HFD诱导ApoE-KO小鼠动脉粥样硬化模型

HFD诱导ApoE敲除小鼠动脉粥样硬化模型：原理与应用

摘要：
高脂饮食（HFD）联合载脂蛋白E基因敲除（ApoE-KO）小鼠模型是研究动脉粥样硬化发病机制、病理进程及药物干预的金标准模型之一。本模型通过基因缺陷与膳食诱导双重作用，高效模拟人类动脉粥样硬化的关键特征。

一、 模型基础原理

1. ApoE基因功能缺失：
   • ApoE是血浆脂蛋白（如乳糜微粒、VLDL残粒）清除的关键配体，介导其通过肝脏LDL受体等途径代谢。
   • ApoE-KO小鼠因缺乏功能性ApoE蛋白，导致血浆富含胆固醇的脂蛋白（尤其是β-VLDL）显著升高且清除障碍，形成严重的高胆固醇血症基础。
2. 高脂饮食（HFD）诱导：
   • 在ApoE-KO小鼠遗传易感性的基础上，饲喂富含胆固醇和饱和脂肪的HFD，可进一步加重高脂血症，特别是升高血清总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平。
   • 常用HFD配方通常包含21%脂肪（如猪油、椰子油等饱和脂肪来源）、0.15-0.25%胆固醇，有时添加胆酸盐（如0.5%胆酸钠）以促进胆固醇吸收。
3. 协同效应：
   • ApoE缺失与HFD协同作用，导致循环中致动脉粥样硬化的脂蛋白水平急剧、持续升高。
   • 长期高水平脂蛋白浸润并沉积于动脉内膜，触发内皮功能障碍、单核细胞募集、泡沫细胞形成以及后续的炎症反应和平滑肌细胞迁移增殖等动脉粥样硬化核心病理过程。

二、 模型构建方法

1. 实验动物：
   • 纯合子ApoE-KO小鼠（通常背景品系为C57BL/6）。
   • 年龄匹配的野生型（WT）同背景小鼠作为对照。
2. 饲养与分组：
   • 对照组（Ctrl）： WT小鼠饲喂普通维持饲料（Chow diet）。
   • 模型组（AS）： ApoE-KO小鼠饲喂高脂饲料（HFD）。
   • 可选组： ApoE-KO小鼠饲喂普通饲料（可观察轻度自发斑块形成）、WT小鼠饲喂HFD（评估饮食单独作用）。
3. 建模周期：
   • 起始周龄： 通常6-10周龄开始给予HFD。
   • 饲养周期：
     • 早期病变（脂纹/脂肪条纹）： HFD饲喂4-8周后，主动脉根部、主动脉弓、头臂干分支处可见明显脂质沉积。
     • 中期病变（纤维脂质斑块）： HFD饲喂12-16周后，斑块结构更复杂，可见脂质核心和纤维帽形成。
     • 晚期病变（复杂斑块）： HFD饲喂20周以上，可能出现坏死核心扩大、钙化、斑块内出血甚至斑块破裂倾向（尤其头臂干）。整个周期通常不超过30周。
4. 饲养管理：
   • 自由饮食饮水。
   • 定期监测体重变化（HFD易导致体重增加）。
   • 保持适宜环境（温度、湿度、光照周期）。

三、 模型评价指标

1. 血清血脂水平测定：
   • 关键指标： 总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）或非高密度脂蛋白胆固醇（Non-HDL-C）。AS组TC和LDL-C/Non-HDL-C水平显著高于对照组及其他可选组。
   • 检测时间点： 建模开始前（基线）、建模中期（如4、8周）、实验终点。
2. 动脉粥样硬化斑块负荷评估：
   • 主动脉整体油红O染色（En face分析）：
     • 方法：分离胸腹主动脉至髂动脉分叉处，纵行剖开，固定后油红O染色（特异性染色脂质）。
     • 评价：计算整条主动脉（或特定区域如主动脉弓、胸主动脉、腹主动脉）被油红O阳性斑块覆盖的面积百分比。直观反映全身动脉病变程度和分布。
   • 主动脉根部冰冻切片分析（金标准）：
     • 方法：取包含主动脉窦和左心室流出道的组织块，制作连续冰冻切片（通常5-10μm厚），常用苏木素-伊红（H&E）、油红O、马松三色（Masson's Trichrome）等染色。
     • 评价：
       • 斑块面积： 测量连续切片中主动脉根部瓣膜起始处几个代表性切面的斑块面积（通常取3-5张切片计算平均值）。
       • 斑块成分： H&E看整体结构、细胞核形态；油红O看脂质核心大小和分布；Masson看胶原含量（纤维帽稳定性）、平滑肌细胞含量。
   • 头臂干/颈动脉等分支血管分析： 同样可通过切片染色评估斑块负荷和成分，常作为晚期复杂病变的观察部位。
3. 组织病理学与免疫组化分析：
   • 评估血管壁炎症（如巨噬细胞标志物CD68、MOMA-2）、平滑肌细胞（α-SMA）、内皮细胞活化（VCAM-1、ICAM-1）、胶原沉积、细胞凋亡、氧化应激等。
4. 其他相关指标（可选）：
   • 循环炎症因子水平（如IL-6、TNF-α、MCP-1）。
   • 肝功能（监测HFD对肝脏影响）。
   • 斑块稳定性相关指标（如胶原含量、脂质核心占比、巨噬细胞/平滑肌细胞比例）。

四、 模型特点与优势

1. 病变高度可重复性： 在既定饲养条件下，病变发生时间、部位、严重程度高度可预测和可重复。
2. 病变进程可控： 通过调整HFD配方（胆固醇/脂肪含量）、饲养周期长短，可模拟从早期脂纹到晚期复杂斑块的不同阶段。
3. 病变特征与人相似： 形成的斑块在形态学（脂质核心、纤维帽）、细胞组成（巨噬细胞、平滑肌细胞、淋巴细胞浸润）和炎症反应等方面与人类动脉粥样硬化斑块相似。
4. 适用于机制研究与药物评价： 是研究脂质代谢、炎症、免疫、氧化应激等在动脉粥样硬化中作用机制的理想模型，也是评价降脂药、抗炎药、抗氧化剂及其他抗AS药物疗效的核心临床前模型。

五、 注意事项

1. 遗传背景： 不同遗传背景（如C57BL/6 vs. FVB/N）的ApoE-KO小鼠对HFD反应和斑块形成速度可能略有差异，需明确说明。
2. 饲养环境与微生物状态： SPF环境可减少感染干扰，保证模型稳定性。
3. HFD配方与来源： 不同配方的HFD（脂肪类型、胆固醇含量、胆酸盐添加与否）对血脂谱和斑块形成速度有显著影响，需详细描述所用配方。
4. 体重管理与代谢紊乱： HFD导致肥胖和胰岛素抵抗，可能成为独立干扰因素。若非研究重点，需关注其对结果的潜在影响。
5. 动物福利与伦理： 模型小鼠后期可能出现活动减少、被毛粗糙等健康问题，应密切观察，遵守动物伦理规定适时终止实验。

六、 替代方案与补充

• LDL受体敲除（LDLR-KO）小鼠 + HFD： 另一常用模型，血脂表型更接近人类家族性高胆固醇血症，对HFD反应敏感，斑块形成速度通常比ApoE-KO慢一些。
• 双敲除或三敲除模型： 如ApoE/LDLR双敲除、ApoE-KO与特定炎症因子基因敲除（如IL-1β、IL-6）或糖尿病模型（如db/db）组合等，用于研究更复杂的疾病交互作用。
• 加速模型： 对ApoE-KO小鼠进行颈动脉套管、血管紧张素II灌注或Paigen饮食（极高水平胆固醇和胆酸盐）干预，可在更短时间内诱导严重或破裂倾向斑块。

结论：
HFD诱导的ApoE-KO小鼠模型通过基因与环境的双重作用，可靠地再现了人类动脉粥样硬化的核心病理特征——高脂血症驱动的脂质在动脉壁沉积、炎症反应和斑块形成与发展。其高度可重复性和可控性使其成为动脉粥样硬化基础研究与药物开发领域不可或缺的工具模型。研究者需充分理解其原理，规范操作，并结合研究目标仔细设计实验方案和选择合适的评价终点。

参考文献： (此处省略具体文献，实际撰写需引用关键原始研究和权威综述，如Zhang SH, Reddick RL, Piedrahita JA, Maeda N. Spontaneous hypercholesterolemia and arterial lesions in mice lacking apolipoprotein E. Science. 1992 Oct 16;258(5081):468-71. 以及 Getz GS, Reardon CA. Diet and murine atherosclerosis. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2006 Feb;26(2):242-9.等)