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Nature Medicine: NAFLD/NASH实验模型篇
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上期小编整理了非酒精性脂肪肝（NAFLD）临床特点、机制、治疗等方面内容，本期小编针对NAFLD/NASH研究中的体内/体外研究模型进行归纳总结。 基于临床NAFLD的复杂性，为了更好地阐明疾病的发病机理、寻找潜在治疗靶点、评估单独或联合用药的治疗潜力，临床前有效、安全的体外和体内模型理论研究是必须的。目前NAFLD/NASH研究模型有哪些模型可以进行选择，根据Scott L. Friedman团队发表在Nature Medicine期刊上的《Mechanisms of NAFLD development andtherapeutic strategies》进行归纳总结。 体外组织工程模型 NAFLD的体外模型包括暴露于不同脂质的简单细胞培养以及基于灌注或不灌注模拟血流的3D多细胞组织模型。类似3D培养的层状共培养、球状体、微图案表面、人工精确切割及生物打印等多种方法被用来复制模拟肝脏内完整结构。尽管这些模型大多被运用于候选治疗药物在不同条件下的毒性，但有些已经被进一步改造来重建类似NASH的条件。最常用的包括1）利用人类肝脏切片通过短期(3天)培养来评估体内多细胞结构对药物的转录反应，但缺点是来自NASH患者的组织非常难获取；2）当灌注游离脂肪酸时，基于HepG2细胞的器官生物打印系统会发生脂肪变性，然而该系统也存在局限性，即单独HepG2细胞不能模拟完整肝脏多细胞环境；3）另一种体外系统为体外肝脏工程模型，该系统对包括人类原代肝细胞、星状细胞和Kupffer细胞的微流体腔室灌注游离脂肪酸、葡萄糖胰岛素和炎性细胞因子来模拟NASH。该系统可以反映出NASH中转录组、细胞信号及生理病理变化，包括脂质新生、糖异生、氧化应激、炎症因子和纤维化细胞因子产生以及星状细胞激活。 动物模型 目前，NASH动物模型可通过饮食诱导、基因改变或者多种手段共同干预的方式建立。尽管许多模型会出现肝脏内脂质积累，但并非所有的NASH患者都通过该途径诱发。很多模型在组织病理上的变化与临床NASH很相似，但是肝脏的代谢、转录特点可能并不一致。因此动物模型不应仅在组织学上还应该在蛋白质组、脂质组和转录组等基础上评估模型与临床疾病的相关性。其中一些转录组特征包括免疫信号、脂质代谢、糖代谢改变。 利用与临床肥胖相似的营养结构饮食引起的肥胖模型是一类很受欢迎的NASH模型。然而，高脂肪饮食诱导的C57Bl/6J小鼠并不能一致性地发展成脂肪肝或晚期纤维化。NASH小鼠模型中，有必要在饮食中添加1-2%胆固醇实现动物肝脏胆固醇水平与临床肝脏胆固醇水平一致。另外，也有方法采用链脲霉素破坏小鼠胰腺胰岛细胞，但该方法却不能完整的、系统的重现临床2型糖尿病胰岛素抵抗代谢失衡的现象，因此也不能充分的重现临床NASH表型。正常小鼠（比如C57/BL6）给予蛋氨酸-胆碱缺乏饮食（MCD）和胆碱缺乏、L-氨基酸补充（CDAA）的饮食可以形成与NASH相似的病理组织如肥胖、炎症、纤维化。然而，胆碱缺乏饮食诱导的模型与临床NASH发病机制无关，因为胆碱缺乏会阻止肝脏脂质合成通路。此外，小鼠模型会出现体重下降而不是升高的特点，同时也不会出现胰岛素抵抗现象，而临床NASH患者也不会出现胆碱缺乏。这些强调了动物模型中肝脏甘油三酯积累的潜力，但在病理生理学上却无法模拟临床NASH。其他因素，比如环境温度，也可能会影响NASH动物模型的疾病程度，当喂养高脂食物时，在热中性环境条件下饲养更符合人类疾病状态。 首选NASH基因动物模型应该是ob/ob（瘦素缺乏）和db/db（瘦素受体缺乏）基因小鼠、Zucker (fa/fa)大鼠模型、foz小鼠（Alstrom syndrome 1基因缺乏）和其他转基因或基因敲除小鼠。近来，研究发现C57Bl/6J小鼠与s129/SvlmJ小鼠（一种通常用于复制靶向基因突变的老鼠）杂交后代会发展成肥胖、胰岛素抵抗、低脂联素血症、脂肪组织炎症、血脂异常症状，NAFL，直至发展成进行性NASH 、纤维化和癌症，而疾病过程中的细胞信号、转录组及脂质组改变与临床NASH很相似。此外，采用西方饮食及每周腹腔注射CCl4（肝毒素，可放大损伤和纤维化）诱导的NASH动物模型也与临床NASH高度相似。这两种动物模型复制出NAFLD的发展进程：从单纯性脂肪变性到NASH继而发展成肝硬化和肝癌，而无需添加额外的致癌物质（如二乙基亚硝胺）。 小结 除了上述动物模型外，其他动物物种，从斑马鱼、果蝇到Ossabaw猪已经应用于NASH研究，但这些模型研究结果的可转化性（如斑马鱼）及饲养条件等问题（如猪）限制了这些模型的应用。选择何种动物模型进行临床前研究都应该结合自己的科研目的进行选择。不管选择何种模型，都不应只停留在动物模型疾病表征上进行衡量，更应在转录、代谢等水平进行考量。如何高效、突破性的探索发现NASH有效诊治方法仍然依赖于连接微生物组、肝代谢及肝损伤、肥胖和代谢综合征等系统性结果的生物医学基础研究。 Friedman SL, Neuschwander-Tetri BA, Rinella M, Sanyal AJ. Mechanisms of NAFLD development and therapeutic strategies. Nat Med. 2018 Jul;24(7):908-922. |
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