综述:右心室重构:从体外到体内及从简单到复杂模型的探索

时间:2025年6月6日
来源:Journal of Molecular and Cellular Cardiology Plus

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这篇综述系统梳理了右心室衰竭(RVF)的研究模型进展,涵盖体外(2D/3D细胞培养、类器官、器官芯片)、体内(啮齿类/大型动物模型)和离体(活体心肌切片)技术,强调模型选择需匹配特定科学问题,为肺动脉高压(PH)相关RVF机制和疗法开发提供方法论指导。

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右心室重构研究的多维度模型探索

Abstract
右心室衰竭(RVF)是肺动脉高压(PH)患者主要死因,目前尚无治愈手段。与左心室(LV)研究相比,右心室(RV)在重构机制和信号通路上存在显著差异。本文综述了从基础到临床的各类模型,为揭示RV特异性病理机制和开发靶向疗法提供工具。

1. Introduction
PH定义为平均肺动脉压>20 mmHg,全球患病率1%。根据病因分为5类:1类为肺动脉高压(PAH),2类与左心疾病相关,3类由肺病引发,4类涉及肺动脉阻塞,5类病因不明。RV通过代偿性肥厚(RVH)适应压力负荷,但持续高压导致心肌扩张和心输出量下降,进入失代偿期。值得注意的是,LV疗法常对RV无效,凸显RV特异性研究的必要性。

2. In vitro models
2.1. 二维模型
传统2D培养成本低但缺乏细胞间相互作用。常用细胞系包括大鼠H9C2(具肥大反应)和小鼠HL-1(无此特性)。人源诱导多能干细胞衍生的心肌细胞(iPSC-CMs)可保留患者基因背景,但存在胎儿样不成熟问题,表现为代谢和电生理特性差异。

2.2. 三维模型
3D培养(如工程化心肌组织EHT)通过模拟天然ECM环境促进细胞成熟。例如,BMPR2突变患者的EHT表现出收缩异常,重现PAH表型。但克隆间差异可能干扰表型解读。

2.3. 类器官模型
自组装心脏类器官(cardioids)可实现低变异高通量筛选。最新研究通过抑制TGF-β/Wnt通路成功构建含RV结构的多腔室类器官,模拟第二心场发育。

2.4. 器官芯片
微流体装置可整合血管化3D组织,但尚未实现RV特异性建模。

3. In vivo models
3.1. 啮齿类模型

  • 遗传模型:小鼠基因组与人类高度保守,但表型可能不符
  • hypoxia:仅诱发轻度可逆RVH
  • 野百合碱(MCT):诱导PA炎症但伴随肝/肾毒性
  • Sugen-缺氧(SuHx):产生类似人PAH的血管丛样病变
  • 肺动脉环扎(PAB):精准控制RV压力负荷

3.2. 大型动物模型
猪模型通过PAB或瓣膜置换模拟法洛四联症(ToF),其心血管生理更接近人类。慢性血栓栓塞性PH(CTEPH)模型通过注射微球实现,但无法模拟栓塞病因。

4. Ex vivo模型
活体心肌切片(LMS)保留原生组织结构,可进行电刺激和药理学测试。人LMS证实恩格列净(Empagliflozin)能延长收缩时长,为直接心脏效应提供证据。

5. Concluding remarks
各类模型各具优劣:iPSC模型利于基因研究但成熟度不足,动物模型需考虑物种差异,LMS保持组织复杂性但供体稀缺。未来需重点突破iPSC的RV定向分化技术,并整合多模型验证机制。正如George Box所言:"所有模型都是错的,但有些是有用的"——在RV这个"被遗忘的心室"研究中,选择匹配科学问题的模型至关重要。

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