利用中美冠科數據庫,快速查找所需模型
OncoExpress|HuBase|XenoBase|MuBase

博客

比較指南:四氯化碳誘導和膽堿缺乏飲食模型

2020-03-14

  •  
  •  
  •  

比較常用的加速NAFLD和NASH(含纖維化)商業小鼠模型的關鍵特征,例如四氯化碳誘導和飲食中膽堿和蛋氨酸缺乏,以及新一代膽堿缺乏模型。

開發臨床前NASH纖維化模型

NASH纖維化受多個機械學樞椎驅動,而一些快速的傳統嚙齒動物模型可作用于這些樞椎上。這一機制提供了一系列可證明適用于某些候選藥物的快速模型:

  1. 使用四氯化碳進行炎癥、脂肪變性和細胞死亡的毒素誘導
  2. 通過飲食中膽堿和蛋氨酸缺乏誘導的肝脂肪變性
  3. 增強NASH的新一代膽堿缺乏模型,沒有早期模型中觀察到的重度體重減輕

這篇貼子比較了這些傳統纖維化模型,探討了它們在纖維化和NASH藥物開發方面的優勢和局限性。

[在此添加表格]表格標題:四氯化碳誘導模型相對膽堿缺乏飲食模型

 
CCl4
MCD
CDAA
CDAHFD飲食
CCDF
模式 化學毒性 營養缺乏 營養缺乏 營養缺乏且高脂肪熱量 營養缺乏且高脂肪熱量
機制 脂肪代謝和高爾基體功能受損導致脂肪堆積;炎癥和一般毒性導致細胞死亡和瘢痕形成 通過VLDL損害肝臟甘油三酸酯分泌 通過VLDL損害肝臟甘油三酸酯分泌 通過VLDL損害肝臟甘油三酸酯分泌 通過VLDL損害肝臟甘油三酸酯分泌
體重變化 中性或輕度減輕 重度減輕 輕度減輕至輕度增重 輕度增重 輕度增重
高脂血癥 無至輕度
高血糖癥 低血糖癥
肝脂肪變性
血清ALT和AST 中度 中度 輕度
肝纖維化 重度 小鼠:重度
大鼠:無至輕度
重度 重度
纖維化誘導持續時間 小鼠:4-8周
大鼠:8周
小鼠:4周 小鼠:20周
大鼠:8-12周
6-8周 6-9周
給藥后纖維化可逆性 中度 不適用

四氯化碳NASH纖維化模型

溶劑四氯化碳(CCl4)是一種毒素,通過肝臟細胞色素P450代謝為三氯甲基自由基(–CCl3)。這會與許多肝臟靶標發生反應,達到多種類似NASH的效應

  • 線粒體活性氧簇引發的炎癥
  • 脂代謝酶活性降低和高爾基氏體驅動的VLDL分泌受損導致的脂肪變性
  • 廣泛的細胞損傷,導致細胞死亡和纖維化

這些有害效應在沒有肥胖或胰島素抵抗的情況下發生,并且涉及大量與脂質貯積和代謝無關的細胞死亡。因此,這并不代表真實的NAFLD。但是,CCl4模型具有三個關鍵優勢。

首先是執行起來非常簡單,通常需要每周兩次腹膜內注射CCl4,持續四到六周,具體取決于小鼠品系的敏感度。常用且經濟實惠的實驗室品系BALB/c, C57BL/6, 和DBA/2已經過充分證明,具有高到中度敏感度。Sprague DawleyWistar等常用大鼠品系也適用。

其次,該模型展示了人類疾病的許多組織學特征。這包括進行性纖維化,從中心周圍區域進展到重度橋接纖維化,然后是肝細胞癌。肝臟轉氨酶(ALT、AST)泄漏為肝臟疾病進展提供了易于量化的循環生物標志物,而細胞因子TNFα和IL6是炎癥的標志物。該疾病的嚴重程度存在劑量依賴性,如果采用次優治療方案,纖維化可能會自發逆轉,從而可能會混淆NASH逆轉供試品的療效。總體而言,CCl4模型是一個特征明確的系統,用于從可預測的嚴重程度開始評價NASH治療的療效。

最后,CCl4的肝臟毒性涉及許多機制,這些機制是致力于治療NASH的藥物開發的靶標。這些靶標包括誘導細胞凋亡的NLRP3炎性小體轉化生長因子β的促纖維化活性。值得注意的是,CCl4抑制了法尼基衍生物X受體(FXR)的表達。使用奧貝膽酸(OCA)進行FXR活性藥理學搶救在該模型中顯示出保護作用;人們普遍預期OCA將于今年晚些時候成為獲得FDA批準的首個NASH藥物

