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该方案为动脉粥样硬化斑块的定量分析提供了一种全面的方法,以促进对动脉粥样硬化的机制和进展的更深入研究。
动脉粥样硬化是心血管疾病的主要原因,需要详细检查病变的发展和进展。本研究介绍了一种全面的方案,用于分离和组织学分析广泛使用的动脉粥样硬化小鼠模型,即低密度脂蛋白受体敲除 (Ldlr-/-) 小鼠的主动脉弓和根部病变。主动脉弓和根部是动脉粥样硬化病变的关键部位,它们的检查对于评估动脉粥样硬化的发生、进展或消退、预测心血管事件风险和确定潜在的治疗靶点至关重要。该方案概述了量化主动脉弓和根部动脉粥样硬化负荷的方法,包括组织分离、固定、油红 O 染色、主动脉根部切片、苏木精和伊红 (HE) 染色、Verhoeff-Van Gieson (VVG) 染色和图像分析。油红 O 染色测量主动脉弓中的斑块区域,评估动脉粥样硬化的严重程度,而主动脉根部的 HE 染色显示脂质核心和纤维帽等斑块成分,有助于评估斑块稳定性和破裂风险。VVG 染色可以对组织内的胶原纤维进行染色,从而进一步了解斑块组成和相关信息。这种全面的分析为病变发展的机制提供了有价值的见解,并可能指导制定预防和治疗动脉粥样硬化的新型治疗策略。
心血管疾病,尤其是动脉粥样硬化,已成为全球重大的健康负担和主要死亡原因 1,2。动脉粥样硬化是一种慢性进行性炎症性疾病,其特征是脂质逐渐积累并在动脉壁中形成斑块,最终导致动脉腔变窄,并可能导致斑块破裂,引发急性心血管事件,如心肌梗塞和中风 1,2,3.鉴于动脉粥样硬化对人类健康的深远影响,迫切需要了解动脉粥样硬化的潜在机制并制定有效的治疗策略。
近年来,动物模型在促进我们对动脉粥样硬化的理解方面发挥了至关重要的作用。在各种物种中,小鼠因其快速繁殖、维护成本低以及先进的遗传作技术的可用性而成为首选模型 4,5。特别是,LDL 受体敲除 (Ldlr-/-) 小鼠和 ApoE-/- 小鼠已被广泛用于模拟人类动脉粥样硬化,因为它们表现出相似的病理生理学特征 4,5,6,7,8,9。
小鼠的动脉粥样硬化病变可发生在主动脉的不同位置,但它们特别容易发生在与血流动力学密切相关的区域,例如主动脉根部、主动脉弓和头臂干,而降主动脉受到的影响相对较小10。为了准确评估小鼠模型中的动脉粥样硬化病变负荷,评估斑块的存在、大小和阶段,从而研究不同药物或因素对动脉粥样硬化发生、进展和消退的影响,组织学染色技术和影像学分析的结合是必不可少的11。油红 O 染色是一种行之有效的方法,专门对中性脂质和脂蛋白12 进行染色,直接显示主动脉弓中斑块的形成13。同时,主动脉根部的苏木精-曙红 (HE) 染色不仅描绘了斑块区域,还提供了详细的结构特征,例如纤维帽和脂质坏死核心。这些细节对于评估斑块稳定性和预测斑块破裂的风险至关重要11。这些技术共同促进了动脉粥样硬化病变严重程度和进展的全面评估。
该方案以 C57BL6/J Ldlr - /- 小鼠喂养 Chow 饮食和西方饮食为例,旨在为使用主动脉弓油红 O 染色和石蜡包埋的主动脉根部切片 HE 染色评估小鼠动脉粥样硬化病变负荷提供详细的分步指南,然后进行图像分析。该方案涵盖了主动脉分离和固定、石蜡包埋和切片、染色程序和图像分析的所有方面,同时结合了关键步骤的作细节和注意事项,确保结果的可重复性和可靠性。通过遵循该方案,研究人员可以准确有效地评估治疗干预的疗效,并深入了解动脉粥样硬化的潜在机制。
本研究中使用的所有动物方案均已获得上海体育学院动物实验伦理审查委员会的批准。
1. 试剂和解剖工具的制备
2. 主动脉和心脏的隔离
3. 主动脉弓的固定和预处理
4. 主动脉弓油红 O 染色
5. 主动脉弓的图像分析
6. 心脏石蜡包埋
7. 主动脉根部石蜡切片
8. 苏木精曙红染色
9. Verhoeff-Van Gieson (VVG) 染色
10. 主动脉根部斑块的图像分析
代表性结果证明了分离和分析技术在动脉粥样硬化小鼠模型中主动脉弓和根部病变的应用。这些结果为该技术识别和表征动脉粥样硬化病变的能力提供了明确的证据。例如,具有特定染色剂(例如油红 O)的组织学图像突出了脂质积累,而苏木精和伊红 (H&E) 染色揭示了动脉粥样硬化病变的整体形态,包括动脉壁的结构、脂质核心的存在和坏死区域。通过分析 H&E 染色切片,我们可以评估主动脉病变发展的程度和结构变化,提供斑块进展和组织重塑的概述。
在该方案中,我们分析了 12 周龄 C57 Ldlr 敲除小鼠喂养西式饮食 (WTD) 4 个月和喂食 Chow 饮食作为对照的 Ldlr - / - 小鼠的动脉粥样硬化病变的范围。
