野百合碱诱导肺动脉高压动物模型机制研究

【摘要】 肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）的主要特征是肺动脉血管不同程度的重建，引起肺血管阻力和右室后负荷增加，最终导致右室功能衰竭。野百合碱（monocrotaline，MCT）诱导的大鼠PH模型因为技术的简单性、可重复性、低成本频繁在研究PH的实验中使用。本文综述了MCT诱导PH大鼠模型具体过程，观察其是否能模拟PH患者的丛样病变。

【关键词】 肺动脉高压； 野百合碱； 大鼠模型

The Mechanism Research of Pulmonary Hypertension Animal Model Induced by Monocrotaline/QIU Shui-lin，HUANG Shi-an.//Medical Innovation of China，2016，13（17）：142-145

【Abstract】 Pulmonary hypertension （PH） is characterized by remodeling of the pulmonary arterial vessels，which increases the pulmonary vascular resistance and right ventricular afterload， thus contributing to the development of right ventricle dysfunction and failure.The monocrotaline（MCT） rat model continues to be a frequently investigated model of PH，since it offers technical simplicity，reproducibility， and low cost compared with other models of PH.This article will define the specific process of PH rat model induced by MCT.Whether this model simulations plexiform vascular lesions of patients with PH.

【Key words】 Pulmonary hypertension； Monocrotaline； Rat model

First-author’s address：Guangdong Medical College，Zhanjiang 524000，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2016.17.041

肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）是由多种已知或未知原因引起的肺动脉压异常升高的一种病理生理状态，血流动力学诊断标准为：在海平面、静息状态下，右心导管测量平均肺动脉压力≥25 mm Hg[1]。PH的主要特征是肺动脉血管不同程度的重建，引起肺血管阻力和右室后负荷增加，最终导致右室功能衰竭[2]。近些年来，人们对PH病理学方面的认识不断提高，但仍然有许多重要问题没有解决。详细阐述PH的病理仍然是设计新的有效治疗策略的关键，合适的PH动物模型在此过程中是必不可少的。在过去的30年里，慢性缺氧和野百合碱（monocrotaline，MCT）诱导的大鼠PH成为研究人类PH的主要模型。人们对缺氧诱导血管重构的机制有一定程度的了解，PH患者复杂血管闭塞病变却没有在此类型大鼠身上找到[3]。MCT诱导的大鼠PH模型因为技术的简单性、可重复性、低成本频繁在研究PH的实验中使用。在此背景下，有必要弄明白目前使用的动物模型能重现人类患者的哪些特征，MCT诱导的PH大鼠能不能模拟PH患者的丛样病变。基于此，笔者查阅一些文献，希望能更好的了解MCT诱导的PH大鼠模型。

1 野百合碱吡咯环毒性和MCT综合征

MCT属于吡咯里西啶生物碱（pyrrolizidine alkaloids，PA）的一种，主要来源于猪屎豆属植物的种子[4]。在肝脏中MCT代谢为脱氢野百合碱，这个反应高度依赖细胞色素P-450（CYP3A4）[5]。在大鼠肝脏中，CYP3A4诱导剂使脱氢野百合碱产生增加，而特异的抗CYP3A4抗体反之[6]。当大鼠摄入MCT，可产生以PH、肺血管脉管炎和右室肥厚为特点的综合征[7]。

Okada等[8]最先报道，在MCT处理并肺切除的大鼠中，可以见到与人类PH患者或SU5416/缺氧大鼠模型类似的血管闭塞改变。虽然在单一的MCT处理大鼠没有见到丛样病变，但仍可以见到其他人类PH患者的病理改变。MCT不仅损伤肺血管，而且引起肺水肿、肺间隔细胞增生和肺静脉阻塞[9]。MCT诱导的肺间质纤维化也能在小鼠中见到[10]。在电镜下，可见到MCT处理的动物肺内皮细胞和Ⅰ型肺泡细胞衰变，同时也可见明显的肺间质细胞增生和纤维化[11]。Hayashi等[12]报道，注射100 mg/kg的MCT足够诱导小鼠严重肺纤维化和/或间质肺水肿，但其他研究者报道肺纤维化似乎仅仅是晚期表现[10]。野百合碱吡咯环被认为是抗有丝分裂因子[13]。在星形胶质细胞中，野百合碱吡咯环通过DHP衍生的DNA加合物，使DNA交联、DNA和细胞蛋白共轭、细胞凋亡，从而诱导DNA损伤。MCT诱导的DNA损伤体现在持续的细胞周期阻滞，细胞和细胞核的增大（巨幼细胞性贫血），这在MCT处理过的肺细胞、人肺上皮细胞、胶质细胞和肝细胞中都有描述[5，14]。更特别的是，Ⅱ型肺泡细胞更易受MCT诱导的有丝分裂抑制的影响，这个过程主要由多胺代谢改变的介导[15]。综上以上文献，同时与SU5416/缺氧模型相对比，MCT处理的动物表现为显著的血管周围水肿、肺泡间隔增厚和Ⅰ型肺泡细胞巨红细胞症。

