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“三高”之高血脂篇:关于热门靶点Apoe和Ldlr研究,鼠鼠模型立大功!

高脂血症

三高,即高血脂、高血糖和高血压,是心脑血管疾病的“元凶”。其中,高血脂又称高脂血症,是一种以血清中总胆固醇和(或)甘油三酯水平升高为特征的病理状态。高血脂是动脉粥样硬化等心血管疾病的主要危险因素,是导致冠心病、心肌梗死、脑卒中等疾病的重要原因[1]

 

LDLR和APOE是总胆固醇水平调控的关键基因,两者的敲除/缺陷模型也常用于遗传性高脂血症的研究[2]赛业生物开发了Ldlr KO小鼠和Apoe KO小鼠,以加速高脂血症的研究。这两款小鼠均能模拟由LDLR或APOE基因缺失导致的高脂血症及相关心血管疾病临床表型。

 

遗传性高血脂模型:Apoe KO小鼠

由于缺乏功能性APOE蛋白,Apoe KO小鼠(产品编号:C001067)清除血浆脂蛋白的能力严重受损,造成总胆固醇水平升高,并可自发形成动脉粥样硬化。高脂饮食(HFD)喂养可诱导Apoe KO小鼠胆固醇水平升高程度和动脉粥样硬化硬块形成的情况进一步加剧。

 

(1)体重变化

靶点Apoe和Ldlr基因

图1 Apoe-/-小鼠体重检测

 

小鼠分组后给予不同的饲料,并每周测量小鼠体重,检测Apoe-/-小鼠在正常饮食和高脂饮食下的体重变化。结果显示各组小鼠体重变化趋势相似,无显著差异。(G1对照:常规饮食;G3高脂:含0.15%胆固醇高脂饲料喂养;G5高脂:A型含1.25%胆固醇高脂饲料喂养;G7高脂:B型含1.25%胆固醇高脂饲料喂养;G8高脂:含1.25%胆固醇高脂+0.5%胆酸钠高脂饲料喂养。下同)

 

(2)血脂生化检测

靶点Apoe和Ldlr基因

图2 Apoe-/-小鼠血脂生化指标检测

 

小鼠分组后给予不同的饲料,分别在小鼠高脂饲料饲喂第8、10、12周时测量血脂。与G1对照组Apoe-/-小鼠相比,G3造模组Apoe-/-小鼠血液中CHOL水平均提升2-3倍;LDL水平8W、10W均提升2-3倍;HDL水平均提升1.5-2倍。G4造模组Apoe-/-小鼠血液中CHOL水平均提升1.5-2倍;LDL水平8W、10W提升1.5-2倍;HDL水平均提升1.5倍。G7造模组Apoe-/-小鼠血液中CHOL水平均提升1.5-2倍;LDL水平8W提升2倍;HDL水平均提升1.5倍。G8造模组Apoe-/-小鼠血液中CHOL水平8W、10W无显著差异;LDL水平8W时提升,10W、12W时显著降低;HDL水平均提升1.5倍。(CHOL:胆固醇;LDL:低密度脂蛋白;HDL:高密度脂蛋白。)

 

(3)主动脉病理

靶点Apoe和Ldlr基因

图3 Apoe-/-小鼠主动脉斑块观察

 

小鼠分组后给予不同的饲料,饲喂第12W取主动脉观察。与G1对照组Apoe-/-小鼠相比,G3、G5、G7造模组Apoe-/-小鼠主动脉出现斑块,且G5造模组斑块更明显。

 

(4)主动脉弓油红O染色

靶点Apoe和Ldlr基因

图4 Apoe-/-小鼠主动脉弓油红O染色

 

取Apoe-/-小鼠的主动脉弓进行油红O脂肪染色,可见明显脂质沉积。(数据来源于合作客户)

 

(5)血生化检测

靶点Apoe和Ldlr基因

图5 Apoe-/-小鼠血生化检测

 

(6)结果讨论

对Apoe基因进行敲除构建Apoe-/-小鼠,并通过高脂饮食饲喂诱导动脉粥样硬化。结果显示,该模型存在高血脂和高胆固醇的特征,同时该模型也存在主动脉斑块的形成和主动脉弓中明显的脂质沉积。该模型小鼠可用于动脉粥样硬化疾病造模,为心血管代谢性疾病的构建与相关人类疾病的研究提供的强有效的工具。

 