在 Chow 饮食和西方饮食喂养 12 周后,与对照组相比,西方饮食组的 Ldlr 敲除小鼠体重显著升高。此外,西方饮食组的脂质水平也发生了变化,血浆甘油三酯 (TG) 和总胆固醇 (TC) 水平显着升高,其中 TG 和 TC 是通过从小鼠尾血中提取的酶联免疫吸附测定法检测到的(图 2)。
与用食物喂养的小鼠相比,用西方饮食喂养的 Ldlr 敲除小鼠的主动脉油红 O 染色结果显示严重的脂质积累和动脉粥样硬化病变,表明动脉上更多的脂质沉积对应于更严重的动脉粥样硬化病变(图 3)。
在主动脉根部切片中,较大面积的斑块和坏死核心意味着更严重的动脉粥样硬化病变。在这里,结果表明,西方饮食喂养的小鼠的主动脉根部病变面积和坏死核心比食物喂养的小鼠大得多(图 4A)。对主动脉根部的石蜡切片进行 VVG 染色,以评估主动脉根部的病变区域;弹性纤维呈蓝紫色,胶原纤维通常增殖形成纤维帽并呈红色。VVG 染色有助于帮助我们查看弹性纤维是否有破坏或减少、血管壁增厚和异常胶原纤维沉积,这可能是炎症或病理重塑的迹象。在这里,它显示了与 Chow 饮食喂养的小鼠相比,西方饮食喂养的小鼠主动脉根部纤维帽中胶原纤维增加的趋势(图 4B)。主动脉根部病变面积和坏死面积的量化确实表明,西方饮食使 Ldlr 敲除小鼠的动脉粥样硬化状态恶化(图 4C)。
图 1:分离和分析主动脉弓和根部病变的步骤。 (A) 主动脉和心脏的分离。(B) 主动脉根部的制备。将两条虚线之间的心脏组织切片。(C) 主动脉弓的固定和预处理。(D) 心脏的石蜡包埋。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 2:对照组和 WTD 组小鼠饲喂 12 周的体重和血脂水平的变化。 (A) CD 和 WTD 饲喂的体重曲线。(B) 血浆甘油三酯 (TG)。(C) 总胆固醇 (TC) (n=4)。结果表示为 SEM ±平均值,通过学生 t 检验评估显着性。p < 0.001,**** p < 0.0001。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 3:主动脉弓及其油红 O 染色和分析。 (A) 主动脉弓动脉粥样硬化斑块的代表性图像。在显微镜下观察到喂食 Chow Diet 的 Ldlr-/- 小鼠的主动脉弓,没有可见的斑块,而喂食西方饮食的 Ldlr-/- 小鼠的主动脉弓在显微镜下观察到可见斑块。(B) 主动脉油红 O 染色的代表性图像。来自 Ldlr-/- 小鼠的全主动脉喂食 Chow 饮食而没有脂质积累,来自 Ldlr-/- 小鼠喂食西方饮食 4 个月的全主动脉在主动脉弓中可见斑块。(C) 主动脉弓病变的平均数量。结果表示为 SEM ±平均值,并通过学生 t 检验评估显着性。p < 0.001,**** p < 0.0001。 请单击此处查看此图的较大版本。
图 4:HE 和 VVG 染色的主动脉根部切片,斑块面积和坏死面积的量化。 (A) 代表性的苏木精和伊红染色的主动脉根部切片。分别接受 Chow 饮食和西方饮食干预的 Ldlr-/- 小鼠的主动脉根部。(B) 代表性 Verhoeff-Van Gieson 染色的主动脉根部切片。分别接受 Chow 饮食和西方饮食干预的 Ldlr - / - 小鼠的主动脉根部用黑色圈出,是小鼠的动脉粥样硬化病变。(C) 主动脉根部病变面积和坏死面积的量化 (n=4)。结果表示为 SEM ±平均值,并通过学生 t 检验评估显着性。p < 0.001,**** p < 0.0001。 请单击此处查看此图的较大版本。
在这里,我们提供了有关 Ldlr 敲除小鼠主动脉取样方法和斑块定量分析的详细信息。
解剖程序的精确性是动脉粥样硬化小鼠模型中体内主动脉剥离的最大技术挑战。根据我们的经验,关键点如下:(1) 用 PBS 洗掉动脉中的所有血液,以增加主动脉弓分支与血管周围脂肪的比较。(2) 要有耐心。由于小鼠主动脉体积小,手术必须在人体显微镜下进行,并使用高质量的显微剪刀和镊子,以尽量减少手术中的错误。(3) 必须保证汽提是在正确的方向上精确启动的,以防止对容器造成任何割伤或损坏。
关于小鼠主动脉油红O染色,正式染色前应先显微镜下去除离体小鼠主动脉的外周脂肪,并保持组织的完整性,以免影响染色结果。油红染色工艺需要精确控制染色时间;持续时间过长和不足都会损害染色效果,导致结果不准确。
在小鼠主动脉根部的包埋中,需要控制组织的脱水时间,以避免在切片过程中组织开裂。主动脉根部的切片需要具有均匀的厚度以确保均匀染色,太薄或太厚的切片会干扰观察。同时,有必要准确确定在显微镜下观察时三尖瓣出现的位置。苏木精伊红染色过程需要精确控制染色时间和染色液的浓度,以避免非特异性染色。