2 MCT诱导的肺毒性：急性肺损伤模型

急性肺损伤（acute lung injury，ALI）是指由心源性以外的各种肺内外致病因素导致的急性、进行性缺氧性呼吸衰竭[16]。在MCT诱导PH模型中，血管和肺实质的改变对气体交换有直接的影响。Dumitrascu等[12]研究显示MCT处理组的大鼠PaO2含量显著低于对照组[（65±2）vs（92±9）mm Hg]。类似的，Schermuly等[17]报道显示MCT处理的大鼠与正常组相比，PaO2/FiO2显著下降（300 vs 378 mm Hg）。Lai等[18]描述了经过MCT处理后大鼠肺通气量的改变。在注射MCT 2～3周后，一氧化碳弥散量（DLCO）开始下降，而且DLCO下降与肺泡壁厚度增加相一致。这些结果表明，肺通气量和气体交换的改变发生在PH形成之前。和正常小鼠相比，MCT处理的小鼠支气管肺泡灌洗液中含有更高水平的粒细胞。在MCT处理的大鼠中，除了粒细胞迁移进肺泡腔中，肺微血管的渗漏也是引起肺水肿的原因[19]。总之，MCT诱导的肺组织异常与ALI模型相一致。

3 MCT诱导的肝毒性：肝静脉闭塞疾病模型

PA不管是在人还是动物体内主要是引起肝损伤[5]。MCT作为PA中一员，能引起肝窦内皮细胞、中央静脉内皮细胞、肝实质细胞损伤[20]。这些最初的病变给中央和小叶下静脉纤维性闭塞以及肝窦纤维化铺路，使MCT成为诱导肝静脉闭塞疾病模型的良好毒物[21]。在狗体内，MCT可诱导肝脏静脉闭塞，同时伴随脾血管压力的升高[22]。通常对于狗来说，60 mg/kg的剂量即可诱导显著的门脉高压[23]。然而，在大鼠体内，需要更大剂量的MCT才能诱导肝脏毒性。在MCT诱导的PH研究中，肝疾病及门脉高压对其形成的影响尚未考虑。

4 MCT诱导的心肌炎

许多研究者使用MCT诱导肺动脉高压是在假设MCT对心肌细胞没有直接影响的前提下。但是其他一部分研究者已经开始研究非负荷依赖的机制导致MCT处理大鼠右室衰竭。比如，除了右室肥厚外，MCT处理大鼠中，在MCT综合症早期开始，67镓摄取增加，大量中性粒细胞往右室心肌迁移[24]。中性粒细胞的浸润是右室后负荷增加的结果，还是MCT对心肌直接影响（可能是微血管内皮细胞损害）的结果还不是很清楚。Handoko等[25]发现，在MCT处理的大鼠右心室内，有广泛的淋巴细胞浸润。而另一些研究者的数据也表明整个右室心肌中存在多个炎症细胞灶[26]。利用免疫组化技术可以发现，这些浸润的淋巴细胞细胞中，绝大多数CD20+（B淋巴细胞的标记物）阳性，然而CD68+（巨噬细胞标记物）阴性，也有少数CD8+（细胞毒性T细胞标记物）阳性[25]。这些结果表明，可能MCT诱导淋巴细胞性心肌炎。Akhavein等[27]认为MCT诱导的心肌炎，可能是左室收缩功能不全及舒张松弛受损的原因。Benoist等[28]发现，MCT处理的动物心肌中的某些部位可引起心律失常。是否MCT诱导的心肌炎或心律失常是大鼠的死亡的原因（因为大鼠可以忍受更高水平的右室后负荷）仍然不清楚，但应该考虑[28]。

近些年来，自身免疫系统失调在人PH病理生理中的作用已经显而易见[29]。有趣的是，仅仅一个研究报道在人特发性肺动脉高压（idiopathic PH IPH）及系统性硬化症相关性肺动脉高压（PH associated with systemic sclerosis，SScPH）中，右心室心肌里有淋巴细胞浸润[30]。而且作者指出跟IPAH患者相比，SScPH含有更多的CD45+和CD68+细胞。这些组织学的发现可能是SScPH预后较差的一个解释。虽然MCT处理的大鼠中CD45+的数量非常多，使得许多人赞成通过MCT诱导来获得PAH模型。但有研究结果表明CD68+根本不存在于MCT处理大鼠的右室心肌里[31]。

MCT诱导的PH大鼠模型继续影响着PH临床前研究，许多时间和基金花费在用这个模型测试新药的实验中。肺血管收缩似乎是MCT模型机制的重要组成部分，但是仅发生在PH、肺间质水肿、心肌炎、肝静脉闭塞的一部分患者中[32]。肺血管收缩是MCT综合征的一部分，但和人类重度PH不相关。所有的动物疾病模型并不是都是完美的，研究者关注的是一个特定的动物模型，可以重复疾病哪一方面，如发病机制、临床表现等。MCT联合肺切除的模型可以重复人PH的肺血管丛样病变，但MCT综合征的其他临床表现可能就是多余的。与SU5416/缺氧模型相比较，大量的药物可以阻止和升高MCT诱导的肺动脉压力（仅MCT处理）[33]。但奇怪的是，未经治疗的动物死于未知的原因。因此，问题的关键在于MCT诱导的大鼠死亡是PH本身引起的，还是死于伴随PH的其他疾病。MCT可能对炎性相关的PH有模拟作用，但是在模拟重度血管增生性PH中会受到限制。因此，伴随着PH发生的MCT综合症（仅MCT注射）可能与人血管增殖性PAH共同之处极少，是否能成功用来治疗MCT综合症的药物对人血管增殖性PH的效果就要打上大大问号了。

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