本研究提供了一种可重复且标准化的方法,用于建立表现为单纯性肥胖(通常伴有脂肪性胰腺)的肥胖大鼠模型。同时包括胰腺组织取样和免疫组织化学的详细实验方案。
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本研究提供了一种可重复且标准化的方法,用于建立表现为单纯性肥胖(通常伴有脂肪性胰腺)的肥胖大鼠模型。同时包括胰腺组织取样和免疫组织化学的详细实验方案。
肥胖已成为全球主要的公共卫生流行问题,全球近一半人口被归类为超重或肥胖。肥胖个体的一个关键病理特征是脂质在非脂肪组织(包括胰腺)中的异位沉积,这种情况被称为胰腺脂肪变性或脂肪胰腺。在高脂饮食(HFD)诱导的啮齿类动物模型中,胰腺脂肪变性始终早于肝脏脂肪变性,突显了胰腺对脂质积聚的特殊易感性。这种早期受累使胰腺成为理解肥胖相关代谢紊乱的关键器官。尽管饮食诱导的肥胖(DIO)大鼠模型能够再现人类疾病进展的核心特征,但目前文献中仍缺乏对这一胰腺表型特征明确且可重复的动物模型。
在建立人类肥胖模型时,一个重要的方法学考虑因素是高脂饮食(HFD)引入的时间。许多现有模型在断奶期即开始给予HFD,这可能会引入混杂的发育期代谢编程效应,而这些效应并不能充分反映主要在发育完成后才发生的的人类肥胖。相比之下,本研究建立了一种标准化的实验方案,在断奶后才引入HFD。该方法更准确地模拟了人类成年后发生肥胖的常见轨迹,避免了生命早期的代谢适应,并导致更符合生理实际情况的胰腺脂肪变性进展过程。
本研究提供了一个详细且可重复的框架,用于构建以显著脂肪性胰腺病变为特征的肥胖大鼠模型。该方法包括1周的适应期、断奶后开始的14周高脂饮食诱导期,以及系统的组织采集。文中描述了两种组织处理途径:速冻处理用于分子分析(如蛋白质印迹),以及经多聚甲醛灌注固定用于形态学评估(如免疫组化、H&E染色)。该模型为深入研究与肥胖相关的胰腺代谢功能障碍机制提供了可靠的平台。
单纯性肥胖是指在无其他合并症情况下独立存在的肥胖,主要归因于不健康的生活方式(如不合理的饮食模式和体力活动不足)所导致的能量失衡1。肥胖显著推动了年轻人群中非传染性疾病发病率的上升,其特征为高患病率、发病年龄提前以及多系统并发症,已成为一项严峻的全球公共卫生挑战2。脂肪胰是一种在代谢紊乱过程中脂肪异位沉积于这一非脂肪器官的病理状态。脂肪胰反映了脂肪组织与胰腺生理病理之间的关键相互作用。过量的胰腺脂肪积聚会取代正常的腺泡和胰岛组织,导致外分泌和内分泌功能双重受损3,4。这一病理过程会破坏α/β细胞比例,促进β细胞去分化,进而丧失胰岛素分泌功能5,并介导脂肪对β细胞的直接脂毒性损伤6。同时,α细胞增生及胰岛素释放失调会加剧血糖波动,加速向2型糖尿病(T2DM)及其相关并发症的进展7。
研究脂肪胰腺的发病机制揭示了代谢性疾病进展背后的新机制8。尽管以往的肥胖研究主要关注肝脏脂肪变性,但新近证据表明,胰腺脂质沉积是代谢紊乱中更早发生的事件9。这一范式转变使得构建一个针对单纯性肥胖的双器官病理模型成为可能,该模型整合了胰腺和肝脏的脂肪变性10。研究这两个器官之间的相互作用,可能阐明从脂质代谢紊乱、肥胖、胰岛素抵抗到糖尿病这一疾病谱系中的关键通路,为疾病机制提供新的见解11。在胰腺的病理过程中,最初的表现为显著的胰腺脂肪沉积,并伴有胰腺脂肪细胞的大量扩张。这种变化主要出现在胰头、胰颈和胰体的腹侧区域,且主要位于腺泡细胞与胰岛细胞之间的间质区域。与此同时,胰腺存在慢性低度炎症,但在这一阶段,内分泌和外分泌功能仍基本保持完整12,13。广泛的脂肪浸润进一步通过脂毒性损害胰腺β细胞功能,并抑制胰岛素活性。在此阶段,腺泡细胞逐渐被脂肪细胞取代,从而促进2型糖尿病(T2DM)的发展14,15。尽管糖尿病本身并非胰腺癌的独立危险因素,但有急性胰腺炎病史且合并糖尿病的患者,其发生胰腺癌的风险显著升高16。
大体解剖学分析可量化胰腺脂肪变性的严重程度及浸润模式,而免疫组织化学(IHC)在显微水平上的评估则可表征腺泡细胞形态、细胞核定位、空泡化频率以及细胞群体动态17。这种多模态方法涵盖了从宏观解剖观察到细胞分辨率的免疫组织化学分析,能够对疾病进展过程中胰腺病理变化进行全面分期。本研究详细描述了一项标准化方案,包括为期1周的适应性饲养、在成年大鼠中进行为期14周的肥胖诱导,以及优化的胰腺组织处理流程用于形态学分析,从而为研究脂肪变性相关的代谢紊乱建立了一个可靠的实验框架。
