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酒精性肝病动物模型的研究进展

来源:个人技术集锦
安徽医药Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2010 Jul;14(7) ・745・ ◇综述与讲座◇ 酒精性肝病动物模型的研究进展 王玲 ,孙妩弋 ,姜玲 ,魏伟 230001) (1.安徽医科大学,临床药理研究所,抗炎免疫药理学省部共建教育部重点实验室,抗炎免疫药理学 安徽省重点实验室,抗炎免疫药物安徽省工程技术研究中心;2.安徽医科大学附属省立医院,安徽合肥摘要:酒精性肝病(alcohol liver disease,ALD)的发病机制较为复杂,目前尚不清楚,可能与酒精及其代谢产物对肝脏的毒性作 用、氧化应激、内毒素、免疫异常等多种因素有关。为了深入研究酒精性肝病的发病机制和筛选防治酒精性肝病的药物,酒精性 肝病动物模型的选择至关重要,本文就酒精性肝病动物模型的研究现状作一简要综述。 关键词:酒精性肝病;动物模型 Advances in animal model of alcoholic liver disease WANG Ling ,SUN Wu.yi ,JIANG Ling。 ,WEI Wei (1.Institute of Clinical Pharmacology,Anhui Medical Unwe ̄i@,Key Laboratory foAntiinlfammatory and Immunopharmacology of Education 孵,Anhui Key.Laboratory foAntiinlfammatory andlmmunopharmacology,Anhui Center foEngir ̄ngfor Antiinlfammatory and Immunodrugs,Hefei 230032;2.Department ofPharnmcy,The狮Z d Pr ̄incial Hospital foAnhui Mecial University,Hefei 230001) Abstract:The pathogenesis of alcohol liver disease(ALD)is not completely understood.At present,the causes were concerned as fol— lows:toxicity of alcohol and its metabolites to liver,oxidative stress,endotoxin,immune abnormalities,and SO on.In order tO explore the mechanism and screen drugs for ALD,it is very important tO choose the optimal animal model of ALD.The advances in animal model of ALD were summarized in this article. Key words:alcoholic liver disease;animal model 过量长期饮酒可导致多种酒精性肝病,包括脂肪肝、酒精 可,所用乙醇一般来源于市售白酒,也有用分析纯级别的乙醇 性肝炎、酒精性肝纤维化、酒精性肝硬化,甚至发展为肝 造模。该模型可用于药效学的初步判断。 癌 J,其病理过程呈渐进性,亦可同时并存。为了研究酒精 1.1灌胃法赵静波等 用Wistar大鼠,白酒灌胃组按0.7 性肝病的发病机制和筛选防治酒精性肝病的药物,选择与人 ml/100 g每f3灌56度白酒2次;酒精腹腔注射组按2 ml/ 类酒精性肝病相似的动物模型具有十分重要的意义。