药源性心脏毒性模型的构建与评价进展

1.1 数据来源

在中国知网和WoSCC数据库收集2015年1月1日至2024年4月4日关于药源性心脏毒性模型构建与评价的文献。在中国知网中，以“心损伤”or“心肌损伤”or“心脏毒性”or“心脏毒性”or“心力衰竭”or“心律失常”为主题词和“动物模型”or“鼠”or“兔”or“狗”or“豚鼠”or“细胞”or“斑马鱼”为篇名、关键词、摘要进行检索。在WoSCC中，以“Heart damage” or “Myocardium Damage” or “cardiotoxicity” or “arrhythmia” and “animal model” or “rat” or “mouse” or “rabbit” or “dog” or “guinea pig” or “cell” or “zebrafish”为主题词进行检索。

1.2 纳入与排除标准

纳入造模方法确切、完整，实验过程清晰的文章，并手动剔除会议、报纸、硕博士论文、综述、临床观察文献等。WoSCC数据库文章语言限制为英文。

1.3 分析方法

将筛选后的文献导入可视化软件Citespace6.3R1（Basic），结合Excel提取数据进行可视化分析，分析药源性心脏毒性的研究热点、趋势等。

中英文文献数据共检索到34361篇，根据相关度排序取前1000篇，根据纳入排除标准人工对数据处理后，结果共纳入文献731篇，其中中文588篇，英文143篇。

2.1 关键词共现分析

中文文献关键词共现分析，共得到284个关键词，915条连钱。英文得到229个关键词，990条连线（图1）。

合并词义相同或相近的关键词，对中英文分别按照关键词出现的频次和中心度的大小选取前20个词汇（表1）。如阿霉素、心力衰竭、氧化应激、细胞凋亡等关键词中心性和频次较高，均为重要的枢纽型节点，反映了本领域的研究热点。结合关键词共现图谱，可将研究热点聚为3类，包括药源性心脏毒性模型常用的造模药物，如阿霉素、乌头碱、布比卡因等；药源性心脏毒性模型常用的造模动物，如大鼠、小鼠、斑马鱼等，多为心力衰竭模型；药源性心脏毒性常涉及机制有氧化应激、细胞凋亡等。

2.2 关键词聚类分析

对关键词进行聚类分析，进一步探究药源性心脏毒性模型构建研究热点的知识结构。以LLR算法对关键词进行聚类标签。如图2所示，图中每个色块对应着一个聚类，且每个聚类中包含多个联系密切的关键词，且各聚类间存在一定重叠度，说明聚类间联系紧密。中文文献形成了11个关键词聚类标签（Q值0.5722，S值0.8451），英文文献形成9个聚类标签（Q值0.5031，S值07923），整体聚类效果显著，可信度高。

在中文关键词聚类中，第一类聚焦常致药源性心脏毒性的药物，包括3#“阿霉素”、7#“多柔比星”和9#“布比卡因”，可见阿霉素（商品名：多柔比星）是最常见构建药源性心脏毒性模型的药物。第二类聚焦药源性心脏毒性常采用的模型，包括5#“心肌细胞”和6#“大鼠”。第三类对药源性心脏毒性诱发机制关注0#“氧化应激”和8#“机制”。在英文关键词聚类结果中，文献的研究领域有以下2类：第一类聚焦常致药源性心脏毒性的药物，包括5#“阿霉素诱发的心脏毒性（doxorubicin-induced cardiotoxicity）”和6#“雷公藤内酯（triptolide）”。第二类聚焦于药源性心脏毒性的诱发机制，包括1#“氧化损伤（oxidative damage）”和8#“epac1蛋白（epac1）”。

2.3 关键词突现分析

关键词突现分析可以反映某一时间内该领域的研究前沿及变化趋势，且可据此来推测未来发展趋势。国内与国外的研究热点及突现时间不同（图3）。

中文文献显示，2015年至2017年药源性心脏毒性较频繁出现柔红霉素、心肌酶、丙二醛等，柔红霉素是第一代蒽醌类抗肿瘤药物；心肌酶、丙二醛等则作为心脏毒性评价重要指标，其中心肌酶突变时间更长。2022年的热点注重于炎症反应、肠道菌群的研究，突变强度较大，且突变持续时间到2024年，可预计其未来也是研究热点之一。

