В данной статье описывается использование клеток HepG2, индуцированных олеиновой кислотой, в качестве модели стеатотического заболевания печени, связанного с метаболической дисфункцией.
Методическая статья
* These authors contributed equally
В данной статье описывается использование клеток HepG2, индуцированных олеиновой кислотой, в качестве модели стеатотического заболевания печени, связанного с метаболической дисфункцией.
Распространенность стеатотической болезни печени, связанной с метаболической дисфункцией (MASLD), резко возросла из-за изменений в экономических моделях и образе жизни, что привело к серьезным проблемам со здоровьем. В предыдущих отчетах изучалось создание животных и клеточных моделей для MASLD, подчеркивая различия между ними. В этом исследовании клеточная модель была создана путем индуцирования накопления жира в MASLD. Клетки HepG2 стимулировали ненасыщенной жирной кислотой олеиновой кислотой в различных концентрациях (0,125 мМ, 0,25 мМ, 0,5 мМ, 1 мМ) для эмуляции MASLD. Эффективность модели оценивали с помощью анализа набора для подсчета клеток-8, окрашивания Oil Red O и анализа содержания липидов. Это исследование было направлено на создание простой в эксплуатации клеточной модели для клеток MASLD. Результаты анализа набора для подсчета клеток-8 показали, что выживаемость клеток HepG2 зависела от концентрации олеиновой кислоты с ГИ50 1,875 мМ. Жизнеспособность клеток в группах 0,5 мМ и 1 мМ была достоверно ниже, чем в контрольной группе (P < 0,05). Кроме того, с помощью окрашивания Oil Red O и анализа содержания липидов изучалось отложение жира при различных концентрациях олеиновой кислоты (0,125 мМ, 0,25 мМ, 0,5 мМ, 1 мМ) на клетках HepG2. Содержание липидов в группах 0,25 мМ, 0,5 мМ и 1 мМ было достоверно выше, чем в контрольной группе (P < 0,05). Кроме того, уровни триглицеридов в группах ОА были значительно выше, чем в контрольной группе (P < 0,05).
Стеатозное заболевание печени, ассоциированное с метаболической дисфункцией (MASLD), включает в себя целый ряд состояний, включая простой стеатоз, неалкогольный стеатогепатит (НАСГ), цирроз печени и гепатоцеллюлярную карциному 1,2,3,4,5,6, все они связаны с факторами, отличными от употребления алкоголя7. MASLD является наиболее распространенным заболеванием печени, вызванным метаболическим повреждением печени, поражающим почти четверть населения мира 8,9,10,11,12. Хотя точный патогенез MASLD до сих пор не выяснен, различные теории пытаются объяснить его развитие. Одно из преобладающих представлений предполагает отход от классической теории «двух попаданий» в сторону модели «множественных попаданий»1. Центральное место в этих гипотезах занимает роль инсулинорезистентности, которая, как полагают, имеет решающее значение в патогенезе MASLD13. Исследования показывают, что резистентность к инсулину в гепатоцитах приводит к повышению уровня свободных жирных кислот, впоследствии образуя триглицериды, хранящиеся в печени14,15.
Исследователи использовали модели как in vivo , так и in vitro для моделирования отложения жира в MASLD; Тем не менее, полное воспроизведение его патомеханизма остается сложной задачей. Несмотря на это ограничение, эти модели сыграли важную роль в изучении потенциальных терапевтических мишеней для MASLD. Тем не менее, разработка стабильной модели MASLD имеет решающее значение. Несмотря на то, что животные модели эффективны, они отнимают много времени и денег, что подчеркивает растущий интерес к клеточным моделям in vitro . В этих моделях часто используются одна или несколько свободных жирных кислот, таких как олеиновая кислота (ОА) и пальмитиновая кислота, для воссоздания MASLD, вызванной диетой. Среди них клеточная линия гепатобластомы человека HepG2 часто используется для создания in vitro клеточных моделей MASLD.
Индукция ОА стимулирует клетки HepG2 к репликации жирового отложения, аналогичного MASLD, методу с хорошо зарекомендовавшей себя историей. Цель данного исследования состояла в том, чтобы продемонстрировать жизнеспособность, окрашивание маслом Red O (ORO), содержание липидов и уровень триглицеридов (TG) в клетках HepG2, обработанных 0,25 мМ OA. Цель этого эксперимента состояла в том, чтобы предоставить дополнительные доказательства для развития исследований по моделированию МАЖБП.
ПРИМЕЧАНИЕ: Подробную информацию обо всех материалах, инструментах и реагентах, используемых в данном протоколе, см. в Таблице материалов .