与现有的评估动脉粥样硬化的优秀方法相比,该方案提供了解剖主动脉弓和根部的分步细节,这有助于全面评估动脉粥样硬化状态11,13 苏木精-伊红染色和 VVG 染色都可以帮助评估主动脉根部病变区域,从而提高动脉粥样硬化的量化准确性。
然而,主动脉油红 O 染色仍然存在一些局限性。例如,油红染色主要用于检测脂质,但对其他类型的细胞或组织成分的特异性较差11,这可能导致错误分类。另一方面,样品固定和解剖的过程可能会导致脂质损失,从而影响染色结果的可靠性。至于主动脉根部的苏木精-伊红染色,它在区分细胞成分方面受到限制,并且在组织结构复杂的情况下可能难以识别病变的特定区域。在进行定量分析时,斑块区域的统计结果也可能受到观察者主观判断的影响。此外,苏木精-伊红染色主要提供形态学信息,不能深入了解细胞功能或分子特征。
除了标准的油红染色和苏木精-伊红染色外,其他分析动脉粥样硬化斑块的技术包括 Masson 染色、各种抗原的免疫组织化学染色以及可用于检查斑块成分和尺寸的其他方法。主动脉根部切片的油红 O 染色也广泛用于分析主动脉根部中的脂质沉积14。茜素红 S 染色是检测钙沉积物的常用染色剂;它与钙离子形成红色络合物,非常适合观察钙沉积物 15。此外,脂质代谢可以从血清生化标志物中推断出来,例如高密度脂蛋白 (HDL)、低密度脂蛋白 (LDL)、总胆固醇 (TC) 和总三酰甘油 (TG) 的水平。动脉粥样硬化发展的关键因素之一是脂质代谢异常,尤其是动脉粥样硬化与心血管疾病 (ASCVD) 与低密度脂蛋白胆固醇 (LDL) 水平之间的关系。
随着动脉粥样硬化研究的深入,定量分析方法的未来发展将更加精确和多样化。首先,高分辨率 MRI、光学相干断层扫描 (OCT) 和超声成像等先进成像技术的集成将使动脉粥样硬化的定量分析更加准确,从而能够对活体小鼠进行动态监测。这将有助于实时评估斑块的进展、稳定性和对治疗的反应。随着分子成像技术的进步,定量分析将允许对炎症反应、脂质积累和斑块内的细胞成分进行深入分析,为动脉粥样硬化的早期诊断和治疗提供更全面的数据16。
没什么好宣布的。
这项工作得到了上海市运动与代谢健康前沿科学研究基地、上海体育大学运动与公共卫生研究计划(0831)、上海市高等教育青年教师培养资助计划(A2-0213-22-0058-5)和上海市科学技术委员会上海市优秀学术带头人计划(21XD1403200)的支持刘龙华。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Adhesion microscope slides(25×75mm) | CITOTEST | Cat# 80312-3161 | |
Embedding cassette | CITOTEST | Cat# 80106-1100-16 | |
Eosin Staining Solution | Beyotime | Cat# C0109 | |
Ethanol | Sinopharm Chemical Reagent Co. | Cat# 10009218 | |
Hematoxylin Staining Solution | Beyotime | Cat# C0107 | |
Low-profile disposable blades | Leica | Cat# 14035838925 | |
Microscope cover glass(24×50mm) | CITOTEST | Cat# 10212450C | |
Neutral Balsam Mounting Medium | Sango Biotech | Cat# E675007-0100 | |
Oil red o powder | Sigma-Aldrich | Cat# 1320-06-5 | |
paraffin with ceresin | Sinopharm Chemical Reagent Co. | Cat# 69019461 | |
Paraformaldehyde | Servicebio | Cat# G1101 | |
Phosphate Buffered Saline (PBS, Powder) | Servicebio | Cat# G0002-2L | |
Ponceau S Staining Solution | EveryLab | Cat# FM024 | |
Victoria Blue’B | Aladdin | Cat# 2580-56-5 | |
Xylene | Sigma-Aldrich | Cat# 104-81-4 |
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