《Current Opinion in Otolaryngology & Head and Neck Surgery》：Mouse models of vascular cognitive impairment and dementia induced by carotid artery manipulations: current status
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本综述系统评述了三种通过颈动脉操作（BCAS、ACAS、GCAS）模拟慢性脑低灌注的血管性认知障碍与痴呆（VCID）小鼠模型，重点剖析了其各自在再现白质病变、执行功能障碍、运动缺损及皮层下小梗死等关键临床特征方面的优势与局限，并展望了基于这些模型发现的肾上腺髓质素（adrenomedullin）和SIRT1激活剂等治疗策略的临床转化前景。
引言
血管性认知障碍与痴呆（VCID）的主要驱动因素是脑小血管病。在老年人神经影像中经常观察到的白质高信号是脑小血管病的一个关键特征，通常由慢性低灌注引起。然而，VCID的详细病理生理学仍不完全清楚，针对脑小血管病的疾病修饰治疗仍有待建立。为克服这一挑战，三种VCID小鼠模型已被广泛使用，并被认为是全球范围内进行机制和转化研究的有前景的工具。
关键点
理想的鼠标模型对于阐明VCID的病理生理机制和开发新的治疗干预措施至关重要。
双侧颈总动脉狭窄（BCAS）模型是VCID最有前景的实验范式，它诱导慢性脑低灌注和白质病变，其特征是胶质细胞激活、脱髓鞘和疏松化，同时伴有执行功能障碍，且1个月死亡率极低。
不对称颈总动脉手术（ACAS）模型逐渐降低脑血流量（CBF），再现了白质病变（胶质细胞激活、脱髓鞘和疏松化）、小的皮层下梗死、海马神经元丢失以及相关的认知和运动缺陷（如执行功能障碍、记忆障碍、步态障碍和肌无力）。它克服了BCAS模型的主要局限性，如手术后CBF突然下降和缺乏运动障碍。
类似地，渐进性颈总动脉狭窄（GCAS）模型诱导CBF逐渐减少，导致白质病变（胶质细胞激活、脱髓鞘和疏松化）以及随后的执行功能障碍、步态障碍和肌无力。与ACAS一样，GCAS也通过诱导更渐进和生理相关的灌注下降来解决BCAS的缺点。
VCID的潜在新疗法——如肾上腺髓质素（adrenomedullin）和SIRT1激活剂——已在这些实验模型中显示出前景，目前正在进行临床评估。
三种VCID动物模型的特征
BCAS、ACAS和GCAS模型在参考文献、使用设备、手术时间、CBF动力学、白质损伤、灰质损伤、海马神经元丢失、认知障碍和运动障碍等方面各有特点。BCAS使用两个微线圈，导致CBF快速下降至基线的50%，并维持在50-70%，有白质损伤但无梗死，无灰质损伤和海马神经元丢失，表现为执行功能障碍，无运动障碍。ACAS使用一个微线圈和一个美国环缩窄器，CBF在美國环缩窄器侧逐渐下降至基线的20%，有白质损伤和皮层下梗死，有灰质损伤和海马神经元丢失，表现为执行功能障碍和参考记忆损伤，有运动障碍。GCAS使用两个美国环缩窄器，CBF逐渐下降至基线的50%，有白质损伤但无梗死，有罕见灰质损伤，无海马神经元丢失，表现为执行功能障碍，有运动障碍。
双侧颈总动脉狭窄（BCAS）
BCAS模型由Shibata等人于2004年开发，使用外部微线圈，已成为全球范围内研究低灌注诱导的白质损伤和VCID最广泛使用的小鼠模型，也被广泛认为是最有前景的实验性VCID模型之一。
手术策略和血流动力学特征
在经典的BCAS方案中，成年C57BL/6J小鼠在颈总动脉（CCA）上放置内径为0.18毫米的微线圈，导致约50%的双侧CCA狭窄。动脉自旋标记（ASL）MRI显示，术后第1天CBF突然降至基线的约50%，随后在1个月内持续降至基线的约50-70%，特别是在皮层下区域。值得注意的是，所有小鼠在术后1个月均存活。
神经病理学和行为表型