1. Культура клеток
2. Влияние олеиновой кислоты на жизнеспособность клеток, измеренное с помощью набора для подсчета клеток-8
3. Окрашивание маслом Red O для наблюдения за внутриклеточным образованием липидных капель
4. Влияние различных концентраций олеиновой кислоты на общий триглицерид в надосадочной жидкости клеток HepG2
5. Статистический анализ
Влияние олеиновой кислоты на жизнеспособность клеток
Клетки HepG2 подвергались воздействию различных концентраций ОА (0 мМ, 0,125 мМ, 0,25 мМ, 0,5 мМ, 1 мМ), что приводило к снижению выживаемости клеток при 0,125 мМ, 0,25 мМ, 0,5 мМ и 1 мМ по сравнению с 0 мМ. Статистическая значимость наблюдалась при 0,5 мМ (P < 0,05) и 1 мМ (P < 0,05) по сравнению с 0 мМ. Результаты влияния ОА на жизнеспособность клеток, оцененные с помощью набора CCK-8, показаны на рисунке 2. Значение GI50 для клеток HepG2, обработанных ОА, было рассчитано как 1,875 мМ.
Окрашивание маслом Red O для наблюдения за внутриклеточным образованием липидных капель
Окрашивание ОРО является широко используемым методом визуализации липидов16,17. Следовательно, образование липидных капель в клетках HepG2, инкубированных с ОА в течение 24 ч, наблюдалось под микроскопом после окрашивания ОРО. Как показано на рисунках 3 и 4, интенсивность красного окрашивания в клетках, обработанных ОА, была выше, чем в необработанных. Красные липидные капли присутствовали в плазме клеток HepG2 после лечения ОА, при этом количество липидных капель и липидов увеличивалось с повышением концентраций ОА (рис. 5).
Влияние различных концентраций олеиновой кислоты на общий триглицерид в надосадочной жидкости клеток HepG2
Экспериментальные данные, представленные на рисунке 6, показали, что по сравнению с контрольной группой, обработка клеток HepG2 различными концентрациями ОА (0,125 мМ, 0,25 мМ, 0,5 мМ, 1 мМ) приводила к достоверному увеличению содержания ТГ в клеточной супернатанте в группе ОА (P < 0,05).

Иллюстрация 1: Технологическая схема окрашивания Oil Red O. Сокращения: OA = олеиновая кислота; OD = оптическая плотность. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Влияние олеиновой кислоты на жизнеспособность клеток, оцененное с помощью набора для подсчета клеток-8. Каждый столбик представляет среднее значение ± SD (n = 6). *P < 0,05. Сокращение: ОА = олеиновая кислота. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Окрашивание масляным красным цветом изображений нескольких временных точек (направления 3, 6, 9 и 12 часов). Образование липидных капель было обнаружено с помощью инвертированного микроскопа для культивирования клеток при 40-кратном увеличении. Масштабная линейка = 500 μм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Влияние олеиновой кислоты на капли липидов в клетках, оцененное с помощью окрашивания Oil Red O. Образование липидных капель было обнаружено с помощью инвертированного микроскопа для культивирования клеток при 40-кратном увеличении. Масштабная линейка = 250 μм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Влияние олеиновой кислоты на содержание липидов в клетках, оцениваемое по значению оптической плотности. Представлены относительные кратные изменения значений оптической плотности в разных группах. Каждый столбец представляет среднее значение ± SD (n = 16). *P < 0,05. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: Влияние различных концентраций олеиновой кислоты на общий уровень триглицеридов в надосадочной жидкости клеток HepG2. Относительные кратные изменения представлены в значении уровней триглицеридов в разных группах. Каждый столбец представляет среднее значение ± SD (n = 3). *P < 0,05. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
MASLD является клинико-патологическим синдромом, характеризующимся чрезмерным внутриклеточным отложением жира в гепатоцитах из-за факторов, выходящих за рамки алкоголя и других установленных агентов, повреждающих печень18. MASLD неразрывно связан с приобретенным метаболическим стрессом повреждением печени, в частности, связанным с резистентностью к инсулину и генетической предрасположенностью. Для эффективного изучения и скрининга препаратов на MASLD крайне важно выбрать подходящую экспериментальную модель. Создание клеточной модели особенно важно в исследованиях MASLD, способствуя более глубокому пониманию патологических механизмов и оценке новых эффектов лекарств.
Этот протокол описывает in vitro модель MASLD, созданную с помощью ОА-индуцированных клеток HepG2. Окрашивание ОРО и анализ содержания липидов служат критическими методами для создания этой модели. Кроме того, оценка жизнеспособности клеток и общего содержания ТГ в клеточных надосадочных зонтах имеет важное значение для оценки соответствующей концентрации ОА. Диагностическим критерием для MASLD является наличие более 5% ТГ, хранящихся в клетках печени19,20. Модели клеток MASLD в основном опираются на клетки HepG2 21,22,23,24,25,26,27,28, известные своим успешным использованием при построении моделей жировой дегенерации печени в различных отечественных и международных исследованиях. Несмотря на происхождение из клеток гепатомы, клетки HepG2 имеют много общих фенотипических характеристик с гепатоцитами и легко культивируются иразмножаются. Такие тесты, как набор CCK-8, окрашивание ORO, содержание липидов и измерение общего ТГ, предлагают простые, объективные и разумные подходы к оценке жизнеспособности клеток, накопления жира и содержания липидов у испытуемых. В этом контексте ОА согласуется с патогенезом MASLD31, где избыточная энергия сохраняется в форме липидов, когда потребление энергии превышает потребление.
