一、抗动脉粥样硬化药物概述
动脉粥样硬化(AS)是动脉硬化血管病中常见的最重要的一种。其特点是受累动脉病变从内膜开始,一般先有脂质和复合糖类积聚、出血及血栓形成,纤维组织增生及钙质沉着,并有动脉中层的逐渐蜕变和钙化,病变常累及弹性动脉,一旦发展到足以阻塞动脉腔,则该动脉所供应的组织或器官将缺血或坏死。由于在动脉内膜积聚的脂质外观呈黄色粥样,因此称为动脉粥样硬化。目前,以动脉粥样硬化为病理基础的心脑血管疾病是发病率和死亡率最高的疾病。动脉粥样硬化是心及脑血管病的主要病理基础,所以防治动脉粥样硬化是防治心脑血管病的战略性根本措施。
目前,主要应用于抗动脉粥样硬化的药物有如下几类。
(一)调血脂性抗动脉粥样硬化药
其中包括胆汁酸结合树脂、HMG-CoA还原酶抑制剂、烟酸类以及氯贝丁酯类等药物。
(二)抗氧化性动脉粥样硬化药
20世纪80年代末期,Steinberg等人提出了氧化LDL(Ox-LDL)引起动脉壁脂质沉着导致动脉粥样硬化的学说。随后此学说被广泛认同,甚至Ox-LDL是关键,只要防止LDL被氧化修饰成Ox-LDL,即可阻滞动脉粥样硬化病变的形成,因而开辟了抗氧化性动脉粥样硬化的治疗新途径,包括丙丁酚、维生素E、维生素C等。
(三)多烯脂肪酸类抗动脉粥样硬化药
多烯脂肪酸亦称多不饱和脂肪酸,近几十年来对其来源、物种及与人体关系的认识又有突出的发展,现已不限于对血脂的影响,而是能从多方面发挥抗动脉粥样硬化的效应。如n-3型多烯脂肪酸类药、n-6型多烯脂肪酸类药。
(四)黏多糖和多糖类抗动脉粥样硬化药
黏多糖是杂多糖的一类,多由氨基己糖或其衍生物与糖醛酸构成的二糖单位多次重复组成的长链,其代表即为肝素,能从多方面发挥抗动脉粥样硬化的作用。另外还包括:硫酸软骨素A、右旋糖酐硫酸酯等。
二、抗动脉粥样硬化药物实验模型及检测方法
(一)实验模型
1.动脉粥样硬化模型
(1)高胆固醇饮食诱导家兔等动物动脉粥样硬化模型以高胆固醇和脂类饲料喂养动物以形成实验性质代谢紊乱和动脉粥样硬化病变是较常见的方法。其中家兔被认为是喂饲高胆固醇饲料引起高胆固醇血症和动脉粥样硬化的敏感动物,因此被用来评价抗动脉粥样硬化药物。
选用雄性,8~10周龄同系家兔,尽量减少体重差异。实验开始时由兔耳缘静脉取血,测定总胆固醇、总甘油酯含量及血糖水平。实验设置受试药物组和对照组,每组10只动物,喂饲含有0.3%~3%胆固醇的高脂饲料,连续喂养8~16周,其中正常对照组喂饲正常饲料。于实验期间及实验结束后,取兔血测定胆固醇和甘油三酯含量。实验终点处死动物后,取胸主动脉,分离周围组织,垂直切开,甲醛固定后用油红染色,计算内膜表面被油红着色的百分比。正常家兔动脉内膜无着色,而高胆固醇饲料喂养的家兔动脉内膜呈现出严重的动脉粥样硬化样损害。比较受试药物组和对照组实验数据,进行显著性检验。
除家兔之外,大鼠、小鼠、鹌鹑、鸽子,仓鼠或豚鼠均可用于建立此模型。
一般家兔、鹌鹑等,经数周就能呈现明显脂代谢紊乱,数月就能形成早期动脉粥样硬化病变。大鼠、小鼠则较难形成,因此需在饲料中加入蛋黄粉、胆盐、猪油等,为了促进病变形成,在高脂饲料中还可加入维生素D等。各种常用动物的高脂饲料特点如下。
家兔:一般在基础饲料中加胆固醇0.3%~3%,或再加猪油4%~8%,蛋黄粉5%~10%。10~15天即可血脂升高,2~4个月发生病变。若剂量增加,则病变加快,但死亡率亦会增加。
