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非酒精性脂肪性肝病动物模型简述

2020年06月19日 浏览量: 评论(0) 来源:赛业生物 作者:小赛 责任编辑:admin
摘要:非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种无酒精滥用的肝病综合征,包括单纯性脂肪肝、脂肪性肝炎、脂肪性肝纤维化和肝硬变。可从单纯性脂肪肝经非酒精性脂肪性肝炎(NASH)发展为肝纤维化,甚至导致肝硬化、肝细胞癌(HCC)或肝功能衰竭等终末期肝病。

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种无酒精滥用的肝病综合征,包括单纯性脂肪肝、脂肪性肝炎、脂肪性肝纤维化和肝硬变。可从单纯性脂肪肝经非酒精性脂肪性肝炎(NASH)发展为肝纤维化,甚至导致肝硬化、肝细胞癌(HCC)或肝功能衰竭等终末期肝病。 

根据Younossi等人的研究,“NAFLD是世界范围内肝脏疾病最重要的原因之一,并且很可能在未来几十年成为终末期肝病的主要原因,这种疾病会影响成人和儿童。” 

PNPLA3基因型 

图1. 全球NAFLD大概的患病率和PNPLA3基因型的分布 

NASH诊断的金标准是肝脏活组织检查,但是这种方法非常具有侵入性。NAFLD患者的肝酶有时是正常的。虽然超声波可以检测到脂肪肝,但它无法检测纤维化或炎症。目前还没有针对NAFLD的批准治疗方法,因此研究不仅针对NASH治疗药物的开发,还针对新的诊断方法,制药和生物技术公司正在大力投资NAFLD / NASH研究。

 

动物模型在阐明非酒精性脂肪肝的病理生理机制以及新药的开发中起着重要的作用。临床前研究需要根据研究的特定NAFLD表型使用不同的动物模型。NAFLDNASH的临床前动物模型可分为四类:饮食诱导模型、化学物质诱导模型、基因编辑模型、复合模型。 

1、饮食诱导模型 

给予动物高脂、高糖饲料喂养建立的脂肪肝模型,其主要发病机制是营养过剩,食物中脂类、胆固醇和(或)糖类过量,无法完全吸收利用,脂类堆积于肝而引发脂肪肝,进一步出现肝炎性改变及纤维化。该模型与人类NAFLD 相似,是最常见的NAFLD动物模型。不同的饮食诱导模型具有不同的特点。饮食诱导模型的一个挑战可能是在开始研究之前需要较长的时间造模。 

 

饮食诱导模型

表1. 不同的饮食诱导模型的特点 

2、化学物质诱发模型 

小剂量链脲佐菌素结合高脂饮食,已被用于制备小鼠的NAFLD,可导致脂肪变性,炎症,纤维化甚至肝细胞癌。四氯化碳(CCl4)可造成肝损伤,可单独施用或配合高脂饮食来诱发脂肪肝或肝纤维化。其机制主要是CCl4诱导肝脏发生氧化应激反应,导致有害的脂质和蛋白质过氧化产物不断产生和积累,并发生严重的坏死反应,从而导致肝细胞结构和功能破坏。这种方法造模时间较短,但是发病机制、病程变化及组织学形态与人类脂肪肝存在较大差异,并且药物毒性强,易致动物死亡。 

3、基因编辑模型 

肝细胞脂肪的生成与清除受多种基因的调控,其突变、缺失、过度表达或修饰都可能影响脂肪的代谢,从而形成脂肪肝,对动物的基因进行人为干预,就可改造出NAFLD动物模型。 

基因编辑NAFLD模型

2. 不同的基因编辑NAFLD模型的特点 

对于NAFLD的发病机制,“二次打击”学说是一种得到广泛接受的理论。其中第一次打击是指胰岛素抵抗导致的肝脂肪变性,第二次打击是指氧化应激、炎症因子和内毒素等因素。

ob/ob小鼠存在obLepo)纯合突变,发生肥胖和脂肪变性;db/db小鼠或Zucker大鼠则由于db基因或fa基因(瘦素受体编码基因)突变,导致瘦素受体丧失功能,引起瘦素抵抗出现与ob/ob小鼠相似的遗传表型。但是这些模型无法从肝脂肪变性自发过渡到脂肪性肝炎,需要结合饮食或化学物质诱导进行二次打击以进展到NASH表型。

