Ce protocole présente une approche détaillée de la réplication d’un modèle murin d’insuffisance cardiaque induite par l’hyperlipidémie avec fraction d’éjection préservée (ICFEp). La conception combine l’administration du virus adéno-associé 9-troponine cardiaque, du récepteur des lipoprotéines de basse densité T (AAV9-cTnT-LDLR) et du poloxamer-407 (P-407).
La physiopathologie de l’insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection préservée (ICFEp) due à la lipotoxicité n’est pas complètement comprise. Étant donné le besoin urgent de modèles animaux qui imitent avec précision l’ICFEp cardiométabolique, un modèle murin induit par l’hyperlipidémie a été mis au point par rétro-ingénierie des phénotypes observés chez les patients atteints d’ICFEp. Ce modèle visait à étudier l’ICFEp, en mettant l’accent sur l’interaction entre la lipotoxicité et le syndrome métabolique. L’hyperlipidémie a été induite chez des souris de type sauvage (WT) sur un fond de souche 129J par des injections intrapéritonéales bihebdomadaires de poloxamer-407 (P-407), un copolymère séquencé qui bloque la lipoprotéine lipase, associées à une injection intraveineuse unique du récepteur des lipoprotéines de basse densité du virus adéno-associé 9-cardiac troponin T-low-density (AAV9-cTnT-LDLR). Des évaluations approfondies ont été effectuées entre 4 et 8 semaines après le traitement, y compris l’échocardiographie, l’enregistrement de la pression artérielle, la pléthysmographie du corps entier, la télémétrie de l’échocardiographie (ECG), la surveillance de la roue d’activité (AWM) et les analyses biochimiques et histologiques. Les souris LDLR/P-407 présentaient des caractéristiques distinctives à quatre semaines, notamment une dysfonction diastolique, une fraction d’éjection préservée et une augmentation de l’épaisseur de la paroi ventriculaire gauche. Notamment, la pression artérielle et la fonction rénale sont restées dans les limites normales. De plus, l’ECG et l’AWM ont révélé des blocs cardiaques et une activité réduite, respectivement. La fonction diastolique s’est détériorée à huit semaines, accompagnée d’une baisse significative de la fréquence respiratoire. Une enquête plus approfondie sur le modèle de double traitement a révélé une fibrose élevée, des rapports poumons humides/secs et des rapports poids cardiaque/poids corporel. Les souris LDLR/P-407 présentaient des xanthélasmas, de l’ascite et une ischémie cardiaque. Fait intéressant, les morts subites sont survenues entre 6 et 12 semaines après le traitement. Le modèle murin de l’ICFEpH offre une ressource expérimentale précieuse et prometteuse pour élucider les subtilités du syndrome métabolique contribuant à la dysfonction diastolique dans le contexte de l’ICFEpP médiée par la lipotoxicité.
L’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection préservée (ICFEp) désigne un syndrome cardiométabolique accompagné de multiples comorbidités et représente plus de 50 % de tous les cas d’insuffisance cardiaque 1,2. De plus, la fréquence de l’ICFEp n’a cessé d’augmenter au cours de la dernièredécennie3. Avec des options de traitement limitées, l’ICFEp représente la nécessité médicale non satisfaite la plus importante dans les maladies cardiovasculaires, compte tenu de sa physiopathologie à multiples facettes4. Il est donc urgent d’améliorer la compréhension des mécanismes sous-jacents et de la physiopathologie de l’ICFEp afin de mettre au point des traitements efficaces.
Malgré des progrès importants au cours des dernières années, la physiopathologie de l’ICFEp attribuée à la lipotoxicité n’est pas encore complètement comprise. Il est établi que les patients atteints d’ICFEp présentent une accumulation notable de lipides myocardiques par rapport à ceux atteints d’insuffisance cardiaque avec fraction d’éjection réduite (ICFEr) et de témoins sains5. Les données de séquençage de l’ARN provenant de biopsies cardiaques ont montré une régulation négative du gène de la lipoprotéine lipase (LPL) dans le groupe ICFEp par rapportaux patients sains et ICFEr 6. Le poloxamer-407 (P-407) est un copolymère séquencé qui induit une hyperlipidémie en bloquant la LPL et en augmentant par la suite les triglycérides plasmatiques et le cholestérol des lipoprotéines de basse densité (LDL)7. Des études antérieures ont démontré une expression élevée des récepteurs LDL (LDLR) dans le cœur des souris ICFEp8.