WoSCC数据库文献显示，2017年至2020年本领域关注模型、NF-κB和通路等，与国内相比，其更关注于药源性心脏毒性药物发生的机制。

2.4 药源性心脏毒性模型的评价指标

从纳入文献中提取药源性心脏毒性的模型评价指标，主要包括心电图、超声心动图、心肌酶谱、心肌损伤标记物等类别。常见心电图改变如ST-T改变、QRS波低电压、QT间期延长等，根据心脏毒性模型不同，选择观察的具体结局指标有一定差异。心力衰竭模型以超声心动图测量左心室收缩末内径、左心室舒张末内径，并计算左心室射血分数及左心室短轴缩短率等。心律失常模型是通过心电图观察标准导联Ⅱ，观察是否有室性早搏二联律或三联律、室性心动过速、QRS波时延长等。心肌损伤标记物主要有包括心肌肌钙蛋白T/I（CTnT/I）、氨基末端B型钠尿肽前体（NT-proBNP）、髓过氧化物酶（MPO）等生物标记物。对于大/小鼠，还辅以动物体征变化，如体重变化、精神状态、毛发光泽、饮食量、饮水量、活动情况、呼吸频率、腹水等。药源性心脏毒性涉及多种机制，诱发心脏毒性机制不同也给评价指标带来影响，各机制常用评价指标如下：氧化应激机制的评价指标包括活性氧（ROS）、超氧化物歧化酶（SOD）、髓过氧化物酶（MPO）、丙二醛（MDA）及线粒体膜电位的测定等；细胞凋亡机制的评价指标包括心肌肌钙蛋白T/I的血清水平，以及心肌组织中Bax、Bcl-2、cleaved caspase-3和caspase-3等关键凋亡相关蛋白的测定等；离子通道抑制的评价指标包括心肌组织中钠-钾腺苷三磷酸酶（Na⁺-K⁺-ATP酶）的活性测定等；钙稳态机制的评价指标侧重于心肌细胞内钙离子（Ca²⁺）浓度的测定，反映了心肌细胞内钙离子平衡状态，其对心肌收缩功能有影响；炎症反应机制的评价指标包括血清或心肌组织匀浆中白细胞介素1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素6（IL-6）等炎症因子的测定等；铁死亡机制的评价指标则包括亚铁离子（Fe²⁺）的浓度测定，以及心肌组织中抗氧化应激相关蛋白Nrf2、谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达等。

药源性心脏毒性是新药研发、临床用药过程中都值得关注的风险问题，特别是近年来对中药诱发或防治心脏毒性的关注度愈发提升，探索药物性心脏毒性实验动物模型的建立方法、评价指标就显得尤为重要。本研究通过文献分析，对药源性心脏毒性的动物模型、造模剂、毒性机制等进行热点探讨，探索同源性强、可重复性高、稳定性好的“三性”模型，旨在为中药防治药源性心脏毒性研究提供参考。

3.1 药源性心脏毒性动物模型造模剂的选择

本研究纳入文献显示，药源性心脏毒性研究的造模剂以蒽环类抗肿瘤药、乌头碱、布比卡因等药物应用较为广泛。造模剂的选择与药源性心脏毒性的表现直接相关。

3.1.1 蒽环类抗肿瘤药

蒽环类抗肿瘤药物心脏毒性已经明确，如柔红霉素、阿霉素（多柔比星）等在治疗卵巢癌、胃肠癌和乳腺癌等实体瘤的同时，会导致严重的心脏损伤，成为肿瘤长期生存者的第二大死因。从纳入文献中可以看到，蒽环类抗肿瘤药物是目前实验室研究最主要的心脏毒性造模剂。有研究者通过大鼠、小鼠腹腔注射、兔耳缘静脉注射阿霉素等进行模型建立。造模剂量选用不一，阿霉素注射累积剂量一般应在10~20mg·kg^-1。有研究对比不同品系小鼠的阿霉素急性心脏毒性造模方法，认为采用C57BL/6小鼠单次腹腔注射20mg·kg^-1阿霉素较理想。慢性心脏毒性模型可多次小剂量注射阿霉素，有研究采用腹腔注射阿霉素方法建立心脏毒性损伤大鼠模型，剂量为2.5mg·kg^-1，每周注射1次，连续应用4周，累积剂量10mg·kg^-1。

3.1.2 乌头碱

乌头碱是1种双酯型二萜类生物碱，既是乌头属植物的主要活性成分，又是诱发心脏毒性反应的主要成分。乌头碱具有抗炎、抗肿瘤、局部麻醉等作用。心脏毒性反应常见的表现是频发室性早搏，还能进一步形成二联律及阵发性或者扭转性室速等严重的心律失常。基于本研究所纳入的文献，发现乌头碱常用于构建心律失常的模型，可为阐明乌头碱致心律失常的机制及乌头属植物临床应用的安全性研究提供依据。其常采用静脉注射和灌胃等方式给药。

3.1.3 布比卡因

布比卡因是常用的1种长效酰胺类局部麻醉药，具有较强的麻醉效应、较长的作用时间，常采用股静脉泵入布比卡因。因其能抑制心肌电传导，心脏折返而致心律失常，也常被作为药源性心脏毒性的造模剂。

3.2 药源性心脏毒性模型动物的选择

药源性心脏毒性模型动物较为成熟的有大鼠、小鼠、兔、猪、犬、斑马鱼等，考虑到与人类的近源性、饲养周期、成本，结合本研究纳入文献，药源性心脏毒性研究的动物模型以哺乳动物鼠最为常用，斑马鱼也逐渐被应用于心脏毒性的研究。为提升药源性心脏毒性发现速率，部分心脏立体细胞培养、心脏类器官模型也已经应用于心脏毒性评价研究中。

