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阿霉素是一種廣譜、高效的蒽環類抗腫瘤藥物，主要通過嵌入DNA雙螺旋堿基并與拓撲異構酶Ⅱ結合破壞DNA的3級結構發揮作用。盡管靶向藥物、免疫檢查點抑制劑等新型療法取得了巨大進展，但以阿霉素為代表的蒽環類抗腫瘤藥物依然是當前抗腫瘤治療的基石，在白血病、淋巴瘤、乳腺癌和結直腸癌等多種血液系統和實體腫瘤中仍是不可替代的組成部分。然而，阿霉素引起的骨髓細胞生成抑制、脫發和心臟毒性等不良反應亦不可忽視，尤其是與藥物累積劑量有關的心臟毒性，常呈現進展性和不可逆性改變，限制了其臨床使用。據報道，當累積劑量400 mg/m2時，阿霉素引起的充血性心力衰竭（Congestive Heart Failure，CHF）發生率為5%，當達到550和700 mg/m2時，CHF發生率可分別上升至26%和48%。有調查表明，通過阿霉素等抗腫瘤藥物治療后的患者由于心臟疾病所致的死亡率明顯增高，嚴重影響了患者的生存質量和預后。目前，關于阿霉素心臟毒性的發生機制仍未完全闡明，現有的報道涉及氧化應激、炎癥反應、細胞凋亡、細胞自噬、鈣超載、鐵離子代謝紊亂和線粒體功能障礙等多個方面。與此同時，臨床上對于阿霉素心臟毒性的防治手段十分匱乏，主要是通過限制治療累積劑量、改變給藥方式、采用脂質體劑型、使用心臟保護劑等。目前，唯一獲批用于蒽環類藥物心臟毒性的右丙亞胺，僅用于預防，且存在費用昂貴、大劑量可造成骨髓抑制和腎損傷等問題。可見，以阿霉素為代表的蒽環類抗腫瘤藥物誘導的心臟毒性，仍然是腫瘤及心臟內科等領域亟待解決的臨床問題。建立合適的體內、體外模型，對于研究阿霉素心臟毒性發生機制、開發新的防治方案尤為重要。綜述近年來國內外關于阿霉素心臟毒性動物模型和細胞模型的研究進展，以期為相關研究提供參考。

阿霉素致心臟毒性的動物模型

目前，阿霉素致心臟毒性動物模型研究所涉及的實驗動物以大鼠和小鼠為主，豬、犬、兔和斑馬魚等也有部分報道。從心臟毒性分類來看，以急性和慢性心臟毒性為主，尚缺乏關于遲發性心臟毒性的研究，這與所需時間、成本及阿霉素在小型實驗動物模型長期效應的差異性等因素有關。

阿霉素致急性心臟毒性動物模型

阿霉素急性心臟毒性動物模型操作簡便，造模周期短，已有的研究報道涉及多種實驗動物。其中，小鼠是其中運用較多的動物，通常采用單次注射7.5～30 mg/kg·bw阿霉素，以早期發生變化的心肌酶學結合心電圖、超聲心動圖及心臟組織病理學等進行評價。如，BALB/c小鼠單次腹腔注射7.5 mg/kg·bw阿霉素，5 d后觀察到小鼠出現心律不齊，T波平坦和ST段降低。C57BL/6小鼠單次腹腔注射10和15 mg/kg·bw阿霉素后，出現血清心肌酶水平升高，射血分數（EF）和縮短分數（FS）明顯降低，左心室舒張末期直徑（LVEDD）和左心室收縮末期直徑（LVESD）明顯升高等。昆明小鼠單次腹腔注射30 mg/kg·bw阿霉素后，出現明顯氧化應激、血清心肌酶水平升高以及心肌細胞排列紊亂、斷裂、壞死等。大鼠單次腹腔注射15 mg/kg·bw阿霉素后，亦出現類似改變；單次腹腔注射20 mg/kg·bw阿霉素可致模型大鼠心臟組織MDA和NO含量增加。亦有部分研究采用在較短時間內多次注射阿霉素的方式建立急性心臟毒性模型，研究發現C57BL/6J小鼠腹腔注射7.5 mg/kg·bw阿霉素，隔天注射2次，累積劑量15 mg/kg·bw后，可見心電圖PR間期、QT間期明顯延長，EF明顯下降，血清心肌肌鈣蛋白I明顯升高以及心臟組織病理學改變。此外，亦有采用比格犬靜脈注射1.5 mg/kg·bw阿霉素，2周后出現心率明顯降低、ST段抬高、QT間期延長，T波倒置和心律失常等。

總體而言，大型實驗動物心臟物理尺寸及心率與人類更接近，在復制阿霉素急性心臟毒性模型當中具有自身優勢，但飼養及安置成本高，限制了應用；小鼠因與人類基因高度相似，體積小、操作與飼養方便，運用最為廣泛，尤其以C57BL/6小鼠最為多見，前期比較阿霉素誘導不同品系小鼠心臟毒性模型的研究結果也提示該品系是最理想的實驗動物選擇。

阿霉素致慢性心臟毒性動物模型

阿霉素誘導的慢性心臟毒性主要通過小劑量多次注射阿霉素達到一定累積劑量建立模型，常采用大鼠和小鼠。大鼠單次給藥劑量1～6 mg/kg·bw，累積劑量多在6～35 mg/kg·bw，如Wistar大鼠單次注射2 mg/kg·bw阿霉素，每周3次，連續2周，累積劑量達到12 mg/kg·bw后，可出現EF和FS明顯降低；SD大鼠單次腹腔注射3 mg/kg·bw阿霉素，每周1次，連續6周，累積劑量達到18 mg/kg·bw后，除了血清心功能標志物肌酸激酶同工酶（CK-MB）和LDH明顯升高，進一步出現心臟組織炎癥浸潤、嗜酸性變性、肌纖維壞死、空泡和間質性水腫等組織病理學改變。小鼠慢性心臟毒性模型的單次給藥劑量1.5～10 mg/kg·bw，累積劑量多在7.5～42 mg/kg·bw，C57BL6小鼠依然是運用較多的品系，可出現心臟LVEF、LVFS、EF、FS、左室每搏輸出量（SV）和CO明顯降低，組織病理學可觀察到小鼠心臟纖維化。此外，也有部分研究采用新西蘭兔和比格犬等作為模型動物，如新西蘭兔單次腹腔注射1.5 mg/kg·bw阿霉素，每周1次，連續5周，累積劑量達到7.5 mg/kg·bw后，心電圖顯示QT間期延長、心率下降，血清腦利鈉肽（BNP）明顯升高，組織學上觀察到心臟肌原纖維紊亂、線粒體腫和心肌纖維化。

總體上看，慢性心臟毒性模型常以能夠反映心臟形態和功能的超聲心動圖作為主要檢測指標，心電圖、心肌酶學及心臟組織病理學亦常被用于綜合評價。這類模型動物的心臟損傷程度與阿霉素累積劑量常呈現正相關性，相較急性模型，能夠更好地模擬臨床中腫瘤患者的給藥方案，更具臨床代表性。

阿霉素致心臟毒性的體外細胞模型

心肌細胞系具有易獲得、可傳代、相對穩定、成本低等特點，適合連續、大批量開展研究，被廣泛用于阿霉素致心臟毒性體外模型的研究，涉及H9c2大鼠胚胎心肌細胞、HL-1小鼠心肌細胞、AC16人心肌細胞等。H9c2細胞最早于1976年由Kimes和Brand從大鼠胚胎的心室組織獲得，同時具有骨骼肌和心肌特性，在形態學、電流生理學、生物化學方面與人心肌細胞具有相似性；阿霉素處理后，可致細胞活力明顯降低、ROS明顯增加、線粒體膜電位明顯降低等。HL-1心肌細胞是從AT-1小鼠心房心肌細胞腫瘤譜系中獲得的細胞株，具有收縮能力，并保留了心肌生化和電生理特性；阿霉素干預后，可出現細胞活力降低，細胞凋亡、活性氧及炎癥因子增多等。AC16心肌細胞是在人心室心肌細胞與SV40轉化的人成纖維細胞融合獲得，保留了原代心肌細胞的核DNA和線粒體DNA，阿霉素干預后亦可致ROS水平及細胞凋亡數量明顯升高等。相較而言，AC16細胞系來自人類心肌，更接近人類心肌細胞特性，但穩定性更差，培養和維持條件更加復雜、成本更高，而前兩種細胞系雖然受到物種和有限心肌特性的限制，但具有易獲取、穩定性更好的優勢，研究應用更為廣泛。

相比細胞系，原代心肌細胞直接從心臟組織中分離，能更好地反映真實的生理和生物學特性，新生和成年嚙齒類動物心室肌細胞均有應用報道，0.5～3 μmol/L阿霉素干預后可致細胞收縮功能障礙、內質網應激相關蛋白水平表達升高、細胞凋亡和活性氧水平明顯增加等。盡管如此，原代心肌細胞更難獲得和培養，且壽命有限，從不同個體或不同時間采集的原代細胞可能存在較大的變異性，這影響著模型的可重復性和準確性。此外，人類誘導多能干細胞衍生心肌細胞（hiPSC-CMs）是通過將成體細胞重新編程為多能干細胞，并誘導分化成心肌細胞而獲得，擁有人類心肌細胞生化和分子生物學特性的特點，近年亦逐漸被用于復制體外模型，0.5 μmol/L阿霉素干預hiPSC-CM 24 h后，可出現細胞活力和線粒體耗氧率降低、細胞凋亡增多等改變；但該細胞培養成本高，在體外分化過程可能無法完全達到成熟心肌細胞狀態，亦可能產生異質性進而影響實驗結果的一致性和可靠性，尚需進一步優化。

總結

以阿霉素為代表的蒽環類藥物在臨床應用廣泛，然而其誘導的劑量依賴性心臟毒性仍是當前面臨的臨床難題，研究阿霉素心臟毒性的發生機制以及新型防治藥物至關重要，建立恰當的藥理學研究模型則顯得尤為重要。目前的動物模型研究多集中在阿霉素誘導的急、慢性心臟毒性，實驗動物多選擇大鼠和小鼠，其中C57BL/6小鼠是應用最多的品系。相對急性模型，通過小劑量多次給藥建立的阿霉素慢性心臟毒性模型應用更為廣泛，一方面是由于急性心臟毒性模型存在小鼠死亡率高、成模率低的問題，另一方面是臨床中阿霉素引起的心臟毒性多以慢性毒性為主，多次給藥的造模方式能更好地模擬臨床中腫瘤患者的給藥方案，更具臨床代表性。在細胞模型方面，體外培養的心肌細胞雖然無法模擬體內組織中的復雜相互作用和微環境，但也因此不受神經及體液因素影響，可重復性更強，加之成本低、實驗周期短，適合連續、大批量開展研究。從目前的研究看，以H9c2、HL-1心肌細胞系為主的體外模型為從細胞和分子水平研究阿霉素心臟毒性發生機制及防治藥物提供了重要的方法。然而，細胞模型由于離開了在體的內環境，缺乏了諸如神經系統、內分泌系統及免疫系統等的調控，往往不能完全反映藥物在體內的真實情況。綜上，阿霉素心臟毒性的病理機制錯綜復雜，多因素、多環節的共同參與對研究其模型病理機制帶來不小的挑戰。因此，進一步深入開展阿霉素心臟毒性藥理實驗模型的研究，優化模型復制方法和評價值得更多關注。

Source: 毒理學雜志. 2024，38 （01），阿霉素致心臟毒性模型的研究進展，DOI: 10.16421/j.cnki.1002-3127.2024.01.004