一种模拟绝经后女性心脏代谢风险的综合临床前模型的建立与验证

《Scientific Reports》：Development and validation of an integrated preclinical model mimicking cardiometabolic risk in postmenopausal female rats

　　本研究针对绝经后女性心血管疾病高发且缺乏可模拟其多风险因素共存的临床前模型这一关键瓶颈，开发了一种整合了雌激素缺乏（卵巢切除术OVX）、高脂饮食（HFD）诱导肥胖和链脲佐菌素-烟酰胺（STZ-NA）诱导2型糖尿病（T2DM）的雌性Wistar大鼠模型。该模型成功再现了人类绝经后心脏代谢综合征的核心特征，包括胰岛素抵抗、血脂异常、QTc间期延长、心肌损伤标志物（Troponin T, CK-MB）升高及系统性炎症（IL-6, IL-1β, TNF-α水平上升）。此转化医学模型为深入研究绝经后女性心脏代谢疾病的机制及评估靶向药物干预（如激素替代疗法HRT、代谢调节剂）提供了强有力的平台，填补了该领域临床前研究的空白。

　　

心血管疾病（CVD）是全球女性死亡的首要原因，尤其在绝经后女性中，其发病率和死亡率显著上升。这一现象与绝经后雌激素水平急剧下降密切相关。雌激素在调节脂质代谢、血管功能、葡萄糖稳态和炎症反应中扮演着关键的保护性角色。然而，绝经带来的不仅是雌激素的减少，还常常伴随着肥胖、2型糖尿病（T2DM）等代谢紊乱，这些因素相互交织，共同加剧了心血管风险。遗憾的是，现有的临床前研究模型往往只关注单一风险因素，无法真实模拟绝经后女性所面临的这种多因素、重叠性的复杂病理生理状态。这一关键空白严重制约了针对这一高危人群的靶向治疗策略的研发。

为了突破这一瓶颈，发表在《Scientific Reports》上的一项研究，成功开发并验证了一种新型的、转化相关性强的综合临床前模型。该研究旨在模拟绝经后女性心脏代谢风险的复杂相互作用。研究人员通过在雌性Wistar大鼠身上依次实施双侧卵巢切除术（OVX，模拟绝经后状态）、长期高脂饮食（HFD，诱导肥胖）以及低剂量链脲佐菌素-烟酰胺（STZ-NA，诱导2型糖尿病）干预，构建了一个多因素疾病模型。整个实验周期长达25周，以确保慢性疾病过程的充分发展。

研究结果表明，该模型成功复制了人类绝经后心脏代谢综合征的核心特征。与对照组相比，疾病组大鼠表现出显著的体重增加、空腹血糖升高、胰岛素抵抗（HOMA-IR指数升高，QUICKI指数降低）以及严重的血脂异常（总胆固醇TC、甘油三酯TG、低密度脂蛋白胆固醇LDL-C升高，高密度脂蛋白胆固醇HDL-C降低）。在心脏功能方面，疾病组出现了明显的电生理异常，包括PR间期、QT间期和校正后QTc间期延长，以及QRS波振幅降低，提示存在心脏传导和复极障碍。更重要的是，心肌损伤标志物肌钙蛋白T（Troponin T）和肌酸激酶同工酶MB（CK-MB）水平显著升高，同时促炎细胞因子白介素-6（IL-6）、白介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的水平也明显上调，表明了系统性炎症状态的存在。心脏的组织病理学检查进一步揭示了疾病组心肌结构破坏、细胞肥大、炎症细胞浸润和间质纤维化等实质性损伤。

这项研究的意义在于，它首次提供了一个能够同时整合绝经后雌激素缺乏、饮食性肥胖和2型糖尿病这三种关键风险因素的临床前研究平台。这个模型高度模拟了临床实际情况，为深入探讨绝经后女性心脏代谢疾病的发病机制，以及系统性评估激素替代疗法（HRT）、代谢调节剂（如GLP-1受体激动剂、SGLT2抑制剂）、抗炎药物和心脏保护策略等多种干预措施的有效性与安全性，提供了前所未有的有力工具。它有效地弥合了临床前发现与临床应用之间的鸿沟，为开发针对高危绝经后女性的个性化治疗策略奠定了坚实基础。

