任曉麗，楊波，陳錫文，樓永良

（溫州醫(yī)科大學(xué)，浙江溫州 325035，1.實(shí)驗(yàn)動物中心；2.環(huán)境與公共衛(wèi)生學(xué)院；3.檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院與生命科學(xué)學(xué)院）

·論 著·

高蛋氨酸飼料飲食誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷大鼠模型建立

任曉麗1，楊波2，陳錫文1，樓永良3

（溫州醫(yī)科大學(xué)，浙江溫州 325035，1.實(shí)驗(yàn)動物中心；2.環(huán)境與公共衛(wèi)生學(xué)院；3.檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)院與生命科學(xué)學(xué)院）

目的：探討不同比例蛋氨酸飲食和不同飼養(yǎng)周期對大鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞（EC）損傷模型建立的影響。方法：雄性SD大鼠隨機(jī)分為正常飲食對照組（C組）、1%高蛋氨酸飲食組（M1組）、3%高蛋氨酸飲食組（M3組）和5%高蛋氨酸飲食組（M5組）。C組喂飼普通飼料，高蛋氨酸飲食組大鼠分別喂飼含1%、3%和5%蛋氨酸飼料，持續(xù)8周。實(shí)驗(yàn)開始（0周）、第2、第4、第6、第8周末行斷尾取血，采用ELISA法檢測血清同型半胱氨酸（Hcy）含量，掃描電鏡觀察第8周末主動脈弓EC形態(tài)。結(jié)果：各高蛋氨酸飲食組大鼠血清Hcy含量均隨飼養(yǎng)時(shí)間延長而顯著增加（P＜0.05），且不同添加比例蛋氨酸飲食與不同飼養(yǎng)周期對大鼠血清Hcy水平具有顯著地交互作用（P＜0.05）。與C組相比，M1組大鼠血清Hcy含量在飼養(yǎng)第4周顯著升高（P＜0.05），而M3和M5組大鼠血清Hcy含量在飼養(yǎng)第2周顯著升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。掃描電鏡顯示M1組大鼠EC排列紊亂、細(xì)胞間隙明顯增寬、偶見有細(xì)胞碎片和血細(xì)胞附著；M3組呈典型“蟲蝕”樣變，病灶邊緣呈鋸齒狀，散在血細(xì)胞和細(xì)胞碎片；M5組血管內(nèi)皮大片崩解或脫落，膠原裸露，伴有大量血細(xì)胞附壁、血栓形成和脂質(zhì)沉積。結(jié)論：低比例蛋氨酸飼料長期喂養(yǎng)和高比例蛋氨酸飼料短期喂養(yǎng)可誘導(dǎo)EC不同程度損傷，是一種建立EC損傷動物模型有效易行的方法。

蛋氨酸；同型半胱氨酸；動物模型；內(nèi)皮細(xì)胞

血管內(nèi)皮細(xì)胞（endothelialcell，EC）結(jié)構(gòu)和功能障礙與動脈粥樣硬化性血管性疾病發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，其相關(guān)機(jī)制一直是臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。由于不能直接在人體上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，目前大多數(shù)研究是通過建立體外細(xì)胞損傷模型[1]和檢測體內(nèi)EC損傷生物標(biāo)志物來進(jìn)行。體外細(xì)胞損傷模型雖可通過控制各種影響因素，明確細(xì)胞損傷的具體機(jī)制，但需體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)；內(nèi)皮損傷評價(jià)體系雖可以間接評估內(nèi)皮功能，但缺乏動物模型針對性的研究證據(jù)，結(jié)論推廣受到限制。因此，建立簡單無損傷的EC損傷動物模型，對深入研究體內(nèi)EC損傷機(jī)制，評估藥物對EC損傷的保護(hù)作用具有必不可少的橋梁作用。

