方法文章

利用弹性蛋白致敏与血管周围弹性蛋白酶法可靠建立小鼠腹主动脉瘤模型

DOI：

10.3791/72015

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2026年6月26日

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Division of Vascular Surgery, Department of Surgery, Indiana University School of Medicine

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本方案提供了一种可重复且可靠的方法，通过弹性蛋白致敏联合血管周围应用弹性蛋白酶，在C57BL/6小鼠中诱导腹主动脉瘤（AAAs），建立包含免疫致敏成分的腹主动脉瘤模型。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

腹主动脉壁弹性层基质的降解是腹主动脉瘤（AAA）的一种组织病理学特征。越来越多的证据表明，弹性蛋白的降解及其相关的宿主免疫反应在AAA的发病机制中起着重要作用。有效模拟这些过程对于加深对该常见疾病的理解和治疗具有重要意义。尽管以往的AAA模型多采用破坏弹性蛋白的技术来诱导动脉瘤，但其中许多模型仅使用弹性蛋白酶单一处理，未能模拟机体对弹性蛋白及其降解产物（EDP）持续存在的免疫反应。为了模拟这一持续的免疫反应，我们建立了一种模型：在诱导动脉瘤手术前7天，通过皮下注射使C57BL/6小鼠对EDP致敏。随后进行动脉瘤诱导手术，暴露腹主动脉，并在主动脉周围间隙局部应用弹性蛋白酶，旨在使小鼠主动脉上的弹性蛋白和EDP暴露出来。当这些分子暴露后，动物将针对此前已致敏的抗原启动免疫反应。术后第7天再次注射EDP作为“加强”免疫，以延续和增强该免疫反应。本文中，我们描述了一种通过多次EDP致敏联合血管周围应用弹性蛋白酶手术，可靠地在C57BL/6小鼠中建立AAA的实验方案。该模型可在较短时间内建立，成本适中，在诱导术后第21天，经视频显微测量显示82%的小鼠主动脉扩张超过>30%，超声测量显示为73%；视频显微测量显示64%的小鼠扩张超过>50%，超声测量显示为27%。该技术的术中存活率高达95%。

引言

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

腹主动脉瘤（AAA）影响全球超过>3500万人，其中65至80岁男性患病率为4%–8%1,2。破裂是AAA最严重的并发症，通常发生在动脉瘤管壁的机械应力超过主动脉组织强度时，导致大出血，总体死亡率高达80−90%3,4。目前的治疗策略以预防为主，对高危人群进行超声筛查，并在破裂风险超过手术修复风险时进行外科干预，通常以直径达到5.5 cm作为手术指征5。然而，大多数AAA患者无症状，许多病例为偶然发现6。因此，应努力识别高危患者，并开发非手术治疗方法以减缓AAA的生长，从而降低破裂风险。

为了开发针对腹主动脉瘤（AAA）的治疗方法，必须更深入地理解其发病机制。目前使用多种实验模型，包括通过输注血管紧张素II7、异种移植8、氯化钙处理9，以及输注10和/或局部应用弹性蛋白酶11建立的小动物模型。这些模型各自基于对AAA病理基础的不同理解，且大多数自建立以来已经过修改、优化或与其他方法结合使用。

重要的是，腹主动脉瘤（AAA）的组织学显示正常的层状弹性蛋白基质丧失，这在慢性阻塞性肺疾病中的肺组织中也可见到12,13。通过基质金属蛋白酶活性导致的弹性蛋白降解，为AAA发病机制与吸烟之间提供了重要的联系，而吸烟是AAA形成的最重要可调控危险因素12,14。值得注意的是，在人类AAA中可观察到主动脉弹性蛋白减少、弹性纤维破坏以及循环中弹性蛋白肽水平升高，并且这些变化与AAA管壁顺应性增加相关15,16。因此，在构建具有临床转化价值的AAA模型时，诱导弹性蛋白降解至关重要。现有的依赖弹性蛋白降解的AAA模型虽然有效，但可能存在动物死亡率较高的问题，尤其是在使用主动脉插管的模型中17，同时还存在动脉瘤形成不一致的情况，特别是在仅依赖局部应用弹性酶的模型中尤为明显18。此外，所有依赖诱导手术的模型均受操作者学习曲线和技术差异的影响。