En s’appuyant sur ces résultats et en reconnaissant le besoin pressant de modèles animaux imitant fidèlement l’ICFEp cardiométabolique, un modèle murin induit par l’hyperlipidémie a été élaboré et présenté. Ce modèle a été conçu pour explorer l’ICFEp, en mettant explicitement l’accent sur l’implication de la lipotoxicité et du syndrome métabolique. Induit par l’hyperlipidémie/le blocage de la LPL et l’augmentation de l’expression cardiaque du LDLR, ce modèle a été établi chez des souris WT-129 sur un fond 129J par des injections intrapéritonéales (i.p.) bihebdomadaires de P-407 combinées à une injection intraveineuse unique (i.v.) du virus adéno-associé 9-troponine cardiaque T-LDLR (AAV9-cTnT-LDLR)9.
Entre 4 et 8 semaines après le traitement, un large éventail d’évaluations a été effectué, englobant l’échocardiographie, l’enregistrement de la pression artérielle, la pléthysmographie du corps entier (WBP), la télémétrie par électrocardiographie continue (ECG), la surveillance de la roue d’activité (AWM), ainsi que des analyses biochimiques et histologiques9. À quatre semaines, les souris LDLR/P407 ou « double traitement » présentaient des caractéristiques distinctes de l’ICFEp, notamment une dysfonction diastolique, une fraction d’éjection préservée et une augmentation de l’épaisseur de la paroi ventriculaire gauche9. De plus, la télémétrie ECG et l’AWM ont révélé des blocages cardiaques et une activité réduite, respectivement. Notamment, la pression artérielle et la fonction rénale sont restées normales9. À huit semaines, la fonction diastolique s’est détériorée et les mesures de la WBP ont révélé une réduction de la fréquence respiratoire9.
Une exploration plus approfondie du modèle de double traitement a révélé une fibrose, des rapports pulmonaires humides/secs élevés et des rapports poids cardiaque/poids corporel9. L’autopsie a révélé une ascite, une ischémie cardiaque et des xanthélasmas. Curieusement, des morts subites ont été documentées entre 6 et 12 semaines après le traitement9. Ce modèle d’ICFEp induit par l’hyperlipidémie murine fournit un outil expérimental rapide, précieux et prometteur pour démêler les complexités du syndrome métabolique contribuant à la dysfonction diastolique avec ICFEp médiée par la lipotoxicité.
Malgré l’augmentation constante de la prévalence de l’ICFEp au cours de la dernière décennie, il est encore difficile de comprendre concrètement la physiopathologie sous-jacente13. De plus, à ce jour, il existe peu de traitements fondés sur des données probantes13. Il est nécessaire de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans l’ICFEp cardiométabolique. Auparavant, un modèle murin hyperlipidémique a été introduit qui imite l’ICFEp sans maladie rénale chronique (IRC) ni hypertension induite par les injections cardiaques de LDLR OE et de p4079.
Les résultats ont révélé que la combinaison d’un LDLR cardiaque OE et d’une hyperlipidémie entraîne une dysfonction diastolique, des arythmies, une hypertrophie ventriculaire gauche (VG), une intolérance à l’effort, une accumulation de lipides cardiaques et une fibrose chez les souris après quatre semaines, comme publié précédemment9. Une augmentation de l’absorption du cholestérol LDL dans le cœur, le foie et les muscles squelettiques et une diminution des triglycérides dans le cœur et le foie de ces souris ont également été observées9. L’avantage de cette méthode réside dans sa rapidité à étudier les voies du syndrome cardiométabolique, qui ne sont pas bien comprises par rapport à d’autres modèles murins d’ICFEp hyperlipidémiques, tels que le régime riche en graisses (HFD) qui nécessitent jusqu’à 16 et 20 semaines pour se développer14. Ce modèle prend quatre semaines à développer et imite les anomalies métaboliques chez l’homme. Par conséquent, la reproductibilité de ce modèle est essentielle.
