本研究中,我们描述了一种使用脂肪酸盐油酸钠在分化型HepaRG细胞中诱导肝泡性脂肪变性的详细方案,并介绍了脂质积聚的检测与定量方法,包括相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像、细胞荧光分析、油红O染色以及定量PCR。
本研究中,我们描述了一种使用脂肪酸盐油酸钠在分化型HepaRG细胞中诱导肝泡性脂肪变性的详细方案,并介绍了脂质积聚的检测与定量方法,包括相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像、细胞荧光分析、油红O染色以及定量PCR。
肝脂肪变性是一种代谢功能障碍,由肝细胞内甘油三酯脂滴的积聚引起。过量脂肪积聚可导致非酒精性脂肪性肝病(NAFLD), 该疾病具有潜在可逆性,但也可能发展为非酒精性脂肪性肝炎(NASH),并最终进展为肝硬化和肝细胞癌(HCC)。目前,肝细胞内脂质积聚与NASH进展、不可逆性肝损伤、纤维化、肝硬化乃至HCC之间的分子机制仍不明确。为此,已开发出多种体外和体内模型,以阐明导致NAFLD的病理过程。在本研究中,我们描述了一种诱导肝泡状脂肪变性的细胞模型,该模型由DMSO诱导分化的 HepaRG 人肝细胞系组成,并使用脂肪酸盐油酸钠进行处理。事实上,经油酸钠处理的 HepaRG 细胞在细胞质中积聚脂滴,并表现出典型的脂肪变性特征。这种体外人源模型为体内小鼠模型以及原代人肝细胞提供了一种有价值的替代方案。我们还比较了多种用于定量和评估 HepaRG 细胞脂质积聚的方法,包括油红O染色、流式细胞术Bodipy检测、通过qPCR进行的代谢相关基因表达分析,以及相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像。CARS成像结合了拉曼光谱的化学特异性(一种在材料科学领域广泛应用的化学分析技术)与高速、高分辨率非线性光学显微技术的优势,能够精确量化脂质积聚及脂滴动态变化。建立高效的体外泡状脂肪变性诱导模型,结合准确的脂质积聚定量与表征方法,有望通过识别分子标志物实现NAFLD的早期诊断,并推动新型治疗策略的开发。
肝脂肪变性定义为肝内甘油三酯脂滴中脂肪积聚,且脂肪含量至少占肝脏重量的5%。长期的肝内脂质蓄积是一种潜在可逆的过程,但可能导致肝脏代谢功能障碍、炎症以及非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的进展,而NAFLD是全球许多地区慢性肝病的主要病因1,2。NAFLD是一种多因素疾病,可能发展为更具侵袭性的非酒精性脂肪性肝炎(NASH),后者可进一步进展为肝硬化,并在少数患者中发展为肝细胞癌(HCC)1,3。目前尚无获批的针对NAFLD的特异性治疗方法,饮食与生活方式干预的联合策略仍是NAFLD和NASH管理的基石4,5,6。
分子非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)发病过程中导致肝脂肪变性的潜在机制仍有待阐明7在此背景下,已开发出多种小鼠模型用于研究人类脂肪变性疾病的进展。这些模型种类繁多,各具优缺点,包括基因修饰、营养干预以及化学诱导模型,亦有结合多种方法的复合模型。经基因改造(转基因或基因敲除)的小鼠可自发形成肝病。但需注意的是,此类突变在人类中极为罕见,且单个基因的缺失或过表达(例如ob/ob小鼠)在分子层面上可能无法准确模拟多因素所致的人类疾病病因。8,9同样,通过饮食或药物干预在小鼠身上诱导的疾病可能无法模拟与人类非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)发生相关的饮食所产生的人体效应。8然而,动物模型促进了人们对非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的理解,目前这一方法仍是实验室研究中最常用的策略。尽管如此,动物模型中获得的结果在人体中的重复验证屡屡失败,导致临床转化效果不佳。10.
