腹主动脉瘤的研究进展：病理机制及动物模型

2022-12-29周灿灿李冬洁沈甫明

中国医学科学院学报 2022年3期

付慧，周灿灿，李冬洁，沈甫明

同济大学同济大学医学院同济大学附属第十人民医院药学部，上海 200072

腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)是由于多种原因导致的主动脉直径不可逆地扩张，超过正常直径50%以上的一种主动脉扩张性疾病。在人体中，当主动脉直径(尤其是肾动脉分支以下的主动脉段的直径)>3 cm时，可认为AAA的发生[1]。AAA发病隐匿，随着主动脉的不断扩张，瘤体不断变大，其破裂的风险也在逐渐增加；瘤体一旦破裂，致死率高达80%[2]。由于炎性动脉瘤、感染性动脉瘤与自身免疫性疾病引起的动脉瘤比较少见，本文中所探究的腹主动脉瘤并不包含这些类型。

诱发AAA形成的危险因子

吸烟一项基于300万人的调查表明：吸烟是目前导致AAA发生的最重要危险因素[3]。超过80%的AAA患者现在或曾是吸烟者[4]，吸烟诱发AAA的概率是非吸烟者的1.5～7倍。此外，一项长达7年的临床研究发现，每天抽烟超过20支的人患AAA的可能性是从未抽烟人的14倍[5]。

家族史父母均患AAA时，其子女主动脉的平均直径要比非AAA家族史人群大20.5 mm[6]。近年来，日本学者的一项研究表明，具有小AAA(指影像学检测病变主动脉直径不超过5 cm的AAA)家族史的患者，主动脉直径扩张的增长速度是非家族史患者的2倍[7]。

性别差异AAA在老年男性(尤其是白人男性)中的发病率很高[8]，65岁以上男性人群患AAA的概率约为8%，比女性高6倍。虽然AAA在女性人群中的发病率比男性低，但女性AAA患者体内的瘤体更易破裂，伴有更多并发症[9]。

年龄美国的一项调查显示，在50～80岁的310万例患者中，约有1.4%的患者伴有AAA[10]。随着年龄的增加，AAA患病概率每5年会增加40%左右[11]，这提示：衰老是诱发AAA的危险因素。Chen等[12]研究发现，血管衰老与慢性炎症能够促使AAA发生发展，这可能与SIRT1活性及表达下调有关。现代社会，人口老龄化不断加剧，AAA的诊治工作不容小觑。

其他肥胖与血压的升高也是诱发AAA的独立危险因子，而后者可能与增加动脉壁的血流动力学负担有关[13]。

AAA的主要病理特征

研究表明，血管壁慢性炎症，平滑肌细胞的异常增殖、凋亡，基质金属蛋白酶表达水平升高，细胞外基质的降解等均促进AAA病程[14-17]。这些病理过程之间相互作用，共同加速AAA的发展[18]。

炎症细胞的浸润巨噬细胞，作为众多炎症细胞的一种，不论是在先天性还是获得性免疫系统中均扮演着重要角色，主要有M1和M2两种类型。M1型巨噬细胞在机体受到刺激时通过促进蛋白水解酶和促炎因子的产生，被招募至损伤的动脉处。正常情况下，浸润的巨噬细胞在后期会转化为M2型巨噬细胞，促进器官修复和伤口愈合。M1型和M2型之间的平衡被打破，可导致机体损伤。不论是在AAA患者还是在动物模型中，瘤体主动脉壁中的巨噬细胞均显著增多[19]。除巨噬细胞外，淋巴细胞、中性粒细胞等炎性细胞也参与AAA的发生发展过程[20]。Ocana等[21]报道，在AAA组织中淋巴细胞浸润增加，主要是CD4+T淋巴细胞。中性粒细胞是急性炎症反应的主要细胞之一，可被快速招募至损伤部位。在AAA腔内血栓中，中性粒细胞分布明显增加[22]。

细胞外基质的降解细胞外基质是组成血管壁的主要成分，主要由大分子物质(如弹性蛋白、胶原蛋白等)构成，在维持血管内稳态中发挥着重要作用。弹性蛋白的缺失、胶原的退化将导致血管壁弱化、扩张甚至是破裂，促进AAA形成。基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)通过直接或间接的作用调控趋化因子的生物活性，在炎症应答和维持细胞正常生物学功能上发挥着重要作用。处于合成型的血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell，VSMC)能够产生大量MMP[17]，作用于动脉壁中膜的细胞外基质，促使胶原蛋白和弹力蛋白降解破坏动脉壁结构，诱导AAA发生。在小鼠AAA模型或AAA患者血清中，MMP2和MMP9的活性明显增加[23-24]。

平滑肌细胞的凋亡VSMC是构成血管壁的主要组成细胞，具有多种生理功能。血管壁中膜主要由VSMC及VSMC合成的细胞外基质组成。AAA疾病进程中MMP的释放，产生大量活性氧损伤VSMC。发生了氧化损伤的VSMC会异常增殖、凋亡，促使弹性蛋白和胶原合成能力下降，导致动脉壁退化，甚至破裂[25-26]。主动脉，不管在什么位置，都依赖于不同的纤维肌层(所谓的板层单位)来分布应力和提供弹性支撑[6]。值得注意的是，胸主动脉的中层细胞主要由60个板层单位组成，腹主动脉主要由30个板层单位组成，这种特殊的生理结构使得腹主动脉更容易形成动脉瘤。

