载脂蛋白E基因敲除鼠与动脉粥样硬化的研究(1)
[摘要]载脂蛋白E(apolipoprotein ,APOE)是血浆脂蛋白的重要组成成分,在脂质代谢中发挥着重要的作用。载脂蛋白E基因的缺失或变异均会引起体内的代谢异常或组织器官的功能障碍,从而导致一系列的疾病和并发症。载脂蛋白E基因敲除小鼠是目前研究动脉粥样硬化发生机制的最常用的动物模型之一,尤其是用于易损斑块动物模型研究。本文对载脂蛋白E基因敲除小鼠粥样硬化斑块病理特点、饮食对其AS的影响、调脂药物的研究情况,及有氧运动对斑块的作用等进行了综述。
[关键词]载脂蛋白E基因; 敲除小鼠; 动脉粥样硬化
[中图分类号] R543.1+2[文献标识码]A [文章编号] 1005-0515(2010)-10-022-02
Effect of APOE-gene Knockout Mice and Research of Atherosclerosis
, http://www.100md.com
Nie saiZhao shui-ping(auditing)
(Cardiology of 2nd Xiangya Hospital of Central South University,Hunan-changsha, 410011)
[Abstract]APOE is an important component of plasma a lipoproteins, and plays significant roles in lipoprotein metabolism. The absence or mutation of APOE may induce abnormal lmetabolism in vivo and dysfunction of organs, and then lead to a series of diseases and complications. APOE-knockout mice is one of the best models for research on mechanism of atherosclerosis, which became a popular model used in studies on vulnerable plaques. This article explore pathologic characteristics of atherosclerotic plaques, high fat diet, aerobic movement and application in pharmacological research about APOE gene knockout mice.
, http://www.100md.com
[Keywords] Apolipoprotein E; Gene knockout; Atherosclerosis; Mice
载脂蛋白E(ApoE)于1973年发现,与已知氨基酸序列的载脂蛋白相比,其精氨酸含量较高,故曾称为富含精氨酸的载脂蛋白(ARP)。1975年,Utermann建议根据字母顺序将其命名为ApoE。1992年美国洛克菲勒大学生化遗传和代谢实验室和北卡罗来纳大学病理遗传实验室应用胚胎干细胞基因敲除技术,成功培育出载脂蛋白E基因敲除小鼠[1]。载脂蛋白E作为配体,有助于乳糜微粒和极低密度脂蛋白的清除。因此,缺乏ApoE则会导致血液循环中脂蛋白代谢障碍,易于沉积动脉壁内,引起动脉粥样硬化(AS)斑块。ApoE基因敲除小鼠易形成严重高脂血症及AS病灶,所以广泛应用于AS的研究。
1ApoE基因敲除小鼠AS病灶的病理特点
对正常饮食下的ApoE基因敲除小鼠进行观察[2],发现血浆总胆固醇(TC)含量比同期正常小鼠高4-5倍,随着时间延长,可出现不同的病变特征。5-6周时动脉内皮上有单核细胞黏附,并向内皮下移动;10周时脂质条纹形成;15周时可见斑块形成,其内可见泡沫细胞和平滑肌细胞;20周时则有胶原和弹性纤维包饶的平滑肌细胞组成的纤维帽覆盖在坏死核心表面,形成成熟的斑块。随着时间延长,可出现钙化、增生的纤维帽,8个月左右冠脉动脉口处由于粥样硬化斑块的发展形成严重闭塞。这种小鼠虽然病变严重,但仍能在一般条件下存活。
, 百拇医药
将ApoE基因敲除小鼠分为低脂饮食组与高脂饮食组,分别在6、8、10、15、20、30、40周时,观察血管组织形态变化,发现AS各阶段的病理表现均存在于这种小鼠,与其他AS小鼠模型比较,ApoE基因敲除小鼠不仅能够在瓣膜基底,而且能够在所有胸腹动脉中形成广泛的粥样硬化病变,如:主动脉分支、颈动脉、肺动脉等。所以,ApoE基因敲除小鼠的AS病变发展同人类极其相似[3]。Cullen[4]研究认为,因为动物本身的特性及诱导斑块破裂和检查手段的限制及不确定性,使其不能够准确的反映或代表复杂的人类粥样硬化斑块,而ApoE基因敲除小鼠的自发破裂与人类的形似性更好。
