一种模拟代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)的小鼠模型,具有代谢功能障碍、肝脏基因表达改变以及肝组织病理学变化,且包含进展至晚期纤维化3期的纤维化特征,与人类MASLD相似。该模型可用于MASLD发病机制的研究以及新疗法的临床前研究。
方法文章
* These authors contributed equally
一种模拟代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)的小鼠模型,具有代谢功能障碍、肝脏基因表达改变以及肝组织病理学变化,且包含进展至晚期纤维化3期的纤维化特征,与人类MASLD相似。该模型可用于MASLD发病机制的研究以及新疗法的临床前研究。
肝纤维化是代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)不良结局的最重要预测指标。在MASLD的临床前研究中,小鼠是最常用的疾病模型。然而,在这些模型中,肝纤维化的诱导较为困难。本方案描述了一种MASLD小鼠模型,其中采用食欲亢进的Ay小鼠喂饲富含脂肪和果糖的饮食,该饮食类似于美国的平均饮食。这些小鼠会出现肝脂肪变性、肝损伤、炎症及纤维化。纤维化在16周时发展为围绕肝细胞的1期纤维化,至12个月时进展为桥接状3期纤维化。这些小鼠还表现出肥胖、高甘油三酯血症、葡萄糖耐受不良和高胰岛素血症。该疾病模型可重现人类MASLD的肝脏组织病理学特征、肝脏基因表达改变以及代谢功能障碍。本方案包括两种量化纤维化的方法:采用苦味酸-天狼星红对胶原进行组织学染色,以及定量肝脏中羟脯氨酸含量。这些方法可用于MASLD病理生理机制的研究以及潜在治疗手段的临床前研究。
代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)是最常见的肝脏疾病,在美国的患病率为31%至40%,全球患病率为42%1,2,3,4。MASLD患者可进展为代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASH),即既往所称的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、肝硬化及肝细胞癌5,6。MASLD增加肝细胞癌的发生风险;随着近年来MASLD患病率的上升,MASLD已成为发生肝细胞癌患者中最常见的肝脏疾病7,8。在MASLD中,肝纤维化是进展为肝硬化以及不良临床结局(包括肝脏相关发病率(肝失代偿、肝衰竭或肝癌)和肝脏相关死亡率)的主要预测因素6,9,10,11。因此,美国食品药品监督管理局(FDA)鼓励研发针对伴有纤维化的MASH/NASH 的治疗药物,并提倡使用合适的动物模型12。
在药物的临床前研究和代谢相关脂肪性肝病(MASLD)的机制研究中,最常使用小鼠模型13。已有数千种MASLD小鼠模型被报道,表明目前尚无针对最佳模型的共识13,14。建立理想模型面临多项挑战。尽管通过高脂饮食相对容易诱导小鼠产生肥胖和肝脂肪变性,但肝纤维化的诱导则更为困难13,14,15,16。在以致肥胖饮食驱动的MASLD模型中,纤维化发展缓慢17。尽管这种缓慢进展可能更接近人类疾病的自然病程18,但它 延长了动物实验的周期并增加了成本。高胆固醇含量的饮食(例如2%)可促进纤维化的发展;然而,这类饮食会降低胆固醇的内源性合成,而这与人类疾病中观察到的胆固醇合成增加相反 15,16。一些MASLD模型使用突变型或基因修饰小鼠;但这些模型也存在局限性:ob/ob小鼠可发展出肥胖、脂肪变性和胰岛素抵抗,但缺乏作为纤维化介质的瘦素(leptin);PTEN基因敲除小鼠可发展出脂肪变性,但不出现胰岛素抵抗15,17。因此,MASLD小鼠模型通常需要较长的研究周期、高胆固醇饮食或基因操作,才能发展出显著的纤维化14。为解决其中部分问题,我们开发了一种小鼠模型,该模型可使动物发展出MASLD,并伴随纤维化从细胞周/窦周纤维化(1期)进展至桥接纤维化(3期)19。
