基础研究与临床转化的桥梁：AAV在猪心血管研究中的应用与实践
心血管疾病是全球范围内重要的公共卫生问题。随着心肌梗死、心力衰竭、动脉粥样硬化等疾病研究的不断深入，如何建立更接近人体生理病理特征的动物模型，成为心血管基础研究和临床前药物研发的重要课题。
在心血管研究中，小鼠、大鼠等啮齿类动物具有成本低、遗传操作方便、实验周期短等优势，是探索疾病机制和筛选候选靶点的重要工具。然而，小动物与人类在心脏大小、心率、冠状动脉结构、心脏电生理及血流动力学等方面存在一定差异，部分研究结果难以直接外推至临床。相比之下， 猪（Swine）凭借其与人类较为接近的心血管解剖结构和生理特征，逐渐成为心血管疾病临床前研究的重要大动物模型 。
重组腺相关病毒（Recombinant adeno-associated virus， rAAV ）是一类广泛应用于体内基因递送研究的病毒载体。其 免疫原性低，可长期稳定表达，具有较好的体内递送潜力，能够介导目的基因在靶组织中的表达 ，因此在心血管疾病机制研究和基因治疗探索中具有重要价值。近年来，AAV载体在猪模型的心血管疾病研究中积累了大量宝贵经验，尤其在血清型选择、递送策略和安全性评估方面提供了具有临床转化价值的参考。
一、为什么是猪？
猪在心血管研究中应用广泛，且近年来增长趋势明显。这一选择并非偶然，有以下多重原因：
冠脉循环高度相似
猪的冠状动脉解剖结构与人类非常相近，原有的侧支血管很少，冠状动脉分布与人类接近，多数为右冠优势型，猪心脏的传导系统也与人类非常相似。猪冠状动脉阻塞能够形成相对明确的区域性心肌缺血，有利于建立心肌梗死及缺血性心肌病模型。
心脏大小、结构及代谢特征同样匹配
常用的体重30kg左右的小型猪，心脏大小与体重的比值约为0.005，与人类相近。除了大小，猪的心腔结构、心脏瓣膜等均与人类具有较高相似性，能够更好地模拟人体心血管系统的解剖环境。从代谢角度看，猪心脏在正常状态下以非酯化脂肪酸为底物提供近80%的能量，严重缺血时脂肪酸氧化减少、糖利用增加，这一代谢转换模式也与人类相似。
成本与伦理优势
猪的饲养成本相较于非人灵长类实验动物更低，伦理争议相对较小。目前大多数实验室更倾向于采用专门培育的小型猪，其体重增长缓慢、应激反应少，更适合慢性实验研究。
适用于临床介入技术及基因治疗评价
猪具有与人体相近的血管尺寸，能够使用部分临床常用的导管、球囊、血管造影及心脏介入设备。因此，研究人员可以在猪模型中开展冠状动脉介入、心肌局部注射、冠状静脉逆行输注等操作，评价不同药物、基因治疗载体及递送策略的有效性与安全性。
目前，猪心血管模型的主要应用于以下几种研究方向：
🔹冠状动脉疾病及动脉粥样硬化
🔹急性心肌梗死及缺血性心肌病
🔹心力衰竭及心室重构
🔹心律失常及心脏电生理
🔹心血管药物、基因治疗及介入器械评价
二、AAV在猪心脏中的应用经验
1. 血清型的选择
AAV9在介导小鼠心血管基因递送中具有显著优势，部分研究人员也选择用 AAV9靶向猪心血管系统 。有研究表明，相较于AAV9和AAV8， AAV6血清型是心肌内注射转导猪心脏更为有效的载体 。
AAV6能够高效转导猪心脏（心肌内注射，1E+12vg/只）
（Khatia Gabisonia, et al, Nature , 2019）
另有研究显示，基于经皮导管逆行冠状静脉注射的方式进行猪心脏基因递送，AAV5展现出与AAV9同样均匀但显著更高的心脏转导效率，AAV6转导心脏效率最高但均匀性欠佳。该比较实验表明 AAV5在猪心脏基因转移方面具有高效性和安全性 。
AAV5高效、安全转导猪心脏（逆行静脉注射，1E+13vg/只）
（Dorothea Kehr, et al, Circulation: Heart Failure , 2025）
2. 注射方法的演进
心肌内直接注射 是最基础的方式，通常选择多个位点进行注射，可用于局部基因递送及特定心肌区域的基因功能研究。 导管介导的心内膜下局部注射 是通过导管将AAV注射至特定心肌区域的一种方式，同样适用于心脏局部组织的精准基因递送。
冠脉内输注 和 逆行静脉递送 则通过血管路径实现更广泛的分布。前者通过冠状动脉系统进行AAV递送，可结合暂时性血流阻断、冠状静脉阻断及机械循环支持等策略优化载体摄取；后者通过冠状静脉系统逆行输注，该方法可以结合导管介入技术实施，具有较好的临床转化研究价值。
