心力衰竭（心衰）是心脏疾病发展的终末阶段，是一种复杂的临床综合征。射血分数保留的心衰（HFpEF）是最常见的心衰类型之一，目前关于HFpEF的病理生理机制尚有许多方面未明确。动物模型是阐明亚细胞和分子机制最有价值的研究工具。在这篇综述中，我们将概述目前可用的从啮齿类动物到哺乳类动物的HFpEF研究模型及这些模型的优缺点。
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心力衰竭（心衰）是各种心脏疾病的严重和终末阶段，根据左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）水平可分为射血分数保留的心衰（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF）、射血分数中间值的心衰（heart failure with mid-range ejection fraction，HFmrEF）和射血分数降低的心衰（heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）［1］。资料显示，HFpEF占心衰病例的50%以上，发病率呈逐年上升趋势。遗憾的是，指南推荐应用于HFrEF的药物在治疗HFpEF患者时并没有取得理想的效果，造成这种窘境的根本原因是我们对HFpEF的病理生理学及其发生机制了解甚少。在目前获得人类心肌活检的机会有限的情况下，要明确HFpEF的病理生理学变化，尤其是阐明其亚细胞和分子机制，只能依赖于动物模型。流行病学调查发现，HFpEF患者通常为年龄较大的女性，且多见于高血压、糖尿病、肥胖、肾功能不全、心房颤动（房颤）、慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）、肺动脉高压等患者［2］。因此，目前主要是通过引进这些危险因素的方法来建立HFpEF动物模型。
HFpEF患者中55%~86%有高血压病［3］，左心室压力超负荷是建立HFpEF模型常用的方法之一，可以通过主动脉横向缩窄术（transverse aortic constriction，TAC）、药物及高盐饲养等方法造成左心室压力超负荷。
1.啮齿类动物模型：（1）Dahl盐敏感大鼠模型：7周龄时喂食高盐饮食（8%NaCl），可迅速出现肾功能损害、高血压（>175 mmHg）（1 mmHg = 0.133 kPa）和左心室肥厚，12周开始出现舒张功能障碍，16~20周心脏显著增大，心衰进行性加重，这与HFpEF的特点高度吻合。12~19周龄是典型的HFpEF动物模型。（2）醋酸去氧皮质酮（desoxycorticosterone acetate，DOCA）盐诱导的大鼠模型：大鼠接受单侧肾切除术后在皮下植入含有DOCA颗粒，持续释放4周，同时饲饮0.9%生理盐水，结果发现大鼠出现高血压、心肌肥厚、心肌和血管周围纤维化。随后行TAC，2周后心脏彩超可见舒张功能障碍，且随着肺瘀血加重，舒张功能障碍也进行性加重。（3）自发性高血压大鼠：出生后第一年开始出现左心室肥厚，随后便出现左心室扩张；18~24个月时半数以上出现心脏失代偿，呼吸急促，LVEF严重下降。尽管该模型具有与老年原发性高血压患者高度类似的特征，且个体差异小，但因其耗时长，且可向HFrEF转变，限制了其广泛应用。（4）主动脉横向缩窄术（transverse aortic constriction，TAC）小鼠：主要通过模拟人类主动脉狭窄，压力超负荷的高低可决定左心室肥厚的程度和心衰进展的时间。跨二尖瓣血流频谱显示“限制性”充盈模式，表现为舒张早期充盈速度增加、舒张末期充盈速度减小，E/E′增大，左心房内径增大，早期充盈波减速更快，左心室等容舒张时间缩短，这些异常在12~18周间进行性加重。（5）其他模型：注射血管紧张素II可引起小鼠和大鼠血压升高和心肌细胞肥大，心脏彩超表现为左心室等容舒张时间延长、心肌综合指数下降、左心室舒张末压升高，而左心室内径和射血分数无变化。但是，临床研究发现，肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin angiotensin aldosterone system，RASS）抑制剂或β肾上腺素能受体阻断剂在HFpEF患者中未见明显的疗效［4］。