本文的目的是描述伴有肝纤维化的MASLD模型,以及两种量化纤维化的方法:通过苦味酸-天狼星红进行胶原组织学染色,以及测定肝脏羟脯氨酸含量。
建立该模型的依据在于,最有用的动物模型应能在疾病驱动因素以及组织病理学和基因表达变化方面最好地模拟人类疾病。因此,我们采用了一种类似于美国人群平均饮食的饲料,其中包含中等偏高水平的脂肪和果糖19,20。我们将这种饲料喂给携带刺鼠黄色(Agouti yellow,Ay)突变基因的小鼠,这类小鼠已被广泛用于肥胖研究模型21。这些小鼠普遍表达刺鼠蛋白,该蛋白是包括MC4R在内的黑皮质素受体的拮抗剂,可导致摄食过度,模拟人类肥胖中常见的食物摄入增加现象21,22,23。该模型重现了代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASH)的关键特征性改变,包括肝脂肪变性、肝细胞损伤、炎症、纤维化以及代谢功能障碍。
该模型的主要优势在于其与人类疾病相似的特征。该模型采用西方饮食(Western-type diet),这种饮食旨在模拟典型的美国饮食,已被证明是复制人类MASLD表型最有效的饮食方案14,20。小鼠出现的肝脏组织病理学改变与MASH患者肝脏中所描述的病变相似19,24。小鼠还发展出代谢功能障碍,这是诊断MASLD的关键标准之一5。MASH小鼠肝脏中的基因表达变化与MASH/NASH患者体内的变化相一致19。最近一项研究对39种MASLD小鼠模型与人类疾病的相似性进行了比较,其中包括MC4R基因敲除小鼠,这类小鼠具有相同的 摄食过度机制,并接受与本研究描述模型相同的饮食方案14。该模型在表型、肝脏组织病理学和转录组学评估中,与人类MASLD的相似性在39个模型中排名第五14。
该模型的其他优势包括:Ay 小鼠可从杰克逊实验室(Jackson Laboratory)商业化获得,并且有常用于代谢研究的 C57BL/6J 品系21,25;突变小鼠可通过毛色轻松识别;该模型可与其他基因功能获得或功能缺失模型联用,以研究特定基因在 MASLD 发生发展中的作用;最后,该模型不依赖营养缺乏(如胆碱或蛋氨酸缺乏)、非常规食物成分(胆酸、乙硫氨酸)、 特定营养素异常高含量(反式脂肪)或肝毒素(四氯化碳)等手段,这些因素并非 MASLD 的常见病因,且可能无法准确模拟人类疾病13,14,17。
该方法适用于研究促进MASLD发生和发展的机制,以及评估其治疗或预防干预措施。该模型特别有用,因为动物不仅会发展为脂肪性肝炎和代谢功能障碍,还会出现进展至3期的纤维化。然而,该模型可能不适用于研究影响摄食行为的机制(例如GLP1R激动剂),因为这些小鼠存在摄食过度现象。
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本方案遵循布鲁克林学院的动物护理指南;IACUC方案编号318。
1. 伴有纤维化的MASLD小鼠模型
2. 胶原组织化学染色与形态计量学定量分析
注意:使用危险和/或挥发性化学品的步骤应在通风橱中进行。所有载玻片应使用染色缸和载玻片架平行处理。
3. 肝脏羟脯氨酸定量分析
注意:使用强碱和强酸的步骤必须佩戴适当的个人防护装备进行操作。
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摄食高脂肪饲料(HFFD)的 Ay 小鼠比摄食低脂肪饲料(LFFD)的野生型小鼠体重增加更多,并出现肥胖(图1A)。在摄食 HFFD 的前4周内,它们体重增长更快,每周约增加 3–4 g。8 周后,其体重增长速率与对照组小鼠相似(每周约 0.6 g)19。16 周后,摄食 HFFD 的 Ay 小鼠体重约为 45 g 至 50 g(三次独立实验的平均值),比摄食 LFFD 的对照组野生型小鼠体重高出约 40% 至 80%(图1B、C)。
与对照组相比,Ay HFFD 小鼠的脂肪组织储存量更高,脂肪垫增大(图 1D、E)。体成分分析表明,其体重增加是由于脂肪质量增加所致,该结果通过核磁共振(NMR)测定得到证实19。这些小鼠还表现出葡萄糖耐受不良和...