3.2.1 大鼠/小鼠

以大鼠、小鼠为代表的啮齿类哺乳动物建立的药源性心脏毒性模型，可重复性高，操作简单，成本低，且药物在体内的吸收、分布、代谢、排泄过程与人早期的药源性心脏毒性反应相似，结合本研究所纳入文献，发现其广泛应用于药物心脏毒性临床前评价。主要以心率、心排血量、每搏量、血流动力学等心功能指标进行检测，反映药物对心脏早期的毒性反应。也可通过心肌背向散射积分技术、小动物超声仪器进行心脏超声检查，检测射血分数、左室缩短分数、左室压最大上升速率以及心脏构型及血流的变化，评价药物对心脏的毒性作用。

3.2.2 斑马鱼

蒽环类药物诱导斑马鱼模型的心脏毒性与哺乳动物模型具有相似性，加之发育快、繁殖力强，易于饲养、价格便宜，且胚胎和幼体呈透明状便于观察，其对药物诱导的心脏毒性筛选和评价具有很大的应用价值。结合本研究所纳入的文献，发现斑马鱼心脏毒性模型的评估常通过显微镜和荧光倒置显微镜来进观察斑马鱼胚胎的整体状态、心脏的形态结构、心脏的收缩与舒张功能以及心包水肿等关键指标。已有研究表明黄芪中黄芪甲苷IV能拮抗乌头碱所致的斑马鱼心律失常，改善斑马鱼心脏结构损伤。

3.3 药源性心脏毒性可能的诱发机制

药源性心脏毒性的机制研究得到了广泛关注，主要涉及心肌细胞离子稳态、氧化应激、线粒体损伤、细胞凋亡、代谢紊乱等，但诱发损伤不一定是单一机制。本研究关键词共现图谱聚类氧化应激、细胞凋亡等，也是中医药防治药源性心脏毒性的关注点和优势所在。

3.3.1 氧化应激在药源性心脏毒性中的调控作用

心肌细胞是氧化应激的主要靶器官。药源性心脏毒性，特别是蒽环类抗肿瘤药物所致心脏毒性，与氧化应激机制关系密切。心肌活性氧和抗氧化酶之间的不平衡，异常升高的活性氧水平会导致心肌细胞出现自由基代谢紊乱，造成心肌氧化应激损伤。蒽环类药物还可以利用铁调节蛋白、转铁蛋白受体，引起心肌细胞生物膜过氧化，诱导钙超载、线粒体结构和功能损伤、细胞凋亡等，影响心肌结构和功能，从而导致心脏毒性发生。此外，已有研究发现中药雷公藤、吴茱萸、三氧化二砷等也可能通过氧化应激诱发心脏毒性。

3.3.2 细胞凋亡在药源性心脏毒性中的调控作用

细胞凋亡是1种具有高度调控性质的细胞程序性死亡过程，表现为细胞萎缩、线粒体膜电位消失和通透性改变。在药源性心脏毒性中发挥重要作用，氧化应激、钙超载等会触发心肌细胞凋亡，如蒽环类抗肿瘤药、雷公藤通过调节p53信号通路，诱发并加速心肌细胞凋亡。乌头碱可上调p38MAPK的表达，损伤线粒体膜电位，激活caspase-3，导致心肌细胞凋亡发生。

3.4 中医药防治药源性心脏毒性的优势

为避免药源性心脏毒性的损害，开展药源性心脏毒性预警防范，中医药有着突出优势。通过关键词共现图谱发现，黄芪甲苷作为中药黄芪的主要有效成分，能缓解阿霉素引起的心脏毒性。CHEN研究发现黄芪甲苷能通过Nrf-2/HO-1信号通路减轻DOX诱导的小鼠心肌焦亡。通过查阅文献发现许多中药单体成分、单味中药以及中药复方能够通过调节多种通路及标志物防治药源性心脏毒性。如YIN等通过预防性给药方法在小鼠模型上研究了中药菊苣提取物对阿霉素心脏毒性的作用。研究结果表明，菊苣提取物能够显著降低阿霉素心脏毒性小鼠心脏组织匀浆及血清中的心脏损伤标志物，包括NT-PoBNP、CK-MB、LDH、AST等。另有研究发现，参麦注射液能够降低血清中TNF-α、IL-1β和IL-6的表达水平，并通过其抗炎机制，改善由阿霉素引起的心脏毒性。

本研究通过检索中国知网和WoSCC数据库的中药源性心脏毒性动物模型构建及评价相关文献研究，借助Citespace可视化分析药源性心脏毒性研究选用的动物、造模剂，及研究热点动态等，旨在为药源性心脏毒性的深入探索提供参考。根据文献热点聚类分析药源性心脏毒性的动物模型、造模剂和机制，但对模型的同源性、可重复性和稳定性需要在未来的研究中加强讨论。今后的研究亟待建立药源性心脏毒性动物模型的标准；构建更加便捷快速的心脏毒性筛选模型，如利用高通量筛选技术快速识别潜在的心脏毒性化合物，或建立心脏类器官、心脏芯片等新型模型相结合。