Mazurek等人2024年发表于Nature Communications的研究中提出了 “停流”（Stop-flow）递送策略 。研究人员利用Impella心脏泵提供临时机械循环支持，同时进行冠脉球囊封堵和冠状静脉窦封堵，延长AAV在冠脉系统内的停留时间。结果显示，相对于常规冠脉内输注，基因表达提高了超过100万倍，且未增加心外表达，实验动物完全存活。
3. 应用案例
2019年，Gabisonia等在Nature发表关于心肌梗死后的心肌再生研究，重点关注miR-199a。miR-199a是一种参与细胞增殖及相关信号通路调控的microRNA，研发人员利用AAV6在猪心脏中递送miR-199a，激活了心肌细胞的再生潜能。
AAV6-miR-199a给药可诱导心肌细胞增殖
（Khatia Gabisonia, et al, Nature , 2019）
2025年，Kehr等在Circulation: Heart Failure发表的研究提示了AAV5在心脏基因治疗中的应用潜力。在心肌梗死后心功能障碍猪模型中，研究采用AAV5递送人源S100A1基因。结果显示，AAV5-hS100A1能够抑制左心室心肌梗死范围进一步扩大，并改善左心室射血分数。
AAV5-hS100A1基因治疗可防止缺血后猪的左心室心肌梗死扩展
（Dorothea Kehr, et al, Circulation: Heart Failure , 2025）
2021年，Liu等发表于Science Translational Medicine的研究，利用实验动物猪探究心肌再生与缺血性心力衰竭。该研究选择Hippo信号通路中的Salvador（Sav）作为调控靶点，通过AAV9递送Sav-shRNA至猪心脏，抑制Hippo信号通路活性，从而促进心肌细胞更新，改善心脏收缩功能。
注射AAV9-Sav-shRNA猪心脏的心肌细胞增殖增加
（Shijie Liu, et al, Sci Transl Med , 2021）
相较于啮齿类动物，以猪为模式动物的心血管研究普遍具有动物成本高、介入操作难度大、实验周期长的特点，往往需要投入大量的时间与资源。若AAV载体存在滴度不准、批次波动大、杂质残留超标等问题，可能引发非特异性炎症与组织损伤，干扰心功能等核心指标的判读，甚至造成整个实验的失败，带来高昂的沉没成本。对于指向临床转化的研究而言，载体的质控标准更是直接关系到研究结论的可靠性与后续转化价值。
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参考文献
[1] 霍勇，陈明. 心血管病实验动物学[M]. 北京：人民卫生出版社，2011.
[2] Gabisonia K, Prosdocimo G, Aquaro GD, et al. MicroRNA therapy stimulates uncontrolled cardiac repair after myocardial infarction in pigs. Nature. 2019;569(7756):418-422.
[3] Kehr D, Salatzki J, Seger B, et al. Cardiac-Targeted AAV5-S100A1 Gene Therapy Protects Against Adverse Remodeling and Contractile Dysfunction in Postischemic Hearts. Circ Heart Fail. 2025;18(7):e012479.
[4] Mazurek R, Tharakan S, Mavropoulos SA, et al. AAV delivery strategy with mechanical support for safe and efficacious cardiac gene transfer in swine. Nat Commun. 2024;15(1):10450.
[5] Liu S, Li K, Wagner Florencio L, et al. Gene therapy knockdown of Hippo signaling induces cardiomyocyte renewal in pigs after myocardial infarction. Sci Transl Med. 2021;13(600):eabd6892.