因此,非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的体外模型在阐明NAFLD进展的分子机制方面可能发挥基础性作用,并且是筛选大量化合物的有力工具。原代细胞培养、永生化细胞系和肝活检已被广泛用于研究目的11。原代人肝细胞在很大程度上模拟了人类临床状况,但供体数量有限,且由于细胞的异质性,原代细胞培养的可重复性较差。这些因素,加上伦理和操作上的问题,导致原代人肝细胞的应用受到限制12。因此,肝细胞系成为一种便捷的替代方案,相较于原代培养具有多项关键优势:肝细胞系增殖稳定、寿命几乎不受限制,且表型稳定。此外,细胞系易于获取,其培养条件比原代肝细胞更简单,并已在不同实验室之间实现标准化。
本文详细描述了一种基于体外细胞的肝脏泡状脂肪变性模型,该模型由经脂肪酸钠油酸盐处理的肝细胞分化型HepaRG细胞构建而成。HepaRG细胞系源自一名患有丙型肝炎感染及Edmondson I级高分化肝肿瘤的女性患者14。HepaRG细胞系是一种人类双潜能前体细胞系,在2%二甲基亚砜(DMSO)诱导下可分化为两种不同表型的细胞:胆管样细胞和肝细胞样细胞。分化后的HepaRG细胞(dHepaRG)具有与成年肝细胞相似的部分特征和功能,并能稳定表达多种肝脏特异性基因,如白蛋白(Albumin)、醛缩酶B(AldolaseB)、细胞色素P450 2E1(CYP2E1)和细胞色素P450 3A4(CYP3A4)13(步骤3)。将dHepaRG细胞用脂肪酸盐钠油酸盐(250 μM)处理5天,可诱导细胞质内脂滴的形成,模拟脂肪肝的病理变化14,15,17,18(步骤4)。脂滴的积聚可通过油红O染色法轻松检测(步骤5),该方法使用一种溶酶体染料——油红O,其为脂溶性染剂,可将中性甘油三酯和脂质染成红橙色。为了高效定量脂肪变性dHepaRG细胞中的脂质含量,本文展示了使用4,4-二氟-1,3,5,7-四甲基-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-茚满(Bodipy 505/515)染色后的流式细胞荧光分析方法(步骤6)。Bodipy 505/515是一种亲脂性荧光探针,可定位于细胞内脂质小体,已被广泛用于脂滴标记19。此外,本文还介绍了如何通过定量聚合酶链式反应(qPCR)检测dHepaRG细胞中多个代谢相关基因的表达失调,从而评估脂肪变性程度(步骤7)。为进一步表征并定量钠油酸盐处理后脂滴的积聚情况,我们采用了相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微成像技术(步骤8),该创新技术无需标记即可实现对脂滴的可视化与定量分析20,21。
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1. 培养基与试剂的制备
2. HepaRG 细胞的解冻、扩增与冻存
3. HepaRG 细胞的分化(第 0–21 天)(图 1A)
4. 诱导囊泡性脂肪变性(第21–26天)
5. 脂质过载与脂肪变性诱导的评估:油红O染色
6. 脂质过载与脂肪变性诱导的评估:Bodipy 染色与流式细胞分析
7. 脂质过载与脂肪变性诱导的评估:qPCR
8. 脂质过载与脂肪变性诱导的评估:CARS
9. MTT 细胞活力检测
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本方案描述了一种通过油酸钠处理在DMSO分化后的HepaRG细胞中高效诱导并表征囊泡状脂肪变性的方法(图1A)。
HepaRG 细胞的分化。
为了有效诱导分化,必须将增殖期细胞以低密度(2.5 × 104 个细胞/cm2)接种于增殖培养基中。当以低密度接种时,细胞会活跃分裂,并呈现细长的未分化形态(图 1B)。细胞应在增殖培养基中培养 7 天,直至达到 100% 汇合度(图 1C)。经 2% DMSO 处理后,细胞开始分化,形成典型的肝细胞样集落,周围被胆管上皮样细胞环绕(图 1D)。分化的 HepaRG 细胞表达肝特异性标志物...
