胆固醇往事新传：打造首个动脉粥样硬化动物模型及其意义

要点　百年前动物实验发现，给兔子喂食大量胆固醇，短时间内可引起动脉粥样硬化。由于人与兔同属食草动物，该动物模型至今仍有科研价值。

100多年前的1913年，年仅28岁的俄国病理学家阿尼茨科夫（Anitschkow）（1885—1964，图12-1）向世人公布了一个著名的动物实验结果：以草为食的兔子在进食含大量胆固醇的食物后，可在短期内发生动脉粥样硬化。这是世界上首次成功建立的动脉粥样硬化动物模型，其科学意义极为深远。

图12-1　俄国病理学家阿尼茨科夫

在阿尼茨科夫进行他的兔子实验之前，诺贝尔奖获得者病理学家Metschnikow提出，饮食中过量的蛋白质有潜在毒性，并以某种方式加速生物衰老过程。这一假说被学术界普遍认可和接受，因此俄罗斯圣彼得堡军事医学研究所的病理学家Ignatowski反复尝试用富含蛋白质的食物喂养兔子，来探寻蛋白质这种毒性的表现。他用大量的肉、鸡蛋和奶喂养兔子，而这些富含蛋白质的食物的确在幼年兔子中表现出毒性，影响了肝脏和肾上腺的功能，同时也出现了类似动脉粥样硬化的动脉损伤。由于当时动脉粥样硬化被认为是衰老的标记之一，所以Ignatowski认为他的发现证明了Metschnikow的“蛋白质毒性”假说。

同样就职于俄罗斯圣彼得堡军事医学研究所的阿尼茨科夫却并不认可Ignatowski的发现。他极具洞察力，敏锐地意识到兔子可能是研究心血管疾病的最佳动物模型。他重复了同事Ignatowski的实验，只是将关注点放在兔子血管壁的动脉粥样硬化上，并对试验方案进行了改进。他逐步地将食物种类减少，结果发现仅单纯喂养蛋黄中提纯的胆固醇就能产生血管壁的动脉粥样硬化病变，并不需要肉、蛋、奶（即不需要蛋白质）。他进一步把高浓度的纯化胆固醇溶于葵花籽油喂养兔子，发现仅需70天便可诱发出与人类动脉粥样硬化相似的血管损伤（包括肉眼及显微镜下表现），而用单纯的葵花籽油喂养兔子则不能诱发病变（图12-2）。

随后阿尼茨科夫利用自己建立起来的兔子模型，仔细观察了动脉粥样硬化发病的基本特征：首先，在动脉粥样硬化早期，脂质条纹是最先出现的粥样斑块。在脂质条纹内可以发现富含大量空泡的细胞（即泡沫细胞）中（图12-3）。这些细胞苏丹红染色呈阳性，包含双折射脂滴（胆固醇酯结晶），提示细胞内蓄积胆固醇。

图12-2　阿尼茨科夫手绘的家兔主动脉动脉粥样硬化标本

图12-3　阿尼茨科夫手绘的典型泡沫细胞病变

其次，动脉粥样硬化的病变损伤最先发生在主动脉根部和主动脉弓，然后逐渐进展到尾部（图12-2）。因此，动脉粥样硬化早期病变的特征性分布可能受血流动力学因素影响（图12-4）。这可用于解释为什么高血压是仅次于高胆固醇的冠心病重要危险因素。

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图12-4　阿尼茨科夫手绘的高胆固醇喂养兔子的胸主动脉，浅黄色病变区呈三角形或半月形，位于动脉开口的下方

图12-5　阿尼茨科夫手绘的兔子接受124天高胆固醇饮食后主动脉上出现的典型动脉粥样硬化病变

再次，长期胆固醇饮食喂养后，血管壁上的脂质条纹将被逐渐结缔组织覆盖，即由脂质条纹发展成纤维斑块，并在斑块表面形成一层纤维帽（图12-5）。

最后，如果粥样斑块中的胆固醇能够移除或减少，那么早期斑块有逆转的可能性，晚期病变中一些脂质成分可消失，但会遗留下纤维帽和一些胆固醇结晶（图12-6）。该现象说明，粥样斑块的发生发展取决于血液中胆固醇升高的程度以及所持续的时间，积极降低胆固醇能消退粥样斑块。

图12-6　阿尼茨科夫手绘的高胆固醇饮食喂养兔子

3个月后恢复正常饮食再喂养2年，可见粥样斑块明显回缩，大部分脂质成分消失，遗留有一些胆固醇结晶

阿尼茨科夫还考虑了两个极具预见性并且现在已经证实的推测：①粥样斑块中的胆固醇可能是由血液进入到动脉壁内的；②负荷胆固醇的细胞可能是穿过动脉壁而来的白细胞。因此，阿尼茨科夫提出了胆固醇学说——食物中的胆固醇可以导致血液胆固醇上升，从而导致胆固醇在血管壁的堆积，并引发动脉粥样硬化病变的发生，即“胆固醇致动脉粥样硬化”假说。

显然，阿尼茨科夫的一系列研究得到了令人惊讶的“意外”结果。之所以称之为“意外”，主要有两点出乎当时人们的意料之外：第一，只需纯高胆固醇饮食（不含任何蛋白质）便可以导致动脉粥样硬化，这几乎动摇了当时无所不能的“蛋白质毒性”学说；第二，只需要短短数十天的高胆固醇饮食喂养，便可以诱发家兔动脉粥样硬化，相比5～15年的平均寿命，这些兔子都算得上是“年轻”，这显然推翻了动脉粥样硬化只发生在“老年”的观点，由此也证伪了动脉粥样硬化老年学说。所以，我们今天可以说动脉粥样硬化虽多见于老年龄人群，但该病的发生并不完全取决于年龄。

可惜的是，由于时代的局限性，阿尼茨科夫的许多重要发现和假说在相当长的时间并没有被人们所认可，甚至受到嘲讽。因为，阿尼茨科夫及后继者尝试在其他动物（鼠和狗）身上，用同样的高胆固醇饮食喂养方法，却始终未能成功制造出动脉粥样硬化模型。由此人们推断阿尼茨科夫的研究结果只是反映了兔子的一些特性，认为阿尼茨科夫用兔子建立胆固醇模型不能用来解释人类动脉粥样硬化的发病机制。

后来人们才发现，鼠（狗）实验失败的原因，是因为兔子与鼠（狗）的动物种属不同。鼠之所以不会因进食高胆固醇饮食而发生动脉粥样硬化，是因为鼠更接近于肉食动物。在大自然物种进化过程中，鼠由于长期进食富含胆固醇的肉类，其消化系统已经高度进化，体内产生了多种能够代谢胆固醇的酶，这些酶能够及时有效地代谢食物中富含的胆固醇，将胆固醇转化成胆汁酸随粪便排出体外，避免了血液中胆固醇水平的升高，减少了胆固醇在血管壁的积聚，因而能够防止动脉粥样硬化。同理，狗也是一种肉食动物，也能够耐受高胆固醇饮食，而不会因为饮食中的胆固醇过高发生动脉粥样硬化。但是，兔子是食草动物，而与鼠（狗）相比，人类的牙齿特征、小肠长度、散热方式等各种特性在很大程度上更类似兔子，因此可以把人类视为食草动物。兔子正常胆固醇摄取非常低，因此摄入过高胆固醇和血液中胆固醇水平的升高会发生动脉粥样硬化。因此，高胆固醇饮食和高胆固醇血症也可能会引发人类动脉粥样硬化。此外，高胆固醇喂养兔子所生成的脂质条纹，无论是外观形态还是显微镜形态，均与人类动脉粥样硬化病理形态高度一致，进一步证实了这一可能性。因此，至今该动脉粥样硬化动物模型仍用于研究人类动脉粥样硬化进程，具有一定的科研价值。