中國學者成功創建新型擬人化冠心病小動物模型

編輯 譚坤

冠狀動脈粥樣硬化導致的冠心病是西方人群的第一殺手，也是近幾十年來嚴重危害中國人健康的大敵。世界各國對於冠心病從基礎到臨床的研究都極端重視。

應用疾病動物模型是開展人類疾病研究的主要手段，科學家們幾十年來也製備了各種動脈粥樣硬化的動物模型。然而絕大多數的動脈粥樣硬化動物模型的病變主要發生在主動脈，而不是像人類一樣發生在冠狀動脈，因此不發生冠心病，如常用的 ApoE、LDL 受體基因敲除小鼠；其它如高脂飼料喂飼的家兔、小型豬甚至靈長類動物，均不發生冠心病。目前常用的冠心病動物模型則主要是通過手術的方法損傷或結紮正常的冠狀動脈。這樣做雖然可以引發心肌梗塞，但冠狀動脈卻沒有動脈粥樣硬化，與臨床的冠心病不同。由此造成的後果是冠心病的發病機制迄今不明，多種學說莫衷一是；新葯研發上則是對實驗性動脈粥樣硬化有效的藥物對臨床冠心病無效；而對實驗性冠心病有效的藥物對臨床動脈粥樣硬化無效，因此很少有通過三期臨床試驗的抗冠心病新葯。

針對這個困擾心血管研究領域多年的缺乏擬人化冠心病動物模型的難題，北京大學醫學部心血管研究所劉國慶教授的團隊以國際上公認的與人類脂代謝相近的嚙齒類小動物倉鼠作為模式動物，開展了長期的攻關研究。他們在解決了倉鼠的體外胚胎分裂阻滯的技術瓶頸後，創建了世界上第一個基因工程倉鼠模型-綠色熒光蛋白轉基因倉鼠(Cell Research, 2014)，並獲得了同年的「葯明康德」生命化學學者獎（「新型模式動物基因工程倉鼠的創建」）。在這個基礎上，他們應用 CRISPR-Cas9 高效基因編輯技術，成功敲除了倉鼠的 LDL受體基因，研發出具有與人類疾病特徵相似的擬人化冠心病小動物模型。

這種冠心病倉鼠模型與人類 LDL 受體突變的家族性高膽固醇血症（FH）非常相似，在正常飼料喂飼時血漿膽固醇就較野生型倉鼠明顯升高，脂蛋白譜分析顯示 LDL（壞膽固醇）是主要的蛋白峰，與小鼠和大鼠以 HDL（好膽固醇）為主峰的現象完全不同。

FH 的主要特點是顯性遺傳，雜合子病人的膽固醇就增高並發生冠心病。而其它LDL 受體敲除的雜合子動物，如小鼠、大鼠、家兔和小型豬等，喂飼正常或高脂飼料其血膽固醇和動脈硬化發生率均與野生型動物沒有差別。但 LDL受體敲除的雜合子倉鼠短期喂飼高脂飼料即可導致血膽固醇明顯升高，主動脈的動脈硬化病變不僅加重，且冠狀動脈也發生了不同程度的動脈粥樣硬化病變。而純合子倉鼠給予正常飼料時發生動脈硬化病變，喂飼高脂飼料1-2個月內發生嚴重的冠狀動脈病變，並會發生致死性心肌梗塞。國際重要學術期刊 EBiomedicine 以「LDL受體敲除倉鼠：一種顯性遺傳的家族性高膽固醇血症和食物誘發的冠心病嚙齒動物模型」為題發表了該成果，並同時刊發了評論文章，高度評價了這個倉鼠模型的意義，稱「LDLR 敲除倉鼠複製出了雜合子和純合子病人的表型特點，呈現了與人類相似的脂代謝異常和動脈粥樣硬化，是一種生理學上比其它嚙齒類動物更有應用價值的動脈粥樣硬化模型」。「總而言之，LDLR 敲除倉鼠的構建成功標誌著脂代謝研究的一個突破。具體來說，就是創造了一個更接近臨床的、與動脈粥樣硬化、脂肪肝和糖尿病密切相關的脂代謝紊亂的模型。」

應用基因組編輯技術，劉國慶教授團隊還創建了多種其它擬人化基因工程倉鼠疾病模型，如好膽固醇 HDL 缺乏的 LCAT 和 ABCA1基因敲除倉鼠，嚴重高甘油三酯血症的 ApoC2缺陷倉鼠，動脈粥樣硬化易感和抵抗的清道夫受體和 ApoC3缺陷倉鼠等多種模型。為體現這些基因工程倉鼠模型的中國原創性，劉國慶教授團隊把這些倉鼠模型分別命名為「中華倉鼠」「北京倉鼠」「上海倉鼠」「廣州倉鼠」「深圳倉鼠」「南京倉鼠」「石家莊倉鼠」等，並正在向產業化發展。目前國內多家科研機構和大型製藥企業已經開始應用，國家自然科學基金委也對十餘項與劉國慶教授團隊合作的基因工程倉鼠項目給予了支持。加拿大、美國、日本和新加坡的有關可以機構也正在積極引進和定製基因工程倉鼠模型。

作為實驗動物，倉鼠的飼養和繁殖較小鼠容易，其孕期短（15-17天），每胎生產的仔鼠多（11-16隻），是一種理想的模式動物。在目前國內外主要以基因工程小鼠作為疾病動物模型的背景下，我國學者在心血管和代謝領域開創的基因工程倉鼠擬人化疾病動物模型及其廣泛應用，將會彌補小鼠模型的不足，甚至在某些方面逐漸取代小鼠模型，成為國際實驗動物領域「中國創造」的標誌性品牌。

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標題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.

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

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