他汀发现和动物实验

发布日期:2021-09-28 来源:中国实验动物学会 浏览次数:832

20世纪后期,人类心血管病的药物发展史上一个里程碑事件是他汀(statin)类药物的诞生。

心血管病的病理基础是动脉粥样硬化。血液中含有胆固醇的低密度脂蛋白在动脉血管壁沉积,形成动脉粥样硬化斑块,斑块或斑块破裂堵塞血管引起心血管事件。

胆固醇是构成细胞膜的重要成分,也是合成性激素前体物质。上个世纪60年代,通过动物实验和人类临床观察,发现血液中胆固醇来源于食物和身体自身合成。当食物中胆固醇来源不足时,肝脏和肠会增加胆固醇合成,满足机体需要。相反,如果食物胆固醇丰富,肝、肠胆固醇合成会受到抑制。1966年,科学家发现人体肝脏胆固醇合成受一种叫作羟甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMG-CoA reductase)的肝微粒酶调控,随后,科学家意识到抑制HMG-CoA还原酶,有可能降低血液胆固醇。

1971年,日本生物化学家远藤章(Akira Endo)和他的同事筛选了6000多种微生物菌株,终于从一种青霉菌中发现了3个能够降低胆固醇的化合物,其中一种被称为美伐他汀(mevastatin)。美伐他汀的化学结构与HMG-CoA类似(analogue),能够特异性与HMG-CoA还原酶结合,从而阻断内源性HMG-CoA结合,抑制内源性胆固醇合成。
当然,美伐他汀疗效和安全性必须通过动物实验全面研究。1974年,远藤博士给大鼠口服美伐他汀20 mg/kg,3~8h后检测血浆脂质水平,发现美伐他汀能够降低大鼠30%血浆胆固醇。然而,这个结果难以重复,远藤博士当时并不清楚是动物实验失误(如,技术问题)还是美伐他汀没有疗效。后续动物实验观察,发现即使给大鼠日粮中添加0.1%美伐他汀,连续饲喂7d,大鼠血浆胆固醇水平仍然没有变化;给大鼠美伐他汀剂量高达500 mg/Kg、连续 5w,也不能降低血浆胆固醇。小鼠实验也得到同样结果:给小鼠美伐他汀500 mg/Kg、连续5w,对血脂没有任何影响。

随后,远藤博士继续在体外继续筛选了许多美伐他汀衍生物和类似物,但发现美伐他汀仍是最好的药物。1977年,继续使用大鼠进行更为详细的实验研究,远藤博士发现,给大鼠饲喂美伐他汀3~8h后,能够显著抑制大鼠肝脏胆固醇合成,表明美伐他汀在大鼠体内非常迅速起作用。然而,当给大鼠很高剂量美伐他汀时,大鼠肝脏HMG-CoA还原酶代偿性增加了3~10倍,显示不出美伐他汀降脂效果。这初步回答了起初大鼠实验失败的原因。非离子型去垢剂Triton WR-1339能够使大鼠肝脏HMG-CoA还原酶升高,胆固醇合成增加,形成高胆固醇血症大鼠模型。利用这种大鼠,远藤博士模型终于发现了美伐他汀略有降脂效果:给高胆固醇血症大鼠口服美伐他汀100mg/Kg,能够降低21%血浆胆固醇。虽然这个动物实验结果给了远藤博士一线希望,但是仍然不足以证明美伐他汀疗效。远藤博士随后选择鸡继续进行研究。

我们知道,鸡蛋中约含有300 mg胆固醇,这些胆固醇三分之二来自饮食,三分之一来自于自身合成。母鸡由于产蛋需要,胆固醇合成水平要高于公鸡。1978年,远藤博士在母鸡饲料中添加了0.1%美伐他汀,饲喂母鸡30d。正如预期的那样:母鸡血浆中的胆固醇减少了50%,而且未发现美伐他汀对动物体重、饮食、以及产蛋能力有不良影响。
母鸡实验的成功给远藤博士树立了信心,继而对犬和猴子进行实验。给犬美伐他汀20mg/kg,血浆胆固醇降低30%;给美伐他汀50mg/kg,血浆胆固醇降低44%。美伐他汀能显著降低“坏” 胆固醇——LDL胆固醇,轻微增加“好” 胆固醇——高密度脂蛋白胆固醇。给猴美伐他汀20mg/kg和50mg/kg、连续11d,分别降低血浆胆固醇21%和36%。犬和猴血浆甘油三酯水平没有显著变化。犬粪便排泄的胆汁酸略有升高,猴无显著变化。随后在日本神户大学培育的遗传性高脂血症家兔身上也证实:美伐他汀能够降低家兔血浆胆固醇39%。

           

从以上动物实验研究可以看出,美伐他汀能够显著降低家禽、犬类、灵长类等动物模型血浆胆固醇,而对传统啮齿类动物几乎没有效果。

经过反复的动物实验验证和人类临床试验观察,他汀类药物降脂效果终于得到肯定。在过去30年内,人类心脏病和中风死亡率下降了50%,他汀是最重要的贡献者。涉及91,000 个病人的14项国际大型临床试验证实:服用他汀治疗后,心脏病发病率下降30%。目前,全世界有成千上万的人在服用他汀类药物来预防和治疗心血管病。

他汀的故事同时告诉我们两个方面的经验:第一,动物实验研究在药物开发不可或缺;第二,任何一个科学的解决都需要从不同的侧面和不同层次去探索;同样,对一个科学问题而言,不可能用一种动物模型能够解决。

(供稿:刘恩岐)