大鼠:基础饲料中添加胆固醇1%~4%、猪油10%、甲基硫氧嘧啶0.2%;或蛋黄粉10%、猪油5%、胆盐0.5%。也可在开始4天每日口服维生素D(下标2)30万U/kg。一般7~10天血胆固醇即会升高。
鹌鹑:基础饲料中添加胆固醇1.5%、猪油16%、花生油4%;或胆固醇1.5%、猪油20%;或胆固醇1%、猪油2.5%、蛋黄粉20%、花生油2.5%;或胆固醇1.3%、猪油2.6%、蛋黄粉10%。一般7天后血胆固醇即会升高,第6~8周动脉粥样硬化发生率可达80%~90%。
小鼠:基础饲料添加胆固醇2%、胆盐0.4%。
(2)免疫学方法模型家兔静脉注射大鼠主动脉匀浆,可引起血胆固醇、低密度脂蛋白及甘油三酯升高。给家兔注射马血清10ml/kg,共4次,每次间隔17天,动脉内膜损伤率为88%,冠状动脉成动脉粥样硬化病变;同时给予高胆固醇饲料病变更加明显。家兔喂饲含1%饲料的同时,静脉注射牛血清蛋白250mg/kg,可加速动脉内膜病变的形成。
(3)注射同型半胱氨酸诱导动脉粥样硬化模型家兔皮下注射同型半胱氨酸硫代内酯(用5%葡萄糖溶液配制),20~25mg/(kg·d),连续注射20~25天,可出现动脉粥样硬化病变。如同时在饲料中加入胆固醇,则致病性更为显著。
(4)球囊导管诱导动脉粥样硬化模型动物麻醉后,暴露静总动脉,在X光透视下插入相应型号的球囊导管,使球囊扩张至6~8个大气压,维持30s,间隔60s,在1~3个大气压下来回拖拉球囊5次,以损伤内皮;同时给予高脂饲料,促进局部AS形成。
(5)遗传性高胆固醇血症动物模型大鼠:Muller等人于1979年报道了遗传性高胆固醇血症大鼠(RTCO)。这一品系大鼠的高胆固醇血症同乳糜微粒和低密度脂蛋白(LDL)分解代谢率的降低有关,但与上述两种脂蛋白生成的增加具有更为特异的关系,已被建议用于研究降脂药物,特别是对于被设计为降低血浆乳糜微粒和LDL浓度的药物。
家兔:20世纪70年代初,Watanabe发现了具有遗传性高脂血症的家兔即WHHL,WHHL携带有一个可遗传的变异基因,导致缺少低密度脂蛋白(LDL)受体2而出现高脂血症,与人类家族性高胆固醇血症(FH)类似。利用10~14月龄WHHL家兔,可出现高出主动脉腔表面,且不均匀的粥样硬化样板块,血清胆固醇水平增加至400~600mg/dl。因此许多研究人员将其用于动脉粥样硬化的发生、主动脉组织学和功能的变化。除此之外,WHHL的血浆胆固醇主要存在于LDL中,而高脂饲料诱导的模型高胆固醇主要存在于β(下标2)极低密度脂蛋白(β(下标2)VLDL)中,故WHHL在用于研究FH发病机制时是高脂饲料诱发的模型所无法取代的。
2.影响脂质代谢模型
(1)大鼠降血脂模型胆固醇以及甘油酯载脂蛋白的增加所致的高脂蛋白血症是引起动脉粥样硬化的原因。动脉粥样硬化可导致血栓形成和梗死,脂蛋白主要分为六类:乳糜微粒、乳糜微粒残余物、极低密度脂蛋白(VLDL)、中间密度脂蛋白(IDL)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)。其中高密度脂蛋白促进来自外周细胞胆固醇的清除,并促进至肝脏的转移。因此,HDL水平的增加是必要的。相反,极低密度脂蛋白和低密度脂蛋白水平的增加可促进动脉粥样硬化的形成。因此抗动脉粥样硬化药物应该能够降低VLDL和LDL承平,并提高HDL水平。
雄性大鼠,每组10只,180~200g。每日灌胃给予不同剂量的受试药物或阳性对照药物,连续8天。对照组只给予溶剂。于实验开始及结束时,分别记录动物体重。于第一次给药前20h,禁食(不禁水)。实验当天经后眼眶穿刺取血,然后进行第一次灌胃给药。整个实验期间动物可自由饮水饮食。实验终点前20h,禁食(不禁水),经后眼眶穿刺取血后,立即处死动物,取出肝脏,称重。测定肝脏中胆固醇和甘油三酯的含量。
血液样本经16000g,2min离心,测定总胆固醇和总甘油酯水平,并用Lowry法测定蛋白浓度。
血清脂蛋白利用超离心方法测定。混合每一组大鼠血清,按如下方法分离脂蛋白。
VLDL:密度范围1.006,40 000r/min,16h。LDL:密度范围1.006~1.04,40 000r/min,18h。HDL:密度范围1.04~1.21,40 000r/min,18h。HDL下层液:密度范围>1.21。
动物体重、胆固醇和甘油三酯的平均值,以每组的最初值的百分率表示,经统计学分析对照组和给药组间显著性差异。
雄性NMRI小鼠、黄金仓鼠、豚鼠及小型猪亦可用于此实验。如需研究长期作用,实验需延长至4~12周。
(2)Triton引起的高脂血症模型雄性SD或Wistar大鼠,200~350g。禁食18h后,静脉注射200mg/kg Triton。24h血清胆固醇水平快速增加2~3倍(Ⅰ期),而在第二个24h里血胆固醇恢复到正常水平(Ⅱ期)。受试药物、阳性对照药物或对照溶剂与Triton注射的同时或之后22h给予。在Triton注射后6、24、48h,测定血清胆固醇水平。Triton引起的Ⅰ期高胆固醇血症的机制被认为是由于Triton通过干扰组织对血浆脂类的吸收而增加肝脏胆固醇的合成。影响胆固醇的生物合成药物在Ⅰ期是有效的,而影响胆固醇排泄和代谢的药物在Ⅱ期是有效的。
雄性小鼠亦可用于类似实验,有报道用雄性昆明种小鼠,肠道外给予Triton,可引起小鼠高脂血症,特别是血清总胆固醇和甘油三酯升高幅度较大。静脉注射400mg/kg1次,2h后即明显升高,5~6h后血清总胆固醇增加1倍以上,12h达到高峰,至72h仍高于正常,但对肝的甘油三酯和总胆固醇无明显影响;皮下或腹腔注射也能使血清总胆固醇升高,但所需剂量大些或形成时间长些。
本方法经济、简便、重复性好,但不符合人类高脂血症的形成过程,只能作为降脂药物的初步筛选。
(3)果糖引起大鼠高甘油三酯血症大鼠由低碳水化合物、高蛋白质饮食转为果糖的大量吸收,可发展为急性高甘油三酯血症。
雄性SD大鼠,200~350g,每组10只动物。给予一周以上的富含蛋白质及低碳水化合物的饲料。每日灌胃给予受试药物、阳性对照药物或对照溶剂,连续3天。自第2天到第3天起进水24h,之后立即给予20%果糖自由饮入20h。20h后经后眼眶穿刺取血,经16000g离心2min,测定血清总胆固醇和甘油三酯水平。经统计学分析给药组与对照组甘油三酯及总胆固醇含量差异。
(4)大鼠静脉脂质耐受实验静脉内注射脂类乳剂,可导致血清甘油三酯的增高,通过测定脂类的消除,可确定降脂作用。用雄性Wistar大鼠,200~250g。每日给予不同剂量受试药物、阳性对照药物及对照溶剂,连续5天。第5天末次给药后2h,静脉注射10%脂类乳剂2ml/kg,并于注射前以及注射后10、20、30、45min,经眼眶穿刺取血,测定血甘油三酯含量及峰值水平,计算消除常数和半衰期。