疾病模型 | 动脉粥样硬化小鼠模型(内含福利)
动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是一种以脂质代谢紊乱为特征的慢性炎症性血管疾病。它的主要病理特点是在大中型动脉的内膜及其中膜形成脂质条纹和粥样斑块，最终使血管腔变窄甚至阻塞。作为冠心病、脑梗死、外周血管病的主要原因，动脉粥样硬化导致的死亡率居高不下。
图1 动脉粥样硬化病变发展的过程[1]
为模拟人类的动脉粥样硬化疾病，研究人员常用ApoE（apolipoprotein E，载脂蛋白E）敲除小鼠作为动物模型。
APOE作为一种配体，介导乳糜微粒、极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein cholesterol，VLDL）及其残余物被肝脏受体（LDL受体和LDL受体相关蛋白）摄取。
与人类相反，小鼠具有更高水平的高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）和更低水平的低密度脂蛋白，其胆固醇主要存在于HDL中。
敲除ApoE基因后，胆固醇主要分布在VLDL中。富含胆固醇的VLDL颗粒因不能与细胞表面的脂蛋白受体结合，故而无法被降解，导致胆固醇积累并发展成动脉粥样硬化。
图2 ApoE介导的肝脏和脂肪组织对甘油三酯的摄取[2]
南模生物采用CRISPR/Cas9基因编辑技术建立了APOE-KO小鼠模型，为深入探究动脉粥样硬化的发病机理、药物筛选以及评估药物疗效提供了强有力的工具。验证数据如下：
1
正常饮食（chow diet，CD）
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图3 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的血脂生化标志物
在正常饮食条件下，与野生型小鼠相比，雄性ApoE-KO小鼠表现出总胆固醇（T-CHO）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平升高，而高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平降低。
图4 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的主动脉瓣进行油红O染色
结果表明，7个月大的WT小鼠的主动脉瓣中没有观察到脂质积累。相比之下，所有ApoE-KO小鼠在5个月大时就表现出显著的脂质积累在主动脉瓣中，并且随着年龄的增长，这种表型的严重程度逐渐恶化。
图5 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的主动脉进行油红O染色
结果表明，在5个月大时，WT小鼠的主动脉没有明显的病变，而一些ApoE-KO小鼠在主动脉弓附近表现出脂肪积累。到了6到7个月大时，所有ApoE-KO小鼠都显示出脂肪积累，并且这种表型的严重程度逐渐增加。
图6 ApoE-KO小鼠和WT小鼠主动脉瓣的Masson染色
结果显示，ApoE-KO小鼠斑块中胶原含量增加，斑块稳定性增强。
图7 主动脉瓣代表图
在WT小鼠的主动脉瓣中，未观察到显著的动脉粥样硬化斑块形成、坏死或炎症细胞浸润。相比之下，ApoE-KO小鼠的主动脉瓣出现了广泛的动脉粥样硬化斑块，这些斑块突出并向管腔内生长。在这些斑块中，可见大量交织的胶原纤维，以及丰富的泡沫细胞浸润（红色箭头）。此外，还可见到少量胆固醇结晶（黑色箭头），这些结晶呈现为针状空隙，伴随着轻微的棕色色素沉积（绿色箭头）。同时，也观察到少量浸润的淋巴细胞（黄色箭头）。心肌细胞表现出疏松且不规则的排列。
2
高脂饮食（high fat diet，HFD）
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图8 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的体重曲线
图9 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的血脂生化标志物
在高脂饮食条件下，与WT小鼠相比，雄性ApoE-KO小鼠表现出甘油三酯（TG）、总胆固醇（T-CHO）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平升高，而高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平降低。
图10 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的主动脉瓣油红O染色
结果表明，在17周的高脂饮食（HFD）下，野生型（WT）小鼠的主动脉瓣没有观察到脂质积累。相比之下，ApoE-KO小鼠在HFD仅7周时就表现出显著的脂质积累在主动脉瓣中，并且随着年龄的增长，这种表型的严重程度逐渐恶化。
图11 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的主动脉进行油红O染色
结果表明，在高脂饮食17周后，WT小鼠的主动脉没有明显的病变，而ApoE-KO小鼠在HFD仅7周后就显示出主动脉弓附近的脂肪积累，且严重程度逐渐增加。
图12 ApoE-KO小鼠和WT小鼠主动脉瓣的Masson染色
结果显示，ApoE-KO小鼠斑块中胶原含量增加，斑块稳定性增强。
图13 主动脉瓣代表图
在高脂饮食17周后，WT小鼠心脏组织的血管内膜平滑，没有斑块形成；心肌细胞排列松散，偶尔可见血管周围淋巴细胞浸润（红色箭头）。相比之下，高脂饮食7周后，ApoE-KO小鼠的血管内广泛显示出斑块（黄色箭头），这些斑块突出进入管腔，表面有纤维结缔组织（棕色箭头）和少量泡沫细胞积累（蓝色箭头）。在斑块内可见针状空隙（橙色箭头），可能是胆固醇结晶，以及坏死碎片（黑色箭头）。在间质空间中存在淋巴细胞浸润（红色箭头）和纤维组织增生（紫色箭头）。
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Reference：
[1] Golforoush P, Yellon DM, Davidson SM. Mouse models of atherosclerosis and their suitability for the study of myocardial infarction. Basic Res Cardiol. 2020;115(6):73. Published 2020 Nov 30. doi:10.1007/s00395-020-00829-5
[2] Pendse AA, Arbones-Mainar JM, Johnson LA, Altenburg MK, Maeda N. Apolipoprotein E knock-out and knock-in mice: atherosclerosis, metabolic syndrome, and beyond. J Lipid Res. 2009;50 Suppl(Suppl):S178-S182. doi:10.1194/jlr.R800070-JLR200
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