近年來，動物模型研究方法（如手術(shù)法、基因敲除等）雖可以解決部分研究問題所需，但由于缺乏統(tǒng)一的操作，且價(jià)格昂貴、對動物創(chuàng)傷大、成模率低、動物模型不穩(wěn)定等影響了研究進(jìn)展。目前，國內(nèi)外開始采用飲食誘導(dǎo)法建立體內(nèi)EC損傷模型，大鼠由于飼養(yǎng)方便、模型制作經(jīng)濟(jì)、食性與人相近且抵抗力強(qiáng)，是醫(yī)藥研究領(lǐng)域的主要模型動物之一。我們前期對健康雄性Wister大鼠經(jīng)3%蛋氨酸飼料進(jìn)行8周干預(yù)[2]，發(fā)現(xiàn)EC排列紊亂，細(xì)胞間隙增大，胞膜表面部分脫落呈大小不等的蟲蝕狀或火山口狀缺損，甚至脫落等。有研究[3]發(fā)現(xiàn)l%蛋氨酸飼料是誘導(dǎo)大鼠發(fā)生高同型半胱氨酸（homocysteine，Hcy）血癥較為合適的劑量，且無生長抑制等不良反應(yīng)，與我們前期研究結(jié)果存在差異，這可能是由于大鼠造模的飼養(yǎng)周期不同造成的。因此，為進(jìn)一步探究蛋氨酸飲食誘導(dǎo)大鼠EC損傷模型建立的最佳建模條件，我們采用不同比例的蛋氨酸飼料喂飼法構(gòu)建EC損傷大鼠模型，探討建模的最佳蛋氨酸添加劑量和飼養(yǎng)周期，為高蛋氨酸飼料喂飼法建立體內(nèi)EC損傷模型技術(shù)的推廣和應(yīng)用奠定理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物選用健康雄性SD大鼠32只，體質(zhì)量（160～180）g，由上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動物有限責(zé)任公司提供，在溫州醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心SPF級動物房分籠飼養(yǎng)，合格證編號為SCXK（滬）2012-0002，均自由采食、飲水。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分組大鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，稱重、編號并隨機(jī)分為4組：正常飲食對照組（C組）、1%蛋氨酸飲食組（M1組）、3%蛋氨酸飲食組（M3組）和5%蛋氨酸飲食組（M5組），每組8只。各組大鼠分別在實(shí)驗(yàn)開始（0周）、第2、第4、第6和第8周行斷尾采血，并常規(guī)制備血清。高蛋氨酸飼料是在正常普通飼料配方基礎(chǔ)上，將原料分為兩部分，一部分直接加工成普通飼料，供C組大鼠食用；另一部分按各實(shí)驗(yàn)組添加不同比例蛋氨酸，制成顆粒飼料，即為高蛋氨酸飼料，分別供M1、M3和M5組大鼠食用。所有飼料均購于上海普路騰生物科技有限公司。

1.3 取樣飼養(yǎng)8周后，各實(shí)驗(yàn)組禁食24h后，稱重并依次用10%水合氯醛（0.1mL/100g）腹腔注射麻醉，腹主動脈取血，常規(guī)制備血清，-80℃冰箱凍存、待測。迅速打開胸腔，取下主動脈弓，剝離動脈附著組織，0.9%氯化鈉溶液灌洗血污，并取主動脈弓下段1cm左右，切成2～3mm小段迅速投入預(yù)置2.5%戊二醛溶液青霉素小瓶前固定。

1.4 指標(biāo)檢測

1.4.2 血清Hcy濃度：試劑盒購自南京建成科技有限公司，采用ELISA法，嚴(yán)格按照試劑盒說明書分別檢測第0、2、4、6和8周血清Hcy濃度。

1.4.3 EC掃描電鏡觀察：打開預(yù)置2.5%戊二醛溶液的青霉素小瓶，制作掃描電鏡樣品標(biāo)本。分別經(jīng)PBS清洗、鋨酸后固定、乙醇梯度脫水、C02臨界點(diǎn)干燥和離子濺射法鍍金，最后用JSM-6510分析型掃描電子顯微鏡（日本日立公司）觀察并拍照。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法采用STATA11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以±s表示，不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠體質(zhì)量的比較采用重復(fù)測量雙因素方差分析，不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠日平均攝食量的比較采用單因素方差分析，不同添加比例蛋氨酸飲食和不同飼養(yǎng)周期大鼠血清Hcy水平比較采用重復(fù)測量雙因素方差分析，并采用Bonferroni法進(jìn)行兩兩比較。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠體質(zhì)量的影響不同比例的蛋氨酸飲食對大鼠體質(zhì)量的影響見圖1。實(shí)驗(yàn)后C組和M1組大鼠體質(zhì)量較實(shí)驗(yàn)前均顯著增長，且組間體質(zhì)量增加趨勢差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。M3和M5組大鼠體質(zhì)量增加趨勢顯著低于C組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），提示添加3%和5%的蛋氨酸飲食對大鼠體質(zhì)量的增長均具有明顯的抑制作用。