BCAS稳健地再现了白质病变和执行功能障碍，这是低灌注诱导的VCID的主要表型。BCAS在术后2小时内引起内皮紧密连接开放。随后，从BCAS后约14天开始，白质病理——特征为胶质细胞激活、脱髓鞘和疏松化——变得明显。到术后3个月，水通道蛋白-4（aquaporin-4）异常重新分布到GFAP阳性星形胶质细胞周围或碎裂树突状细胞（clasmatodendrocytes），从而损害水稳态和中枢血浆渗透压调节。总之，这些病理变化可能导致白质病变的发展。只要BCAS手术正确进行，就不会发生灰质病变。
BCAS在1个月时产生执行功能障碍，但未观察到源自海马损伤的记忆障碍。此外，BCAS模型中不存在运动功能障碍或运动缺陷。
白质病变的机制见解
由于BCAS导致选择性白质损伤而无明显灰质损伤，它对于研究慢性低灌注期间髓鞘和轴突脆弱性的机制特别有价值。大量研究表明了BCAS模型中白质病变是如何加剧的。少突胶质细胞谱系脆弱性和髓鞘再生失败已日益被认为是白质损伤的核心驱动因素。暴露于持续CBF减少的深部白质表现出氧化应激介导的少突胶质细胞和少突胶质前体细胞（OPC）死亡以及分化受损。OPCs对脑低灌注迅速反应并促进基质金属蛋白酶-9（MMP-9）产生，这破坏了血脑屏障（BBB）并放大了白质损伤。胶质细胞依赖性加重也已成为一个关键因素。小胶质细胞依赖性炎症部分由瞬时受体电位M2（TRPM2）介导，TRPM2是一种在免疫细胞中高表达的Ca2+可渗透通道；BCAS后，TRPM2激活加剧了炎症和认知障碍。从星形胶质细胞功能障碍的角度来看，BCAS增加了白质中星形胶质细胞连接蛋白-43（connexin-43）缝隙连接，通过胶质细胞合胞体加剧病变。此外，补体依赖性免疫机制有助于损伤：BCAS后胼胝体中C5沉积增加，而C5缺陷小鼠表明白质病变显着减轻，表明补体C5在介导炎症性白质损伤中起关键作用。
BCAS在阐明慢性脑低灌注与阿尔茨海默病相关通路之间的关联方面也很有价值，因为已知阿尔茨海默病病变对低灌注和缺血敏感。BCAS与J20 AD模型相结合会加剧β淀粉样蛋白（Aβ）积累，特别是可溶性部分，表明血管和淀粉样蛋白病理之间存在协同相互作用。此外，将BCAS应用于脑淀粉样血管病（CAA）模型小鼠（Tg[Thy1-APPSwDutIowa]BWevn/J）会增加血管周围Aβ沉积和皮层微梗死，从而加速CAA。特别是，这些混合模型与老年患者中观察到的混合性血管-退行性病理相关。
优势和局限性
在可用的动物VCID模型中，BCAS因其表面效度和结构效度而引人注目：它再现了慢性脑低灌注、弥漫性白质病变、BBB破坏和执行功能障碍，这些都是临床VCID的核心特征。使用小鼠具有主要优势，包括基因操作、大规模转录组学和单细胞分析，以及与神经退行性模型的兼容性。然而，必须承认关键的局限性。微线圈放置诱导的CBF突然减少可能不能完全重现VCID患者的慢性疾病过程。此外，在人类VCID中常见的腔隙性和皮层下梗死未在BCAS中观察到。BCAS通常在无全身合并症的年轻成年雄性C57BL/6J小鼠中进行，而人类VCID发生在患有高血压、糖尿病、血脂异常和心房颤动的老年个体中。因此，结合老年动物、雌性和合并症模型将增加转化相关性。此外，腔隙性梗死、微出血和皮层微梗死——人类小血管病的标志性特征——存在可变，可能需要额外的血管病变或淀粉样蛋白成分来进行准确建模。最后，BCAS提供了一个有前景的框架来研究血管风险基因（如APOE和RNF213变异）如何与环境和系统性风险因素相互作用以决定白质损伤的易感性。
不对称颈总动脉手术（ACAS）
BCAS模型的主要局限性包括手术后CBF突然下降以及缺乏皮层下梗死和运动障碍，而这些是VCID患者经常观察到的特征。为了克服这些局限性，开发了一种使用美国环缩窄器（ameroid constrictor）和微线圈装置的不对称颈总动脉手术（ACAS）小鼠模型。
美国环缩窄器
美国环缩窄器是一种闭合装置，由一个金属环包围着一个甜甜圈形状的酪蛋白核心组成。一旦放置在血管周围，酪蛋白核心通过吸收组织水逐渐膨胀，导致中央管腔逐渐狭窄和血管的渐进性闭塞或狭窄。由于该装置可靠地再现了缓慢、渐进的血管闭塞/狭窄，它长期以来被用于开发冠心病、门静脉高压和肺动脉高压的大型动物（如狗和猪）模型。该装置后来被应用于小动物研究，并报道了大鼠门静脉高压模型。美国环缩窄器的使用后来使得开发更具生理相关性的VCID小鼠模型成为可能。