AAA的预防及治疗

早期筛查做好早期筛查与诊断，对于防控AAA具有十分重要的意义。早在2014年，美国预防医学工作组推荐应在65～75岁的男性吸烟人群中开展AAA的筛查工作。2017年，加拿大预防医学中心也推荐在基层医疗中进行AAA的筛查。近年来，全世界出现了越来越多的AAA筛查项目[27]。世界卫生组织AAA筛查联合会曾邀请英格兰所有65岁及以上的男性人员行腹部超声筛查[28]，这一举措对于AAA的早期发现具有意义深远的影响。

AAA的治疗研究发现，接受血管紧张素转换酶抑制剂或血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂治疗的AAA患者，与未接受组相比，死亡率明显降低[29]。接受他汀类药物治疗的AAA患者，心血管不良事件的发生率也明显下降[30]。此外，有学者发现糖尿病影响AAA疾病的进程[31]，降糖药二甲双胍能减缓小鼠AAA的发展[32]。目前尚无明确适应证为AAA的药物上市，手术修复仍是治疗AAA的主要方式[1]。主动脉腔内修复术(endovascular aortic repair，EVAR)和开放手术是临床常见的治疗AAA的手术方式。与开放手术相比，EVAR是AAA治疗的革命性事件。EVAR术中出血及术后罹患肠缺血的风险明显降低[33]；术后30d内患者死亡率为1%～2%，而开放手术为4%～5%[34]。近年来，有专家建议对“小AAA”也可选择EVAR来治疗。由于EVAR治疗后患者可能会出现严重的并发症，进而需要再次干预治疗[35]，目前指南仍将AAA病变主动脉直径5.5 cm作为是否选择手术治疗的临界值。

小鼠AAA模型的建立

目前尚无一种AAA动物模型能够完整地模拟人类AAA的病理特征，因此可采用多种动物模型联合来研究AAA[36]，常用的小鼠AAA模型主要如下。

AngⅡ灌注法AngⅡ灌注ApoE-/-小鼠诱导AAA形成[37]，是最经典的诱导小鼠AAA形成的造模方法。主要原理是：一方面小鼠伴有全身动脉粥样硬化，动脉壁的损伤；另一方面持续灌注的AngⅡ会通过改变小鼠的血流动力学，增强全身炎症的动员，加重动脉壁的损伤诱导动脉瘤形成。该模型具有与人类AAA疾病相似的病理特征：白细胞浸润增加、伴有动脉粥样硬化及血栓的形成、中膜降解、主动脉扩张甚至导致瘤体破裂等[38]。但瘤体的位置多在肾动脉分支以上的主动脉处或升主动脉处，与人体的成瘤位置(多是在主动脉瓣下方)不一致[39]，是该模型的主要缺陷。此外，这种造模方式尽管操作简单，手术时间短，但所用实验耗材价格昂贵。

氯化钙孵育法氯化钙孵育诱导小鼠AAA形成的主要原理是：钙离子沉积，破坏中膜中弹性蛋白的分布及诱导炎症反应[40]。该模型与人类AAA疾病相似的病理特征是：主动脉组织钙化、平滑肌细胞凋亡、蛋白酶活性增强、弹性蛋白被吸收、中膜变薄等[41]。在该模型中很少出现动脉粥样硬化、管腔内血栓、瘤体破裂等人类AAA疾病中相关病理特征。此种造模方法对小鼠品系无特殊要求，且氯化钙价格相对低廉，是该模型的主要优点。手术难易程度适中，手术时间约40 min，但小鼠模型成功率没有AngⅡ或猪胰蛋白酶灌注法高。

猪胰弹性蛋白酶灌注法该模型是将腹主动脉游离后，加压灌注猪胰弹性蛋白酶，诱导小鼠AAA形成。通过弹性蛋白酶作用于主动脉中膜，损伤弹性纤维，诱发机体产生炎症反应，对中膜VSMC产生细胞毒作用，而损伤的VSMC又可以释放出大量的MMP，进一步加重中膜结构的破坏[40]。该模型由于破坏强度较大，在造模第一周时便能促使主动脉扩张达到正常直径的300%～400%，在手术成功的前提下，造模成功率接近100%。但该模型与人类AAA疾病相似的病理特征不如前面两种动物模型多，主要是白细胞浸润、中膜降解及管腔内血栓的形成均较少。且对实验操作人员手术技巧要求高，因为在游离腹主动脉时极易破坏与之伴行的下腔静脉，导致小鼠失血过多死亡。近期研究发现猪胰蛋白酶孵育小鼠腹主动脉也能诱导AAA形成，该方法大大降低了手术的难度[42]。Lareyre等[43]将高剂量弹性蛋白酶孵育小鼠腹主动脉并与转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)阻滞剂联用也能诱导小鼠AAA的形成。但该模型可导致严重的AAA形成，在造模2周内约有50%的瘤体出现破裂。

高盐饮食和盐皮质激素受体激动剂诱导法一项1269名AAA患者药物使用情况的研究表明：醛固酮受体阻滞剂与AAA进程减慢有着密不可分的关系[44]。基于此，Liu等[45]给予10m龄的雄性小鼠高盐饮食和醛固酮受体激动剂后发现，小鼠体内形成AAA并观察到瘤体破裂现象。这种造模方法能够很好地模拟人类AAA疾病中的炎症细胞浸润、平滑肌细胞凋亡、氧化应激、弹性蛋白降解等病理特征；但该模型尚不能模拟管腔内血栓、动脉粥样硬化及瘤体持续增长等人体AAA疾病的病理特征。该动物模型造模简单，可在非ApoE-/-小鼠中诱导AAA形成，是研究AAA疾病的新颖造模方式。但由于造模过程中仍需使用微泵灌注给予醛固酮受体激动剂，且小鼠年龄大小是决定能否成功诱导AAA形成的关键，在一定程度上也限制了该模型的广泛使用。