为解决这些问题，我们利用宿主免疫反应，通过注射弹性蛋白降解产物（EDP）使动物对弹性蛋白致敏。一周后，采用腹主动脉周围应用弹性蛋白酶的方法，以标准的逐步手术方式诱导动脉瘤形成，从而产生EDP片段，促使已致敏的宿主针对这些片段产生免疫反应。在手术诱导一周后进行后续的“加强”EDP致敏，以确保宿主的免疫反应持续存在。重复的免疫致敏可实现可靠的主动脉扩张。我们采用小鼠腹主动脉瘤（AAA）模型，因其成本较低、易于维护、疾病发展迅速且技术重复性好。

该模型不会稳定地导致主动脉破裂，因此不适用于研究与腹主动脉瘤破裂相关的因素。然而，该模型可在诱导手术后21天内稳定地产生进行性主动脉扩张。因此，该模型最适合用于研究在动脉瘤形成过程中可能减轻或逆转主动脉扩张的治疗手段。

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方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. 超声成像

  1. 准备小鼠
    1. 将小鼠放入麻醉诱导舱中。
    2. 给予1.8−2%异氟烷与氧气混合气体吸入麻醉，直至小鼠进入麻醉状态。使用异氟烷时，确保麻醉气体钢瓶连接至麻醉装置，以减少操作者接触挥发性麻醉剂。
    3. 将小鼠仰卧位固定于37 °C加热的平台上，鼻部置于麻醉鼻罩中。
    4. 用标签胶带将小鼠后肢固定于平台上。
    5. 使用棉签蘸取脱毛剂涂抹于小鼠腹部，静置30秒。
    6. 用5 cm × 5 cm的棉纱布擦除腹部毛发。
    7. 在小鼠腹部涂抹预热的超声耦合剂。
  2. 将38 MHz超声探头置于腹部，识别骨盆带结构。
  3. 在超声图像中，腹主动脉表现为位于中线的管状结构，施加中等向后压力时不可压缩。
    注：下腔静脉（IVC）位于腹主动脉右侧，呈管腔样结构，施加中等向后压力时可被压缩。
  4. 测量腹主动脉分叉点近端的前后径。
  5. 将探头沿腹主动脉向近端移动，识别左肾静脉从腹主动脉前方穿过并汇入下腔静脉的部位。
  6. 测量左肾静脉前方穿过腹主动脉处远端的腹主动脉前后径。
  7. 继续将探头向近端移动，识别膈肌。
    注：膈肌表现为肝脏上方略偏头侧的强回声带。
  8. 测量腹主动脉进入腹腔处远端的前后径。
  9. 将小鼠放回笼子或铺有毛巾的恢复篮中，并置于37 °C加热的平台上。
  10. 持续监测小鼠，直至其从麻醉中苏醒。

2. 初始弹性蛋白致敏

  1. 佩戴个人防护装备（包括手套、眼部防护装置和口罩）后，制备弹性蛋白降解产物（EDP）。
    注意：小鼠胰弹性蛋白酶、弹性蛋白、移液器吸头和微量离心管均为无菌产品。PBS 经高压灭菌以确保无菌。EDP 在生物安全柜中制备。
    1. 取浓度为 0.475 单位/毫升（4.75 单位/毫克蛋白）的小鼠胰弹性蛋白酶 PBS 悬液。
    2. 取 168 μL 弹性蛋白酶加入 5 mg 小鼠弹性蛋白中。向该混合物中再加入 200 μL 1× 磷酸盐缓冲液（PBS），然后用移液器吹打混匀。
    3. 将弹性蛋白酶与弹性蛋白的混合物在 37 °C 下孵育 20 分钟，并间歇性轻柔振荡。
    4. 向弹性蛋白酶与弹性蛋白的混合物中加入 632 μL 冷的 1× PBS。
    5. 加入 1 mL 完全弗氏佐剂。
  2. 将小鼠放入麻醉诱导室中。
  3. 给予吸入式异氟烷 1.8−2% 与氧气，直至小鼠进入麻醉状态。
  4. 将小鼠俯卧于加热至 37 °C 的平台上，并将其鼻部置于麻醉鼻罩中。
  5. 每侧 flank 皮下注射 50 μL EDP，每只小鼠共注射 100 μL EDP。
  6. 将小鼠放入铺有毛巾并置于 37 °C 加热平台上的恢复篮中。
  7. 监测小鼠直至其从麻醉中苏醒。

