综述：小鼠心血管疾病中的暴露组建模

《JACC: Basic to Translational Science》：Modeling the Exposome in Murine Cardiovascular Disease

　　

心血管疾病（CVD）仍然是全球发病率和死亡率的主要原因。尽管科学和临床创新已大大减轻了CVD负担并改善了治疗、管理和护理，但成功率已趋于平稳，且多个国家的CVD发病率再次上升。应对这一残余CVD风险将需要基于新兴科学理解和整体病理生物学机制的创新干预措施和治疗策略。除遗传学外，我们的暴露组，即环境和生活方式暴露的共现与相互作用，是疾病和残余CVD风险的关键独立驱动因素。从出生到死亡，我们接触污染物、毒素或微生物等环境因素，并参与睡眠习惯、运动、吸烟和压力等生活方式模式，这些均对心脏健康产生有害或有益影响。可改变和不可改变的暴露组因素占CVD累积风险的至少一半，而健康的生活方式可显著减轻有害的遗传性或体细胞遗传风险。环境和行为因素对疾病的相对影响随年龄增长而增加，因为可遗传的遗传决定因素通常在生命早期发挥其先天效应，而体细胞变异和暴露组暴露则在整个生命过程中累积，对老年个体的疾病影响尤为显著。许多生活方式行为和对环境刺激的生理反应是进化压力的产物，包括睡眠和身体活动等健康行为，以及应对压力、毒素、污染物或感染等有害暴露的生物学系统，这些系统共同进化以支持生理功能。因此，向自然学习将揭示新的进化选择生物学，可用于改善我们心血管系统的健康。 尽管流行病学证据有力地支持环境和生活方式暴露对CVD的贡献，但其潜在的病理生物学机制仍不明确，可操作的干预措施也未得到充分采纳。加深我们对暴露组如何影响男性和女性个体CVD的基本理解，将通过揭示先前未识别的疾病机制、为临床管理和干预提供信息以及支持公共卫生指导，来推进生物学知识和治疗开发。研究CVD中暴露组的主要障碍在于难以在小鼠（生物医学发现的主要生物模型）中模拟可转化的环境暴露和生活方式行为。然而，新兴工具和技术正使此类研究变得可行。小鼠模型使我们能够研究复杂行为和构成健康与疾病基础的多样化整体性跨器官、多细胞和多系统轴。在本综述中，我们总结了在体内操纵睡眠、运动、压力、香烟烟雾、环境污染和病毒性呼吸道感染的最新小鼠模型和实验方法，并讨论了它们与已建立的小鼠CVD模型的整合。我们重点关注方法学、实验应用以及将暴露组与心血管健康联系起来因果性、治疗相关的多器官机制的新兴证据。

睡眠

睡眠是一种进化保守且普遍存在的行为，影响全身各器官的健康，包括心脏及其血管。大量前瞻性研究和荟萃分析表明，长期经历睡眠质量差和睡眠时间短（<6小时/天）与CVD、心血管事件和CVD死亡风险增加相关。流行病学发现还提示，睡眠时间长（>8小时/天）与CVD风险增加相关，表明睡眠持续时间与CVD之间存在U形关系。睡眠与CVD的关系还受年龄影响：睡眠质量随年龄增长而下降，青春期睡眠模式影响长期心血管结局，围绝经期睡眠紊乱可能赋予独立的CVD风险，共同凸显了生命阶段背景的重要性。睡眠-CVD关系也是双向的。近期发现表明，CVD增加小鼠的睡眠需求和睡眠量，而人类在心肌梗死（MI）后报告睡眠时间和持续时间的变化。