圖1 不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠體質(zhì)量的影響

2.2 不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠日平均攝食量的影響不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠日平均攝食量的影響見圖2。與C組相比，M3和M5組大鼠日平均攝食量均顯著降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），而M1組大鼠日平均攝食量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），提示添加3%和5%蛋氨酸飲食對大鼠食欲有明顯抑制作用。

圖2 不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠日平均攝食量的影響

2.3 不同添加比例的高蛋氨酸飲食和不同飼養(yǎng)周期對大鼠血清Hcy水平的影響不同添加比例高蛋氨酸飲食和不同飼養(yǎng)周期對大鼠血清Hcy水平的影響見表1。重復(fù)測量雙因素方差分析顯示，不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠血清Hcy含量有顯著影響，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），隨飼養(yǎng)時(shí)間延長各高蛋氨酸飲食組大鼠血清Hcy含量顯著增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），且不同添加比例蛋氨酸飲食與不同飼養(yǎng)周期對大鼠血清Hcy水平具有顯著的交互作用，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。與0周相比，M1組大鼠血清Hcy含量從飼養(yǎng)第4周開始顯著升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而M3和M5組大鼠血清Hcy含量從飼養(yǎng)第2周開始顯著升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。與C組相比，2周、4周、6周和8周的M3和M5組大鼠血清Hcy水平顯著提高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）；4周、6周和8周M1組與同期C組相比顯著升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。與M1組相比，6周、8周M3組大鼠血清Hcy水平顯著提高，差異有有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而4周、6周、8周M5組大鼠血清Hcy水平顯著高于M1組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。

表1 不同添加比例蛋氨酸飲食和不同飼養(yǎng)周期對大鼠血清Hcy水平的影響（n=8，±s）

表1 不同添加比例蛋氨酸飲食和不同飼養(yǎng)周期對大鼠血清Hcy水平的影響（n=8，±s）

與同組0周比：aP＜0.05；與C組同時(shí)期比：bP＜0.05；與M1組同時(shí)期比：cP＜0.05

組別Hcy（umol/L）0周2周4周6周8周C組7.54±0.627.66±0.557.72±0.767.93±0.758.01±1.02 M1組7.44±0.557.87±0.958.19±1.02ab8.64±0.92ab9.04±0.64abM3組7.60±0.648.28±0.39ab8.46±1.03ab9.34±0.83abc9.80±0.71abcM5組7.57±0.698.47±0.50ab9.11±0.89abc9.50±1.04abc10.07±0.90abc

2.4 不同添加比例的高蛋氨酸飲食對大鼠主動脈弓EC損傷掃描電鏡觀察C組大鼠主動脈弓EC呈多邊形，大小一致，且沿血管縱軸呈條帶狀排列，細(xì)胞表面光滑，細(xì)胞間隙均勻，核所在部位向血管腔面稍隆起，胞膜完整（見圖3A-B）。M1組大鼠EC形態(tài)大小不一、排列紊亂、細(xì)胞間隙明顯增寬，胞膜表面部分脫落，偶見有細(xì)胞碎片和血細(xì)胞附著（見圖3C-E）。M3組大鼠EC損傷呈典型的“蟲蝕”樣損害，病灶處形成表淺性潰瘍，邊緣呈鋸齒狀，周邊可見散在血細(xì)胞和細(xì)胞碎片附著（見圖3F-H）。M5組大鼠EC大片崩解或脫落，內(nèi)皮下膠原裸露，伴有大量血細(xì)胞附壁、血栓形成和脂質(zhì)沉積（見圖3I-L）。