为开展此项研究，作者主要应用了几个关键技术方法：1. 通过外科手术对雌性Wistar大鼠进行双侧卵巢切除术（OVX）以建立雌激素缺乏模型；2. 通过长期（21周）给予高脂饮食（HFD，含饱和脂肪和果糖水）诱导肥胖和代谢紊乱；3. 联合使用烟酰胺（NA）和链脲佐菌素（STZ）腹腔注射建立非胰岛素依赖型糖尿病（NIDDM）模型；4. 利用心电图（ECG，标准导联II）分析心脏电生理参数（如PR、QT、QTc间期，使用Bazett公式校正）；5. 采用酶联免疫吸附测定（ELISA）法定量血清中的胰岛素、心肌肌钙蛋白T（Troponin T）及炎症细胞因子（IL-6, IL-1β, TNF-α）水平；6. 使用半自动分析仪检测血脂谱（TG, TC, HDL-C）和心肌酶（CK-MB），并计算LDL-C、VLDL-C及动脉粥样硬化风险指数（ARI）和冠心病风险指数（CRI）；7. 对心脏组织进行苏木精-伊红（H&E）和马松三色（MT）染色，进行组织病理学评估以观察心肌结构和纤维化程度。

效果空腹血糖水平和体重

疾病组大鼠在实验过程中表现出显著的代谢改变。与对照组相比，疾病组的空腹血糖水平出现实质性上升（p < 0.001），表明葡萄糖调控功能出现障碍。体重方面，疾病组在卵巢切除术后呈现明显的上升趋势，至第5周时，其体重已较对照组显著增加（p = 0.002），并在后续实验期间持续显著升高（p < 0.001）。实验结束时，疾病组的平均体重（300.40 ± 18.16 g）显著高于对照组（248.16 ± 6.67 g, p < 0.001），突显了与疾病状态相关的代谢紊乱。

效果胰岛素、HOMA-IR和QUICKI

疾病组的胰岛素抵抗显著增加。其胰岛素水平（0.31 ± 0.08 pg/mL）显著高于对照组（0.09 ± 0.02 pg/mL, p < 0.001）。同样，疾病组的胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）值（0.29 ± 0.07）也显著高于对照组（0.01 ± 0.005, p < 0.001）。而与胰岛素抵抗呈负相关的定量胰岛素敏感性检测指数（QUICKI）在疾病组（0.48 ± 0.03）则显著低于对照组（1.16 ± 0.16, p < 0.001），进一步证实了胰岛素敏感性受损的存在。

效果血脂谱

疾病组表现出严重的血脂异常。其总胆固醇（TC，184.34 ± 21.52 mg/dL vs. 77.67 ± 8.78 mg/dL）、甘油三酯（TG，292.15 ± 20.62 mg/dL vs. 169.50 ± 11.87 mg/dL）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C，109.86 ± 16.06 mg/dL vs. 14.30 ± 5.03 mg/dL）水平均显著高于对照组（p < 0.001），而高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平（16.05 ± 4.44 mg/dL）则显著低于对照组（29.47 ± 6.59 mg/dL, p = 0.002）。极低密度脂蛋白胆固醇（VLDL-C）水平在疾病组（58.43 ± 4.12 mg/dL）也显著高于对照组（33.90 ± 2.37 mg/dL, p < 0.001）。疾病组的动脉粥样硬化风险指数（ARI）和冠心病风险指数（CRI）值（ARI: 10.98 ± 2.29; CRI: 11.98 ± 2.29）也显著高于对照组（ARI: 1.69 ± 0.39; CRI: 2.69 ± 0.39, p < 0.001），表明代谢功能障碍与心血管疾病风险增加相关。

效果心电图（ECG）

疾病组在心脏功能的电生理方面存在显著紊乱。与对照组相比，疾病组动物的PR间期（70.00 ± 10.95 ms vs. 45.00 ± 8.36 ms, p = 0.001）、QT间期（88.33 ± 9.83 ms vs. 60.00 ± 12.64 ms, p = 0.001）和校正QTc间期（168.33 ± 20.41 ms vs. 93.33 ± 16.32 ms, p < 0.001）均显著延长。此外，疾病组动物的QRS波振幅（146.66 ± 20.65 ms）较对照组（200.00 ± 25.29 ms）显著降低（p = 0.003）。这些改变提示心脏电生理功能受损，可能易导致心律失常事件。

