《Annals of Biomedical Engineering》:Murine Abdominal Aortic Aneurysm Intraluminal Thrombus Composition and Structure
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目的:许多腹主动脉瘤(AAA)患者出现腔内血栓(ILT),但ILT在AAA进展和破裂中的作用尚不明确。方法:为评估ILT在AAA中的作用,研究人员通过手术将弹性蛋白酶局部涂抹于肾动脉下方的腹主动脉并在饮水中给予β-氨基丙腈(BAPN),在C57Bl6/J小鼠中
目的:许多腹主动脉瘤(AAA)患者出现腔内血栓(ILT),但ILT在AAA进展和破裂中的作用尚不明确。方法:为评估ILT在AAA中的作用,研究人员通过手术将弹性蛋白酶局部涂抹于肾动脉下方的腹主动脉并在饮水中给予β-氨基丙腈(BAPN),在C57Bl6/J小鼠中诱导AAA。纵向收集这些AAA的超声图像,时长56天,以评估AAA随时间的变化。研究人员分别从Movat's五色染色和H&E染色样本中半定量评估弹性蛋白降解和炎症。此外,还通过Movat's五色染色样本评估细胞外基质成分和弹性蛋白质量。结果:接受弹性蛋白酶+BAPN处理的小鼠表现出随时间持续且显著的AAA生长。存在ILT的小鼠在研究期间扩张更为显著(p<0.05)。组织学显示,与无ILT的动脉瘤相比,ILT样本表现出更严重的弹性蛋白损伤、更大的胶原和蛋白聚糖积累以及更严重的炎症。通过扫描电子显微镜,研究人员确认了ILT内存在纤维蛋白片和异常形状的红细胞(多面体细胞)。研究人员还观察到炎症更严重的组织样本与弹性蛋白损伤更严重相关。主动脉扩张和壁损伤的增加可能创造有利于ILT沉积起始的血流动力学条件:内皮损伤和血流减少。结论:理解ILT形成、主动脉壁降解和炎症之间的关系有助于优化监测和治疗AAA的临床策略。这些数据表明,专注于调节炎症和ILT形成的工作可能为AAA的非手术干预提供有前景的途径。
**论文解读**
**研究背景与问题**
腹主动脉瘤(AAA)是主动脉壁的局部扩张,常发生于肾动脉附近或下方,部分患者可不进展,但另一些会持续扩大直至破裂,死亡率高达75%–90%。约75%的AAA患者伴有腔内血栓(ILT),ILT的构成和功能复杂:一方面可能通过降低壁压提供机械支持,另一方面作为炎症细胞聚集场所,通过促进细胞外基质(ECM)重塑和血管壁弱化而加速动脉瘤进展。目前关于ILT是增加还是降低AAA稳定性的临床报告存在矛盾,因此亟需系统理解ILT对动脉瘤发展和扩张的影响,以优化手术时机和开发药物治疗策略。
**研究目的与意义**
既往研究多独立评估ILT的生物力学、炎症激活、ECM重塑或动脉瘤进展,缺乏纵向整合动脉瘤生长、ILT形成、ECM重塑、炎症严重程度和血栓超微结构表征的综合分析。本研究利用局部弹性蛋白酶涂抹联合口服β-氨基丙腈(BAPN)的小鼠AAA模型,结合4D超声(4DUS)、组织学和扫描电子显微镜(SEM),系统探究ILT与动脉瘤扩张的关系,为临床监测和治疗提供新见解。论文发表在《Annals of Biomedical Engineering》。
**主要技术方法**
研究人员采用C57Bl6/J小鼠(雄性n=27,雌性n=7,平均13±1周龄),通过暴露肾下腹主动脉并局部涂抹5–10 mg/mL猪胰弹性蛋白酶5分钟,同时术前2天起在饮水中加入0.2% BAPN(赖氨酰氧化酶抑制剂)以抑制胶原交联,持续整个研究。使用Vevo3100高频超声系统(22–55 MHz)在基线及术后第7、14、21、28、42、56天采集4D超声图像,测量最大周长并计算直径和Green-Lagrange环向应变。组织学上,对主动脉切片进行Movat's五色染色和H&E染色,由兽医病理学家半定量评估弹性蛋白紊乱程度、炎症细胞浸润(环周受累、多形核和单核细胞浸润),并通过ImageJ颜色分割定量各层(内膜、中膜、外膜)ECM成分(弹性蛋白、胶原、蛋白聚糖、纤维蛋白、平滑肌等)。此外,对部分样本进行SEM(TESCAN Vega 3),观察ILT超微结构。