2.大动物模型：（1）猪高血压性心脏模型：Schwarzl等［5］将DOCA（100 mg/kg）以长效制剂的形式在猪皮下缓慢释放90天，同时给予高盐、高脂、高糖和高胆固醇饮食12周，此后猪逐渐出现HFpEF，心脏彩超可见左心室向心性肥厚、左心房扩张，左心室舒张末期压力-容积关系明显左移，但病程中收缩功能始终正常［5］。（2）猪左心室压力超负荷模型：在猪主动脉根部植入充气套，每周分别以20、40、60、80 mmHg的压力梯度使充气套膨胀，从第4周开始压力始终维持在80 mmHg直到实验结束。生化、超声心动图及心脏磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）成像等检查可见B型利钠肽（B type natriuretic peptide，BNP）水平增高、明显的左心室肥厚、肺毛细血管楔压和左心室舒张末压升高。超极化（hyperpolarization，HP）碳13磁共振（HP13C-MR）提示猪的丙氨酸氨基转移酶和丙酮酸脱氢酶活性增加，而LVEF始终正常。该模型主要应用了CMR和HP13C-MR，能完整描述HF发生发展的全过程［6］。（3）猫左心室压力超负荷模型：Markus Wallner等［7］选用雄性家养短毛猫，利用定制的约束带行TAC，4个月后心脏彩超、肺功能和侵入性血流动力学发现左心室肥大、左心房增大、左心室舒张末期压力升高和肺动脉高压，但收缩功能始终正常。该实验还首次报道了HFpEF伴有呼吸顺应性下降和氧合功能受损［7］。
肥胖、糖尿病、高脂血症等代谢异常是HFpEF的危险因素，胰岛素抵抗、2型糖尿病和高胰岛素血症等对心肌产生多种效应，包括刺激心肌肥厚、氧化应激和促炎、促纤维化作用等。
1.啮齿类动物模型：（1）Db/db瘦素受体缺乏小鼠：此模型小鼠可自发出现病态肥胖并伴随继发于2型糖尿病的严重高血糖，常用于探索肥胖和2型糖尿病对HFpEF的共同作用。早期心肌细胞正常，随着周龄增大后逐渐出现运动耐量降低、肺瘀血和利钠肽下降，这与肥胖人群舒张功能不全的特点高度吻合［8］。值得注意的是，肥胖HFpEF患者常常出现利钠肽水平降低，而这恰是其特别之处。（2）Ob/ob瘦素缺乏的小鼠：该小鼠出生后2周内体重迅速增加，并出现高胰岛素血症，高血糖在3~5个月后达到峰值，老年小鼠血糖逐渐下降至正常，但仍保留着胰岛素抵抗的特性。心肌肥大、心肌纤维化、动脉硬化等病变与舒张功能障碍平行出现，但收缩功能始终保持正常［9］。Ob/ob小鼠的存活率偏低，且流行病学调查显示，缺乏瘦素的肥胖人群并不常见，因此，限制了Ob/ob小鼠模型的广泛使用。（3）祖克大鼠：主要表现为嗜食和肥胖，只有胰岛素抵抗，但没有出现糖尿病；利用肥胖和糖尿病的祖克大鼠进行近亲繁殖，形成了祖克糖尿病肥胖大鼠模型。该模型大鼠存在轻度高血压和心脏改变，如左心室肥厚、早期舒张功能障碍和轻度收缩功能障碍，但在病程中收缩功能始终保留。（4）肥胖ZSF1大鼠：由瘦雌性祖克糖尿病肥胖大鼠和瘦雄性自发性高血压心衰易感大鼠杂交而成，10~20周龄时即出现胰岛素抵抗、2型糖尿病和高血压等，是代谢综合征的理想模型［10］，同时具有心肌肥厚、进行性舒张功能障碍和肺瘀血等HFpEF表现。ZSF1大鼠在病程中出现运动耐量下降、心肌硬度增加、心肌纤维化发展较晚等特点，与人类HFpEF相似，是研究HFpEF的优质动物模型。
2.大动物模型：与啮齿类动物模型的研究相比，由代谢综合征（高脂血症、糖尿病、肥胖等）引起的HFpEF在大动物模型中的研究较少。（1）高血压、糖尿病和高脂血症等共发病的猪模型：选用2~3月龄的母猪，通过注射链脲霉素诱导产生糖尿病、采用聚乙烯微球微栓塞右肾及左肾下极产生高血压、给予高脂饮食并补充10g NaCl/d 产生高脂血症，6个月后出现HFpEF表现，研究发现主要与全身炎症反应、冠状动脉内皮功能障碍、活性氧的增加、心肌细胞僵硬和心肌纤维化有关［11］。该模型被认为是临床相关的左心室舒张功能障碍模型，但却没有明显的HFpEF特征。（2）2型糖尿病恒河猴：Can等［12］给12~16岁有1~4年自发性2型糖尿病病史的恒河猴持续喂食高热量食物4周，结果发现左心室内径明显增大，合并不同程度的HFpEF，同时发现心肌损伤、线粒体损伤以及caspase-3表达增加。该模型有助于更好地了解糖尿病心肌病的病理机制，为探索糖尿病心肌病的防治提供参考。
HFpEF在老年人群中很常见，衰老模型对于了解老年HFpEF的病理生理学意义重大。
1.啮齿类动物模型：衰老加速小鼠模型（senescence-accelerated mouse，SAM）：是一种自发衰老的小鼠模型，通过AKR/J小鼠持续近亲交配繁殖而来，有SAMP和SAMR两种株系；其中，SAMP8小鼠是研究心血管疾病和氧化应激的最佳株系。6个月龄时，SAMP8小鼠超声心动图显示舒张功能障碍，主要表现为E/A比值下降、心肌纤维化和TGF-β表达增加，但收缩功能和平均动脉压没有差异［13］。
2.大动物模型：由衰老引起的HFpEF在大动物模型中的研究很少。Munagala等［14］的研究中发现，高龄本身对左心室结构和功能没有重大影响，但是高龄和肾动脉狭窄可导致心脏舒张功能受损，这提示与高龄相比，血压超负荷对心脏的影响更大。