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动物处理程序已获得南京中医药大学动物伦理委员会批准(编号:202006A016),并符合ARRIVE(动物研究:体内实验报告)指南、伦理准则、《1986年动物(科学程序)法》操作指南及相关指南,以及欧盟用于科学目的动物保护指令2010/63。所有实验动物在解剖前均按照批准的啮齿类动物麻醉程序进行麻醉。该程序分为三个独立部分。
1. 建立肥胖大鼠模型
| 成分 | 含量 (g/kg) | 提供的主要营养素 |
| 普通粉状饲料 | 365 | 碳水化合物、植物蛋白、脂肪、维生素复合物、矿物质等基本营养供给 |
| 猪油 | 310 | 饱和脂肪酸、不饱和脂肪酸 |
| 酪蛋白 | 250 | 必需氨基酸 |
| 胆固醇 | 10 | 胆固醇 |
| 纤维素与矿物质混合物 | 60 | 纤维、钙、磷、钠等 |
| DL-蛋氨酸 蛋氨酸/蛋氨酸氨基酸 | 3 | 必需氨基酸 |
| 酵母 | 1 | B族维生素、β-葡聚糖等 |
| NaCl | 1 | NaCl |
表1:用于建立大鼠模型肥胖症(DIO)的特殊高脂饮食配方。 本表详细列出了本研究中模型组所使用的高脂饮食(HFD)的具体成分,该饮食从适应期结束开始给予,直至组织采集为止。
| 成分 | 含量 | 单位 |
| 水分 | 12.196 | % |
| 粗蛋白 (CP%) | 18.272 | % |
| 消化能 (DE) | 3.186 | Mcal/kg |
| 代谢能 (ME) | 2.939 | Mcal/kg |
| 净能 (NE) | 2.228 | Mcal/kg |
| 乙醚提取物 (EE%) | 4.417 | % |
| 粗纤维 (CF%) | 3.677 | % |
| 钙 (Ca%) | 0.991 | % |
| 总磷 | 0.681 | % |
| (总磷%) | ||
| 非植酸磷 | 0.19 | % |
| 食盐 | 0.407 | % |
| 赖氨酸 | 1.118 | % |
| 可消化赖氨酸 | 0.813 | % |
| 蛋氨酸 | 0.53 | % |
| 苏氨酸 | 0.779 | % |
| 色氨酸 | 0.221 | % |
| 铜 (Cu) | 22.06 | mg/kg |
| 铁 (Fe) | 173.69 | mg/kg |
| 锰 (Mn) | 102.1176 | mg/kg |
| 锌 (Zn) | 60.3687 | mg/kg |
表2:大鼠的标准维持饲料配方。 该表格列出了标准维持饲料的配方,所有大鼠在适应期均接受该饲料喂养,对照组在整个研究期间持续使用该饲料。
2. 组织采集
3. 胰腺免疫组织化学(IHC)染色
4. 蛋白质印迹(WB)分析
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我们描述了一种可重复的实验方案,用于建立一种能够稳定呈现脂肪性胰腺的简单肥胖模型(图1)。从动物喂养、组织采集到后续分子验证的整个流程在图1中以示意图形式进行了总结。记录了模型组(n = 5)和对照组(n = 5)的每周体重变化,在高脂饮食(HFD)喂养前,两组之间的体重无显著差异。而在喂食HFD后的相同时间段内,模型组的体重显著高于对照组,自第13周起体重增加超过20%(图2A)。请注意,图2中的W0表示适应性喂养结束后的起始时间点,W14则代表不同饮食喂养持续14周的时间段。如图所示,在初次分组后的0W时,两组间体重无统计学意义上的差异(P = 0.7318)。然而,在14W时,模型组的体重显著高于正常组,差异具有统计学意义(P < 0.0001),证实了模型建立成功(图2B)。我们主要以体重作为评估肥胖程度的标准。高脂血症和高血压...