**研究结果**
**1. 动物存活与分析**:23只雄性、4只雌性小鼠存活至56天终点。雄性死亡率15%,雌性43%(2只雌性死于动脉瘤破裂)。
**2. 局部弹性蛋白酶联合口服BAPN引起持续且显著的主动脉扩张**:所有雄性小鼠自第14天起主动脉直径与基线相比显著增加(p≤0.001),至第56天平均扩张超过5倍。
**3. 检测到ILT的样本平均扩张更大、弹性蛋白损伤更重**:雄性小鼠中11只(48%)经组织学确认形成ILT。ILT组自第14天起直径显著大于无ILT组(p<0.05至p≤0.001),且ILT组在连续时间点间持续显著生长(p<0.05至p<0.01)。所有ILT样本均显示严重弹性蛋白损伤(评分3),而无ILT组弹性蛋白损伤程度变异较大。
**4. 检测到ILT的样本早期环向应变降低**:所有雄性小鼠自第7天起环向应变显著低于基线(p<0.01),ILT组在第14和28天应变显著低于无ILT组(p<0.05),提示ILT组动脉壁更早出现僵化。
**5. 检测到ILT的主动脉ECM成分与无ILT组不同**:ILT组内膜胶原比例(33.9±3.9%)高于无ILT组(25.9±4.0%,p=0.074),中膜蛋白聚糖比例(22.8±1.8%)高于无ILT组(16.9±3.2%,p=0.10),且ILT组中膜弹性蛋白比例(5.1±0.8%)显著低于对照组(17.0±2.4%,p<0.05)。ILT组完整弹性蛋白片数(0.9±0.3)和片层厚度(3.2±0.5 μm)均低于无ILT组(2.1±0.4片,p=0.11;5.1±0.6 μm,p=0.057)。
**6. 检测到ILT的主动脉炎症更严重**:所有ILT样本炎症环周受累评分均为2或3,而无ILT组评分分布广泛。ILT组多形核(急性炎症)和单核细胞(慢性炎症)浸润均更显著,无ILT组仅少数样本有急性炎症。
**7. SEM揭示红细胞向多面体细胞转化及紊乱的纤维蛋白片**:在ILT中观察到纤维蛋白片和少量多面体红细胞(8/20个感兴趣区域),多数区域(19/20)以纤维蛋白为主,与主动脉夹层中血栓结构不同。
**8. 雌性小鼠发展为更严重和更快速生长的动脉瘤**:雌性小鼠死亡率更高,自第21天起直径显著大于雄性(p<0.05至p=0.051),中膜蛋白聚糖显著增加,中膜胶原显著降低,外膜蛋白聚糖显著增加。所有雌性ILT样本弹性蛋白紊乱和炎症环周受累均为最高评分,慢性炎症(单核细胞浸润)突出,急性炎症倾向较低。
**讨论与结论**
讨论指出,ILT形成与更大的动脉瘤扩张、更显著的弹性蛋白损伤、胶原和蛋白聚糖积累以及更严重的炎症相关,提示ILT可能通过增强炎症反应加重AAA进展。ILT主要由纤维蛋白片构成,少数含红细胞多面体细胞,与主动脉夹层(IMT)中红细胞显著不同,反映了血流动力学差异。雌性小鼠表现出更严重的疾病进展,支持临床观察中女性AAA破裂风险更高、需更早干预的观点。结论:与无ILT的小鼠动脉瘤相比,弹性蛋白酶+BAPN诱导的ILT小鼠动脉瘤更大、更硬,表现出更显著的胶原和蛋白聚糖沉积及炎症浸润。临床上,这些发现表明ILT形成与更严重的疾病状态相关。ILT与炎症之间的关联支持抗炎或抗血小板治疗作为潜在的非手术干预手段,与人类研究中服用阿司匹林的患者ILT负担更小的数据一致。性别差异显著,雌性小鼠死亡率更高、扩张更快、慢性炎症更强,支持对女性患者更早考虑手术和更密切监测。总体而言,弹性蛋白酶+BAPN模型有效再现了AAA的关键临床特征,为测试新型AAA疗法提供了有用平台。