迄今为 100 g每日注射18%(v/v)的乙醇溶液2次,持续10 d。结果 止,国内外学者进行了大量的动物实验 ,运用不同方法建 表明白酒灌胃优于酒精腹腔注射。此法比较符合人体摄人酒 立的模型具有不同特点,本文就建立酒精性肝病动物模型的 精的方式,剂量充足,可多次灌胃,保证酒精的吸收,避免腹腔 造模方法、可能的机制、适用范围或优缺点等作一简要综述。 注射因酒精的刺激出现硬块等缺点。缺点是无法估计吸收 1急性酒精性肝病模型 率,但可通过测量血中乙醇浓度加以弥补。 该模型用肝及血中的某些化学指标改变为主要特征,如 1.2尾静脉注射法陈韶华等 用SD大鼠按0.3 g・kg 肝组织丙二醛(mal0ndialdehyde,MDA)显著升高,还原型谷胱 和0.7 g・kg 尾静脉注入无水乙醇,4 h后,股静脉采血后处 甘肽(glutathione,GSH)明显降低,脂滴显著增加,血清甘油三 死大鼠,检测血清中一氧化氮(Nitirc Oxide,NO)水平、丙氨酸 酯(triglyeeride,TG)明显升高等,并有轻度的脂肪变性及炎性 转氨酶(alnainetransaminase,ALT)、天冬氨酸转氨酶(aspartate 细胞浸润。其主要形成机制 可能有:(1)一次大量摄入乙 aminotransferase,AST)。结果表明急性乙醇摄人导致NO水平 醇,急性乙醇中毒时脂肪动员增加,同时伴有高脂血症;(2) 改变,且与AST/ALT比值呈一致趋势,说明NO在急性乙醇 NADI-I/NAD比率增大,导致三羧酸循环及脂肪的氧化受抑 性摄入引起的肝脏损害中起一定作用。此法的优点是可以测 制,肝中脂肪酸氧化降低;(3)大量摄取乙醇时脂蛋白的合成 算血中乙醇浓度;缺点是其吸收方式不符合人体摄入酒精的 及分泌减少;(4)乙醇大量进入机体后在乙醇脱氢酶催化下 方式。 形成乙醛,它与细胞内大分子如蛋白质、DNA形成加合物,可 2慢性酒精性肝病模型 引起免疫原作用。 酒精在肝脏的代谢途径主要有两条:(1)经乙醇脱氢酶 此模型造模时间短,一般只需10 d,操作方便,大小鼠均 (alcohol dehydrogenase,ADH)氧化为乙醛,然后经乙醛脱氢酶 (aldehyde dehydrogenase,ALDH)氧化为乙酸;(2)经微粒体中 基金项目:安徽省高校首批科技创新团队基金(No 2005TD003);高校 细胞色素P450 2El(Cytoehrome P450 2El,CYP 2E1)为主的 博士点科研基金(No 20060366003);安徽省研究实验基地优 微粒体乙醇氧化系统(mierosomal ethanol oxidizing system, 秀中青年科研带头人基金(No 200622805) MEOS)和过氧化氢酶(eatalase)氧化为乙醛。影响该模型建 作者简介:王玲,女,硕士研究生 立的因素有所选动物、饮食、给酒浓度、附加因素等。鉴于此, 通讯作者:姜玲,女,教授,硕士生导师,研究方向:临床药学,E—mail: 建立此类模型除需要不断给予酒精之外,不同的研究者应用 ahslyyjl@126.con 高脂低蛋白物质,以及吡唑、铁等抑制肝细胞功能,影响乙醇 ・746・ 安徽医药Anhui Medical and Pharmaceutwal Jo“m0 2010 Jul;14(7) 代谢的物质以促进酒精性肝损伤的发生和发展。随造模时间 的延长,可观察到酒精性肝病渐进的病理过程。 2.1直接饮用酒精王晓红等 给SD大鼠自由饮用酒精 饮料(其中拌有15%白糖),按照5%、10%、15%、20%、 该模型病变符合进行性酒精性肝病的演变规律,造模效 果好,缺点是酒精不符合正常摄人过程,并且制作此模型需要 技术上的特别训练、维护复杂、成本高,且至今尚未形成酒精 性肝硬化模型。 