一种具有保留射血分数的女性特异性心力衰竭兔模型

《Heart Rhythm》：A Female-Specific Rabbit Model of Heart Failure with Preserved Ejection Fraction

高胆固醇饮食诱导女性兔子心脏舒张功能障碍和心衰，性别差异显著，加盐未加重病情，Apamin影响电生理参数和室颤模式。

　　

张丽阳|李晓春|塔伊加·安德森|安赫拉·科特|杨敏静|李博曾|詹姆斯·E·蒂斯代尔|陈振辉|托马斯·H·埃弗雷特|迈克尔·C·菲什贝因|乔舒亚·I·戈尔德哈伯|陈鹏生|刘晓

加州洛杉矶西达-赛奈医学中心斯米特心脏研究所心脏病科

摘要

背景

与男性相比，女性患射血分数保留的心力衰竭（HFpEF）和舒张功能障碍的风险更高。

目的

我们假设：（1）高胆固醇（HC）饮食会导致女性心脏出现HFpEF，而不会影响男性心脏；（2）在高胆固醇饮食中添加盐分会加重HFpEF的症状。

方法

我们将兔子分为两组：一组喂食高胆固醇饮食（4只雄性和4只雌性），另一组喂食高盐（HS）-高胆固醇饮食（4只雄性和4只雌性），持续14周。随后对这些兔子的心脏进行朗根多夫灌流以进行电生理学分析。

结果

高胆固醇饮食和雌性性别与死亡时E/e’比值的升高相关（两者均p<0.001）。高胆固醇饮食组的E/e’比值高于高盐-高胆固醇饮食组（p<0.001）。雌性的左心房直径更大（p=0.002），且心房纤维化程度更严重（p<0.001）。高胆固醇饮食组的室性纤维化也比高盐-高胆固醇饮食组更明显（p<0.001）。在没有异丙肾上腺素的情况下，阿帕明（一种特异性阻断阿帕明敏感的小电导钙激活钾电流（I_KAS）的物质）使雌性的动作电位持续时间延长了8±2毫秒（p=0.002）。阿帕明还能降低雌性的细胞内钙离子幅度（p<0.001）和传导速度（p=0.008），以及室颤期间的相位奇异性（p=0.002）和室颤的主导频率（p=0.016）。死亡时，高胆固醇饮食组的雌性兔子NT-proBNP水平显著升高（p<0.001）。

结论

高胆固醇饮食的兔子模型是专门用于研究女性HFpEF的模型。在高胆固醇饮食中添加盐分并未加重HFpEF的症状，反而可能有所改善。阿帕明能够调节该模型中的电生理参数和室颤模式。

引言

左心室（LV）舒张功能障碍（DD）在各个年龄段的个体中发病率约为25-30%，且女性患病率高于男性。¹通过超声心动图检查发现，左心房（LA）扩大或左心室质量增加，以及早期舒张期二尖瓣血流速度（E）与二尖瓣环速度（e’）的比值增大，是射血分数保留的心力衰竭（HFpEF）的重要诊断依据，而这种类型的心力衰竭在女性中的发病率也更高。²相反，男性更容易发展为射血分数降低的心力衰竭（HFrEF）。这种显著的性别差异凸显了性别在心力衰竭中的生物学重要性。然而，由于缺乏相关的动物模型，HFpEF的研究长期以来一直受到阻碍。³在所有动物中，兔子是最适合用于研究人类心脏电生理学性别差异的模型。⁴患有高胆固醇的兔子会出现舒张功能障碍、促心律失常的电生理重塑（L型钙电流I_Ca,L增加）以及室颤（VF）易感性增强。⁶然而，这些研究均未发现性别差异。女性体内的I_Ca,L电流比男性更丰富⁷，且在高胆固醇情况下会进一步增强⁶。阿帕明敏感的小电导钙激活钾电流（I_KAS）会受到I_Ca,L和细胞内Ca^2+（Ca_i）的影响而激活⁸。在高胆固醇心脏中，雌性的I_KAS电流可能比男性更活跃，从而导致电生理重塑和室颤模式的性别差异。由于建议通过限制饮食中的钠摄入来管理心力衰竭⁹，因此高盐饮食可能会加重HFpEF的症状。本研究旨在验证以下假设：（1）高胆固醇饮食会导致女性心脏出现HFpEF，而不会影响男性心脏；（2）在高胆固醇饮食中添加盐分会加重HFpEF的症状。

方法

所有实验程序均获得了西达-赛奈医学中心动物护理和使用委员会的批准，并符合美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南。

本研究使用了26只成年新西兰白兔（Charles River Laboratories，马萨诸塞州威尔明顿），其中8只（4雄性，4雌性，46±12周龄）被喂食高胆固醇饮食（LabDiet 5ZJR，含有10%椰子和0.5%胆固醇），持续14周；另外8只（4雄性，4雌性）被喂食高盐-高胆固醇饮食。

结果

实验结束时，兔子的体重从基线时的3.1±0.2千克增加到3.5±0.3千克（p<0.001）。血液检测结果见表S1。血清胆固醇浓度（mg/dL）在雌性中从45.50±10.03升高至2058.50±520.22（p<0.001），在雄性中从26.43±6.58升高至2437.43±322.78（p<0.001）。所有兔子的其他脂蛋白水平也有所升高。我们测量了高胆固醇组和高盐-高胆固醇组兔子的肺重量（见表S2）。

讨论

我们发现仅高胆固醇饮食组的雌性兔子出现了HFpEF，而雄性兔子没有。在高胆固醇饮食中添加盐分并未加重HFpEF的症状。此外，阿帕明还调节了该模型中的电生理参数和室颤模式。

I_KAS阻断与传导速度

我们发现阿帕明会延长HFpEF状态下动作电位持续时间（APD）并降低传导速度（CV）。我们之前对人类衰竭心肌的研究表明，SK蛋白在心肌细胞的闰盘区域较为丰富，而阿帕明会抑制传导速度。²³这些发现表明阿帕明可能显著干扰闰盘的功能。其他研究表明，在小鼠模型中敲除SK通道会导致PR间期延长，SK2Δ/Δ突变小鼠可能会出现完全性房室传导阻滞。²⁴