3 討論

圖3 不同添加比例蛋氨酸飲食對大鼠主動脈弓EC損傷掃描電鏡圖

蛋氨酸是人體必需含硫氨基酸之一，必須從食物中獲取。機(jī)體蛋氨酸攝入過高，引起血液Hcy水平升高而誘發(fā)高Hcy血癥。流行病學(xué)和實(shí)驗(yàn)研究表明，高Hcy血癥可以誘導(dǎo)EC損傷和功能障礙，是導(dǎo)致動脈粥樣硬化發(fā)生的始動因素[4]。本實(shí)驗(yàn)通過研究添加1%、3%和5%蛋氨酸飼料誘導(dǎo)SD大鼠EC損傷，發(fā)現(xiàn)不同添加比例蛋氨酸和不同飼養(yǎng)周期對EC損傷具有顯著的交互作用。1%高蛋氨酸飲食對大鼠食欲和體質(zhì)量無明顯影響，從飼養(yǎng)第4周開始血清Hcy含量顯著高于正常飲食對照組且具有時(shí)間趨勢效應(yīng)，提示1%高蛋氨酸飲食經(jīng)過4周飼養(yǎng)干預(yù)可誘發(fā)高Hcy血癥。3%和5%高蛋氨酸飲食大鼠從飼養(yǎng)第2周開始血清Hcy含量顯著高于正常飲食對照組且具有時(shí)間趨勢效應(yīng)，提示3%和5%蛋氨酸負(fù)荷飲食飼養(yǎng)2周可以誘導(dǎo)高Hcy血癥，但大鼠表現(xiàn)為明顯食欲和生長抑制等營養(yǎng)不良狀態(tài)，提示中高比例蛋氨酸飲食大鼠呈長期饑餓狀態(tài)，這可能是由于高劑量的蛋氨酸添加后造成其他氨基酸等營養(yǎng)素吸收障礙或肝功能障礙引起[5]。饑餓應(yīng)激能使動物體內(nèi)自由基含量增多，與細(xì)胞膜磷脂多不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，使磷脂結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能障礙?？卤蟮萚6]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠禁食4d后體質(zhì)量顯著下降，但血脂、血糖和肝腎功能等相關(guān)指標(biāo)均保持正常，提示短期禁食對大鼠具有良好的安全性和耐受性。朱會萍等[7]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠禁食超過5d后腦組織脂質(zhì)過氧化反應(yīng)顯著增強(qiáng)，表現(xiàn)為SOD含量顯著下降而MDA含量顯著增加，提示長期禁食分解代謝加速導(dǎo)致自由基生成增多，誘發(fā)組織脂質(zhì)過氧化損傷。本研究動物持續(xù)飼養(yǎng)8周，中高比例蛋氨酸添加組大鼠呈明顯長期饑餓應(yīng)激狀態(tài)，提示饑餓應(yīng)激誘發(fā)的脂質(zhì)過氧化反應(yīng)可能介導(dǎo)了損傷。因此，本研究所觀察到的中高劑量組EC損傷比低劑量組大鼠明顯，可能是由于饑餓應(yīng)激與較高蛋氨酸含量對內(nèi)皮損傷的聯(lián)合作用。