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本方案描述了一种伴有肝纤维化的MASLD小鼠模型,该模型可复制人类MASLD疾病5,6。这些小鼠会出现肝脂肪变性,组织学上表现为微泡和大泡混合性脂肪变性,并伴有肝脏三酰甘油含量升高19。小鼠还表现出肥胖、高甘油三酯血症、葡萄糖耐受不良,且已有研究报道其存在高血压,这些特征与肝脂肪变性共同符合人类MASLD的诊断标准19,32。除了脂肪变性外,小鼠还表现出MASH的其他典型病理改变19:这些小鼠存在肝细胞损伤,表现为苏木精-伊红染色肝组织切片中可见肝细胞气球样变,以及血浆转氨酶水平升高19。同时存在肝脏炎症,组织学可见小叶内炎症,CD45免疫组织化学染色阳性,且炎症标志基因的mRNA表达水平升高19。更重要的是,小鼠肝...
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作者声明无利益冲突。
本工作获得了美国国立卫生研究院资助项目 K22CA178098、R03DK101863 和 R15DK131627 以及布鲁克林学院启动资金(资助对象:JMC)的支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 4-(二甲氨基)苯甲醛 | Sigma-Aldrich | D2004 | |
| 乙酸 | Various | NA | |
| 调整热量的西方饮食 | Inotiv | TD.88137 | 饮食含脂肪(42 %kcal)和蔗糖(34 %w/w)。其他供应商也提供相同成分的饮食 |
| B6.Cg-Ay/J | 杰克逊实验室 | 000021 | 该品系具有Agouti致死性黄色突变,背景为C57BL6/J。目前,杰克逊实验室已将该品系冷冻保存 |
| C57BL/6J | 杰克逊实验室 | 000664 | |
| 离心机 | Various | NA | 配备适用于1.5 mL离心管的转子,带制冷功能,可达到16,000 ×g |
| 离心机 | Various | NA | |
| 氯胺-T水合物 | Sigma-Aldrich | 857319 | |
| 柠檬酸 | Various | NA | |
| 直接红80 | Sigma | 365548-5G | |
| 乙醇 | Decon Laboratories | 2701 | |
| 中性缓冲福尔马林溶液 | Sigma | HT501128 | |
| 果糖 | Sigma-Aldrich | F0127 | |
| 葡萄糖 | Sigma-Aldrich | G8270 | |
| 组织学处理设备 | NA | NA | 包埋和切片可在研究者实验室或外部设施完成 |
| 匀浆器 | Various | NA | 珠磨式匀浆器适用于处理多个样品,也可使用其他匀浆方法 |
| 盐酸 | Various | NA | |
| 羟脯氨酸 | Sigma | H5534 | |
| 低脂对照饮食 | Inotiv | TD.08485 | 对照饮食,低脂肪(13 %kcal)和低蔗糖(12 %w/w) |
| 配备偏振光显微镜功能的显微镜 | Various | NA | |
| 正丙醇 | Various | NA | |
| 高氯酸 | Various | NA | |
| Permount封片介质 | 费希尔科技 | SP15-100 | |
| 苦味酸饱和水溶液,Spectrum | 费希尔 | 18612375 | |
| 三水合乙酸钠 | Various | NA | |
| 氢氧化钠 | Various | NA | |
| 超声破碎仪 | Various | NA | 超声破碎仪在步骤2.5中用于重悬沉淀,但并非绝对必要 |
| 三氯乙酸 | Various | NA | |
| VWR显微盖玻片,矩形 | VWR | 48393-081 | |
| VWR Premium Superfrost Plus显微载玻片 | VWR | VWR | 48311-703 | |
| 去离子水 | Various | NA | 来自水纯化系统的去离子水,或从供应商处购买 |
| 二甲苯 | 费希尔科技 | X3F | Citrisolv透明剂 (费希尔 22-143-975)作为环境友好型替代品出售 |
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