動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是一種以脂質代謝紊亂為特征的慢性炎癥性血管疾病。它的主要病理特點是在大中型動脈的內膜及其中膜形成脂質條紋和粥樣斑塊，最終使血管腔變窄甚至阻塞。作為冠心病、腦梗死、外周血管病的主要原因，動脈粥樣硬化導致的死亡率居高不下。
 

圖1 動脈粥樣硬化病變發展的過程^[1]

為模擬人類的動脈粥樣硬化疾病，研究人員常用ApoE（apolipoprotein E，載脂蛋白E）敲除小鼠作為動物模型。

APOE作為一種配體，介導乳糜微粒、極低密度脂蛋白（very low density lipoprotein cholesterol，VLDL）及其殘余物被肝臟受體（LDL受體和LDL受體相關蛋白）攝取。

與人類相反，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，其膽固醇主要存在于HDL中。

敲除ApoE基因后，膽固醇主要分布在VLDL中。富含膽固醇的VLDL顆粒因不能與細胞表面的脂蛋白受體結合，故而無法被降解，導致膽固醇積累并發展成動脈粥樣硬化。
 

圖2 ApoE介導的肝臟和脂肪組織對甘油三酯的攝取^[2]

圖3 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的血脂生化標志物

圖4 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的主動脈瓣進行油紅O染色

結果表明，7個月大的WT小鼠的主動脈瓣中沒有觀察到脂質積累。相比之下，所有ApoE-KO小鼠在5個月大時就表現出顯著的脂質積累在主動脈瓣中，并且隨著年齡的增長，這種表型的嚴重程度逐漸惡化。
 

圖5 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的主動脈進行油紅O染色

結果表明，在5個月大時，WT小鼠的主動脈沒有明顯的病變，而一些ApoE-KO小鼠在主動脈弓附近表現出脂肪積累。到了6到7個月大時，所有ApoE-KO小鼠都顯示出脂肪積累，并且這種表型的嚴重程度逐漸增加。
 

圖6 ApoE-KO小鼠和WT小鼠主動脈瓣的Masson染色

結果顯示，ApoE-KO小鼠斑塊中膠原含量增加，斑塊穩定性增強。
 

圖7 主動脈瓣代表圖

在WT小鼠的主動脈瓣中，未觀察到顯著的動脈粥樣硬化斑塊形成、壞死或炎癥細胞浸潤。相比之下，ApoE-KO小鼠的主動脈瓣出現了廣泛的動脈粥樣硬化斑塊，這些斑塊突出并向管腔內生長。在這些斑塊中，可見大量交織的膠原纖維，以及豐富的泡沫細胞浸潤（紅色箭頭）。此外，還可見到少量膽固醇結晶（黑色箭頭），這些結晶呈現為針狀空隙，伴隨著輕微的棕色色素沉積（綠色箭頭）。同時，也觀察到少量浸潤的淋巴細胞（黃色箭頭）。心肌細胞表現出疏松且不規則的排列。

2.高脂飲食（high fat diet，HFD）
 

圖8 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的體重曲線
 

圖9 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的血脂生化標志物

在高脂飲食條件下，與WT小鼠相比，雄性ApoE-KO小鼠表現出甘油三酯（TG）、總膽固醇（T-CHO）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平升高，而高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）水平降低。
 

圖10 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的主動脈瓣油紅O染色

結果表明，在17周的高脂飲食（HFD）下，野生型（WT）小鼠的主動脈瓣沒有觀察到脂質積累。相比之下，ApoE-KO小鼠在HFD僅7周時就表現出顯著的脂質積累在主動脈瓣中，并且隨著年齡的增長，這種表型的嚴重程度逐漸惡化。
 

圖11 雄性ApoE-KO小鼠和WT小鼠的主動脈進行油紅O染色

圖12 ApoE-KO小鼠和WT小鼠主動脈瓣的Masson染色

結果顯示，ApoE-KO小鼠斑塊中膠原含量增加，斑塊穩定性增強。
 

圖13 主動脈瓣代表圖

在高脂飲食17周后，WT小鼠心臟組織的血管內膜平滑，沒有斑塊形成；心肌細胞排列松散，偶爾可見血管周圍淋巴細胞浸潤（紅色箭頭）。相比之下，高脂飲食7周后，ApoE-KO小鼠的血管內廣泛顯示出斑塊（黃色箭頭），這些斑塊突出進入管腔，表面有纖維結締組織（棕色箭頭）和少量泡沫細胞積累（藍色箭頭）。在斑塊內可見針狀空隙（橙色箭頭），可能是膽固醇結晶，以及壞死碎片（黑色箭頭）。在間質空間中存在淋巴細胞浸潤（紅色箭頭）和纖維組織增生（紫色箭頭）。

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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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