HFpEF和房颤关系密切，与其它HFpEF共病相比，房颤的研究比较困难，主要是因为两者症状重叠，如呼吸困难、疲劳和运动耐受性下降等，以及可比较的超声心动图参数差异小，其中包括舒张功能障碍和左心房增大。最近报道，通过心房起搏诱导老年雌性Fischer F344大鼠房颤发作，第21~24月时出现与年龄相关的心房重构，包括心房扩大、纤维化、传导异常和节点功能障碍等；同时出现左心室肥厚、舒张功能障碍、肺充血等改变，但LVEF却是正常，高度符合HFpEF的特征［15］。但该模型饲养周期过长，是一个昂贵模型，限制了推广。
流行病学调查显示，26%~49%的HFpEF患者合并慢性肾功能不全。
肾次全切除术大鼠：是目前用于研究进行性肾衰竭最成熟的模型，在病程中心脏收缩功能始终保持正常，舒张功能障碍进行性加重［16］；此外，还可出现心肌增厚、毛细血管密度下降、间质纤维化和运动不耐受等［17］。然而，目前尚无该模型用于HFpEF相关研究的文献报道，其在HFpEF模型中的意义尚不清楚。
双肾包扎术引起的血压超负荷可进展为HFpEF，目前应用广泛的犬HFpEF模型。8~13岁的老年犬行双肾包扎术后5周，肌注三甲醋酸去氧皮质酮（desoxycorticosterone pivalate，DOCP，1.4 mg/kg），结果显示高龄、肾性高血压和过量醛固酮促炎等可引起左心重构，继而进展为HFpEF［18］。Munagala等［14］研究发现，尽管左心室容积和舒张硬度与健康对照组相似，但双侧肾包扎性高血压后动脉的僵硬度增加，可能加重舒张功能损害。Hayashida等［19］利用此模型来探讨血管紧张素II引起左心室肥厚和舒张功能障碍的发病机制，同时研究HFpEF的新的治疗用药，该模型继续沿用至今。
心衰是多种原因导致心脏结构和/或功能的异常改变，使心室收缩和/或舒张功能发生障碍，从而引起的一组复杂临床综合征。心衰是本世纪心血管领域仍未攻克的堡垒，伴随着人口的老龄化，心衰的发病率逐年上升，已成为一个重大的公共卫生问题。2016年欧洲心脏病学会（European Society of Cardiology，ESC）指南将HF分为HFrEF（LVEF<40%）、HFpEF（LVEF≥50%）和HFmrEF（LVEF40%~49%）［1］。遗憾的是，指南中关于HFrEF治疗的Ⅰ类推荐并不能改善HFpEF患者的预后，目前HFpEF仍缺乏有效的治疗措施。因此，重新梳理和探讨HFpEF潜在病理生理机制、病因、临床诊断和治疗策略势在必行。
动物实验是临床研究的基础，选择合适的动物模型是进行相关研究的重要前提。HFpEF动物模型主要是依据HFpEF患者的临床特征，通过精确控制心血管危险因素（如高血压、糖尿病、血脂异常及慢性肾功能不全），利用啮齿类和哺乳类两大类动物来建立的。上述提到了许多模型，每种模型仅仅反映了HFpEF患者的部分特征，或仅代表了疾病过程的早期阶段，而不是HFpEF全部表现。
啮齿类动物模型最早用于HFpEF的研究，其优势在于：（1）与人基因组高度同源，许多蛋白质功能类似，可以快速进行大规模的实验，并在短时间内测试不同的药物靶点和进行基因修饰，有助于诊断生化标志物确定和新药的研发；（2）养殖空间小、成本低、繁殖能力强等，适合需大样本量的研究。尽管优点很突出，但啮齿类动物模型的局限性也不容忽视：（1）啮齿类动物虽然有非常相似的遗传背景，但这并不代表HFpEF患者群体的遗传异质性。（2）与人类相比，啮齿类动物的心脏小、心率极快（350~600次/min），很难进行精确的血流动力学检测和CMR等检查。近年来，随着CMR、高分辨率经胸心脏彩超和微导管等有创操作技术的发展，极大地促进了啮齿类动物心脏结构和功能的精确评估。（3）大部分HFpEF的啮齿动物模型可进展至HFrEF，而临床HFpEF是不伴HFrEF独立存在的。
啮齿类动物模型的研究结果要推广到临床使用，首先需要得到大动物（哺乳类）实验的验证。哺乳类动物尤其是猪的心脏大小、结构、肌球蛋白亚型表达模式、心率和心功能储备与人类相似，可视为典型的临床前大动物模型，具备了人类HFpEF的关键特征，更有助于阐明HFpEF病理生理机制及寻找新的治疗靶点。但因其成本高、养殖周期长，直接限制了其大规模应用。
动物模型是我们揭示HFpEF病理生理改变及其发病机制、探索新的潜在诊断生化标志物和干预靶点的极其重要的工具，每一种模型仅能概括HFpEF患者的部分特征，不能反映HFpEF的全貌。因此，目前不存在“理想”的HFpEF动物模型，研究人员在实验方案设计时需要根据研究方向和目的来确定导致疾病的危险因素，并选择合适的动物模型，才能更好地发现和理解HFpEF相关新知识。
所有作者均声明不存在利益冲突