手术策略和血流动力学特征
在ACAS手术中，一个0.18毫米的微线圈通过旋转放置在左CCA周围，一个内径为0.5毫米的美国环缩窄器被手术植入到成年C57BL/6J小鼠的右CCA上。美国环缩窄器在1个月内逐渐闭塞CCA，而微线圈诱导立即且固定的约50%狭窄。与BCAS模型（其中皮层下CBF在手术后立即突然下降至基线的约50%）不同，ACAS模型表现出持续和渐进的皮层下CBF减少，在美國环缩窄器侧在1个月时达到基线的约20%，低于BCAS中观察到的水平。一致地，美國环缩窄器侧的CBF在整个疾病进展过程中始终低于微线圈植入侧。值得注意的是，ACAS模型独特地表现出在美國环缩窄器侧有多个小的皮层下梗死，可通过7特斯拉脑MRI检测到。存活率约为80%。
神经病理学和行为表型
在ACAS模型中，白质损伤很明显，其特征是小胶质细胞激活、星形胶质细胞增生、脱髓鞘和疏松化。与BCAS——或ACAS中的微线圈植入侧——不同，美國环缩窄器植入侧在皮层下区域和皮层出现局灶性小梗死，散在分布，在皮层下区域发生率更高。该侧也发生海马神经元丢失。
ACAS模型表现出执行功能障碍和参考记忆损伤（通过莫里斯水迷宫和Y迷宫测试评估），以及运动缺陷，包括运动协调、平衡和肌肉力量受损（通过旋转杆和悬线测试证实）。因此，该模型成功地再现了VCID的主要临床特征，包括白质病变和皮层下梗死共存，伴有运动障碍（如步态障碍）以及执行和记忆功能障碍。
ACAS模型的局限性和未来方向
尽管有其优势，ACAS模型也有局限性。手术复杂性——需要在CCAs上放置微线圈和美国环缩窄器——可能限制其广泛采用。此外，栓塞机制与纯粹血流动力学机制对ACAS中观察到的皮层下梗死的相对贡献仍有待充分阐明。而且，ACAS小鼠不出现微血管病变，而大多数人类VCID病例是由高血压、糖尿病和遗传因素（如伴有皮层下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病，CADASIL）引起的微血管疾病所致。
未来的ACAS改进可能包括与模拟阿尔茨海默病病理、衰老和心脏代谢合并症的转基因品系整合，以及纵向多模态成像以追踪CBF、结构连接性和神经炎症的演变。统一的方案和共识的结果测量——包括认知测试电池和定量白质成像——将有助于将ACAS建立为VCID研究的核心平台。总体而言，ACAS已成为一种病理生理学相关的VCID小鼠模型，弥合了传统小鼠慢性脑低灌注模型与人类VCID临床谱系之间的差距。该模型对于阐明疾病机制和测试疾病修饰疗法将很有价值。
渐进性颈总动脉狭窄（GCAS）
GCAS诱导超过1个月的渐进性CBF下降，从而更接近地重现人类VCID的自然轨迹，并解决了BCAS模型的关键局限性。GCAS不仅作为VCID模型，也作为早期动脉粥样硬化模型而具有前景。
手术程序和血流动力学特征
成年C57BL/6J小鼠在双侧CCAs周围植入美国环缩窄器（内径0.75毫米）。这个内径比ACAS模型中使用的要大。渐进的酪蛋白核心肿胀在1个月内逐渐缩小管腔，最终产生约57%的面积狭窄而无完全动脉闭塞。因此，皮层和皮层下CBF逐渐下降，在1个月时通过ASL-MRI测量降至基线的约50%。同时，MR血管造影显示前循环颅内动脉血流信号逐渐减少，并伴有后循环代偿性侧支血流招募。1个月存活率为91%。
白质和灰质病理学
在GCAS手术后1个月，小鼠在胼胝体、前连合和视束出现明显的白质病变，以组织疏松化、胶质增生和少突胶质细胞丢失为标志。受影响白质束中星形胶质细胞和小胶质细胞的激活伴随着GST-π阳性成熟少突胶质细胞的减少，表明脱髓鞘和髓鞘维持受损。这些组织病理学特征与VCID中观察到的临床白质病变和胶质增生非常相似。海马神经元丢失不太一致，只有一部分小鼠表现出CA1神经元丢失，周围被反应性星形胶质细胞和小胶质细胞包围，表明GCAS优先靶向白质回路，海马受累可变。大约三分之一接受GCAS的小鼠在白质和灰质中检测到少量脑微梗死。这些发现表明，GCAS小鼠表现出的组织学变化主要由慢性低氧血症驱动，而非急性缺血事件。
