先天性心臟病相關肺動脈高壓動物模型研究進展

孫雪瑞 綜述 馬寧 審校

(1.首都醫科大學研究生院，北京 100069； 2.國家兒童醫學中心 首都醫科大學附屬北京兒童醫院心臟超聲科，北京 100045)

先天性心臟病相關肺動脈高壓(PAH-CHD)的主要生理改變是由于左向右分流使肺血管在高血流壓力沖擊下逐漸發生病理改變，內皮細胞功能障礙，最終導致肺小血管阻塞性重構[1]。PAH-CHD是中國兒童肺動脈高壓(PAH)最常見的類型，發病率和死亡率極高，大大增加了先天性心臟病(CHD)圍手術期的風險，嚴重影響CHD的治療效果和預后。盡管過去的20年里PAH的治療和管理取得了重大進展，但目前的治療僅在一定程度上改善了PAH癥狀，并不能治愈或逆轉肺血管重構。PAH-CHD治療診治難題主要在于對PAH的病理生理知之甚少。建立理想的動物模型不僅可以深入研究PAH-CHD的病理生理改變，還可以進行療效評價、診斷測試、藥物研發等，是近些年PAH基礎研究領域的熱點。目前有多種PAH-CHD造模方法，如體肺動脈分流法、動靜脈分流法、肺動脈結扎法等。常見造模方法的應用總結見表1?，F對PAH-CHD基礎研究中常用造模方法的特點做一綜述。

1 體肺分流造模法

該造模方法原理是利用各大中動脈與肺動脈的壓差建立分流，可以有效地使體循環的血液向肺循環分流，從而形成左向右的分流。實驗對象主要是豬、犬等大型動物，往往通過外科手術直接建立體肺分流。Wang等[2]通過將40只兔子的左頸總動脈與主肺動脈之間形成分流，成功地建立高動力型PAH模型，手術存活率為67%，分流管道通暢率為85%，3個月后手術組肺動脈壓力較假手術組顯著升高，病理顯示肺小動脈中層增厚。趙永紅等[3]通過改良Potts手術方法建立犬單側動力性PAH模型，方法為左肺動脈通過管道與降主動脈連接，術后12周僅左側肺出現病理改變，右肺血流量和肺動脈壓力雖然也有升高但不如左肺顯著，與崔勤等[4]的研究結果相符，因此，他們認為動力性肺動脈壓升高的主要因素是來自主動脈系統血流的壓力而不是血流量。文獻報道體肺分流模型最長觀察時間為12個月，肺血管病變表現為肺小動脈肌化、動脈中層肥厚、管腔狹窄及肺血管重構，無新生內膜形成[5]。其他常用手術的方法還包括左鎖骨下動脈與左肺動脈的分流、主動脈與主肺動脈吻合、左鎖骨下動脈與左下葉肺動脈吻合。此類分流模型手術操作相對復雜，分流量大小不容易控制，人工血管和吻合口易形成狹窄。

表1 常見PAH-CHD動物模型

2 動靜脈分流造模法

該造模方法原理為通過動-靜脈分流使回心血量增多，肺循環血流量相應增加，進而促進PAH的形成。較常用的模型是頸動脈-頸靜脈分流法和腹主動脈-下腔靜脈分流法。

頸動脈-頸靜脈建立分流手術無需開胸或開腹，操作相對簡單，創傷較小，術后容易存活，死亡率低，是目前研究領域應用較多的一種模型。Wang等[6]研究發現大鼠右側頸動靜脈吻合術后4周、6周、8周、12周、16周收縮壓、右室肥厚指數呈線性增高，16周時右心室收縮壓[(36.64±4.29)mm Hg(1 mm Hg=0.133 3 kPa)]較12周[(26.89±2.35)mm Hg]時顯著增加。杜福杰等[7]用套管連接大鼠左側頸總動脈和頸外靜脈后，結果顯示肺循環血流量明顯增加、肺動脈壓力升高、肺動脈結構重構和右心室肥厚，該研究對肺動脈壓力及肺血管改變發展過程進行詳細比較，在一定程度上解釋了PAH的病理生理改變。為探討PAH-CHD的血流動力學變化，羅小菊等[8]應用超聲心動圖對左頸總動脈-頸外靜脈端側吻合術后幼豬模型進行了為期1年的連續觀測，建模1年存活率63.3%，隨著肺動脈壓力的升高，肺動脈血流加速時間、右室射血時間、肺動脈血流減速時間呈先增高后降低表現，符合PAH-CHD的血流動力學變化特點；但該模型肺血管病變觀察時間較長，16周后病理改變仍以中膜肥厚、肺小動脈肌化百分比增加為主，并無新生內膜形成[9-10]。

腹主動脈-下腔靜脈分流造模法最早由Garcia等[11]進行報道，他們首次通過非血管外科方法對11只大鼠建立腹主動脈與下腔靜脈之間分流，術后4周50%實驗組大鼠出現右心室肥厚的病理改變。2005年，Lam等[12]首次通過大鼠腹主動脈-下腔靜脈分流法對PAH進行研究。具體的操作方法可參考Nath等的實驗研究[13-14]。齊建光等[15]對Garcia的方法進行改進將此模型用于PAH-CHD研究，通過在下腔靜脈與腹主動脈間穿刺造成動靜脈瘺來建立模型，發現術后6周肺動脈壓力升高并不明顯，術后11周形成輕度PAH。此分流模型實驗對象多以大鼠為主，張明杰等[16]首次建立了腹主動脈-下腔靜脈分流小鼠模型，且通過直接剪開腹主動脈下腔靜脈間隔的方法提高分流的通暢率和造模的成功率，術后4周即出現明顯分流型PAH的病理改變，第8周時更為明顯。Linardi等[17]的研究小組則首次運用超聲心動圖、心臟磁共振來評估此模型大鼠PAH的嚴重程度，結果顯示術后實驗組大鼠右室舒張末期面積及容積進行性升高，且術后20周病理僅顯示肺小動脈中膜增厚，部分遠端肺小動脈完全阻塞；但有學者提出不能除外高血流對下腔靜脈的影響導致全身體液失衡進而促進PAH的形成，因此，對此模型尚有待進一步研究。

動脈-靜脈分流術制備PAH模型是可行的，操作簡單，可重復性強，動物死亡率低，有效控制動靜脈之間吻合口的大小、保證吻合口血流通暢是造模成功的關鍵?；诖四Ｐ偷腜AH的基礎研究很多，但只能一定程度上模擬左向右分流CHD患者肺循環的變化，目前尚無重度PAH的研究報道，進一步延長術后觀察時間是否會出現重度PAH的病理改變有待進一步的研究報道。

3 心內分流造模法

通過心內分流建立PAH-CHD模型可以模擬和CHD一樣的病理解剖，但此模型較少見，國外有室間隔缺損和房間隔缺損的動物模型報道[18-19]。中國劉瀚旻等[20]最早通過對改良國外手術方式(經右心耳行室間隔穿刺造口)成功制造幼豬室間隔缺損動物模型，然而手術操作難度較大，死亡率為33%，且術后4周心導管所測肺動脈壓力與對照組并無明顯差別。心內分流模型的關鍵是控制分流量，分流量太小不易形成PAH。延長觀察時間是否可以造模成功尚有待進一步研究。對小動物來說，此種造模方法較困難，且損傷大。

4 單側肺動脈結扎造模法

考慮到分流法建立PAH模型無法確定分流量且手術操作難度較大，有學者提出可以選擇性結扎單側肺動脈而增加對側肺血流量從而達到形成PAH的目的。既往文獻報道犢牛左側肺動脈結扎[21]、豬右肺動脈結扎術[22]可引起對側肺血管重構并導致PAH。Zhang等[23]通過對48只小鼠行右肺動脈結扎建立單側容量性PAH模型，2周后結扎組右室收縮壓[(32.0±0.92)mm Hg]較假手術組[(20.9±1.11)mm Hg]顯著升高，且呈時間依賴性，在第4周時右室收縮壓達到最高且病理結果顯示遠端肺血管壁增厚，手術組各時間點右室肥厚指數也明顯高于假手術，然而4周后PAH并未繼續加重，考慮可能與肺血管床的適應性代償有關。采用同樣的造模方法，Meng等[24]研究發現術后大鼠肺動脈壓力及肺血管病變的嚴重程度隨時間逐漸加重，Sage等[22]發現術后5周結扎組肺動脈平均壓[(16.2±1.3)mm Hg]較假手術組[(11.6±0.7)mm Hg]顯著增高，且結扎組左肺血管阻力也顯著升高，并出現典型PAH的病理改變。單側肺結扎手術操作難度不大，可重復性強，手術死亡率較低。不同的實驗結果可能與不同品系實驗動物對高肺血流量的適應能力不同有關，尚需更多研究證實此模型的穩定性。

5 聯合手術造模法

大多數單一的肺高血流量動物模型在病理改變上以肺血管中層增厚為主，相當于肺血管病理改變的Ⅰ～Ⅱ級，肺動脈壓力及右心室收縮壓僅輕度升高。CHD患者肺組織內典型的肺血管重構改變至今尚未在動物模型中再現，為了進一步增加肺循環血流量以誘導出更為嚴重的肺血管病變，研究者建議可采用聯合手術法。王宏飛等[25]、Meng等[24]通過對單純頸動靜脈吻合、單側肺動脈結扎、單側肺動脈結扎聯合頸動靜脈吻合三種模型比較得出，三組肺動脈壓均有升高、右心室肥厚、肺血管重構，但以聯合手術組表現更為明顯，且肺動脈壓力隨著時間逐漸升高，僅聯合手術12周組出現不可逆肺血管病變。也有文獻報道SD大鼠行左側頸內動脈-頸外靜脈吻合聯合左側股動脈-股靜脈吻合12周后部分血管形成了新生內膜、管壁纖維化、管腔狹窄，肺血管病理改變相當Ⅱ～Ⅲ級[26]。此外，還有很多不同實驗方式的組合及實驗動物的選擇，均能很好地模擬CHD左向右分流PAH模型，但聯合手術創傷較大，手術操作難度更大。

6 總結

綜上，PAH-CHD動物模型需要相對較高的外科設備和技術，死亡率相對較高。各種模型經過多位研究者的不斷改進，為深入探索PAH-CHD病理生理學的認識和治療策略做出了貢獻；但到目前為止，仍無公認的造模方案。此外，由于現有的PAH-CHD模型研究少見并報道有嚴重PAH，從而無法模擬人類嚴重的PAH，基于此動物模型不應被視為臨床前研究。因此，PAH-CHD研究還有很長的路要走，探討穩定、可行、可控的動物模型，總結各種模型的優勢與局限性并加以利用組合將有助于研究者根據研究需要選擇合適模型，為高肺血流PAH-CHD的形成過程提供實驗依據及實驗平臺。