このプロトコルは、駆出率が維持された高脂血症誘発性心不全(HFpEF)のマウスモデルを再現するための詳細なアプローチを示しています。このデザインは、アデノ随伴ウイルス9-心筋トロポニンT-低密度リポタンパク質受容体(AAV9-cTnT-LDLR)とポロキサマー-407(P-407)の投与を組み合わせたものです。
脂肪毒性によって引き起こされる駆出率(HFpEF)が保存された心不全の病態生理学は、完全には理解されていません。心血管代謝HFpEFを正確に模倣する動物モデルが急務であることから、HFpEF患者に見られる表現型をリバースエンジニアリングして、高脂血症誘発マウスモデルを開発しました。このモデルは、脂肪毒性とメタボリックシンドロームの相互作用に焦点を当てて、HFpEFを調査することを目的としていました。高脂血症は、129J株バックグラウンドの野生型(WT)マウスにおいて、リポタンパク質リパーゼをブロックするブロック共重合体であるポロキサマー-407(P-407)の隔週腹腔内注射と、アデノ随伴ウイルス9-心筋トロポニンT-低密度リポタンパク質受容体(AAV9-cTnT-LDLR)の単回静脈内注射により誘発されました。心エコー検査、血圧記録、全身プレチスモグラフィー、心エコー検査(ECG)テレメトリー、活動ホイールモニタリング(AWM)、生化学的および組織学的分析など、治療後4〜8週間の間に広範な評価が行われました。.LDLR/P-407マウスは、4週目で拡張期機能障害、駆出率の維持、左心室壁の厚さの増加など、特徴的な特徴を示しました。特に、血圧と腎機能は正常範囲内にとどまっていました。さらに、ECGとAWMは、それぞれ心臓ブロックと活動の低下を明らかにしました。拡張期機能は8週間で悪化し、呼吸数が大幅に低下しました。二重治療モデルのさらなる調査により、線維症、湿性肺/乾性肺比、および心臓重量/体重比の上昇が明らかになりました。LDLR/P-407マウスは、黄色腫、腹水、および心虚血を示しました。興味深いことに、突然死は治療後6週間から12週間の間に発生しました。マウスHFpEFモデルは、脂肪毒性を介したHFpEFの文脈で拡張期機能障害に寄与するメタボリックシンドロームの複雑さを解明するための貴重で有望な実験リソースを提供します。
駆出率が保存された心不全(HFpEF)は、複数の併存疾患を伴う心血管代謝症候群を示し、すべての心不全症例の50%以上を占めています1,2。さらに、HFpEFの頻度は過去10年間で着実に増加しています3。治療の選択肢が限られているHFpEFは、その多面的な病態生理学4を考えると、心血管疾患における最も重要なアンメットメディカルニーズを表しています。したがって、効果的な治療法を開発するために、HFpEFの根底にあるメカニズムと病態生理学の理解を深めることが急務です。
近年の大きな進歩にもかかわらず、脂肪毒性に起因するHFpEFの病態生理学は未だに完全には解明されていません。HFpEF の患者は、駆出率が低下した心不全 (HFrEF) の患者や健康な対照群と比較して、顕著な心筋脂質蓄積を示すことが確立されています5。心臓生検のRNAシーケンシングデータは、健康なHFrEF患者およびHFrEF患者と比較して、HFpEF群のリポタンパク質リパーゼ(LPL)遺伝子のダウンレギュレーションを示しました6。Poloxamer-407(P-407)は、LPLをブロックし、続いて血漿トリグリセリドおよび低密度リポタンパク質(LDL)コレステロールを増加させることにより高脂血症を誘発するブロック共重合体です7。以前の研究では、HFpEFマウスの心臓におけるLDL-Receptor(LDLR)の発現が高いことが示されている8。
これらの知見に基づき、心血管代謝HFpEFを正確に模倣した動物モデルの必要性が急務であることを認識し、高脂血症誘発マウスモデルが開発され、発表されました。このモデルは、HFpEFを探索するように調整されており、メタボリックシンドロームと脂肪毒性の関与に明確に焦点を当てています。高脂血症/LPL遮断と心臓LDLR発現の亢進によって誘発されたこのモデルは、129JバックグラウンドのWT-129マウスで、P-407の隔週腹腔内(i.p.)注射とアデノ随伴ウイルス9-心筋トロポニンT-LDLR(AAV9-cTnT-LDLR)の単回静脈内(i.v.)注射の組み合わせによって確立されました9。
治療後4週間から8週間の間に、心エコー検査、血圧記録、全身プレチスモグラフィー(WBP)、持続心電図(ECG)テレメトリー、活動ホイールモニタリング(AWM)、生化学的および組織学的分析9を含む広範な評価が実施された。4週間後、LDLR/P407または「二重治療」マウスは、拡張期機能障害、駆出率の維持、左心室壁の厚さの増加など、明確なHFpEFの特徴を示しました9。さらに、ECGテレメトリーとAWMは、それぞれ心臓ブロックと活動の低下を明らかにしました。特に、血圧と腎機能は正常なままでした9。8週間までに、拡張期機能は悪化し、WBP測定により呼吸数の減少が明らかになりました9。