Исследователи использовали OA 23,28,31,32,33, пальмитиновую кислоту34,35 и комбинации олеиновой/пальмитиновой кислоты26,36 для воспроизведения модели MASLD. Как пальмитиновая кислота, так и ОА способствуют жировой дистрофии печени и накоплению ТГ. Пальмитиновая кислота, наиболее распространенная насыщенная жирная кислота в организме человека, проявляет значительную липотоксичность, приводя к накоплению липидов в гепатоцитах, увеличению внутриклеточных активных радикалов кислорода и гибели или некрозуклеток. И наоборот, ОА приводит к более выраженному внутриклеточному отложению ТГ (рис. 6) и меньшей клеточной модуляции38. Таким образом, исследователи часто используют ОА-индуцированные клетки HepG2 для создания in vitro моделей MASLD. Как описано в пункте 2.2.2 протокола, крайне важно нагреть решение открытого доступа при его добавлении. В этом исследовании окрашивание ORO и анализ содержания липидов были основаны на отложении липидов в клетках HepG2, что эффективно поддерживает исследование моделей MASLD in vitro со сложными механизмами и сокращает время и стоимость, необходимые для исследований.
ORO легко связывается с TG в форме капель, образуя окрашивание от оранжевого до красного, указывающее на жир, с интенсивностью цвета в зависимости от концентрации липидов. Однако окрашивающий раствор ORO нестабилен и склонен к выпадению осадков, что делает его непригодным для предварительного приготовления. Таким образом, окрашивающий раствор ORO был приготовлен после этапа протокола 3.2, с соблюдением мер предосторожности для предотвращения воздействия света во время подготовки и инкубации (этапы протокола 3.2, 3.3). На этапе протокола 3.5 выбор изображений в нескольких временных точках (3, 6, 9 и 12 часов) представляет собой ключевую модификацию эксперимента, которая имеет важное значение для повышения точности результатов. Несмотря на то, что повышенные концентрации ОА влияют на выживаемость клеток, что является ограничением данного метода, было продемонстрировано, что соответствующая концентрация ОА обеспечивает жизнеспособность клеток.
В этом исследовании использовался комплексный подход с использованием набора CCK-8, окрашивания ORO, анализа содержания липидов и измерения общего TG для создания и валидации модели MASLD. Набор CCK-8 был использован для оценки влияния лекарств на жизнеспособность клеток, что послужило важным этапом валидации. В будущем эта модель является перспективной для скрининга лекарственных препаратов и исследования механизмов, направленных на понимание патогенеза MASLD и выявление потенциальных терапевтических мишеней. Для дальнейшего обеспечения качества и надежности валидации уровни экспрессии белков-мишеней, задействованных в модели, будут проанализированы с использованием вестерн-блоттинга и количественного анализа полимеразной цепной реакции.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Настоящее исследование было предоставлено в рамках программы «Исследование по ключевым вопросам лечебного эффекта кумыса на региональные болезни монгольской медицины» в 2018 году при поддержке проекта программы «Наука и технологии» Департамента науки и технологий автономного района Внутренняя Монголия.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,22 & микро; m фильтр | Millex | ||
| 0,25% Трипсин-ЭДТА (1x) Трипсин-ЭДТА | Gibco | 25200-056 | |
| 0,45 &; m фильтр | Millex | ||
| 2 мл Кригенные флаконы | CORNING | 430659 | |
| 25 см2 Колба для клеточных культур | CORNING | 430639 | |
| 6-луночный планшет для клеточной культуры | CORNING | 3516 | |
| 96-луночный планшет для клеточной культуры | CORNING | 3599 | |
| Планшет для анализа крови | Shanghai Jing Jing Биохимический реагент & Instrument Co. | ||
| Набор для подсчета клеток-8 анализов | Beijing Solarbio Science & Технологическая компания, ООО | Инкубатор CA1210-1000T | |
| CO2 | NUAIRE | NU-5710E | |
| Диметилсульфоксид ДМСО | Пекин Соларбио Наука и Технологическая компания, ООО | D8371 | |
| Модифицированная среда Dulbecco Eagle | Gibco | 8122691 | |
| оборудование для мечения ферментов Tecan | Spark | ||
| Фетальная бычья сыворотка, сертифицированная | Gibco | 10099141 | |
| клеток HepG2 | Пекин Северный Китай Чуанлянь Научно-исследовательский институт биотехнологии (BNCC | )221031 | |
| Человеческий триглицерид (ТГ) ИФА инструкция | Нанкинский институт биоинженерии Цзячэн | 20170301 | |
| Инвертированный микроскоп для клеточных культур | Leica | DMi1 | |
| Изопропанол | Тяньцзинь Чжиюань Химический реагент Ко. | ||
| Набор для красных пятен, для культивируемых клеток | Beijing Solarbio Science & Технологическая компания, ООО | G1262 | |
| Олеиновая кислота | Сангон Биотек (Шанхай) Ко., Лтд. | ||
| Пенициллин, стрептомицин, | программное обеспечение | ||
| SPSS 24.0 | Statistics |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение