Этот протокол представляет собой подробный подход к воспроизведению мышиной модели гиперлипидемической сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса (HFpEF). Дизайн сочетает в себе введение аденоассоциированного вируса 9-сердечного тропонина Т-липопротеинового рецептора низкой плотности (AAV9-cTnT-LDLR) и полоксамера-407 (P-407).
Патофизиология сердечной недостаточности с сохраненной фракцией выброса (HFpEF), обусловленной липотоксичностью, изучена не до конца. Учитывая острую потребность в животных моделях, которые точно имитируют кардиометаболическую СНсФВ, была разработана мышиная модель, индуцированная гиперлипидемией, путем обратной инженерии фенотипов, наблюдаемых у пациентов с СНсФВ. Эта модель была направлена на исследование HFpEF, уделяя особое внимание взаимодействию между липотоксичностью и метаболическим синдромом. Гиперлипидемия индуцировалась у мышей дикого типа (WT) на фоне штамма 129J путем двухнедельных внутрибрюшинных инъекций полоксамера-407 (P-407), блок-сополимера, блокирующего липопротеинлипазу, в сочетании с однократной внутривенной инъекцией аденоассоциированного вируса 9-сердечного тропонина Т-рецептора липопротеинов низкой плотности (AAV9-cTnT-LDLR). Обширные оценки были проведены в период от 4 до 8 недель после лечения, включая эхокардиографию, регистрацию артериального давления, плетизмографию всего тела, телеметрию эхокардиографии (ЭКГ), мониторинг колеса активности (AWM), а также биохимический и гистологические анализы. У мышей LDLR/P-407 через четыре недели проявились отличительные особенности, включая диастолическую дисфункцию, сохраненную фракцию выброса и увеличенную толщину стенки левого желудочка. Примечательно, что артериальное давление и функция почек оставались в пределах нормы. Кроме того, ЭКГ и АВМ выявили сердечную блокаду и снижение активности соответственно. Диастолическая функция ухудшилась через восемь недель, что сопровождалось значительным снижением частоты дыхания. Дальнейшее исследование модели двойного лечения выявило повышенный фиброз, соотношение влажных и сухих легких, а также соотношение массы сердца к массе тела. У мышей LDLR/P-407 наблюдались ксантелазмы, асцит и ишемия сердца. Интересно, что внезапная смерть наступила между 6 и 12 неделями после лечения. Мышиная модель HFpEF предлагает ценный и многообещающий экспериментальный ресурс для выяснения тонкостей метаболического синдрома, способствующего диастолической дисфункции в контексте липотоксично-опосредованной HFpEF.
Сердечная недостаточность с сохраненной фракцией выброса (СНсФВ) обозначает кардиометаболический синдром, сопровождающийся множественными сопутствующими заболеваниями, и составляет более 50%всех случаев сердечной недостаточности1,2. Более того, частота СНсФВ неуклонно росла в течение последнего десятилетия3. При ограниченных возможностях лечения HFpEF представляет собой наиболее значительную неудовлетворенную медицинскую потребность при сердечно-сосудистых заболеваниях, учитывая ее многогранную патофизиологию4. Таким образом, существует острая потребность в улучшении понимания основных механизмов и патофизиологии HFpEF для разработки эффективных методов лечения.
Несмотря на значительные достижения последних лет, патофизиология HFpEF, связанная с липотоксичностью, остается до конца неизученной. Установлено, что у пациентов с HFpEF наблюдается заметное накопление липидов в миокарде по сравнению с пациентами с сердечной недостаточностью со сниженной фракцией выброса (HFrEF) и здоровыми контрольными группами5. Данные секвенирования РНК из биопсии сердца показали подавление гена липопротеинлипазы (LPL) в группе HFpEF по сравнению с здоровыми пациентами и пациентами с HFrEF6. Полоксамер-407 (P-407) представляет собой блок-сополимер, который индуцирует гиперлипидемию путем блокирования LPL и последующего повышения уровня триглицеридов плазмы и холестерина липопротеинов низкой плотности (ЛПНП)7. Предыдущие исследования продемонстрировали высокую экспрессию рецепторов ЛПНП (ЛПНП) в сердцах мышей с HFpEF8.
Основываясь на этих выводах и признавая насущную потребность в животных моделях, точно имитирующих кардиометаболическую HFpEF, была разработана и представлена мышиная модель, индуцированная гиперлипидемией. Эта модель была адаптирована для изучения HFpEF, явно фокусируясь на участии липотоксичности наряду с метаболическим синдромом. Эта модель, индуцированная гиперлипидемией/блокадой LPL и усилением экспрессии сердечных ЛПНП, была создана у мышей WT-129 на фоне 129J путем внутрибрюшинных (в/в) инъекций P-407 раз в две недели в сочетании с однократной внутривенной (в/в) инъекцией 9-сердечного тропонина T-LDLR (AAV9-cTnT-LDLR) вируса9.
Между 4 и 8 неделями после лечения был проведен обширный спектр обследований, включающий эхокардиографию, регистрацию артериального давления, плетизмографию всего тела (WBP), непрерывную телеметрию электрокардиографии (ЭКГ), мониторинг колеса активности (AWM), а также биохимический и гистологические анализы9. Через четыре недели у мышей LDLR/P407 или «двойного лечения» наблюдались явные признаки HFpEF, включая диастолическую дисфункцию, сохраненную фракцию выброса иувеличенную толщину стенки левого желудочка. Кроме того, телеметрия ЭКГ и AWM выявили сердечную блокаду и снижение активности соответственно. Примечательно, что артериальное давление и функция почек оставались в норме9. К восьми неделям диастолическая функция ухудшилась, а измерения WBP показали снижение частоты дыхания9.