42-60周龄的ApoE基因敲除小鼠,头臂段动脉存在富含胶原的纤维脂质斑,斑块内有坏死核和出血及被包埋的多层损伤,认为后者是由于反复斑块破裂后修复所致[5]。早期的钙化,对斑块破裂有促进作用,斑块在不同密度组织的交界面最易破裂;而当钙化融合后,这种交界面减少,破裂发生率也降低了[6]。因此,钙化对于斑块破裂是把“双刃剑”。
, 百拇医药
2膳食和遗传背景对APOE基因敲除小鼠AS病灶的影响
动脉粥样硬化小鼠模型中,经常用高脂饮食来诱导或加快AS的形成。已知不同剂量或不同类型的脂肪酸、加用或不加用胆固醇等,对于模型小鼠的血脂水平,或动脉粥样硬化的形成都具有重要的影响。
一般认为,动物模型发生和形成典型的AS病变,血胆固醇水平至少持续保持在300mg/dL以上。应用最多的是Getz等[7]认为的西方膳食(Western-type diet),包含有21%脂肪和0.15%胆固醇的膳食,可以使ApoE基因敲除小鼠胆固醇水平短时间内达到并持续保持1500mg/dL(38.79mmol/L)以上甚至更高。且研究发现,西方膳食与18%脂肪和0.25%胆固醇的膳食相比,在增高血脂水平及在主动脉弓部或无名动脉形成动脉粥样硬化损害的作用相似,同时0.15%和0.5%胆固醇的膳食,在诱导动脉粥样硬化损害形成上没有差别。
有研究表明,尽管ApoE基因敲除会导致高脂血症,但不同基因表型或不同遗传背景决定ApoE基因敲除小鼠的形成的AS严重程度。给予相同的高脂饮食,杂合子ApoE基因敲除小鼠(apoE+/-)血脂水平与野生型小鼠比较无显著差别,但AS损害面积是野生型小鼠的10倍左右,而对于纯合子ApoE基因敲除小鼠(apoE-/-),血浆胆固醇水平会更高(>2000mg/dL),大动脉的AS损害面积是杂合子apoE+/-的50倍。比较C57BL/6和FVB/NJ来源的ApoE基因敲除小鼠,发现给与相同膳食,FVB/NJ背景的小鼠血胆固醇浓度相对较高,C57BL/6背景的小鼠主动脉AS损害面积是FVB/NJ背景的8倍[8]。
3ApoE基因敲除小鼠斑块产生机理
ApoE基因敲除小鼠的血浆中总胆固醇浓度明显增高,三酰甘油水平亦比正常小鼠高68%,并不受年龄和性别的影响;但其高密度脂蛋白(HDL)却只有正常小鼠的45%。正常小鼠的胆固醇主要存在于HDL中,而ApoE主要存在于乳糜微粒(CM)和极低密度脂蛋白(VLDL)中;但是敲除ApoE基因后,胆固醇就不再主要存在于HDL中,而是在VLDL[9]。此时VLDL中大量的胆固醇就不能从小鼠体内降解,而在体内蓄积,导致动脉粥样硬化。, http://www.100md.com
[关键词]载脂蛋白E基因; 敲除小鼠; 动脉粥样硬化
[中图分类号] R543.1+2[文献标识码]A [文章编号] 1005-0515(2010)-10-022-02
Effect of APOE-gene Knockout Mice and Research of Atherosclerosis
, http://www.100md.com
Nie saiZhao shui-ping(auditing)
(Cardiology of 2nd Xiangya Hospital of Central South University,Hunan-changsha, 410011)
[Abstract]APOE is an important component of plasma a lipoproteins, and plays significant roles in lipoprotein metabolism. The absence or mutation of APOE may induce abnormal lmetabolism in vivo and dysfunction of organs, and then lead to a series of diseases and complications. APOE-knockout mice is one of the best models for research on mechanism of atherosclerosis, which became a popular model used in studies on vulnerable plaques. This article explore pathologic characteristics of atherosclerotic plaques, high fat diet, aerobic movement and application in pharmacological research about APOE gene knockout mice.