行为表型
GCAS模型表现出执行和运动功能障碍，但参考记忆保留，反映了低灌注性小血管病导致的VCID关键特征。旋转杆和悬线测试揭示了在2-4周低灌注后运动协调、平衡和神经肌肉力量受损。Y迷宫测试在1个月时揭示了执行功能障碍。相反，在相似时间点，莫里斯水迷宫中的参考记忆和空间学习基本保持完整，表明优先破坏了额叶-皮层下和白质依赖性功能，而非全局海马记忆损伤。
在阿尔茨海默病小鼠模型中的应用
通过将接受GCAS手术的APP23小鼠，探讨了由慢性脑低灌注引起的白质病变对阿尔茨海默病的贡献。慢性脑低灌注通过增加晚期糖基化终末产物（AGE）表达和血脑屏障（BBB）渗漏——特征为IgG和MMP-9表达上调——以及脑源性神经营养因子（BDNF）/TrkB信号下调，显著加剧了阿尔茨海默病核心病理。依达拉奉（Edaravone），一种自由基清除剂，通过增强OPC增殖、减轻内皮-星形胶质细胞单位功能障碍以及减少神经炎症和氧化应激来改善白质病变。
颈动脉逐渐狭窄作为动脉粥样硬化模型
颈动脉表现出显著的动脉壁肥厚，随着美国环缩窄器内孔逐渐狭窄至57%，最终发展出约80%的管腔面积狭窄。内膜增厚，以平滑肌细胞增殖和富含巨噬细胞的新内膜形成为标志，非常明显。这些发现表明，GCAS诱导的颈动脉内膜肥厚性变化也可以作为早期动脉粥样硬化的有用模型。
使用VCID小鼠模型的转化医学方法
全球范围内使用慢性脑低灌注模型（包括BCAS、ACAS和GCAS）的广泛研究极大地推进了我们对VCID病理生物学的理解，并促进了治疗策略的开发。接下来，我们介绍从这些模型中衍生出来的、目前正在进行临床试验的治疗候选物。
肾上腺髓质素（Adrenomedullin）
肾上腺髓质素主要由血管内皮细胞分泌，发挥多种血管保护作用，包括抗炎和抗氧化作用，以及促进血管生成和动脉生成。使用BCAS模型的实验研究报道，肾上腺髓质素通过cAMP/蛋白激酶A（PKA）通路激活抑制氧化应激、抑制小胶质细胞激活、通过增加血管内皮生长因子（VEGF）和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）表达促进血管生成、以及促进OPC成熟，从而增强CBF并减轻白质病变。此外，一项随机、双盲、安慰剂对照临床试验（AMFIS试验）显示，肾上腺髓质素在腔隙性梗死患者中耐受性良好。另外，一项评估肾上腺髓质素在伴有皮层下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病（CADASIL）患者中疗效的多中心、单臂、II期临床试验已经完成，正在等待结果。需要进一步的临床研究来检验肾上腺髓质素的治疗疗效。
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）/SIRT1通路
SIRT1是哺乳动物去乙酰化酶Sirtuin家族的一员，被称为长寿相关基因，它使内皮一氧化氮合酶（eNOS）去乙酰化，从而通过eNOS激活促进动脉生成和血管生成。一项使用SIRT1转基因小鼠的实验研究表明，即使在BCAS后，SIRT1也能保护CBF和执行功能。另一项观察性研究报道，长期摄入白藜芦醇（resveratrol），一种SIRT1激活剂，与CBF和认知功能（包括视觉空间/执行功能和记忆）的改善显著相关。因此，REVAMP试验，一项随机、双盲、安慰剂对照临床试验，目前正在进行中。
结论
VCID是老年人认知障碍的主要原因。然而，其详细的病理机制和有效的治疗策略仍有待完全确立，尽管BCAS模型已经显著增进了我们对VCID病理生理学的理解并促进了潜在疗法的开发。除了BCAS，最近开发的ACAS和GCAS模型提供了有价值的替代方案，它们更忠实地重现了VCID的临床过程，包括CBF的逐渐时间性下降；伴有小皮层下梗死的白质病变；认知障碍，特别是执行功能障碍和参考记忆缺陷；以及运动障碍，如步态障碍和肌无力。因此，更广泛地应用ACAS和GCAS将有助于加速VCID研究的进展。