二重治療モデルのさらなる調査により、線維症、湿性肺/乾性肺比の上昇、および心臓重量/体重比が明らかになりました9。剖検により、腹水症、心虚血、黄色腫が明らかになりました。興味深いことに、突然死は治療後6週間から12週間の間に記録されている9。このマウス高脂血症によるHFpEFモデルは、脂肪毒性を介したHFpEFによる拡張期機能障害の原因となるメタボリックシンドロームの複雑さを解明するための迅速で価値があり、有望な実験ツールを提供します。
過去 10 年間で HFpEF の有病率は着実に増加しているにもかかわらず、根底にある病態生理学の具体的な理解は依然としてとらえどころのないままです 13。さらに、今日の時点では、証拠に基づく治療法は限られています13。心血管代謝性HFpEFに関与するメカニズムの理解を深める必要があります。以前に、慢性腎臓病(CKD)も心臓LDLR OEおよびp407注射によって誘発される高血圧も伴わないHFpEFを模倣する高脂血症マウスモデルが導入されました9。
その結果、心LDLR OEと高脂血症の組み合わせは、以前に発表された9.これらのマウスの心臓、肝臓、骨格筋におけるLDLコレステロールの取り込みの増加と、心臓と肝臓におけるトリグリセリドの減少も観察されました9。この方法の利点は、他の高脂血症HFpEFマウスモデルと比較して十分に理解されていない心血管メタボリックシンドロームの経路を調査するための迅速さにあります。たとえば、高脂肪食(HFD)は、発症に最大16週間と20週間かかります14。このモデルは、開発に4週間かかり、ヒトの代謝異常を模倣します。したがって、このモデルの再現性は不可欠です。
AAV9-cTnT-LDLRおよびP-407の徹底的な準備と投与を確実にすることが不可欠です。このモデルの再現性は、P-407およびAAV9-cTnT-LDLRの濃度と線量の正確な計算、および重量測定に大きく依存します。同様に重要なのは、溶液製剤と適切な静脈内および腹腔内注射技術です。これらの手法の逸脱は、大幅な変更や望ましくない結果をもたらす可能性があります。
このモデルの有効性と効率性にもかかわらず、いくつかの制限があります。静脈内および腹腔内注射を行うには、厳格なトレーニングが必要です。さらに、静脈内および頻繁な腹腔内注射に関連する罹患率および死亡率の潜在的なリスクがあります。静脈内注射を行うとマウスの尾部が損傷する可能性があり、腹腔内注射では盲腸穿刺が発生し、腹膜炎につながる可能性があります15。これらの怪我は通常、誤った技術によるものであり、実験対象や治療を失う可能性があります。したがって、これらの手順を実行する前に、広範なトレーニングが必要です。別の制限は、このモデルが129J系統に焦点を当てていることです。129J系統を選択した理論的根拠は、未発表の研究で最初に研究したC57BL/6マウスと比較して、この系統でより迅速な拡張期機能障害とHFpEFの所見をもたらした予備研究に由来しています。
これらの制限に関係なく、このモデルにより、HFpEFに関与する根本的なメカニズムと潜在的な効果的な治療オプションについて、より迅速な調査が可能になります。以前の研究では、心血管代謝 HFpEF 誘発性 HFD および N[w]-ニトロ-l-アルギニン メチル エステル (L-NAME) の病態生理学的モデルが 5-15 週間にわたって開発されました13。しかし、HFpEFの有病率が着実に増加しているため、心血管代謝HFpEFの病態生理学のさらなる理解と効果的な治療法の開発が急務となっています。この心LDLR OEおよびp407誘発性高脂血症のマウスモデルは、将来の研究努力のために心血管代謝HFpEFを誘導する迅速かつ実行可能な方法です。
The authors have nothing to disclose.
このプロジェクトで使用されたアデノ随伴ウイルスの生成に資金を提供してくれたPenncoreおよびNHLBI遺伝子治療リソースプログラム(GTRP)に感謝します。この研究は、国立衛生研究所(NIH)(1R01HL140468)およびマイアミ心臓研究所からのLSへの助成金によって資金提供されました。MWは、2020年から2022年までNIH Diversity Supplement Awardを受賞しました(R01HL140468-03S1)。JHは、1R01 HL13735、1R01 HL107110、5UM1 HL113460、1R01 HL134558、5R01 CA136387(NIHから)、W81XWH-19-PRMRPCTA(国防総省から)、Starr、Lipson、Soffer Family Foundationsから資金提供を受けています。
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 |