豚鼠模型用于降胆固醇药物的研究

朱龙社

豚鼠模型用于降胆固醇药物的研究

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豚鼠；高胆固醇血症；模型；药物研究

许多动物模型，主要有兔子、大鼠、小鼠、仓鼠、豚鼠、鸟、狗、猪和非人灵长类动物[1]，已被用于分析药物在胆固醇和脂蛋白代谢方面的治疗效果。然而，在进行这方面的研究时，必须谨慎选用动物模型，因为不同的动物模型中，胆固醇在脂蛋白中的分布存在很大差异[2]。在某些动物模型中，胆固醇代谢被证明与人类完全不同，因此，可能并不适合用于研究降胆固醇药物的作用机制[3]。本文讨论使用豚鼠模型研究各种药物治疗下的胆固醇和脂蛋白代谢，并探讨某些药物在降胆固醇作用机制方面的优势。

以前的研究表明，豚鼠体内的胆固醇和脂蛋白代谢与人体新陈代谢具有显著的相似之处，包括：(1)高的低密度脂蛋白(LDL)-高密度脂蛋白(HDL)比值[4]；(2)在肝脏有较高的游离胆固醇[5]；(3)类似的血浆脂蛋白血管内处理[6]；(4)相近的肝脏胆固醇的合成、酯化和代谢；(5)雌性比雄性HDL浓度较高；(6)去卵巢豚鼠与绝经后妇女相比，血脂组成相似[7]；(7)长时间运动下甘油三酯(TG)浓度下降，HDL胆固醇浓度上升。由于这些以及其他的相似之处，不难理解为什么豚鼠在药物治疗反应中与人体胆固醇和脂蛋白代谢的改变极为相似。

众所周知，LDL和TG浓度的升高是冠状动脉心脏疾病(CHD)和动脉粥样硬化的主要的危险因素[8]。预防动脉粥样硬化和冠心病的主要措施包括：减少饮食中的饱和脂肪和胆固醇的摄入量，增加活动和体重控制。然而，对于高危人群来说，饮食措施和体力活动常常需要与药物治疗相结合。美国国家胆固醇教育计划(NCEP)成人治疗小组(ATP)强调，冠心病或有冠心病的危险性和LDL胆固醇(LDL-C)水平>3.38 mmol/L的患者，应该接受药物治疗，以使LDL-C降低到<2.6 mmol/L。到目前为止，豚鼠已被用于分析许多药物的治疗作用[9]，包括3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A(HMG-COA)还原酶抑制剂、酰基辅酶A：胆固醇酰基转移酶(ACAT)抑制剂、考来烯胺、纤维酸类药物、普罗布考等。研究表明，药物治疗反应中，豚鼠调节胆固醇和脂蛋白代谢的许多机制与临床试验报告相符合。

1 HMG-CoA还原酶抑制剂

人体内约65%的总胆固醇是在肝外组织中内源性合成的。像人类一样，豚鼠有适当比例的胆固醇是在肝脏中合成的[10]。HMG-CoA还原酶是一种胆固醇生物合成的限速酶，主要通过负反馈调节来调节胆固醇的合成。HMG-CoA还原酶活性抑制导致了血浆中总胆固醇和LDL-C浓度的下降以及LDL受体的上调，从而补偿内源性胆固醇合成的减少。因为像人类一样，豚鼠在LDL中携带有大部分它们的胆固醇，并且体内LDL受体通过调节血浆LDL-C来响应药物治疗[11]。不同的他汀类药物，即HMG-CoA还原酶抑制剂已上市，可有效降低高胆固醇血症患者胆固醇水平。然而，这些他汀类药物的效果由于它们的理化性质和药代动力学特征，包括亲水性、组织特异性和有效性的不同而不同。