效果心脏损伤生物标志物（CK-MB和肌钙蛋白T）

疾病组的心脏损伤标志物显著升高，提示存在持续的心肌损伤。疾病组的CK-MB水平（196.64 ± 16.19 U/L）显著高于对照组（99.87 ± 14.89 U/L, p < 0.001）。同样，疾病组的肌钙蛋白T水平（0.20 ± 0.02 ng/mL）也显著高于对照组（0.02 ± 0.01 ng/mL, p < 0.001）。

效果炎症细胞因子（IL-6, IL-1β和TNF-α）

疾病组的炎症细胞因子水平显著更高，表明存在促炎状态。疾病组的IL-6水平（2.10 ± 0.17 ng/mL）高于对照组（1.23 ± 0.04 ng/mL, p < 0.001）。同样，疾病组的IL-1β水平（2.51 ± 0.20 ng/mL）显著高于对照组（0.98 ± 0.13 ng/mL, p < 0.001）。与对照组（1.25 ± 0.04 ng/mL）相比，疾病组的TNF-α水平（2.51 ± 0.30 ng/mL）也显著升高（p < 0.001）。

心脏大体形态学检查

对照组心脏大小和形态正常，心外膜表面光滑、有光泽，色泽均匀呈红粉色。相比之下，疾病组心脏相对于对照组显得增大、更呈球形。此外，心外膜表面不规则，并呈现片状、暗红色区域，符合充血表现。

心脏组织的组织病理学检查

对照组H&E染色切片显示心肌结构保存完好，心肌细胞呈平行排列，细胞核居中呈卵圆形，肌原纤维横纹完整，间质无异常。疾病组则显示显著的结构改变，心肌组织出现肌细胞肥大、心肌纤维排列紊乱、细胞质空泡化、核增大，并可见局灶性间质水肿和单个核炎症细胞浸润区。MT染色进一步突出了疾病组的病理变化，包括广泛的间质和血管周围纤维化，正常心肌结构被破坏，间质增宽并充满胶原纤维，而这些纤维化特征在对照组中不存在。

本研究成功建立并验证了一种在雌性Wistar大鼠中模拟绝经后心脏代谢风险因素的综合临床前模型。通过整合卵巢切除术诱导的雌激素缺乏、高脂饮食诱导的肥胖以及链脲佐菌素-烟酰胺诱导的2型糖尿病，该模型成功地再现了绝经后女性常见的代谢和心血管功能障碍。与传统的单一风险因素模型不同，这种多因素方法更好地反映了高危人群中导致心血管疾病进展的重叠性代谢紊乱。

雌激素剥夺、高脂饮食和2型糖尿病诱导共同导致了进行性体重增加、代谢失调和炎症改变。模型动物表现出持续的高血糖、胰岛素抵抗、血脂异常和电生理异常，这些异常密切模拟了缺血性心脏病的病理变化。疾病组在血脂谱、促炎细胞因子、胰岛素抵抗指标和心电图测量上的显著变化，充分证明了这些相互关联的风险因素对心血管健康的实质性影响。肌钙蛋白T和CK-MB水平的升高进一步表明心肌损伤的易感性增加，再次支持了雌激素在维持代谢平衡和心脏功能中的重要性。

该模型的建立为评估糖尿病、肥胖和雌激素缺乏在心血管疾病进展中复杂的相互作用奠定了坚实的实验基础。除了加深我们对疾病机制的理解，这个模型为无法通过现有模型充分解决的靶向转化研究努力奠定了基础，最终推动心脏代谢疾病预防和治疗方法的创新。该模型提供了一个强大的临床前平台，可用于评估激素替代疗法、降脂药、胰岛素增敏剂和抗炎药等多种干预措施，特别适用于在模拟临床复杂性的生理相关环境中探索药物疗效，这对于在临床试验中往往代表性不足的高危绝经后女性群体具有重要价值。