阿霉素是一种广谱、高效的蒽环类抗肿瘤药物，主要通过嵌入DNA双螺旋碱基并与拓扑异构酶Ⅱ结合破坏DNA的3级结构发挥作用。尽管靶向药物、免疫检查点抑制剂等新型疗法取得了巨大进展，但以阿霉素为代表的蒽环类抗肿瘤药物依然是当前抗肿瘤治疗的基石，在白血病、淋巴瘤、乳腺癌和结直肠癌等多种血液系统和实体肿瘤中仍是不可替代的组成部分。然而，阿霉素引起的骨髓细胞生成抑制、脱发和心脏毒性等不良反应亦不可忽视，尤其是与药物累积剂量有关的心脏毒性，常呈现进展性和不可逆性改变，限制了其临床使用。据报道，当累积剂量400 mg/m2时，阿霉素引起的充血性心力衰竭（Congestive Heart Failure，CHF）发生率为5%，当达到550和700 mg/m2时，CHF发生率可分别上升至26%和48%。有调查表明，通过阿霉素等抗肿瘤药物治疗后的患者由于心脏疾病所致的死亡率明显增高，严重影响了患者的生存质量和预后。目前，关于阿霉素心脏毒性的发生机制仍未完全阐明，现有的报道涉及氧化应激、炎症反应、细胞凋亡、细胞自噬、钙超载、铁离子代谢紊乱和线粒体功能障碍等多个方面。与此同时，临床上对于阿霉素心脏毒性的防治手段十分匮乏，主要是通过限制治疗累积剂量、改变给药方式、采用脂质体剂型、使用心脏保护剂等。目前，唯一获批用于蒽环类药物心脏毒性的右丙亚胺，仅用于预防，且存在费用昂贵、大剂量可造成骨髓抑制和肾损伤等问题。可见，以阿霉素为代表的蒽环类抗肿瘤药物诱导的心脏毒性，仍然是肿瘤及心脏内科等领域亟待解决的临床问题。建立合适的体内、体外模型，对于研究阿霉素心脏毒性发生机制、开发新的防治方案尤为重要。综述近年来国内外关于阿霉素心脏毒性动物模型和细胞模型的研究进展，以期为相关研究提供参考。

阿霉素致心脏毒性的动物模型

目前，阿霉素致心脏毒性动物模型研究所涉及的实验动物以大鼠和小鼠为主，猪、犬、兔和斑马鱼等也有部分报道。从心脏毒性分类来看，以急性和慢性心脏毒性为主，尚缺乏关于迟发性心脏毒性的研究，这与所需时间、成本及阿霉素在小型实验动物模型长期效应的差异性等因素有关。

阿霉素致急性心脏毒性动物模型

阿霉素急性心脏毒性动物模型操作简便，造模周期短，已有的研究报道涉及多种实验动物。其中，小鼠是其中运用较多的动物，通常采用单次注射7.5～30 mg/kg·bw阿霉素，以早期发生变化的心肌酶学结合心电图、超声心动图及心脏组织病理学等进行评价。如，BALB/c小鼠单次腹腔注射7.5 mg/kg·bw阿霉素，5 d后观察到小鼠出现心律不齐，T波平坦和ST段降低。C57BL/6小鼠单次腹腔注射10和15 mg/kg·bw阿霉素后，出现血清心肌酶水平升高，射血分数（EF）和缩短分数（FS）明显降低，左心室舒张末期直径（LVEDD）和左心室收缩末期直径（LVESD）明显升高等。昆明小鼠单次腹腔注射30 mg/kg·bw阿霉素后，出现明显氧化应激、血清心肌酶水平升高以及心肌细胞排列紊乱、断裂、坏死等。大鼠单次腹腔注射15 mg/kg·bw阿霉素后，亦出现类似改变；单次腹腔注射20 mg/kg·bw阿霉素可致模型大鼠心脏组织MDA和NO含量增加。亦有部分研究采用在较短时间内多次注射阿霉素的方式建立急性心脏毒性模型，研究发现C57BL/6J小鼠腹腔注射7.5 mg/kg·bw阿霉素，隔天注射2次，累积剂量15 mg/kg·bw后，可见心电图PR间期、QT间期明显延长，EF明显下降，血清心肌肌钙蛋白I明显升高以及心脏组织病理学改变。此外，亦有采用比格犬静脉注射1.5 mg/kg·bw阿霉素，2周后出现心率明显降低、ST段抬高、QT间期延长，T波倒置和心律失常等。

总体而言，大型实验动物心脏物理尺寸及心率与人类更接近，在复制阿霉素急性心脏毒性模型当中具有自身优势，但饲养及安置成本高，限制了应用；小鼠因与人类基因高度相似，体积小、操作与饲养方便，运用最为广泛，尤其以C57BL/6小鼠最为多见，前期比较阿霉素诱导不同品系小鼠心脏毒性模型的研究结果也提示该品系是最理想的实验动物选择。

阿霉素致慢性心脏毒性动物模型

阿霉素诱导的慢性心脏毒性主要通过小剂量多次注射阿霉素达到一定累积剂量建立模型，常采用大鼠和小鼠。大鼠单次给药剂量1～6 mg/kg·bw，累积剂量多在6～35 mg/kg·bw，如Wistar大鼠单次注射2 mg/kg·bw阿霉素，每周3次，连续2周，累积剂量达到12 mg/kg·bw后，可出现EF和FS明显降低；SD大鼠单次腹腔注射3 mg/kg·bw阿霉素，每周1次，连续6周，累积剂量达到18 mg/kg·bw后，除了血清心功能标志物肌酸激酶同工酶（CK-MB）和LDH明显升高，进一步出现心脏组织炎症浸润、嗜酸性变性、肌纤维坏死、空泡和间质性水肿等组织病理学改变。小鼠慢性心脏毒性模型的单次给药剂量1.5～10 mg/kg·bw，累积剂量多在7.5～42 mg/kg·bw，C57BL6小鼠依然是运用较多的品系，可出现心脏LVEF、LVFS、EF、FS、左室每搏输出量（SV）和CO明显降低，组织病理学可观察到小鼠心脏纤维化。此外，也有部分研究采用新西兰兔和比格犬等作为模型动物，如新西兰兔单次腹腔注射1.5 mg/kg·bw阿霉素，每周1次，连续5周，累积剂量达到7.5 mg/kg·bw后，心电图显示QT间期延长、心率下降，血清脑利钠肽（BNP）明显升高，组织学上观察到心脏肌原纤维紊乱、线粒体肿和心肌纤维化。