采用飼料喂飼法誘導(dǎo)EC損傷模型研究報(bào)道較多，較為一致的研究認(rèn)為高蛋氨酸飼料喂養(yǎng)大鼠可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮損傷，但尚不清楚蛋氨酸飲食最佳的成模劑量和飼養(yǎng)周期。EC是Hcy毒作用的靶細(xì)胞之一[8-9]，不同劑量的蛋氨酸負(fù)荷誘導(dǎo)體內(nèi)Hcy水平升高的差異性可能造成動物EC不同程度損傷。SCHERER等[10]用0.03μmol/g低劑量Hcy灌服Wister大鼠30d，可以導(dǎo)致慢性血管內(nèi)皮炎性損傷。孟斌等[3]發(fā)現(xiàn)l%蛋氨酸飼料誘導(dǎo)大鼠發(fā)生高Hcy血癥，且無明顯生長抑制。然而，先前的研究并未能提供最佳的成模劑量和飼養(yǎng)周期，本研究通過觀察不同添加比例蛋氨酸飼料和不同飼養(yǎng)周期對大鼠EC損傷的影響，結(jié)果顯示蛋氨酸飲食負(fù)荷后大鼠血清Hcy在不同的飼養(yǎng)周期顯著提高，提示整體動物對蛋氨酸負(fù)荷后的代謝反應(yīng)不同。此外，我們先前研究發(fā)現(xiàn)3%蛋氨酸飲食可以誘導(dǎo)大鼠EC結(jié)構(gòu)和功能紊亂，表現(xiàn)為EC形態(tài)明顯異常，排列紊亂，細(xì)胞間隙增大，細(xì)胞表面微絨毛減少甚至消失，血管活性物質(zhì)分泌失衡等[2]，提示3%高蛋氨酸飼料喂飼法可誘導(dǎo)EC損傷。本研究通過掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，1%蛋氨酸負(fù)荷后EC呈輕度損傷狀態(tài)，表現(xiàn)為細(xì)胞大小不一、排列紊亂、細(xì)胞間隙明顯增寬，胞膜表面部分脫落，偶見有細(xì)胞碎片；3%蛋氨酸負(fù)荷后EC呈中度損傷，表現(xiàn)為典型的“蟲蝕”樣損害，且病灶邊緣呈鋸齒狀，周邊可見散在血細(xì)胞和細(xì)胞碎片；5%蛋氨酸負(fù)荷后EC呈重度損傷，表現(xiàn)為血管內(nèi)皮大面積地崩解或脫落，內(nèi)皮下膠原纖維裸露，并伴有大量血栓形成和脂質(zhì)沉積，表明經(jīng)過8周不同比例的蛋氨酸飲食飼養(yǎng)，大鼠EC呈現(xiàn)出不同程度地結(jié)構(gòu)和功能損害，為體內(nèi)動物EC損傷模型建立提供客觀的形態(tài)學(xué)依據(jù)。

綜上所述，蛋氨酸飲食誘導(dǎo)EC損傷模型是一種理想、穩(wěn)定、易行且與人體動脈粥樣硬化發(fā)病過程相似的動物模型研究工具。應(yīng)根據(jù)不同的研究需要，添加蛋氨酸劑量并合理選擇飼養(yǎng)周期為建模條件。鑒于飲食誘導(dǎo)動物模型的穩(wěn)定、可復(fù)制性以及不同比例蛋氨酸飲食對食欲的影響，尚需要對動物模型的特征性、穩(wěn)定性和成模機(jī)理進(jìn)行深入研究。

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（本文編輯：趙翠翠）

Stablishment of vascular endothelial cell injury model induced by high methionine feed diet in rats

REN Xiaoli1, Yang Bo2, CHEN Xiwen1, LOU Yongliang3. 1.Laboratory Animal Research Center, Wenzhou Medical University, Whenzou, 325035; 2.School of Environment Science and Public Health, Wenzhou Medical University, Whenzou, 325035; 3.School of Laboratory Medicine and Life Science, Wenzhou Medical University, Whenzou, 325035

Objective:To investigate the effects of the diet rich in different proportions of methionine on endothelial injury in sprague-dawley (SD) rats.Methods:Male SD rats were randomly divided into the normal diet group (CR), 1% methionine loading diet group (M1 R), 3% methionine loading diet group (M3 R) and 5% methionine loading diet group (M5 R), and blood in tail vein were drawn at 0, 2nd, 4th, 6th and 8th week, respectively. After 8 weeks, serum concentrations of homocysteine (Hcy) were measured, and the endothelial ultrastructure changes in aorta wall were observed using scanning electron microscope.Results:A signifcant interaction between high methionine diet and feeding duration on endothelial injury was found (P＜0.05), and serum levels of Hcy were signifcantly increased in rats fed with high methionine diet (P＜0.05), with feeding duration increasing. Compared with CR, serum level of Hcy in M3 and M5 R was signifcantly higher at 2nd week (P＜0.01), whereas serum Hcy in M1 R was signifcantly higher at 4th week (P＜0.05). Endothelial cells in M1 R were imperfectly unanimous in size, and the cell surface shrinked. Endothelium in M3 R and M5 R were found to be damaged by worms kinds of harming typical, with enclose wall thrombus and the fat deposition.Conclusion:High dietary intake of methionine is signifcantly associated with endothelial injury, which suggests that a method setting up endothelial injury animal models would be established.

methionine; homocysteine; animal model; endothelial cells

R332

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2017.01.010

2016-04-08

浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2013C37007）。

任曉麗（1981-），女，浙江寧波人，實(shí)驗(yàn)師。

樓永良，教授，Email：lyl@wmu.edu.cn。