3. 手术准备

  1. 准备手术器械。
    1. 准备一套手术器械，包括2把有齿镊、1把直尖镊、1把弯尖镊、1把持针器、剪刀、至少3个自持式磁性拉钩、1个皮肤缝合器和1个聚丙烯瓶盖。
    2. 在手术前立即以无菌方式将4-0编织聚乙醇酸缝线加入器械包中。
    3. 注：3-0或5-0规格的缝线也可使用。
    4. 用无菌预热的1×PBS填充聚丙烯瓶盖。
      注：一瓶无菌1×PBS保存在37 °C温箱中，用于补充。
  2. 准备弹性蛋白酶溶液。
    1. 将27 μL浓度为5.1 mg/mL（≥4.0 单位/mg蛋白）的猪胰弹性蛋白酶加入73 μL的1×PBS中，最终体积为100 μL，可供10只小鼠手术使用（每只小鼠10 μL）。
    2. 准备手术区域。
    3. 将一烧杯棉签、细头棉签和5 cm × 5 cm纱布进行高压灭菌，并在手术前放置于手术托盘旁。
    4. 将磁性手术台置于显微镜载物台上，加热垫设定为37 °C。用胶带将加热垫固定在显微镜载物台上，但磁性组件保持可移动，以便术中调整位置。
    5. 在加热垫上放置吸水垫或纸巾。将一块5 cm × 5 cm的纱布对折后置于麻醉鼻罩下方。
    6. 在手术区域附近放置一个盛有脱毛剂的30 mL杯子、一个盛有5%聚维酮碘的30 mL杯子、一支眼用润滑膏、手术胶带、非无菌5 cm × 5 cm纱布、非无菌棉签、密封包装的5 cm × 5 cm酒精棉片、一卷粘性食品级保鲜膜以及一瓶70%乙醇喷雾。
    7. 用1 mL注射器抽取缓释型1.3 mg/mL布托啡诺，每只小鼠取75 μL，剂量为3.25 mg/kg（以30 g小鼠计）。
  3. 准备小鼠进行手术。
    1. 测量并记录小鼠体重（单位：克）。
    2. 将小鼠放入麻醉诱导室。
    3. 给予1.8−2%异氟烷与氧气混合气体吸入麻醉，直至小鼠进入麻醉状态。
    4. 将小鼠仰卧位放置于37 °C加热的手术台上，鼻部置于麻醉鼻罩内。
    5. 皮下注射75 μL布托啡诺。
    6. 用标签胶带将小鼠后肢固定在手术台上。
    7. 使用棉签蘸取脱毛剂涂抹于腹部，静置30秒。
    8. 用5 cm × 5 cm棉质纱布擦除腹部毛发。
    9. 在小鼠眼睛上涂抹眼用润滑膏。
    10. 使用5 cm × 5 cm纱布将聚维酮碘涂抹于小鼠腹部，并待其自然干燥。
    11. 用5 cm × 5 cm酒精棉片擦拭腹部；再次涂抹聚维酮碘并待其干燥。
    12. 通过轻捏小鼠脚趾测试麻醉深度，确认无反应。
    13. 在手术台上覆盖一层粘性食品级保鲜膜。
    14. 用70%乙醇喷洒手术区域，待其自然干燥。
    15. 洗手并佩戴无菌外科手套。