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本方案描述了如何分化HepaRG细胞,以及如何通过油酸钠处理诱导细胞发生泡状脂肪变性(图1A)。事实上,与其他人肝细胞癌(HCC)细胞系相比,HepaRG细胞系表现出成人人类肝细胞的特征,是体外培养的原代人肝细胞的一种有价值的替代模型13,14,15。HepaRG细胞系已被广泛应用于肝脏细胞毒性研究、药物代谢研究以及病毒学研究15,16,22。
与 HepaRG 细胞相比,其他肝细胞癌(HCC)细胞系(如 HepG2、HUH7、HUH6 和 Hep3B)的代谢能力较低,缺乏大量肝特异性功能
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作者声明不存在任何竞争性经济利益。
我们感谢法国里昂INSERM U871的Christian Trepo教授慷慨提供HepaRG细胞。我们感谢Rita Appodia在行政事务上的帮助。本研究由意大利教育大学研究部(MIUR- Ministero dell’istruzione, dell'università e della ricerca,项目编号FIRB 2011–2016 RBAP10XKNC)以及罗马Sapienza大学(项目编号C26A13T8PS;C26A142MCH;C26A15LSXL)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Hyclone HyClone 胎牛血清 II | GE Healthcare | SH30066 | |
| William’s E 培养基(含 GlutaMAX ) | Thermofisher | 32551087 | |
| 青霉素/链霉素 | SIGMA | P4333 | |
| 胰岛素 | SIGMA | I9278 | |
| 氢化可的松半琥珀酸酯 | SIGMA | H2270 | |
| DMSO,二甲基亚砜 | SIGMA | D2438 | |
| 油酸钠 | SIGMA | O7501 | |
| 甲醇 | SIGMA | 179337 | |
| 异丙醇 | SIGMA | 278475 | |
| BODIPY 505/515 | Thermofisher | D3921 | |
| PBS | Thermofisher | 14190-250 | |
| 甲醛溶液 | SIGMA | 252549 | |
| 无RNA酶的DNA酶I | Promega | M198A | |
| 玻璃底培养皿 | Willco Wells | GWST-5040 | |
| 油红O溶液 | SIGMA | O625 | |
| CellTiter 96 AQueous One 溶液 | Promega | G3582 | |
| q-PCR 引物名称 | 序列 | ||
| ACACB 正向引物 | CAAGCCGATCACCAAGAGTAAA | ||
| ACACB 反向引物 | CCCTGAGTTATCAGAGGCTGG | ||
| β-actin 正向引物 | GCACTCTTCCAGCCTTCCT | ||
| β-actin 反向引物 | AGGTCTTTGCGGATGTCCAC | ||
| 白蛋白 正向引物 | TGCTTGAATGTGCTGATGACAGG | ||
| 白蛋白 反向引物 | AAGGCAAGTCAGCAGGCATCTCATC | ||
| ALDOB 正向引物 | GCATCTGTCAGCAGAATGGA | ||
| ALDOB 反向引物 | TAGACAGCAGCCAGGACCTT | ||
| APOB 正向引物 | CCTCCGTTTTGGTGGTAGAG | ||
| APOB 反向引物 | CCTAAAAGCTGGGAAGCTGA | ||
| APOC3 正向引物 | CTCAGCTTCATGCAGGGTTA | ||
| APOC3 反向引物 | GGTGCTCCAGTAGTCTTTCAG | ||
| CPT1A 正向引物 | TCATCAAGAAATGTCGCACG | ||
| CPT1A 反向引物 | GCCTCGTATGTGAGGCAAAA | ||
| CYP2E1 正向引物 | TTGAAGCCTCTCGTTGACCC | ||
| CYP2E1 反向引物 | CGTGGTGGGATACAGCCAA | ||
| CYP3A4 正向引物 | CTTCATCCAATGGACTGCATAAAT | ||
| CYP3A4 反向引物 | TCCCAAGTATAACACTCTACACAGACAA | ||
| GAPDH 正向引物 | TGACAACTTTGGTATCGTGGAAGG | ||
| GAPDH 反向引物 | AGGGATGATGTTCTGGAGAGCC | ||
| GPAM 正向引物 | TCTTTGGGTTTGCGGAATGTT | ||
| GPAM 反向引物 | ATGCACATCTCGCTCTTGAATAA | ||
| IL6 正向引物 | CCTGAACCTTCCAAAGATGGC | ||
| IL6 反向引物 | ACCTCAAACTCCAAAAGACCAGTG | ||
| PDK4 正向引物 | ACAGACAGGAAACCCAAGCCAC | ||
| PDK4 反向引物 | TGGAGGTGAGAAGGAACATACACG | ||
| PLIN2 正向引物 | TTGCAGTTGCCAATACCTATGC | ||
| PLIN2 反向引物 | CCAGTCACAGTAGTCGTCACA | ||
| PLIN4 正向引物 | AATGAGTTGGAGGGGCTGGGGGACATC | ||
| PLIN4 反向引物 | GGTCACCTAAACGAACGAAGTAGC | ||
| SCD 正向引物 | TCTAGCTCCTATACCACCACCA | ||
| SCD 反向引物 | TCGTCTCCAACTTATCTCCTCC | ||
| SLC2A1 正向引物 | TGCTCATCAACCGCAACGAG | ||
| SLC2A1 反向引物 | CCGACTCTCTTCCTTCATCTCCTG | ||
| 18S 正向引物 | CGCCGCTAGAGGTGAAATTC | ||
| 18S 反向引物 | TTGGCAAATGCTTTCGCTC |
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