Il est impératif d’assurer une préparation et une administration minutieuses des AAV9-cTnT-LDLR et P-407. La reproductibilité de ce modèle dépend fortement des calculs précis des concentrations et des doses de P-407 et d’AAV9-cTnT-LDLR, ainsi que des mesures de poids. Les préparations de solution et les techniques d’injection intraveineuse et intrapéritonéale appropriées sont tout aussi importantes. Les écarts dans ces techniques peuvent entraîner des altérations importantes et des résultats indésirables.
Malgré l’efficacité et l’efficience de ce modèle, plusieurs limites existent. Une formation rigoureuse est nécessaire pour effectuer des injections intraveineuses et intrapéritonéales. De plus, il existe un risque potentiel de morbidité et de mortalité associé aux injections intraveineuses et aux injections intrapéritonéales fréquentes. Des blessures à la queue de souris peuvent survenir lors d’injections intraveineuses, tandis qu’une ponction cæcale peut survenir avec des injections intrapéritonéales, entraînant une péritonite15. Ces blessures sont généralement dues à des techniques incorrectes et peuvent entraîner la perte de sujets expérimentaux et de traitements. Par conséquent, une formation approfondie est nécessaire avant d’effectuer ces procédures. Une autre limitation est l’accent mis par ce modèle sur la souche 129J. La raison du choix de la souche 129J découle d’études préliminaires qui ont révélé des résultats plus rapides de dysfonction diastolique et d’ICFEp chez cette souche par rapport aux souris C57BL/6 que nous avons initialement étudiées dans des enquêtes non publiées.
Quelles que soient ces limites, ce modèle permettra d’étudier plus rapidement les mécanismes sous-jacents de l’ICFEp et les options de traitement potentiellement efficaces. Des études antérieures ont mené à l’élaboration d’un modèle physiopathologique pour la HFD induite par l’ICFEP cardiométabolique et l’ester méthylique de N[w]-nitro-l-arginine (L-NAME) sur une période de 5 à 15 semaines13. Cependant, en raison de l’augmentation constante de la prévalence de l’ICFEp, il est urgent de mieux comprendre la physiopathologie de l’ICFEp cardiométabolique et de mettre au point un traitement efficace. Ce modèle murin d’OE LDLR cardiaque et d’hyperlipidémie induite par p407 est une méthode rapide et réalisable d’induction d’ICFEp cardiométabolique pour les efforts de recherche futurs.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions le Penncore et le NHLBI Gene Therapy Resource Program (GTRP) d’avoir financé la génération du virus adéno-associé utilisé dans ce projet. Cette recherche a été financée par des subventions du National Institute of Health (NIH) (1R01HL140468) et du Miami Heart Research Institute à LS. MW a été récipiendaire du NIH Diversity Supplement Award de 2020 à 2022 (R01HL140468- 03S1). JH est financé par 1R01 HL13735, 1R01 HL107110, 5UM1 HL113460, 1R01 HL134558, 5R01 CA136387 (du NIH), W81XWH-19-PRMRPCTA (du ministère de la Défense) et les fondations de la famille Starr, Lipson et Soffer.
Adeno-associated virus 9-cardiac troponin T-LDLR (AAV9-cTnT-LDLR) | U. Penn Vector Core, funded by the NHLBI Gene Therapy Program (GTRP) | Transgene plasmids and AAVs particles were generated by the U. Penn Vector Core, funded by the NHLBI Gene Therapy Program (GTRP). AAV were provided in Dulbecco’s phosphate-buffered saline (PBS) with 0.001% Pluronic F68. The Core determined AAV titers by digital droplet polymerase chain reaction (ddPCR) and assessed all preparations for capsid protein ratio by SDS-PAGE and for the presence of endotoxin. Constructs include the human (h) transcripts tagged by 3X HA, Penn Vector Core (RRID: SCR_022432). AAV9-cTNT-hLDLR plasmid encodes the full human LDLR protein (2664bp). | |
Imaging systems with a high frequency transducer probe MS400 | (VisualSonics, Toronto, ON, Canada) | Vevo 2100 or 3100 | |
Isoflurane | Akorn Animal Health, Inc. | NDC: 59399-106-01 | |
LabChart software | ADInstruments | Pro version 8.1.5 | |
Poloxamer 407 | Sigma-Aldrich | 16758 | |
PV catheter | Millar Instrument | PVR 1035 | |
Ultrasound analysis software | Vevo Lab | ||
Wild-type (WT) mice on 129J background | Jackson Laboratory |