1.1 阿托伐他汀 一种手性的吡咯钙盐，是一种在人体中具有长半衰期的肝脏特定的HMG-CoA还原酶抑制剂。阿托伐他汀已被证明在人体中能有效地降低血浆总胆固醇(TC)、LDL-C和TG，并同时升高HDL-C[12]。已有研究报告，在豚鼠中，阿托伐他汀由于肝脏胆固醇体内平衡的改变，而剂量依赖性地降低血浆TC、LDL-C和载脂蛋白B的水平。给予3～20 mg/(kg·d)的阿托伐他汀，由于胆固醇生物合成的抑制，肝脏胆固醇降低30%。肝脏中胆固醇水平的降低，导致了肝脏胆固醇酰基转移酶(ACAT)活性和极低密度脂蛋白(VLDL)分泌的减少，载脂蛋白B/E受体活性的提高和LDL代谢的升高。然而，VLDL、HDL-C和TG水平没有显著改变。阿托伐他汀治疗导致了HDL和载脂蛋白B包括脂蛋白之间的胆固醇酯的转移降低了80%，而肝脏中胆固醇酯的转移与动脉粥样硬化的进程相关。此外，研究证明，氧化LDL通过增强单核细胞黏附和巨噬细胞泡沫产生，刺激血小板黏附和聚集、血栓形成的激活和血管舒张的损伤来促进动脉粥样硬化进程[11]。

1.2 辛伐他汀 一种亲脂性药物，它通过被动扩散穿过细胞膜层，因此，影响着胆固醇在肝内外的合成。给予豚鼠10 mg/(kg·d)的辛伐他汀，血浆TC降低了 16%，LDL-C降低了36%，TG 降低了13%，HDL-C增加了29%[13]。此外，Matsunaga等[13]通过静脉注射131I-LDL和125I-半乳糖测定LDL周转来量化LDL受体途径。辛伐他汀显著升高了LDL受体依赖途径的部分降解率，但对LDL受体独立途径没有影响。有研究表明，150 mg/(kg·d)的辛伐他汀治疗，显著降低了豚鼠肝脏和睾丸的胆固醇前体，因此，降低了这些器官中胆固醇的合成[14]。当与阿托伐他汀的作用相比较时，Conde等[15]发现辛伐他汀和阿托伐他汀在降低血浆LDL-C、载脂蛋白B、肝微粒体自由胆固醇水平和LDL氧化率方面同样有效。然而，对HMG-CoA还原酶的活性和mRNA的合成有不同的效果。禁食期间，辛伐他汀治疗下的这种酶活性增加；而阿托伐他汀延长了还原酶活性的抑制，并使mRNA合成大幅度增加。

1.3 普伐他汀 与辛伐他汀相反，普伐他汀是一种亲水性的抑制剂， 在肝脏中由多特异性阴离子选择性转运。因此，与辛伐他汀相比，普伐他汀对肝外组织胆固醇的生物合成有较小的影响。普伐他汀已被证实能够通过加速豚鼠受体依赖性LDL自由降解率，来显著减少血浆TC和LDL-C。与辛伐他汀一样，350 mg/(kg·d)的普伐他汀治疗显著降低了肝脏和睾丸中的胆固醇前体。相反，在豚鼠实验中，150 mg/(kg·d)的普伐他汀治疗对中性甾醇并无影响[16]。

1.4 洛伐他汀 它是一种前体药物，进入体内后，洛伐他汀被水解成有效代谢物β-羟基酸而发挥作用，这是一种HMG-CoA还原酶抑制剂。Fermandez[11]报道，在豚鼠中，洛伐他汀的治疗显著降低了血浆中LDL-C。这种降低是由于LDL受体活性和LDL-FCR的增加。此外，与对照组比，药物组中LDL微粒的胆固醇耗尽而TG丰富。在Berglund等[17]随后的研究中，洛伐他汀药物组和对照组豚鼠的VLDL载脂蛋白B被碘化。在所有动物中，与VLDL-C相比，VLDL-L以更快的速度从血浆中清除。与对照组相比，从洛伐他汀组分离的VLDL载脂蛋白B转化为碘化脂蛋白和LDL载脂蛋白B的比例有所减少。此外，Krause等[18]发现，在豚鼠中，阿托伐他汀组的血浆TG水平显著下降，而洛伐他汀组并未下降。这与Berglund等所报告的在70 mg/kg范围内，洛伐他汀并不能降低豚鼠血浆TG或VLDL-C相符合。