4. 手术操作（弹性蛋白致敏后第7天）

  1. 暴露腹主动脉。
    1. 使用剪刀或手术刀沿腹部正中线做长约 3 cm 的皮肤切口，起始于阴茎头端 0.5−1 cm 处，向尾侧延伸至剑突下方 0.5 cm。
    2. 用有齿镊夹住皮肤并轻轻提起，以辨认腹白线，其表现为腹直肌之间无血管的解剖平面。
    3. 使用剪刀切开腹白线，同时继续提起皮肤。注意仅切开腹白线，避免损伤腹腔内结构。
    4. 放置磁性自持牵开器，分别牵开腹壁右侧、腹壁左侧，以及切口尾侧的结构（如膀胱和精囊）。
    5. 使用湿润的棉签将肠管轻轻推离术野，并用一块湿润的 5 cm × 5 cm 纱布覆盖；或者，将一块卷起的湿润 5 cm × 5 cm 纱布填塞至小鼠腹部左侧。
      注：根据小鼠的解剖结构和牵开器的位置，为获得最佳视野，肠管可向相反方向推离或填塞。
    6. 在后正中线上辨认下腔静脉（IVC）和腹主动脉。
    7. 使用棉签轻柔分离覆盖后方血管结构的组织平面，进入腹膜后间隙。
      注：对目标组织施加向后的压力，随后将棉签尖端向外拉开，可产生更强的牵拉力；若需较轻的牵拉，可将棉签尖端向相反方向旋转。
    8. 将侧方牵开器置入更深位置，以更好地牵拉并显露腹主动脉。
    9. 继续使用棉签轻柔分离下腔静脉与肾下腹主动脉，此阶段避免松解腹主动脉的侧方附着结构。
    10. 持续分离下腔静脉与腹主动脉之间的间隙，直至在腹主动脉与下腔静脉之间出现可见的三角形空间（图 1）。
      注：此步骤通常在左肾静脉尾侧稍远处最容易完成。
    11. 使用钝性分离或锐头镊子，将腹主动脉从其左侧的结缔组织和腰肌中轻轻剥离，以松解其侧方附着。
    12. 将弯头锐头镊插入腹主动脉与下腔静脉之间已分离出的间隙，反复轻柔开合镊子，以松解腹主动脉后方的附着结构。
    13. 采用相同的开合技术，沿腹主动脉由头侧向尾侧逐步分离其后方间隙。
    14. 获取整个腹主动脉的视频显微测量图像，并保存用于后续分析。
  2. 应用血管周围弹性蛋白酶。
    1. 使用移液器将 10 μL 弹性蛋白酶溶液滴加于暴露的腹主动脉全长。
      注：仅分离腹主动脉内侧和外侧组织时，会形成一条沟槽，使弹性蛋白酶在此积聚。
    2. 用湿润的 5 cm × 5 cm 纱布覆盖开放的腹腔，使弹性蛋白酶溶液孵育 10 分钟。
    3. 移除覆盖的纱布，并用无菌 1× PBS 冲洗腹腔三次，以清除残留的弹性蛋白酶溶液。
  3. 关闭腹腔。
    1. 将腹腔内器官复位，观察并纠正肠管是否存在扭转或成角。
    2. 使用有齿镊将腹直肌及其筋膜从皮肤上剥离约 0.25 cm，形成皮瓣。
    3. 采用 4-0 编织聚乙醇酸（或类似材料）缝线，以连续缝合法关闭腹壁筋膜，注意缝合切口各角，且每针间距不超过 2 mm。
    4. 使用 3−4 枚皮肤钉合器闭合表层皮肤。

5. 术后护理

  1. 将小鼠从手术台移出，放入铺有毛巾的恢复篮中，并将恢复篮置于37 °C加热台上。
  2. 监测小鼠直至其从麻醉状态中苏醒。
  3. 术后每天监测小鼠4天，记录其总体健康状况及腹部切口的愈合情况。
  4. 术后按照上述方法重复进行超声检查，以监测动脉瘤的生长情况。
  5. 术后一周或在进行第一周超声检查时拆除缝合钉。

6. 重复弹性蛋白致敏（动脉瘤诱导手术后7天）

  1. 通过以不完全弗氏佐剂替代完全弗氏佐剂，以相同方式配制EDP溶液，执行与上述初始弹性蛋白致敏相同的步骤。

7. 组织收获步骤

  1. 在术后第21天采集组织用于各项分析。
  2. 将小鼠按诱导手术时相同的方式进行准备。
  3. 以与诱导手术期间相同的方式再次暴露主动脉，注意避免损伤拟用于组织学分析的任何样本。
    注意：此时小鼠已形成粘连性瘢痕，可能需要更多使用镊子进行锐性分离，而非钝性分离。
  4. 获取视频显微测量图像。
  5. 进行心脏穿刺以采集血液用于分析，并处死小鼠。
  6. 在穿戴适当个人防护装备（包括手套、眼部防护装置和口罩）的情况下对小鼠进行灌注以用于分析。
    1. 若组织用于流式细胞术（或类似）分析，以100−120 mm Hg的压力经左心室灌注8 mL不含血管扩张剂的1X PBS。
    2. 若组织用于PCR分析，经左心室灌注含血管扩张剂（0.1 mM 腺苷和0.01 mM 硝普钠）的1X PBS，随后灌注RNA稳定溶液。
    3. 若组织用于组织学分析，经左心室灌注含血管扩张剂的1X PBS，随后灌注10%中性缓冲福尔马林磷酸盐溶液。
  7. 采集所需组织，注意避免对拟用于组织学分析的组织造成结构损伤。使用缝线或标记剂标明组织方向。

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结果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

共有28只雄性C57BL/6J小鼠接受了该手术方案，其中1只因下腔静脉损伤导致围手术期死亡（3.6%）。另有3只小鼠出现延迟性死亡，其中1只死于切口疝，另外2只死因不明，总体21天生存率为85.7%。从麻醉诱导至麻醉结束的平均时间为46.4 ± 8.0分钟。假手术组小鼠接受的手术流程与动脉瘤组几乎完全相同，包括初始EDP致敏、开腹手术、暴露腹主动脉以及再次EDP致敏。关键区别在于，假手术组在手术诱导时未接受局部血管周围弹性蛋白酶处理。

使用超声和视频显微测量法测量主动脉直径。图2展示了代表性的超声图像和术中图像。主动脉瘤定义为第21天时主动脉直径与基线相比的比值≥1.5。在动脉瘤组中，第21天超声测得的主动脉平均直径比值相对于基线为1.43 ± 0.17，假手术对照组为1.04 ± 0.11（图3，p=0.00046）。根据第21天的超声测量结果，11只动脉瘤小鼠中有8只（72.7%）表现出主动脉直径增加超过>30%，而5只假手术对照小鼠中无一例（p=0....

