通路： 激活ERK1/2， JNK, p38 MAPK，促进蛋白质合成和细胞生长。
    • JAK/STAT通路： 参与炎症和肥大反应。
    • ROS产生： 激活NADPH氧化酶 (NOX)，尤其是NOX2和NOX4，产生过量活性氧 (ROS)。ROS既是信号分子促进肥大通路活化，也是导致心肌损伤的关键介质。
  3. 心肌纤维化： AngII直接刺激心脏成纤维细胞：
    • TGF-β1/Smad通路激活： AngII是TGF-β1的重要诱导剂，激活的TGF-β1通过Smad2/3信号促使成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，并大量合成和分泌胶原蛋白等细胞外基质。
    • ROS介导的活化： ROS可激活多种促纤维化信号通路。
    • 炎症细胞浸润： AngII促进单核/巨噬细胞浸润心肌组织，释放促纤维化因子 (如TNF-α, IL-1β, IL-6)，加剧纤维化进程。
  4. 炎症与氧化应激： AngII通过AT1R激活核因子kB (NF-kB) 等转录因子，诱导多种促炎因子表达。同时，NOX途径产生的过量ROS导致脂质过氧化、蛋白质硝化和DNA损伤，进一步放大炎症反应和细胞损伤。
  5. 心肌细胞凋亡与死亡： 持续的AngII刺激、ROS积累、钙超载及炎症因子共同作用，激活线粒体凋亡通路和死亡受体通路，导致心肌细胞凋亡或坏死，直接损害心肌收缩单元。
  6. 神经内分泌激活： AngII本身是强大的神经内分泌激活因子，促进交感神经系统兴奋和醛固酮释放，形成恶性循环，进一步加剧心脏重构和衰竭。
  7. 心功能下降： 上述病理改变的最终结果是心肌僵硬度增加（舒张功能障碍），心肌收缩力受损（收缩功能障碍），心室腔几何结构改变（重构），最终导致泵血功能下降。模型早期常表现为射血分数保留的心衰 (HFpEF)，长期高剂量刺激下可发展为射血分数降低的心衰 (HFrEF)。
 

模型优势

  • 针对性强： 直接靶向CHF的核心驱动因素之一——RAAS过度激活。
  • 表型明确可控： 通过调整AngII剂量和灌注时间，可相对精确地控制模型严重程度（从早期重构到明显心衰）。
  • 成模时间短： 通常2-4周即可产生显著的心肌肥大和纤维化。
  • 可重复性好： 操作方法成熟，结果稳定可靠。
  • 易于与遗传学结合： 非常适合在转基因或基因敲除小鼠上研究特定基因在AngII介导的心衰通路中的作用。
  • 适用于药效学评价： 是筛选和评价RAAS抑制剂（ACEI, ARB, ARNI）、醛固酮受体拮抗剂 (MRA) 以及其他靶向肥大、纤维化、炎症、氧化应激通路药物的重要平台。
 

局限性

  • 显著的血压升高： AngII诱导的高血压是模型的核心特征，这使得在研究某些心脏特异性作用机制时，难以完全区分血压负荷本身与AngII对心脏的直接效应。常需结合压力负荷独立模型（如主动脉弓缩窄术）进行比较分析。
  • 表型侧重： 主要模拟了由RAAS过度激活和高血压驱动的心脏重构，对缺血性心肌病等其他类型心衰的表征有限。
  • 物种差异： 小鼠与人类在心血管生理、对AngII敏感度及RAAS组分表达上存在差异。
  • HFrEF表型相对温和： 标准方案下，心功能下降程度可能不如某些慢性缺血或快速起搏诱导的模型显著，尽管延长周期或增加剂量可加重表型。
  • 手术操作影响： 植入泵本身是一种手术干预，可能带来轻微的应激或局部炎症反应。
 

应用价值

  1. 病理机制研究： 深入阐明AngII/AT1R信号轴及其下游通路（Gq, MAPK, JAK/STAT, TGF-β/Smad, ROS, Ca²⁺信号等）在心肌肥大、纤维化、炎症、氧化应激和细胞死亡中的核心作用。鉴定新的关键靶点分子。
  2. 基因功能研究： 在特定基因修饰（过表达、敲除、点突变）小鼠上应用该模型，明确目标基因在AngII介导的心脏重构和心衰中的功能。
  3. 药物筛选与评价：
    • 评估经典RAAS阻断剂（ACEI, ARB, MRA, ARNI）的疗效及潜在副作用。
    • 筛选和验证靶向心肌肥大、纤维化、炎症、氧化应激、凋亡等过程的新型治疗药物（如激酶抑制剂、抗纤维化药物、抗氧化剂、抗炎生物制剂等）。
    • 研究药物联合治疗的协同效应。
  4. 干预策略探索： 研究非药物干预（如特定饮食、运动训练）对AngII诱导心衰的影响及其机制。
  5. 生物标志物发现： 识别与AngII驱动的心衰发生发展相关的新的循环或组织生物标志物。
 

结论
AngII持续灌注诱导的小鼠慢性心衰模型，通过直接模拟人类CHF的关键驱动因素——RAAS过度激活，成功再现了心肌肥大、纤维化、神经内分泌激活及进行性心功能下降等核心病理特征。该模型具有成模时间短、表型可控性好、可重复性高、易于与遗传操作结合等显著优势，使其成为CHF基础机制研究、靶点发现及新药临床前评价不可或缺的重要工具。尽管存在模型依赖高血压等局限性，通过精心设计实验（如结合血压监测、设置合适的对照组、联合其他模型），其科学价值和转化意义已被广泛证实。持续优化该模型并深入挖掘其揭示的病理机制，将为最终攻克慢性心力衰竭提供重要的科学支撑。

参考文献

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  8. ​近期研究（请在PubMed等数据库检索关键词如 “Angiotensin II heart failure mouse model recent”）。(体现最新进展)
 

请注意： 本文基于公开的科学研究文献撰写，内容聚焦于科学原理与方法。所有操作均需严格遵守所在机构的动物实验伦理规范并获得伦理委员会批准。