2 ACAT抑制剂

ACAT是由胆固醇合成胆固醇酯过程中的限速酶，它是长链脂肪酸酰基碳烯A。ACAT被认为直接影响胆固醇吸收和储存、脂蛋白组装和类固醇激素的生产。小肠和肝脏ACAY的抑制导致了乳糜微粒和VLDL微粒的产生，因此，导致了低血清胆固醇水平。此外，动脉ACAT的抑制使动脉壁中胆固醇酯丰富的巨噬细胞形成减少。

Angelin等[19]研究了ACAT抑制剂PD 321301-2和CL2770822在豚鼠中的代谢作用。PD 321301-2在1 mg/kg水平时，显著降低血浆胆固醇21%；在10 mg/kg水平时，分别降低了VLDL-C和LDL-C水平87%和64%。此外，在治疗动物中，血浆TG浓度也以剂量依赖性地降低，从25%(1 mg/kg)到53%(100 mg/kg)。相反，在研究中，CL 277082只在高剂量下(136 mg/kg)降低胆固醇水平。

3 胆酸螯合剂

肝胆固醇转变成胆汁酸是机体清除额外胆固醇的主要调节途径，在动物模型中，可通过正常LDLFCR的升高和肝脏LDL受体活性的增加来选择性地降低LDL-C。当给药于人类时，胆汁酸螯合树脂也通过降低胆固醇蛋白比来显著改变LDL微粒组成。考来烯胺是一种与胆汁酸结合的阴离子交换树脂，它使胆汁酸的肝肠循环紊乱，并通过胆汁酸合成诱导肝脏胆固醇的调动。有研究报道，喂食豚鼠考来烯胺增加了豚鼠肝脏中甾醇的合成[20]。此外，1.5 g/(kg·d)考来烯胺尽管增加了肝脏中甾醇合成，但它显著地降低血浆胆固醇水平。这些发现说明考来烯胺处理的豚鼠，血浆胆固醇的清除率升高，且内源性和外源性的胆固醇的吸收率均降低。Witztum等发现，考来烯胺显著降低豚鼠的LDL-C，和在人体中一致[6]。他们也发现，在豚鼠中LDL微粒粒度、胆固醇酯和磷脂量显著减小，胆固醇脂蛋白比降低。药物组豚鼠LDL构成的变化与胆汁酸螯合剂治疗的人类所观察到的一致。此外，当一种LDL示踪物都注射入两组动物时，与对照组相比，考来烯胺组增加LDL FCR 41%。Fernandez等报道，与对照组相比，给予豚鼠含1%考来烯胺的饮食，其胆固醇降低75%，且LDL-C水平降低78%。药物组的血浆TG、HDL和VLDL-C浓度并未改变。药物组的豚鼠肝脏的总的、游离的和酯化的胆固醇降低了37%～60%。最后，与对照组相比，豚鼠药物组的肝脏ACAT活性降低了50%，这与肝脏游离胆固醇-ACAT作用物的减少相关。

豚鼠也被证明是进一步研究的合适模型，因为它们在晚期妊娠阶段快速生长，能够在2 w龄阶段断奶使用新饮食，并在胎儿期出现脂肪肝。Li等[21]报道，当随后在成年期喂食胆固醇饮食时，考来烯胺组的豚鼠在新生儿期表现出比正常断奶动物组低的血清胆固醇水平。此外，在这些预处理动物中，甚至在将它们变换到标准饮食后，粪便胆汁酸排泄仍增加。在同一实验室后续的研究中，预处理的豚鼠表现出CYP7活性和胆汁酸鹅去氧胆酸的升高。这些发现表明，新生期胆汁酸合成和分泌的提高，在考来烯胺中断后持续很长时间。

综上所述，豚鼠模型在各个方面都表现出与人类极为相似的胆固醇代谢途径，充分说明豚鼠模型可用于人类降胆固醇药物的研究，具有不可替代的作用。

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1004-0188(2014)06-0684-03

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