睡眠碎片化

小鼠模型显著增进了我们对睡眠与心血管风险关联的因果病理生物学机制的理解。最常见的睡眠质量差形式之一是碎片化睡眠，可通过将小鼠置于自动化睡眠碎片化（SF）笼中，通过轻柔触觉刺激将其从睡眠中唤醒来实验性诱导。一种常用方法是使用扫掠棒，在适应期后，一根棒自动穿过笼子，刚好在垫料上方，推动并唤醒小鼠。SF笼常与计时器结合使用，使棒在光照周期（ZT0-12）小鼠通常入睡时运行，在黑暗周期（ZT12-24）保持静止。常见研究在光照周期每2分钟运行扫掠棒一次。由于小鼠睡眠天然碎片化，皮层脑电图记录表明，这种2分钟方案导致小鼠觉醒事件增加约3倍，非快速眼动（NREM）和快速眼动睡眠片段缩短，模拟了中度阻塞性睡眠呼吸暂停中呼吸暂停事件的频率。扫掠棒方法具有自动化、易于实施、技术要求低且小鼠可在操作期间群居等优点。关键的是，两性、任何遗传背景和任何年龄的小鼠均可置于SF笼中，包括手术操作后。多项研究表明SF如何改变实验性小鼠CVD。SF通过抑制下丘脑hypocretin产生加速Apoe^?/?和Ldlr^?/?小鼠的动脉粥样硬化，该信号传导至骨髓（BM），其中hypocretin反应性中性粒细胞亚群增加集落刺激因子1产生，伴随造血增加和Ly6C^hi单核细胞向血液输出增加。SF还激活中性粒细胞浸润动脉壁，促进弹性蛋白纤维紊乱并损伤内皮细胞以扩大病变。在MI背景下，SF激活心脏交感信号传导和心脏中多巴胺β羟化酶纤维的丰度，通过肾上腺素能受体（ADR）β2提高募集巨噬细胞的趋化和炎症状态，损害心脏愈合和恢复。睡眠还影响克隆性造血（CH）相关动脉粥样硬化。近期发现表明，SF通过增强突变造血干细胞（HSCs）对IL-1β的反应性并增加BM巨噬细胞对该细胞因子的产生，加速Jak2^V617F和Tet2功能缺失突变HSCs的克隆扩增。作为扫掠棒方法的替代方案，也可通过将常规小鼠笼置于轨道摇床上周期性振动笼子来诱导碎片化睡眠。该方法更易实施，允许使用常规笼具，并允许小鼠在笼中维持巢穴，但需要使用水凝胶作为水源，因为振动可能导致水瓶淹没笼子。这种睡眠干扰方法通过损伤心肌细胞线粒体并导致小鼠心脏组织细胞凋亡而加重心力衰竭。还有几种遗传操作可碎片化小鼠睡眠，例如删除hypocretin（Hcrt），一种在下丘脑产生的关键促醒神经内分泌物质，可导致碎片化睡眠、猝倒、单核细胞增多症和加速动脉粥样硬化。

操纵小鼠睡眠的替代方法

睡眠过多也与CVD风险增加相关；然而，很少有研究从机制上解决这一关系。为模拟小鼠过度睡眠，可使用药理学试剂，如GABA-A受体激动剂、orexin受体拮抗剂、组胺H1受体激动剂等，或遗传小鼠品系，如盐诱导激酶3（Sik3）突变体，但其在实验性CVD研究中的应用仍然有限。药理学或遗传操作可能具有多种意外或未表征的效应，且诱导的过度睡眠的结构和形式可能不同于自然稳态睡眠。此外，迄今为止尚无研究测试这些操作如何影响小鼠实验性CVD。另一条睡眠操纵途径是通过精确神经调节睡眠调节回路，包括那些在睡眠和心血管调节中具有双重作用的回路。例如，化学遗传学或光遗传学激活孤束核中的压力感受性神经元不仅降低血压，还促进NREM睡眠。化学遗传学和光遗传学等神经科学工具使研究人员能够精确控制睡眠调节神经元和其他脑细胞的放电和活动，避免其他睡眠操纵方法可能诱导的过度运动和行为压力。然而，与药理学操作一样，这些方法诱导的睡眠类型可能在重要方面不同于自然发生的睡眠。