25%、30%、35%、4JD%(v/v)逐渐递增,每个浓度均持续一周, 2.5诱发慢性酒精性肝病模型形成的附加因素酒精性肝 40%时,持续4 W,造模时间共12 W。结果发现肝小叶内出现 大量脂肪变性和细胞水肿,汇管区域伴有部分炎细胞浸润及 点状坏死。还有局部轻度或中度肝纤维化。采用生理方式喂 食酒精建立模型,与临床中酒精性脂肪肝患者发病过程相似, 病确切的发病机制尚不十分清楚,但目前普遍认为乙醇及其 代谢产物对肝脏的损伤以及通过影响免疫因素、氧化应激、脂 质过氧化、细胞因子产生等在发病过程中发挥着重要作 用 13],亦有人提出以氧化应激和脂质过氧化为中心的“二次 有良好的模仿性,简单易行,但不易控制酒精摄入量,同时因 大鼠厌酒且大鼠肝脏对酒精的代谢能力较强,容易对酒精形 成耐受,故难以保持血中较高的酒精浓度,因此造模时间较 长,成功率不高。 2.2酒精灌胃 此法是目前应用最多的建模方法,该法比生 理喂食酒精繁琐,但可控制酒精摄人量,一天1~2次灌胃酒 精维持血中乙醇浓度,造模成功率较高。给酒量一般为9 ml ・kg 体重(4o。~56。的酒),每天分2次给酒,可避免一次给 酒量太大导致大鼠中枢麻痹或呼吸不畅而死亡。 周宁等 每天给SD大鼠按7 g・kg 体重灌胃56%的 酒精,结果第24周时观察到了除酒精性肝硬化外酒精性肝病 的各种病理表现,随着酒精刺激时间的延长肝纤维化程度逐 渐加重。肝细胞脂肪变性与炎症坏死同时存在,支持了ALD 各种病理改变并存的观点。但早期以酒精性肝炎为主要表 现,随着酒精刺激时间延长,脂肪肝的程度有所加重,并逐渐 出现肝纤维化。 2.3 Lieber-Decarli液体食料为保持较高的血醇浓度、保 证长期摄取足量酒精与营养、并有效排除因长期摄取酒精而 引起的营养障碍,Lieber-Decarli等于1965年提出含全营养素 和酒精的液体食料。研究发现酒精性脂肪肝的严重程度与液 体食料中脂肪含量有关,25%热量的脂肪是液体食料中脂肪 比例的最低限 J。该液体食料中包括粉末状酪蛋白、玉米 油、橄榄油、右旋糖酐(聚葡萄糖)等9种成分,其中酒精的摄 入量为l2~18 g・kg~・d~,占总热量的40%左右。该模型 简便易行、形成率高、稳定性好、可用于研究营养因素对酒精 肝的影响,但动物须单独饲养,成本较高。 Donohue等 喂饲C57BL/6J小鼠含酒精热量占29.2% 的Lieber,Decarli酒精液体饲料(橄榄油、红花油、玉米油各占 12%),7周后肝损伤血清学指标增加,肝组织高度脂肪变性。 2.4 Tsukamato.French模型 1984年Tsukamoto—French等 给sD大鼠手术植入胃管,持续注入含酒精液体食料(酒精占 总热量的47%),制作了酒精性肝病模型。该模型使用长期 植入胃管,使大鼠酒精摄入量达到16.5 g・kg~・d~,使血 醇浓度维持在5O.80 mmol・L ,且呈现周期性变化,血液 中的酒精浓度并不随灌注酒精浓度的变化而变化 。此方 法动物死亡率较低,液体饲料与酒精分别从不同的管道以相 同速度持续泵入,既可有效控制动物的营养摄人,又可保证血 中较稳定的乙醇浓度(一般为2~3 g・L ),实验重复率较 高。在12~16 W时可形成肝纤维化,可以用于研究酒精与营 养因素之间的相互作用。研究发现液体食料中食物脂肪的量 及种类与酒精性肝病的形成有密切关系。食鱼油比食玉米油 更易引起肝细胞坏死,且纤维化程度更强,而食动物油几乎观 察不到肝损伤病变u 。 打击”假说 。有学者认为,酒精性肝病的发生除酒精本身 (或其代谢产物)的毒性作用外,营养因素、遗传因素及细胞 免疫异常等因素均可能有促进作用。基于此,研究人员对以 上模型进行改进,加入肝损伤的诱发因素。 