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作为代谢综合征的主要驱动因素,单纯性肥胖是系统性脂质代谢紊乱的最初表现。若不进行干预,其可能进展为2型糖尿病(T2DM)及严重的糖尿病并发症,凸显了早期代谢纠正的必要性30。胰腺脂肪变性(脂肪胰腺)是肥胖中异位脂质沉积的早期标志,它重新定义了胰腺为一种非经典的脂肪器官,挑战了传统的脂肪-肝脏轴心学说。这一转变对于阐明器官间代谢交互作用具有重要意义,有助于揭示能量失衡机制,并预防肥胖相关疾病(如T2DM、非酒精性脂肪性肝病[NAFLD])31,32,33。新兴研究提出非酒精性脂肪性胰腺病(NAFPD)作为一种新的临床实体,与代谢综合征密切相关34。值得注意的是,儿童NAFPD与NAFLD的加速进展相关,表现为严重的肝脂肪变性、肝损伤和肝纤维化,因此NAFPD被视为T2DM、胰腺炎及脂肪肝疾病早期诊断和干预的战略性生物标志物3...
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作者声明无利益冲突。
本工作得到了第七批全国名老中医药专家学术经验继承工作继承人及指导老师项目、国家自然科学基金青年科学基金项目[资助号 82305376]、2024年度江苏省科技青年人才支持项目[资助号 JSTJ-2024-380]的资助。
流程图使用 FigDraw 和 Biorender 制作。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| <强>材料 | |||
| 1.5 mL 微型离心管 | 博奥森生物科技有限公司 | BS-15-M | WB |
| 2 ml 冻存管 | LABSELECT | CV-002-200-EX | WB |
| 2ml 研磨管 | 武汉赛维尔生物科技有限公司 | HT-200-M | WB |
| 3% H2O2 | Booster Electronics Technology Co., Ltd. | 20A23C | 免疫组织化学 |
| 4% 多聚甲醛 | 百奥舍生物工程有限公司 | BL539A | 灌注胰腺解剖手术 |
| 5% BSA 溶液 | Biofroxx | 4240GR100 | 免疫组织化学 |
| 50 mL 离心管 | 博硕生物科技有限公司 | BS-500-M | 组织保存 |
| AccuWest ECL Plus,Raegent A | 南京基因易生物科技有限公司 | Q201220 | WB |
| AccuWest ECL Plus,Raegent B | 南京基因易生物科技有限公司 | Q201220 | WB |
| 无水乙醇 | 上海 SCR-生物技术有限公司 | 10009257 | 免疫组织化学 |
| 抗兔 IgG,HRP 标记抗体 | Cell Signaling Technology, Inc. | 7074 | WB |
| cOmplete蛋白酶抑制剂混合物 | 罗氏有限公司 | 82256300 | WB |
| 盖玻片 | CITOTEST LABWARE MANUFACTURING Co., LTD | 10212450C | 免疫组织化学 |
| DAB显色液 | Booster Electronics Technology Co., Ltd. | AR2017-1 | 免疫组织化学 |
| 镊子 | 深圳瑞沃德生命科学有限公司 | SP0007-M | SD大鼠解剖 |
| 载玻片 | CITOTEST LABWARE MANUFACTURING Co., LTD | 188105 | 免疫组织化学 |
| 玻璃染色缸 | 上海碧云天生物技术有限公司 | FG010 | 免疫组织化学 |
| 苏木精 | 上海碧云天生物技术有限公司 | ST2067-20g | 免疫组织化学 |
| 高脂饮食 | 苏州双实实验动物饲料科技有限公司 | 表1 | 实验动物饲喂 |
| 盐酸酒精 | 上海碧云天生物技术有限公司 | C0163M | 免疫组织化学 |