睡眠研究：未来方向与转化

睡眠是一个涉及多种大脑和身体过程的复杂现象，以多种方式影响心血管健康。关于睡眠究竟如何有益于——以及不良睡眠如何恶化——心血管健康，仍存在重大未解问题，基础小鼠实验将提供许多答案。例如，NREM和快速眼动等不同睡眠状态是否以不同方式改变心血管结局，以及睡眠干扰后恢复习惯性睡眠是否能抑制动脉粥样硬化病变形成，在很大程度上仍未得到检验。关于不同SF频率或睡眠剥夺持续时间或时间点对心血管病理学影响的实验数据仍然很少。实验性SF对动脉粥样硬化和MI以外心血管病理学的影响也尚未充分探索。我们也不清楚心血管损伤、疾病或炎症如何影响睡眠需求、时间和丰度。MI通过诱导单核细胞募集至大脑丘脑，细胞在此释放肿瘤坏死因子以激发肿瘤坏死因子阳性谷氨酸能依赖性睡眠回路来增加睡眠。共病疾病中睡眠反应的神经元回路尚未深入绘制。还需要改进实验方法以更精确地修改睡眠及其潜在神经元回路。对稳态和疾病睡眠期间大脑功能的更深入理解将识别可实验靶向的新型双向回路。将动物实验的机制发现转化为人类是关键目标。为此，在小鼠SF模型中观察到的造血激活、免疫变化和分子转录组程序已在接受睡眠剥夺的人群中得到复制。在此基础上，评估CVD抗炎治疗的试验可纳入受试者睡眠模式数据，并将睡眠作为治疗效率的变量进行评估。例如，在临床前研究中，抗IL-1β治疗对暴露于SF的小鼠动脉粥样硬化的效果最大，相对于习惯性睡眠对照组。小鼠实验和人类数据支持炎症是睡眠与CVD之间关键介质的共识，因此睡眠和治疗递送时间可能是正在进行的抗IL-6和抗NLRP3 CVD试验中值得探索的关键变量。最后，通过睡眠卫生咨询延长睡眠是一种可行且易于实施的行为改变计划，可有效增加短睡眠人群的睡眠。此类计划已显示在减少肥胖方面有益，但其对心血管健康和结局的影响尚未确定。

压力

作为人类暴露组的基本组成部分，压力日益被认为是CVD的关键风险因素，与动脉粥样硬化、MI和心力衰竭有充分确立的关联。其潜在机制主要涉及交感神经系统（SNS）和下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的激活，这些轴驱动促进心血管病理的神经内分泌和免疫反应。鉴于这种联系，理解压力与CVD之间关联的精确病理生理学对于识别新型治疗靶点至关重要。为研究这些机制，已开发了多种小鼠压力模型，每种模型在诱导方案、生理结局和可重复性方面有所不同。

束缚压力

束缚压力是临床前研究中广泛使用的诱导急性压力的模型。在该模型中，小鼠被置于通风的束缚圆筒中规定时间，无物理压迫。该程序以简单、低成本和高度可重复为特征。束缚在被固定的小鼠中诱导深刻的压力和恐惧反应，导致SNS和HPA轴的强烈激活。SNS和肾上腺来源的儿茶酚胺触发心率和血压的快速升高，而HPA轴快速上调血浆皮质酮水平。只要小鼠在束缚器中，两个主要压力轴就保持高度活跃，即使持续数小时。除SNS和HPA激活外，束缚还触发强烈的战斗或逃跑反应，因为小鼠试图物理逃脱束缚器。这种高强度运动反应诱导骨骼肌中显著的细胞因子产生，这是束缚诱导的中性粒细胞增多症和全身免疫激活的主要驱动因素。鉴于运动反应诱导炎症的广泛影响，区分触发战斗或逃跑反应的压力模型（如束缚、攻击性入侵者）与不触发该反应的模型（如湿垫料、笼倾斜、捕食者气味、社会隔离、脏垫料）非常重要。近期研究描述了不同大脑回路如何在束缚压力期间协调全身大规模双向白细胞再分布。运动回路通过骨骼肌来源的CXCL1信号快速驱动中性粒细胞从BM向外周组织和损伤部位（包括动脉粥样硬化斑块）排出。仅30秒的最大强度战斗或逃跑反应足以启动该过程，随后导致血液中性粒细胞增多，在束缚开始后约1小时达到峰值。相反，室旁下丘脑控制单核细胞和淋巴细胞的相反方向转移。具体而言，室旁下丘脑中的促肾上腺皮质激素释放激素神经元刺激HPA轴，升高皮质酮，通过细胞内在糖皮质激素信号和CXCR4依赖性归巢驱动表达糖皮质激素受体的单核细胞、T细胞和B细胞从血液和次级淋巴器官进入BM。循环单核细胞和淋巴细胞在持续束缚期间进行性下降，约4小时后达到最低点，然后在束缚停止后缓慢恢复至基线水平。束缚的一个关键局限性是重复暴露可能导致习惯化，从而随时间减弱生理压力反应。在CVD研究中，该模型稳健激活SNS和HPA轴、产生深刻皮质酮和儿茶酚胺爆发的能力，使其成为研究瞬时神经内分泌压力反应的强大工具。它特别适合研究急性压力对心血管生理的即时影响，包括心肌损伤后的急性炎症激活。