2.5.1 酒精加脂类许多学者认为高脂低蛋白饮食有利于 ALD的形成,但究竟是何种脂类则存在不同观点,有人认为 是食物脂肪,也有认为是橄榄油等脂类。Nanji AA等 研究 发现,亚油酸为重要因子,富含亚油酸的鱼油、玉米可明显诱 导CYP 2El的活化。French等 指出,肝脂肪化与脂肪量相 关增加,而纤维化仅在喂饲脂肪含量>25kca1%的大鼠中出 现。杨致富等 喂饲Wistar大鼠含脂肪20%的颗粒饲料,经 胃造瘘手术3 d后经胃造瘘管注入40%(v/v)的酒精,每次2 frLl。一日3次,逐渐增至每次3 rnl。其借鉴Tsukamoto-French 大鼠模型,辅以高脂饲料,随着酒精摄入量的增加,酒精性肝 病的各种病理过程均出现。4周可见酒精性脂肪肝和酒精性 肝炎的病理改变,主要以变性为主。12周组中,肝细胞坏死 比例增加,小部分出现了纤维化。 2.5.2酒精加吡唑吡唑是肝内ADH的抑制剂,同时灌注 吡唑和酒精后,肝细胞除受高浓度的酒精刺激外,吡唑加强了 乙醇的非ADH途径(主要依赖CYP450的MEOS途径)的代 谢,而该途径产生的乙醛代谢较ADH途径慢,可以延缓酒精 在肝内的代谢时间,增高的乙醛毒性大于乙醇,它可以抑制肝 细胞微管组合及蛋白质的分泌而导致肝坏死,形成接近于人 酒精性肝病的动物模型。关于吡唑的用量,目前看法不一,在 Lieber等的实验中,平均每只大鼠的摄人量是(64.8±1.4)mg ・kg・d~,结果动物肝脏出现了比较明显的坏死。河福金 等 的实验中吡唑用量是27.2 mg・kg・d~,4周后,80% 左右的动物形成酒精性肝炎。丁霞等“ 用纯系Wistar大鼠, 每天灌胃白酒.玉米油.吡唑混合液,并间断给予高脂饲料。 其中酒的摄入量为8—12 g・kg~・d一,随时间的延长而递 增;玉米油的摄入量为2 g・kg~・d~;吡唑的摄人量为24 mg・kg~・d~。l2周后造模大鼠均形成不同程度的肝纤维 化,主要为轻度和中度酒精性肝纤维化。 2.5.3酒精加四氯化碳(CC1 )给予Wistar大鼠酒精(10 ml・kg~・d )、玉米油(2 m1.kg~・d )、吡唑(25 mg・ ・d )混合物灌胃,早晚各1次。第2周起按0.3 ml・ ・d 剂量予以腹腔注射微量CC1 橄榄油溶液(co4:橄 榄油=1:3),2次/周。结果:第6周时表现为轻度脂肪变性, 窦周细小纤维化,第8周,肝细胞脂肪变性,胞内出现大脂滴, 少量肝细胞内可见小脂滴,同时伴有炎性细胞浸润,汇管区和 窦周纤维沉积增加,第10周,肝细胞脂肪变性及炎性细胞浸 润程度均加重,汇管区和窦周纤维沉积明显增加,第12周,肝 细胞脂肪变性消失,炎性细胞浸润加重,可见桥接坏死,肝细 安徽医药Anhui Medical and Pharmaceutical Journal 2010 Jul;14(7) 充满小空泡。 3其他动物模型 ・747・ 胞周围纤维沉积增加,中央静脉周围、汇管区胶原纤维向小叶 内延伸。微量CC1 处理组大鼠未见肝脏炎症和纤维化 。 该模型以酒精为主导因素,用吡唑延缓酒精在肝内的代 谢时间,以此造成较严重的酒精性肝损伤,诱发肝纤维化的形 成。微量CC1 联合酒精可以起到协同的作用 ,而单用微 目前,广泛应用大小鼠建立模型,国外也有研究者根据动 物本身特点选取豚鼠、微猪、狒狒等研究酒精性肝病积累了大 量资料,并用基因敲除动物研究酒精性肝病的发病机理。Ni— 量CC1 除了弓l起肝功能轻度异常外,肝组织未见其它病理改 变。 emelet O等 给微型猪喂养含40%热量的酒精和各种营养 素的饮食,复制酒精性肝纤维化模型,结果有明显的肝细胞损 害和静脉周围胶原沉积,随着时间的延长,可见广泛的中央静 脉和小叶问纤维化。 