遗传性高血脂模型:Ldlr KO小鼠

LDLR功能缺陷是家族性高胆固醇血症(FH)的主要病因[4]赛业生物开发的Ldlr KO小鼠(产品编号:C001392)在常规饮食(CD)情况下即会出现轻度血脂升高,高脂饮食(HFD)诱导后总胆固醇(CHOL)、甘油三酯(TRIG)、低密度脂蛋白(LDL)和高密度脂蛋白(HDL)显著升高,并出现主动脉的粥样硬化,这与人类高胆固醇血症特征高度一致。

 

(1)小鼠体重变化

靶点Apoe和Ldlr基因

图6 野生型小鼠和Ldlr KO (em) 小鼠体重变化检测(左为雄性,右为雌性)

 

小鼠分组后给予不同的饲料,通过每周测量小鼠体重来检测野生型小鼠和Ldlr KO小鼠在正常饮食和高脂饮食下的体重变化。结果显示,在常规饮食(CD)和高脂饮食(HFD)的情况下,Ldlr KO小鼠与野生型小鼠的体重的变化趋势相似,无显著差异。

 

(2)小鼠血脂生化指标

小鼠血脂生化指标

图7 野生型小鼠和Ldlr KO (em) 小鼠血脂生化指标检测(左为雄性,右为雌性)

 

小鼠分组后给予不同的饲料,分别在饲喂的第6周、8周、12周、16周和20周测量脂代谢指标。结果显示,与野生型小鼠相比,Ldlr KO小鼠在正常饮食的情况下,其血脂水平略有上升,而在高脂饮食喂养(HFD)诱导的情况下,Ldlr KO小鼠各项血脂参数均显著升高。在高脂喂养的情况下,两种性别的Ldlr KO小鼠均可出现高血脂的表型。(CHOL:胆固醇;TRIG:甘油三酯;HDL:高密度脂蛋白;LDL:低密度脂蛋白。下同)

 

(3)主动脉病理

小鼠血脂生化指标

图8 野生型小鼠和Ldlr KO(em)小鼠主动脉斑块形成检测

 

小鼠分组后给予不同的饲料喂养,在饲喂的第16周分别取主动脉进行观察。与其他对照组小鼠相比,高脂喂养的雄性Ldlr KO小鼠和高脂喂养的雌性Ldlr KO小鼠均出现主动脉的病理性斑块,说明高脂饮食可成功诱导Ldlr KO小鼠动脉粥样硬化的发生。

 

(4)Ldlr KO (em) 小鼠主动脉斑块的形成进程

小鼠血脂生化指标

图9 Ldlr KO (em) 小鼠主动脉斑块病理进程检测

 

不同时期主动脉斑块的观测结果显示,与高脂喂养16周的小鼠相比,高脂喂养20周的Ldlr KO小鼠的主动脉斑块形成更显著,其斑块形成的范围也进一步扩大,这种变化在雄性(Male)和雌性(Female)小鼠中的趋势是一致的。

 

(5)Ldlr KO (em) 小鼠主动脉弓油红O染色

小鼠主动脉弓油红O染色

图10 Ldlr KO (em) 小鼠主动脉病理切片

 

小鼠分组后给予不同的饲料喂养,在饲喂的第20周分别取主动脉弓,使用油红O染色以观察病理情况。结果显示,与其他对照组小鼠相比,高脂喂养的雄性Ldlr KO小鼠和高脂喂养的雌性Ldlr KO小鼠均存在主动脉内壁增厚的情况,且管壁增厚部位出现脂质附着,说明高脂饮食可成功诱导Ldlr KO小鼠动脉粥样硬化的发生。

 

(6)结果讨论

对Ldlr基因进行敲除构建Ldlr KO小鼠,并通过高脂饮食饲喂诱导高胆固醇血症。结果显示,该模型存在高血脂和高胆固醇的特征,同时,在高脂饮食饲喂后,该模型出现主动脉弓内壁增厚和脂质附着的病理情况,还存在主动脉斑块的形成。该Ldlr KO小鼠可用于高胆固醇血症疾病造模,为心血管代谢性疾病的构建与相关人类疾病的研究提供了强有效的工具。

 

参考文献:

[1] Hill MF, Bordoni B. Hyperlipidemia. [Updated 2023 Aug 8]. In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2023 Jan-. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK559182/

[2] Wouters K, Shiri-Sverdlov R, van Gorp PJ, van Bilsen M, Hofker MH. Understanding hyperlipidemia and atherosclerosis: lessons from genetically modified apoe and ldlr mice. Clin Chem Lab Med. 2005;43(5):470-9. 

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