中国学者成功创建新型拟人化冠心病小动物模型

编辑 谭坤

冠状动脉粥样硬化导致的冠心病是西方人群的第一杀手，也是近几十年来严重危害中国人健康的大敌。世界各国对于冠心病从基础到临床的研究都极端重视。

应用疾病动物模型是开展人类疾病研究的主要手段，科学家们几十年来也制备了各种动脉粥样硬化的动物模型。然而绝大多数的动脉粥样硬化动物模型的病变主要发生在主动脉，而不是像人类一样发生在冠状动脉，因此不发生冠心病，如常用的 ApoE、LDL 受体基因敲除小鼠；其它如高脂饲料喂饲的家兔、小型猪甚至灵长类动物，均不发生冠心病。目前常用的冠心病动物模型则主要是通过手术的方法损伤或结扎正常的冠状动脉。这样做虽然可以引发心肌梗塞，但冠状动脉却没有动脉粥样硬化，与临床的冠心病不同。由此造成的后果是冠心病的发病机制迄今不明，多种学说莫衷一是；新药研发上则是对实验性动脉粥样硬化有效的药物对临床冠心病无效；而对实验性冠心病有效的药物对临床动脉粥样硬化无效，因此很少有通过三期临床试验的抗冠心病新药。

针对这个困扰心血管研究领域多年的缺乏拟人化冠心病动物模型的难题，北京大学医学部心血管研究所刘国庆教授的团队以国际上公认的与人类脂代谢相近的啮齿类小动物仓鼠作为模式动物，开展了长期的攻关研究。他们在解决了仓鼠的体外胚胎分裂阻滞的技术瓶颈后，创建了世界上 41 31535 41 13006 0 0 7598 0 0:00:04 0:00:01 0:00:03 7596第一个基因工程仓鼠模型-绿色荧光蛋白转基因仓鼠(Cell Research, 2014)，并获得了同年的“药明康德”生命化学学者奖（“新型模式动物基因工程仓鼠的创建”）。在这个基础上，他们应用 CRISPR-Cas9 高效基因编辑技术，成功敲除了仓鼠的 LDL受体基因，研发出具有与人类疾病特征相似的拟人化冠心病小动物模型。

这种冠心病仓鼠模型与人类 LDL 受体突变的家族性高胆固醇血症（FH）非常相似，在正常饲料喂饲时血浆胆固醇就较野生型仓鼠明显升高，脂蛋白谱分析显示 LDL（坏胆固醇）是主要的蛋白峰，与小鼠和大鼠以 HDL（好胆固醇）为主峰的现象完全不同。

FH 的主要特点是显性遗传，杂合子病人的胆固醇就增高并发生冠心病。而其它LDL 受体敲除的杂合子动物，如小鼠、大鼠、家兔和小型猪等，喂饲正常或高脂饲料其血胆固醇和动脉硬化发生率均与野生型动物没有差别。但 LDL受体敲除的杂合子仓鼠短期喂饲高脂饲料即可导致血胆固醇明显升高，主动脉的动脉硬化病变不仅加重，且冠状动脉也发生了不同程度的动脉粥样硬化病变。而纯合子仓鼠给予正常饲料时发生动脉硬化病变，喂饲高脂饲料1-2个月内发生严重的冠状动脉病变，并会发生致死性心肌梗塞。国际重要学术期刊 EBiomedicine 以“LDL受体敲除仓鼠：一种显性遗传的家族性高胆固醇血症和食物诱发的冠心病啮齿动物模型”为题发表了该成果，并同时刊发了评论文章，高度评价了这个仓鼠模型的意义，称“LDLR 敲除仓鼠复制出了杂合子和纯合子病人的表型特点，呈现了与人类相似的脂代谢异常和动脉粥样硬化，是一种生理学上比其它啮齿类动物更有应用价值的动脉粥样硬化模型”。“总而言之，LDLR 敲除仓鼠的构建成功标志着脂代谢研究的一个突破。具体来说，就是创造了一个更接近临床的、与动脉粥样硬化、脂肪肝和糖尿病密切相关的脂代谢紊乱的模型。”

应用基因组编辑技术，刘国庆教授团队还创建了多种其它拟人化基因工程仓鼠疾病模型，如好胆固醇 HDL 缺乏的 LCAT 和 ABCA1基因敲除仓鼠，严重高甘油三酯血症的 ApoC2缺陷仓鼠，动脉粥样硬化易感和抵抗的清道夫受体和 ApoC3缺陷仓鼠等多种模型。为体现这些基因工程仓鼠模型的中国原创性，刘国庆教授团队把这些仓鼠模型分别命名为“中华仓鼠”“北京仓鼠”“上海仓鼠”“广州仓鼠”“深圳仓鼠”“南京仓鼠”“石家庄仓鼠”等，并正在向产业化发展。目前国内多家科研机构和大型制药企业已经开始应用，国家自然科学基金委也对十余项与刘国庆教授团队合作的基因工程仓鼠项目给予了支持。加拿大、美国、日本和新加坡的有关可以机构也正在积极引进和定制基因工程仓鼠模型。

作为实验动物，仓鼠的饲养和繁殖较小鼠容易，其孕期短（15-17天），每胎生产的仔鼠多（11-16只），是一种理想的模式动物。在目前国内外主要以基因工程小鼠作为疾病动物模型的背景下，我国学者在心血管和代谢领域开创的基因工程仓鼠拟人化疾病动物模型及其广泛应用，将会弥补小鼠模型的不足，甚至在某些方面逐渐取代小鼠模型，成为国际实验动物领域“中国创造”的标志性品牌。

相关论文信息

标题 LDL Receptor Gene-ablated Hamsters: A Rodent Model of Familial Hypercholesterolemia With Dominant Inheritance and Diet-induced Coronary

期刊 EBioMedicine

作者 Guo X, Gao M, Wang Y, et al.

摘要 Familial hypercholesterolemia (FH) is an autosomal dominant genetic disease caused mainly by LDL receptor (Ldlr) gene mutations.Unlike FH patients, heterozygous Ldlr knockout (KO) mice do not show a dominant FH trait. Hamsters, like humans, have the cholesteryl ester transfer protein, intestine-only ApoB editing and low hepatic cholesterol synthesis. Here, we generated Ldlr-ablated hamsters using CRISPR/Cas9 technology. Homozygous Ldlr KO hamsters on a chow diet developed hypercholesterolemia with LDL as the dominant lipoprotein and spontaneous atherosclerosis. On a high-cholesterol/high-fat (HCHF) diet, these animals exhibited severe hyperlipidemia and atherosclerotic lesions in the aorta and coronary arteries. Moreover, the heterozygous Ldlr KO hamsters on a short-term HCHF diet also had overt hypercholesterolemia, which could be effectively ameliorated with several lipid-lowering drugs. Importantly, heterozygotes on 3-month HCHF diets developed accelerated lesions in the aortas and coronary arteries.

链接 https://doi.org/10.1016/j.ebiom.2017.12.013

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