PTEN是一种参与肝细胞脂肪酸β氧化和甘油三酯合成的脂质磷酸酶,在细胞凋亡、细胞增殖分化、肿瘤形成等信号通路中为负调节因子。Sato W等发现肝特异性PTEN基因敲除小鼠可出现与人NASH相似的肝损伤,这类小鼠在出生10 周后可相继发生脂肪性肝炎、肝纤维化以及肝腺瘤,最后66%的小鼠并发HCCPPAR-α是肝内参与调节线粒体和过氧化酶体β-氧化基因转录的转录因子,可调节ATP 的产生。MTP是线粒体脂肪酸β-氧化的关键酶。AOX是过氧化物酶体长链脂肪酸β-氧化的限速酶,并能产生过氧化氢。对这些基因进行改造均可影响脂肪酸β-氧化来制备NAFLD模型。 

甲硫氨酸腺苷转移酶1A(MAT-1A)是肝脏特异性的甲硫氨酸代谢的限速酶,能催化肝脏中主要的甲基供体S-腺苷甲硫氨酸的形成。MAT-1A敲除小鼠体内的抗氧化物(如谷胱甘肽)减少,参与肝脏脂质氧化的基因表达下调。 

通常用于动脉粥样硬化研究的Apoe基因敲除小鼠在喂食高脂肪,高胆固醇饮食时可以产生NASH表型,如脂肪变性,炎症和纤维化。 

基因编辑和化学物质诱导的方法可以更快地造模,但是模型可能与疾病诱导机制无关。 

4、复合模型 

前面三种模型均不能完全模拟人类NAFLD的发病机制,其表型与人类NAFLD存在差异。许多学者把基因编辑模型与饮食或药物诱导相结合产生复合模型,使复合模型的表型和发病机制与人类NAFLD更接近,并能反映疾病从单纯性脂肪肝向NASH进展,NASH向肝纤维化进展的过程。 

最常用的复合模型:

ob/ob小鼠+蛋氨酸胆碱缺乏饮食(MCD),db/db小鼠+蛋氨酸胆碱缺乏(MCD)饮食,Zucker大鼠+蛋氨酸胆碱缺乏(MCD)饮食/高脂饮食。这些模型均能形成典型的NAFLD组织学改变。 

db/db小鼠+MCD饮食模型比ob/ob小鼠+ MCD饮食模型炎症及细胞周围纤维化更严重,且建模周期明显缩短,所以db/db小鼠+MCD饮食模型应用较多。

复合模型可最大程度地模拟人类的NAFLD,病理变化显著,但是建模过程稍复杂。 

不同的方法制备的脂肪肝动物模型的表型和形成机制各异,按照研究的目标选择最适合的动物模型,并将该NAFLD模型的并发症等考虑在内,就不会影响动物模型的使用。尽量选择与人类NAFLD相似、方法简单、成功率高、动物死亡率低、造模时间短和重复性好的实验模型。文中提到的NAFLD / NASH模型并非详尽无遗,如果您的研究需要用到基因编辑鼠,欢迎咨询我们。 

参考文献:

  1. 马富超,张泉洋,王帅,吴崇明,郭鹏.非酒精性脂肪性肝病动物模型研究进展[J].国际药学研究杂志,2017,44(05):409-414.

  2. 刘革新,肖新华.非酒精性脂肪性肝病的动物模型及其选择[J].中国社区医师,2015,31(26):5+9.

  3. Younossi, Z.; Anstee, Q. M.; Marietti, M.; Hardy, T.; Henry, L.; Eslam, M.; George, J.; Bugianesi, E. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology 2017, 15 (1), 11-20.

  4. Nonalcoholic Fatty Liver Disease & NASH: National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases.

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  6. chierwagen, R.; Maybüchen, L.; Zimmer, S.; Hittatiya, K.; Bäck, C.; Klein, S.; Uschner, F. E.; Reul, W.; Boor, P.; Nickenig, G.; Strassburg, C. P.; Trautwein, C.; Plat, J.; Lütjohann, D.; Sauerbruch, T.; Tacke, F.; Trebicka, J. Scientific Reports 2015, 5 (1).

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