慢性可变压力

慢性可变压力（CVS）模型在数周内将小鼠暴露于一系列轮换的不可预测轻至中度压力源，以重现慢性压力的持续心理负担。文献中存在多种CVS方案，以不同组合使用不同压力源，包括寒冷暴露、笼倾斜、湿垫料、光/暗周期紊乱、社会隔离、移除垫料、脏笼和持续过夜照明等。CVS的定义特征在于压力源计划表的不可预测性，专门设计用于防止习惯化从而维持持续压力状态。CVS模型的主要优势在于其诱导持续神经内分泌失调的能力，以糖皮质激素失衡和慢性低度炎症为特征。然而，不同实验室之间的CVS方案在压力源组合、强度和暴露持续时间方面差异显著，这种缺乏标准化常常限制可重复性和跨研究比较。该模型执行起来也明显劳动密集且耗时。CVS在揭示慢性压力如何将神经免疫激活与血管疾病联系起来方面发挥了重要作用。CVS通过SNS介导的HSC龛中CXCL12减少（经β3-肾上腺素能受体信号）激活Apoe^?/?小鼠BM中的HSCs，增加Ly-6C^high单核细胞和中性粒细胞向血液的输出，促进与易损病变相关的斑块特征，包括更薄的纤维帽和更大的坏死核心。后续工作表明，CVS诱导循环单核细胞向启动的、促炎状态的转录组和表观基因组重编程，增强其对继发性炎症刺激的反应性，这一过程代表先天免疫训练，可能随时间放大心血管风险。将CVS与CVD模型结合时，必须仔细控制额外混杂变量，包括长期压力暴露期间可能发展并独立影响心血管终点的代谢变化，如胰岛素抵抗、肥胖和肝功能障碍。

慢性社会挫败压力和替代性社会挫败压力

慢性社会挫败压力（CSDS）是最具生态学相关性和转化有效性的慢性心理社会压力模型之一。在该模型中，实验性雄性C57BL/6小鼠被引入较大、攻击性CD-1居住小鼠的笼中，进行短暂每日挫败会话（如5-10分钟），期间居住者反复攻击和挫败入侵者。每次挫败发作后，两只小鼠通过带孔隔板分开共居过夜，允许持续感觉暴露而无需进一步物理接触。入侵者每天暴露于新的攻击者。该序列重复10个连续日，之后易感小鼠表现出稳健且持久的社会回避行为，通过社会互动测试评估。易感小鼠可在行为上与弹性小鼠区分，重现人类群体中观察到的压力易感性个体差异。对于雌性小鼠，标准CSDS不能直接应用，因此已开发包括化学遗传学激活攻击者腹内侧下丘脑神经元或对雌性入侵者施用雄性尿液等适应方案以可靠诱导社会挫败。经典CSDS模型的主要混杂因素是入侵者小鼠不可避免的物理损伤，其本身激活炎症通路、动员白细胞并改变免疫细胞运输，使得难以将心血管结局完全归因于心理压力。为消除该混杂因素，开发了替代性社会挫败压力（VSDS）模型，其中旁观小鼠在相邻隔间的安全位置观察另一只小鼠的物理挫败，经历心理压力而无需与攻击者直接物理接触。旁观小鼠发展出与物理挫败小鼠密切相似的行为表型，包括社会回避、皮质酮升高和焦虑样行为，证明单独心理压力足以驱动这些结局。重要的是，VSDS消除了物理损伤的混杂影响，可应用于两性和幼年小鼠，显著拓宽了可进行研究的范围。CSDS强效且稳健地激活边缘回路，包括杏仁核，并驱动HPA轴和SNS的慢性失调，导致交感张力持续增加、心率变异性降低和造血改变。CSDS与高脂饮食结合产生显著的脂质调节紊乱，包括非高密度脂蛋白胆固醇升高和肝甘油三酯积累，将慢性心理社会压力与独立促进动脉粥样硬化的代谢综合征特征联系起来。将动物分层为易感和弹性表型是CSDS模型的独特且强大特征，使研究人员能够模拟临床人群中观察到的显著疾病异质性，并研究压力弹性与易感性在心血管结局中的生物学决定因素。

压力研究：未来方向与转化

束缚压力、CVS和CSDS/VSDS共同提供互补平台，用于探究连接心理社会压力与心血管病理的神经免疫机制，每种模型在小鼠中均显示出与CVD终点的机制相关性。然而，方案异质性和有限的性别及品系多样性仍限制可重复性和转化。应对这些挑战需要在多个方面取得进展。压力相关大脑回路的光遗传学和化学遗传学操作可建立特定神经免疫通路与心血管结局之间的因果联系，这是行为范式单独无法解决的。鉴于已知HPA轴反应性的性别差异，标准化包含两性的慢性压力方案仍是关键缺口。在定义的压力时间点整合跨脑-免疫-心脏轴的单细胞转录组学和表观基因组学，为识别压力易感性特征提供了强大框架，如最近针对CVS所证明的。这些机制见解指向可跨压力模型验证的治疗可操作靶点。驱动压力诱导HSC激活的交感β3-肾上腺素能受体-CXCL12轴是直接可药用的，因为β3阻断限制应激Apoe^?/?小鼠中压力诱导的骨髓生成和斑块炎症。压力诱导的单核细胞启动进一步合理化抗细胞因子策略，如IL-1β中和，其独立于降脂减少人类心血管事件。在临床环境中系统验证此类候选靶点对于将压力神经免疫学转化为治疗至关重要。

运动

身体活动对心血管健康极为有益。大型前瞻性研究和荟萃分析揭示，较高水平的身体活动与较低的CVD发生和死亡风险相关。重要的是，即使在已患有CVD（如慢性心力衰竭和动脉粥样硬化）的人群中，运动干预也能减缓疾病进展。获益程度受多种因素影响，包括运动类型、强度、持续时间和性别。然而，运动并非普遍推荐给所有CVD患者。例如，在某些形式的遗传性心肌病和致心律失常性疾病中，运动的心脏需求可能有害。此外，有证据表明在污染环境中运动可能削弱运动对心血管健康的益处。在小鼠中，大量研究已因果性揭示运动通过多种生物系统（包括免疫、代谢和神经）影响心血管健康。扩展我们对身体活动与心血管系统相互作用的生物学机制的理解，将识别新型治疗的重要靶点。

自主跑轮运动

跑步是研究有氧运动最常见的方法，在小鼠中可自愿或非自愿诱导。自主运动通过在小鼠笼中放置跑轮实施。直立圆形或碟形轮可记录转数，市售可得并适配常规小鼠笼。转数、间隔和时间数据可无线传输至本地计算机进行分析。小鼠在自由获取情况下积极参与跑轮，并在黑暗（活跃）阶段跑步最多。健康C57BL/6小鼠和致动脉粥样硬化Apoe^?/?和Ldlr^?/?小鼠每天跑5至15公里。然而，平均每日跑步距离、回合长度和速度存在性别和品系差异。例如，雌性C57BL/6小鼠每天跑10至15公里，雄性约跑5公里。相比之下，BALB/cJ品系小鼠跑步行为性别差异较温和，雄性跑得更远。跑步距离通常在跑步前1至2周增加，然后趋于平稳，但可持续数月。自主跑轮运动是运动行为的现实且生态学相关模型，因为动物控制何时、多少以及多强度运动。该方法也易于实施且需要实验者最少监测。然而，该方法的一个局限性是跑步强度和距离可能在小鼠间变化，使结果解释更困难。建议将生物学数据与跑步测量（包括总距离、回合长度、回合速度和回合间间隔）相关联，以助于数据分析和解释。限制轮子访问，例如每天几小时或每周几天，也可改善动物间治疗标准化。自主跑轮运动改善小鼠动脉粥样硬化。六周运动抑制BM造血，包括造血祖细胞的增殖和输出，从而减少血液白细胞增多症并因此减少动脉粥样硬化。机制上，运动减少脂肪组织产生的瘦素，降低造血生长因子的产生并通过表达瘦素受体的BM基质细胞促进静止因子。自主跑步还通过改善血管舒张、主动脉内皮细胞功能和细胞因子产生来改变局部斑块环境。该干预已显示通过主要控制炎症改善MI、缺血再灌注损伤和心肌病小鼠的心脏结局。响应运动，基质细胞ADRβ3被刺激，增加心脏中NO产生和生物利用度，减少MI后心肌损伤。最后，近期数据将自主运动与CH驱动的动脉粥样硬化相关联。在具有Jak2或Tet2 CH的小鼠中，自主运动限制CH突变HSCs的克隆扩增。引人注目的是，自主运动激活大脑蓝斑中表达PAC1的神经元以提高血浆去甲肾上腺素，同时促进动脉粥样硬化斑块中CH突变巨噬细胞的ADRβ2表达。运动引发的脑-主动脉去甲肾上腺素-ADRβ2信号抑制突变巨噬细胞的有害炎症编程，包括NLRP3和AIM2，并遏制CH驱动的动脉粥样硬化。总之，这些研究确定受限免疫和炎症反应是自主跑步改善小鼠动脉粥样硬化和MI结局的主要贡献机制。

非自主跑步

非自主或强制跑步范式对运动强度和跑步距离提供远更大的控制，最常在鼠标模型中使用跑步机装置实施。跑步机装置允许调节速度、持续时间和倾斜度并记录跑步距离。为强制跑步，当小鼠停止跑步时施加电击、气流或实验者轻柔戳刺。耐力跑步机训练通常涉及两个阶段：适应和训练。适应包括约3至5个短会话（约15分钟），期间允许小鼠自由探索跑步机环境而无需电击或戳刺。训练会话通常每天一次，每周3至7天，持续15至120分钟。训练强度固定或在会话或训练期间（4-28周）逐步增加。实施强制跑步机方案时需考虑的两个因素是性别差异和训练时间。跑步机最大跑步距离存在温和性别差异，雌性C57BL/6小鼠跑得更长。在大多数研究中，训练在光照（不活跃）阶段进行；然而，强烈建议在小鼠活跃（黑暗）阶段进行运动训练，因为睡眠和昼夜节律将受影响。黑暗阶段训练可通过使用暗红灯照明房间实现，因为小鼠缺乏红光敏感性，如需视频可使用红外相机。跑步机跑步的主要优势在于允许控制运动参数并可一定程度自动化（仍需实验者监测）。缺点包括专业设备成本，以及方案诱导的额外压力反应，特别是如果使用电击激励跑步。确实，相对于自主跑步，非自主跑步机跑步升高皮质酮并导致焦虑样行为。非自主跑步机跑步已显示减少小鼠动脉粥样硬化。机制上，跑步机训练减少主动脉氧化损伤、内质网应激以及巨噬细胞募集和炎症。该方案还改善血管舒张并限制内皮功能障碍。然而，已记录小鼠非自主跑步升高BM中HSC丰度并促进其释放至循环。这些与自主跑步相反的造血结局可能是这些模型中不同压力反应的结果。

小鼠运动的替代模型

较少见的小鼠有氧耐力运动模型，包括游泳，也已在心血管研究中使用。游泳运动模型需要大型温水槽，小鼠每天游泳30至60分钟。每日游泳运动通过调节主动脉过氧化物酶体增殖物激活受体和一氧化氮合酶信号并抑制炎症减少Apoe^?/?小鼠动脉粥样硬化。小鼠游泳还改善全身代谢参数和心肌细胞代谢健康。需要在小鼠中实施额外身体活动模型，以研究不同形式有氧运动或肌肉训练如何机制性影响CVD。

运动研究：未来方向与转化

关于运动对心血管健康的影响以及临床前发现向人类转化，仍有许多未解问题。运动是全身性体验，因此涉及多个系统。需要更多研究以充分理解不同形式运动如何影响不同组织和跨器官通讯以影响心血管健康。运动心血管获益的性别差异以及运动在生命周期不同时间点和污染环境中的影响是转化重要性的额外领域，其中仍有许多工作要做。在小鼠中，急性跑步诱导肌肉损伤和炎症，在慢性跑步的全身抗炎效应启动前迅速解决。一个未解问题是如何发生这些转变及其对心脏的影响。改进啮齿动物运动建模方法可有助于其中一些研究。特别重要的是需要自主运动方法，允许对运动强度更大控制或更好跟踪用力程度，同时保持自主运动方法的低压力和低成本特性。压力较小的强制运动方法也将有益于小鼠运动行为的更生态学模型。临床前发现中正在出现转化机会和警示故事。运动引发心血管保护的核心机制是儿茶酚胺介导的免疫调节。例如，运动期间去甲肾上腺素释放通过ADRβ2信号限制血管巨噬细胞的有害炎症表型，包括具有Jak2^V617F CH突变的那些。这些观察提出了关于β受体阻滞剂使用、遗传学和CVD患者身体活动建议之间相互作用的问题。进一步揭示这一基础生物学可能导致对服用美托洛尔、阿替洛尔或比索洛尔（治疗心律失常、高血压或心力衰竭的常见β受体阻滞剂）人群的运动强度、类型或量改进和个性化建议。

吸烟

吸烟使个体暴露于数千种化学物质的复杂且化学多样性混合物，包括约250种已知有毒或致癌物质。除其在肺部疾病中确立的作用外，主动吸烟是心血管发病率和死亡率的主要贡献者。与不吸烟者相比，吸烟个体表现出显著增加的CVD发生风险。尽管存在这种强流行病学关联，但连接香烟烟雾暴露与心血管病理的机制尚未完全理解。

香烟烟雾暴露模型

小鼠模型有潜力实质性促进我们对吸烟如何促进CVD的理解，涵盖全香烟烟雾暴露系统和分离单个烟雾成分的方法。基于吸入的香烟烟雾暴露系统仍是最广泛使用的方法，包括全身和仅鼻两种配置。在这些系统中，主流香烟烟雾使用自动化吸烟机产生，与新鲜空气混合，并递送至呼吸道，或持续递送至暴露室中饲养的动物，或通过限制装置定位鼻子以从烟雾递送塔直接递送烟雾。两种配置均依赖机器产生烟雾以确保标准化和一致抽吸的递送。实验条件在研究间差异显著，包括暴露持续时间、气流和香烟剂量的差异，范围从几支到每天多达20至40支香烟。为支持可重复性和研究间可比性，许多方案使用标准化肯塔基大学参考香烟。在完全暴露前，小鼠通常接受适应期。在此阶段，动物置于暴露室中并暴露于较短、逐渐增加的烟雾持续时间以促进适应。同时，研究通常包括在匹配条件下饲养的室内空气对照组。该措施旨在最小化组间压力相关差异，如烟雾暴露小鼠和室内空气对照组之间循环皮质酮水平相当的报道所反映。尽管全香烟烟雾暴露模型捕获了现实世界暴露的复杂性，许多研究也使用单个烟雾成分以隔离特定化学类别对心血管病理的贡献。尼古丁、反应性醛和多环芳烃已各自使用渗透微型泵、饮用水、注射、吸入和口服递送在体内研究。这些还原论方法对剂量、时间和给药途径提供精确控制，因此非常适合机制研究。然而，其主要局限性在于不重现全香烟烟雾发生的组合暴露。因此，基于成分的模型最好视为吸入烟雾暴露系统的补充而非替代。尽管实施可行，香烟烟雾暴露系统需要大量基础设施，包括专业烟雾机和通风遏制系统以防止有毒气体积累。其操作还依赖具有专业培训的专职人员，使这些模型资源密集且昂贵。仅鼻系统引入额外局限性，因为限制本身可混淆实验结局；长期限制已显示在小鼠中引起严重压力和低体温。更一般地，临床前烟雾暴露模型受疾病诱导的压缩时间尺度约束。虽然这并不完全反映人类CVD数十年逐渐、多因素发展，这些模型仍重现吸烟相关心血管病理的关键特征并产生了重要机制见解。这些系统的一个重要优势是能够使用生物标志物如血清可替宁和碳氧血红蛋白量化内部剂量，为比较使用不同暴露方案的研究提供客观基础。最初为肺研究开发的香烟烟雾暴露模型已适应研究CVD。在实践中，烟雾暴露最常叠加在高胆固醇血症背景上，包括Apoe^?/?和Ldlr^?/?小鼠或AAV-PCSK9诱导系统，因为小鼠中稳健斑块形成通常需要高胆固醇血症。在此框架内，香烟烟雾作为疾病修饰因子，放大血管炎症并加速病变进展。更大暴露强度或持续时间通常产生更严重血管表型，与临床上观察到的吸烟负担与心血管损害之间的分级关系平行。总之，这些研究支持香烟烟雾暴露在恶化动脉粥样硬化发生中的因果作用。在高胆固醇血症小鼠中，烟雾暴露增加主动脉胆固醇酯积累并加速斑块进展。