Дальнейшее изучение модели двойного лечения выявило фиброз, повышенное соотношение влажных и сухих легких, а также соотношение массы сердца к массе тела9. При вскрытии выявлены асцит, ишемия сердца и ксантелазмы. Интересно, что внезапные смерти были зарегистрированы между 6 и 12 неделями после лечения9. Эта мышиная модель HFpEF, вызванная гиперлипидемией, представляет собой быстрый, ценный и многообещающий экспериментальный инструмент для разгадки сложностей метаболического синдрома, способствующего диастолической дисфункции с помощью HFpEF, опосредованной липотоксичностью.
Несмотря на неуклонный рост распространенности СНсФВ в течение последнего десятилетия, конкретное понимание лежащей в ее основе патофизиологии остается неясным13. Более того, на сегодняшний день существует ограниченная доказательная терапия13. Необходимо более глубокое понимание механизмов, участвующих в кардиометаболической СНсФВ. Ранее была представлена гиперлипидемическая мышиная модель, которая имитирует HFpEF без хронической болезни почек (ХБП) или гипертензии, вызванной сердечными инъекциями ЛПНП OE и p4079.
Результаты показали, что комбинация сердечной ОЭ ЛПНП и гиперлипидемии приводит к диастолической дисфункции, аритмии, гипертрофии левого желудочка (ЛЖ), непереносимости физических нагрузок, накоплению сердечных липидов и фиброзу у мышей через четыре недели, как было опубликовано ранее9. Также наблюдалось увеличение поглощения холестерина ЛПНП в сердце, печени и скелетных мышцах и снижение уровня триглицеридов в сердце и печени у этих мышей9. Преимущество этого метода заключается в его быстроте исследования путей кардиометаболического синдрома, которые не очень хорошо изучены по сравнению с другими гиперлипидемическими моделями HFpEF у мышей, такими как диета с высоким содержанием жиров (HFD),для развития которой требуется до 16 и 20 недель. Эта модель разрабатывается за четыре недели и имитирует метаболические аномалии у людей. Поэтому воспроизводимость этой модели имеет существенное значение.
Крайне важно обеспечить тщательную подготовку и введение AAV9-cTnT-LDLR и P-407. Воспроизводимость этой модели в значительной степени зависит от точных расчетов концентраций и доз P-407 и AAV9-cTnT-LDLR, а также от измерений веса. Не менее важны препараты растворов и правильные техники внутривенных и внутрибрюшинных инъекций. Отклонения в этих методах могут привести к значительным изменениям и нежелательным результатам.
Несмотря на эффективность и результативность данной модели, существует ряд ограничений. Для выполнения внутривенных и внутрибрюшинных инъекций необходима серьезная подготовка. Кроме того, существует потенциальный риск заболеваемости и смертности, связанный с внутривенными и частыми внутрибрюшинными инъекциями. При выполнении внутривенных инъекций могут возникнуть травмы хвоста мыши, в то время как при внутрибрюшинных инъекциях может произойти пункция слепой кишки, что приводит к перитониту15. Эти травмы, как правило, возникают из-за неправильной техники и могут привести к потере испытуемых и лечения. Поэтому перед выполнением этих процедур необходимо пройти обширную подготовку. Еще одним ограничением является ориентация этой модели на штамм 129J. Обоснование выбора штамма 129J вытекает из предварительных исследований, которые дали более быстрые результаты диастолической дисфункции и HFpEF у этого штамма по сравнению с мышами C57BL/6, которых мы первоначально изучали в неопубликованных исследованиях.
Несмотря на эти ограничения, эта модель позволит более быстро исследовать основные механизмы, участвующие в HFpEF, и потенциальные эффективные варианты лечения. Предыдущие исследования привели к разработке патофизиологической модели кардиометаболического HFpEF-индуцированного HFD и N[w]-нитро-l-аргинин-метилового эфира (L-NAME) в течение 5-15 недель13. Однако, в связи с неуклонным ростом распространенности СНсФВ, существует острая необходимость в дальнейшем понимании патофизиологии кардиометаболической СНсФВ и разработке эффективной терапии. Эта мышиная модель сердечной ОЭ ЛПНП и гиперлипидемии, вызванной p407, является быстрым и осуществимым методом индуцирования кардиометаболической HFpEF для будущих исследований.
The authors have nothing to disclose.
Мы благодарим Penncore и NHLBI Gene Therapy Resource Program (GTRP) за финансирование создания аденоассоциированного вируса, используемого в этом проекте. Это исследование финансировалось за счет грантов Национального института здравоохранения (NIH) (1R01HL140468) и Научно-исследовательского института сердца в Майами. MW была лауреатом премии NIH Diversity Supplement Award с 2020 по 2022 год (R01HL140468-03S1). JH финансируется 1R01 HL13735, 1R01 HL107110, 5UM1 HL113460, 1R01 HL134558, 5R01 CA136387 (от NIH), W81XWH-19-PRMRPCTA (от Министерства обороны) и семейными фондами Старра, Липсона и Своффера.
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 |