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[Keywords] Apolipoprotein E; Gene knockout; Atherosclerosis; Mice
载脂蛋白E(ApoE)于1973年发现,与已知氨基酸序列的载脂蛋白相比,其精氨酸含量较高,故曾称为富含精氨酸的载脂蛋白(ARP)。1975年,Utermann建议根据字母顺序将其命名为ApoE。1992年美国洛克菲勒大学生化遗传和代谢实验室和北卡罗来纳大学病理遗传实验室应用胚胎干细胞基因敲除技术,成功培育出载脂蛋白E基因敲除小鼠[1]。载脂蛋白E作为配体,有助于乳糜微粒和极低密度脂蛋白的清除。因此,缺乏ApoE则会导致血液循环中脂蛋白代谢障碍,易于沉积动脉壁内,引起动脉粥样硬化(AS)斑块。ApoE基因敲除小鼠易形成严重高脂血症及AS病灶,所以广泛应用于AS的研究。
1ApoE基因敲除小鼠AS病灶的病理特点
对正常饮食下的ApoE基因敲除小鼠进行观察[2],发现血浆总胆固醇(TC)含量比同期正常小鼠高4-5倍,随着时间延长,可出现不同的病变特征。5-6周时动脉内皮上有单核细胞黏附,并向内皮下移动;10周时脂质条纹形成;15周时可见斑块形成,其内可见泡沫细胞和平滑肌细胞;20周时则有胶原和弹性纤维包饶的平滑肌细胞组成的纤维帽覆盖在坏死核心表面,形成成熟的斑块。随着时间延长,可出现钙化、增生的纤维帽,8个月左右冠脉动脉口处由于粥样硬化斑块的发展形成严重闭塞。这种小鼠虽然病变严重,但仍能在一般条件下存活。
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将ApoE基因敲除小鼠分为低脂饮食组与高脂饮食组,分别在6、8、10、15、20、30、40周时,观察血管组织形态变化,发现AS各阶段的病理表现均存在于这种小鼠,与其他AS小鼠模型比较,ApoE基因敲除小鼠不仅能够在瓣膜基底,而且能够在所有胸腹动脉中形成广泛的粥样硬化病变,如:主动脉分支、颈动脉、肺动脉等。所以,ApoE基因敲除小鼠的AS病变发展同人类极其相似[3]。Cullen[4]研究认为,因为动物本身的特性及诱导斑块破裂和检查手段的限制及不确定性,使其不能够准确的反映或代表复杂的人类粥样硬化斑块,而ApoE基因敲除小鼠的自发破裂与人类的形似性更好。
42-60周龄的ApoE基因敲除小鼠,头臂段动脉存在富含胶原的纤维脂质斑,斑块内有坏死核和出血及被包埋的多层损伤,认为后者是由于反复斑块破裂后修复所致[5]。早期的钙化,对斑块破裂有促进作用,斑块在不同密度组织的交界面最易破裂;而当钙化融合后,这种交界面减少,破裂发生率也降低了[6]。因此,钙化对于斑块破裂是把“双刃剑”。
, 百拇医药
2膳食和遗传背景对APOE基因敲除小鼠AS病灶的影响
动脉粥样硬化小鼠模型中,经常用高脂饮食来诱导或加快AS的形成。已知不同剂量或不同类型的脂肪酸、加用或不加用胆固醇等,对于模型小鼠的血脂水平,或动脉粥样硬化的形成都具有重要的影响。
一般认为,动物模型发生和形成典型的AS病变,血胆固醇水平至少持续保持在300mg/dL以上。应用最多的是Getz等[7]认为的西方膳食(Western-type diet),包含有21%脂肪和0.15%胆固醇的膳食,可以使ApoE基因敲除小鼠胆固醇水平短时间内达到并持续保持1500mg/dL(38.79mmol/L)以上甚至更高。且研究发现,西方膳食与18%脂肪和0.25%胆固醇的膳食相比,在增高血脂水平及在主动脉弓部或无名动脉形成动脉粥样硬化损害的作用相似,同时0.15%和0.5%胆固醇的膳食,在诱导动脉粥样硬化损害形成上没有差别。
有研究表明,尽管ApoE基因敲除会导致高脂血症,但不同基因表型或不同遗传背景决定ApoE基因敲除小鼠的形成的AS严重程度。给予相同的高脂饮食,杂合子ApoE基因敲除小鼠(apoE+/-)血脂水平与野生型小鼠比较无显著差别,但AS损害面积是野生型小鼠的10倍左右,而对于纯合子ApoE基因敲除小鼠(apoE-/-),血浆胆固醇水平会更高(>2000mg/dL),大动脉的AS损害面积是杂合子apoE+/-的50倍。比较C57BL/6和FVB/NJ来源的ApoE基因敲除小鼠,发现给与相同膳食,FVB/NJ背景的小鼠血胆固醇浓度相对较高,C57BL/6背景的小鼠主动脉AS损害面积是FVB/NJ背景的8倍[8]。
3ApoE基因敲除小鼠斑块产生机理
ApoE基因敲除小鼠的血浆中总胆固醇浓度明显增高,三酰甘油水平亦比正常小鼠高68%,并不受年龄和性别的影响;但其高密度脂蛋白(HDL)却只有正常小鼠的45%。正常小鼠的胆固醇主要存在于HDL中,而ApoE主要存在于乳糜微粒(CM)和极低密度脂蛋白(VLDL)中;但是敲除ApoE基因后,胆固醇就不再主要存在于HDL中,而是在VLDL[9]。此时VLDL中大量的胆固醇就不能从小鼠体内降解,而在体内蓄积,导致动脉粥样硬化。, http://www.100md.com