| 异氟烷 | 深圳瑞沃德生命科学有限公司 | R510-22-10 | 麻醉的大鼠 |
| 甲醇 | Biofroxx | 67-56-1 | WB |
| MOPS 电泳缓冲液 液体 20× | 南京金斯瑞生物科技有限公司 | C36842504 | WB |
| 中性树胶 | 北京索莱宝科技有限公司 &科技有限公司 | G8590 | 免疫组织化学 |
| 中性树脂 | 上海 SCR-生物技术有限公司 | G8590 | 免疫组织化学 |
| PBS 溶液 | 江苏凯基生物技术股份有限公司 | KGL2206-500 | 组织保存 |
| Pierce BCA 蛋白检测试剂盒 | 赛默飞世尔科技公司,美国马萨诸塞州沃尔瑟姆 | ZB382867 | |
| Pierce BCA 蛋白质定量检测试剂盒 | 赛默飞世尔科技公司,美国马萨诸塞州沃尔瑟姆 | ZB382867 | WB |
| 蛋白酶抑制剂混合物 | 罗氏有限公司 | 82256300 | |
| PVDF膜(Immobilon-P Transfer Membrane,Millipore,0000380346) | 默克密理博 | 0000380346 | WB |
| RIPA裂解缓冲液 | 百奥锐生物工程有限公司 | BL504A, 70096436 | WB |
| SABC | Booster Electronics Technology Co., Ltd. | 20C03A | 免疫组织化学 |
| 生理盐水 | 山西晟高动物药业有限公司 | 270071460 | 组织保存 |
| SD雄性大鼠 | 江苏集萃药康生物科技股份有限公司 | D000017 | 大鼠 |
| 柠檬酸钠 | 默克生命科学 | S1804 | 免疫组织化学 |
| 标准维持饲料 | 苏州双实实验动物饲料科技有限公司 | 表2 | 实验动物喂养 |
| eBlot L2 平衡浓缩液 5× | 南京金斯瑞生物科技有限公司 | C97212410 | WB |
| eBlot L2 转移浓缩液 5× | 南京金斯瑞生物科技有限公司 | C97211504 | WB |
| Tris缓冲盐溶液,粉末 | 百奥锐生物工程有限公司 | BL602A | WB |
| Tween 20 | Biofroxx | EZ681A3EA8 | WB |
| urethane | Sigma-Aldrich 公司 | U2500-100G | 麻醉大鼠 |
| Vinculin 多克隆抗体 | Proteintech Group, Inc | 26520-1-AP | WB |
| 二甲苯 | 南京试剂有限公司 | C0430530223 | 免疫组织化学 |
| Young PAGE,Bis-Tris,10×8 | 南京金斯瑞生物科技有限公司 | C33152505 | WB |
| <强>仪器设备 | |||
| 麻醉机 | 深圳瑞沃德生命科学有限公司 | Model R5805 | 麻醉的大鼠 |
| 球磨机 | Retsch Technology GmbH - Microtrac | MM400 | WB |
| 离心机 | Eppendorf SE | 5418R | WB |
| 计算机化生物组织干燥仪 | 浙江金华科迪仪器有限公司 | SC2013-G-KIT | 免疫组织化学 |
| 增强型化学发光(ECL)试剂 | VILBER 生物成像 | 00170961 | WB |
| 切片机 | 赛默飞世尔科技公司,美国马萨诸塞州沃尔瑟姆 | HM325 | 免疫组织化学 |
| 微波 | 上海博迅实业有限公司 | 97000 | 免疫组织化学 |
| Mini-PROTEAN Tetra 系统 | 伯乐生命科学公司 | 1658004 | WB |
| 烤箱 | 上海晶鸿科学有限公司 | DNP-9082 | 免疫组织化学 |
| 纯水 | 四川优普超纯科技有限公司 | ULUP-TEZ | 免疫组织化学 |
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