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讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

自1990年首次在大鼠中描述以来，基于弹性蛋白酶的腹主动脉瘤（AAA）模型已被多次改良，并应用于多种动物10,19,20,21,22,23。其中一些改良包括主动脉插管，这可能会增加死亡率，并在主动脉病理中引入创伤性因素17。较微创的改良方法包括将反丁烯二酸-3-氨基丙腈盐（β-氨基丙腈（BAPN））——一种赖氨酰氧化酶抑制剂——溶解于动物饮用水中18。对模型进行大多数改良的目的是提高动脉瘤形成的稳定性、简化技术操作，并改善动物存活率。不同模型之间或使用相同模型的不同操作者之间的手术技术差异，可能导致结果不一致，从而增加研究解读的难度。特别是主动脉暴露方...

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披露

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者声明本文中提及的任何产品或讨论的概念均不涉及任何专有或商业利益。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本工作由隐秘石匠医学研究基金会（Brownsburg，IN）资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
1 mL 结核菌素注射器Becton Dickinson309628
10% 磷酸盐缓冲福尔马林Fisher ChemicalSF100-4
70%异丙醇擦拭巾Cardinal HealthS-16183
斜角尖头镊杜蒙I I25 I-35
AutoClip 9毫米（皮肤缝合器）MikRon427630
聚维酮碘亚特兰蒂斯消费者医疗保健67618-155-16
棉纱布垫Dynarex Corporation3223
棉签Puritan Medical Products25-806 2WC
猪胰弹性蛋白酶（Elastase from porcine pancreas）≥4.0 单位/毫克蛋白质Sigma-AldrichE12504℃水溶液中保存 °C
小鼠胰腺弹性蛋白酶（4.75 单位/毫克蛋白）Elastin Products Co., Inc.MS838储存于水溶液中（0.1 mg 溶于 1 mL PBS），4 ℃保存 °C
弹性蛋白MP Biomedicals1016364℃水溶液中保存 °C
Enersight Desktop SoftwareLeicahttps://www.leica-microsystems.com/products/microscope-software/p/enersight/
Ethiqa XR（缓释型丁丙诺啡）FidelisNDC 86084-100-30
眼用润滑剂OptixCareOpx-4242
Flexacam i5（立体）Leicahttps://www.leica-microsystems.com/products/microscope-cameras/p/12730536-leica/
弗罗因德’完全佐剂MP Biomedicals6428514℃水溶液中保存 °C
弗罗因德’不完全佐剂MP Biomedicals6428614℃水溶液中保存 °C
手套（无菌）安可7824PF
皮下注射针头（23 G）Becton Dickinson305145
皮下注射针头（27 G）Becton Dickinson305109
异氟烷（Isoflurane）德克拉动物保健07-894-8943
标签胶带Fisher Scientific15959
口罩Dukal Corp.1540
持针器Scanlan6006-36
Omnicon F/air 麻醉气体罐A.M. Bickford 公司80120
Press'N Seal格拉德12587704417
RC2 啮齿类动物回路控制器VetEquip Incorporated922100
RNAlater 稳定溶液赛默飞世尔科技AM7021
剪刀Fine Science Tools14005-12
皮肤缝合钉（夹子）MikRon205016
小型啮齿类动物保温加热器斯托尔廷53851
小型啮齿动物加热载物台斯托尔廷53812
立体显微镜 M60Leicahttps://www.leica-microsystems.com/products/light-microscopes/stereo-microscopes/p/leica-m80/
直头锐利镊子DumontI I 25 I-30
SurgiSuite 自持式磁性牵开器套装及支架Kent Scientific13-005-180
Tahoe 便携式氧气浓缩器Vetland Medical595-2300A
有齿镊Fine Science Tools11043-08, 11042-08
Vevo 2100 超声成像系统FUJIFILM VisualsonicsEDU00496
Visorb 聚乙醇酸缝线CP Medical397A
VWR 吸附剂VWR95057-860

参考文献

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