4小结 2.5.4 酒精加铁过载 ALD患者肝组织铁含量较正常人群 高,因此,有学者认为肝脏铁含量的增加有助于ALD的形成。 酒精在肝细胞内通过CYP 2El并在铁离子参与下通过脂质 过氧化作用产生过多的氧应激产物,如OH一、O 等自由基, 其可激活磷脂酶及脂质过氧化反应,降低膜磷脂,改变其通透 性和流动性,从而改变与膜结合的酶、受体和离子通道的微环 境,影响其功能,导致肝损伤。 Tsukamato[ 等利用Tsukamato—French模型,在持续注入 高脂酒精饲料的同时加入0.12%碳酰铁,结果造模第9周时 就出现中央静脉周围和窦周纤维化,l6周时则发生严重的桥 状纤维化,部分动物甚至形成小结节性肝硬变,酒精诱导大鼠 的肝脏病变对铁剂催化的脂质过氧化反应更敏感,反过来脂 质过氧化反应又可以加速肝纤维化的发展。 2.5.5酒精加乙醛加合物酒精代谢产物乙醛与微粒体蛋 白、白蛋白、球蛋白或脂蛋白等结合,形成乙醛蛋白加合物,后 者可作为新抗原,刺激机体产生抗体,引起免疫应答,导致肝 细胞损伤。乙醛可以与酶的重要功能基团结合,导致酶活性 改变,影响酶的功能。乙醛可与微管中的蛋白质结合。微管 的重要功能之一就是促进蛋白质的细胞内转运和分泌。肝内 蛋白质分泌障碍,导致蛋白质在肝内滞留,引起肝细胞损 伤 。另外,乙醛蛋白加合物可刺激肝脏胶原合成直接导致 酒精性肝纤维化。该模型可用于研究免疫因素在酒精性肝病 中的作用。 Yokoyama H等 用豚鼠腹腔注入血红蛋白一乙醛加合 物后,以15%(v/v)的酒精为唯一饮料,病理结果显示40 d时 肝细胞坏死伴炎细胞浸润,90 d时出现肝小叶的门静脉周围 及中央静脉周围重度纤维化,伴单细胞浸润及个别肝细胞周 围有纤维组织伸入,并在肝纤维化部位检测到乙醛加合物。 2.5.6酒精加内毒素酒精性肝病时,因肠细菌过度生长、 肠黏膜通透性增加、肠细菌移位以及正常的免疫功能受抑制 等,导致肠源性内毒素血症 。内毒素不仅可直接损伤肝细 胞,还与枯否细胞特异受体CD14及Toll样受体4(Toll like receptor 4,TLR4)结合激活该细胞,进而释放大量的氧自由 基、细胞因子和炎症介质,如肿瘤坏死因子Q(tumor DecYOSJS factor一仅,TNF— )、白细胞介素(interleukin-6、10、12,IL-6、10、 12)等。应用氯化钆选择性破坏枯否细胞,可在很大程度上阻 断酒精性肝病的发生,阻断内毒素的信号转导,减轻酒精性肝 损伤 。 。 Murohisa G等 报道,大鼠喂饲Lieber—Decarli食料6周 后,经尾静脉注入1 mg・kg~LPS,可制成酒精性肝炎模型, 表现为肝细胞脂肪变、气球样变性坏死及单核细胞浸润。彭 景华等 喂饲SD大鼠酒精热量分数占36%的Lieber—Decarli 酒精饲料,造模6周后,灌服LPS10 mg・kg~,3.5 h后采取标 本。模型组大鼠视野内1/3以上的肝细胞出现脂肪变性,以 肝腺泡3带为中心,其余的大部分肝细胞变性、肿胀,胞浆内 酒精性肝病模型的建立与多种因素有关,根据所用动物 种属、造模方法、造模持续时间及实验目的等不同而有不同的 特点,理想的动物模型应该是:(1)与人类患病特征相似;(2) 病变有一定的发展过程;(3)成功率高、死亡率低、重复性好; (4)造模方法简便易行,造模停止后病变逆转缓慢,便于进行 药物干预研究。研究者应根据实际情况做出适当的选择。随 着技术的发展,该领域的研究者仍在进行模型的改进和优化, 以便更好的研究酒精性肝病的发病机理及相关药物的研发。 参考文献: [1]王育群,曹承楼,李光,等.酒精性肝病的发病机理及其治疗 [J].中西医结合肝病杂志,1999,9(3):6O一2. 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