总体上看，慢性心脏毒性模型常以能够反映心脏形态和功能的超声心动图作为主要检测指标，心电图、心肌酶学及心脏组织病理学亦常被用于综合评价。这类模型动物的心脏损伤程度与阿霉素累积剂量常呈现正相关性，相较急性模型，能够更好地模拟临床中肿瘤患者的给药方案，更具临床代表性。

阿霉素致心脏毒性的体外细胞模型

心肌细胞系具有易获得、可传代、相对稳定、成本低等特点，适合连续、大批量开展研究，被广泛用于阿霉素致心脏毒性体外模型的研究，涉及H9c2大鼠胚胎心肌细胞、HL-1小鼠心肌细胞、AC16人心肌细胞等。H9c2细胞最早于1976年由Kimes和Brand从大鼠胚胎的心室组织获得，同时具有骨骼肌和心肌特性，在形态学、电流生理学、生物化学方面与人心肌细胞具有相似性；阿霉素处理后，可致细胞活力明显降低、ROS明显增加、线粒体膜电位明显降低等。HL-1心肌细胞是从AT-1小鼠心房心肌细胞肿瘤谱系中获得的细胞株，具有收缩能力，并保留了心肌生化和电生理特性；阿霉素干预后，可出现细胞活力降低，细胞凋亡、活性氧及炎症因子增多等。AC16心肌细胞是在人心室心肌细胞与SV40转化的人成纤维细胞融合获得，保留了原代心肌细胞的核DNA和线粒体DNA，阿霉素干预后亦可致ROS水平及细胞凋亡数量明显升高等。相较而言，AC16细胞系来自人类心肌，更接近人类心肌细胞特性，但稳定性更差，培养和维持条件更加复杂、成本更高，而前两种细胞系虽然受到物种和有限心肌特性的限制，但具有易获取、稳定性更好的优势，研究应用更为广泛。

相比细胞系，原代心肌细胞直接从心脏组织中分离，能更好地反映真实的生理和生物学特性，新生和成年啮齿类动物心室肌细胞均有应用报道，0.5～3 μmol/L阿霉素干预后可致细胞收缩功能障碍、内质网应激相关蛋白水平表达升高、细胞凋亡和活性氧水平明显增加等。尽管如此，原代心肌细胞更难获得和培养，且寿命有限，从不同个体或不同时间采集的原代细胞可能存在较大的变异性，这影响着模型的可重复性和准确性。此外，人类诱导多能干细胞衍生心肌细胞（hiPSC-CMs）是通过将成体细胞重新编程为多能干细胞，并诱导分化成心肌细胞而获得，拥有人类心肌细胞生化和分子生物学特性的特点，近年亦逐渐被用于复制体外模型，0.5 μmol/L阿霉素干预hiPSC-CM 24 h后，可出现细胞活力和线粒体耗氧率降低、细胞凋亡增多等改变；但该细胞培养成本高，在体外分化过程可能无法完全达到成熟心肌细胞状态，亦可能产生异质性进而影响实验结果的一致性和可靠性，尚需进一步优化。

总结

以阿霉素为代表的蒽环类药物在临床应用广泛，然而其诱导的剂量依赖性心脏毒性仍是当前面临的临床难题，研究阿霉素心脏毒性的发生机制以及新型防治药物至关重要，建立恰当的药理学研究模型则显得尤为重要。目前的动物模型研究多集中在阿霉素诱导的急、慢性心脏毒性，实验动物多选择大鼠和小鼠，其中C57BL/6小鼠是应用最多的品系。相对急性模型，通过小剂量多次给药建立的阿霉素慢性心脏毒性模型应用更为广泛，一方面是由于急性心脏毒性模型存在小鼠死亡率高、成模率低的问题，另一方面是临床中阿霉素引起的心脏毒性多以慢性毒性为主，多次给药的造模方式能更好地模拟临床中肿瘤患者的给药方案，更具临床代表性。在细胞模型方面，体外培养的心肌细胞虽然无法模拟体内组织中的复杂相互作用和微环境，但也因此不受神经及体液因素影响，可重复性更强，加之成本低、实验周期短，适合连续、大批量开展研究。从目前的研究看，以H9c2、HL-1心肌细胞系为主的体外模型为从细胞和分子水平研究阿霉素心脏毒性发生机制及防治药物提供了重要的方法。然而，细胞模型由于离开了在体的内环境，缺乏了诸如神经系统、内分泌系统及免疫系统等的调控，往往不能完全反映药物在体内的真实情况。综上，阿霉素心脏毒性的病理机制错综复杂，多因素、多环节的共同参与对研究其模型病理机制带来不小的挑战。因此，进一步深入开展阿霉素心脏毒性药理实验模型的研究，优化模型复制方法和评价值得更多关注。

Source: 毒理学杂志. 2024，38 （01），阿霉素致心脏毒性模型的研究进展，DOI: 10.16421/j.cnki.1002-3127.2024.01.004