除了缺乏對人NAFLD/NASH的真正可譯性外,該模型的主要缺點是影響非肝臟器官和組織的全身毒性。CCl4的另一個挑戰是對技術人員的潛在化學危害。該模型只能由訓練有素的操作人員執行,并要配有適當的防護設備和化學安全基礎設施。

膽堿缺乏飲食NASH纖維化模型

在數代嚙齒動物飲食NASH模型中都利用了膽堿缺乏。膽堿和蛋氨酸是肝線粒體β氧化和極低密度脂蛋白(VLDL)合成所需的關鍵營養素。喂食蛋氨酸/膽堿缺乏(MCD)飲食時,甘油三酸酯的輸出受到抑制,從而迅速誘導肝脂肪變性和炎癥。

像CCl4一樣,MCD飲食因其易用性和快速誘導而廣受歡迎。 兩周內血清ALT/AST穩健上升,并且臨床NAFLD活性評分在同一時間段內接近最大值。纖維化也迅速發生,在短短4周內就很明顯,10周內達到重度。在不超過16周的時間過程中,纖維化是可逆的,因此應在更長的時間范圍內運行模型,以評價可改善NASH的藥物。但是,動物選擇比CCl4模型受到更多限制。C57Bl/6小鼠是首選的易感小鼠品系;大鼠會進展為穩健的脂肪變性,但只有輕微炎癥,且沒有纖維化。

MCD模型有許多轉譯和實踐方面的缺點。最明顯的是,動物經歷了快速而嚴重的體重減輕(從飲食開始超過40%),以及血清葡萄糖甘油三酸酯和膽固醇降低。體重減輕程度造成了福利影響,并給操作人員帶來了動物處置和給藥方面的挑戰,而代謝表型則與人類狀況直接相反。模型的轉錄組學改變也被批評為對人類NAFLD代表性不佳

第二代膽堿缺乏飲食

經證明,第二代膽堿缺乏飲食可在嚙齒動物中誘導NAFLD/NASH,而不會導致MCD飲食重度體重減輕。膽堿缺乏性左旋氨基酸(CDAA)飲食可以用精確等量的左旋氨基酸代替蛋白質含量。雖然首字母縮略詞中沒有表示,但CDAA飲食的蛋氨酸也有所減少(但沒有去除)。接受CDAA的C57Bl/6和BALB/c小鼠在3周內出現脂肪變性和炎癥。纖維化發生在第6周,并在第21周左右變為輕度至中度,這也是可逆的。

這種飲食也適合在WistarFisher大鼠中誘導NAFLD/NASH,并且與小鼠的疾病發作和進展時間范圍相近。盡管任何嚙齒動物體重減輕都不是該模型的缺點,但是該模型中不存在NAFLD之前的人類代謝表型(胰島素抵抗、高血糖癥、脂血癥等)。

CDAA的熱量脂肪含量從10-20%豐富至60%(膽堿缺乏性左旋氨基酸高脂飲食;CDAHFD)會加速并加重NASH,并顯著降低纖維化的自發可逆性。這種修飾非常適合評價NASH治療中的纖維素溶解劑。在C57Bl/6小鼠中,該模型還將在24周內發展為肝硬化、門靜脈高壓和肝功能衰竭,因此對于肝臟疾病研究項目而言具有相當多用途。然而,在堿缺乏飲食的這種迭代中,沒有肥胖、高血糖癥和高甘油三酯血癥等代謝綜合征的特征。

CDAHFD的最后一個變化是添加膽固醇的新型膽堿缺乏纖維化(CCDF)飲食,產生了更嚴重的肝損傷和肝纖維化而沒有重度體重減輕。游離膽固醇具有刺激炎癥反應、增加肝細胞死亡和纖維化的毒性。CCDF中含有臨床相關量的膽固醇(按重量計約1%)。Wistar大鼠和C57BL/6小鼠的數據表明,CCDF飲食提供了一個寶貴的平臺,可在短短6-8周內誘導肝脂肪變性和纖維化,并在高脂飲食下產生了少數NASH/纖維化大鼠模型之一。

傳統嚙齒動物模型的局限性

一般而言,這些模型的可譯性是一個主要警告事項,也是NASH藥物臨床前開發的一大挑戰。早期的一篇博客帖子探討了結合西方人群不良飲食習慣的飲食,并向具有代謝疾病敏感性或多基因易感性的動物投喂。就體現人類疾病而言,當前這一代模型為同類最佳,但需要較長的誘導時間才能達到終點,并且存在較高的動物間變異性。

結論

經典的CCl4肝臟毒性模型以及膽堿缺乏誘導的脂肪變性的多次迭代,為NASH和肝纖維化提供了一套特征明確且廣泛可用的嚙齒動物模型。在選擇四氯化碳誘導或膽堿缺乏飲食模型時,應結合它們的優點,同時必須考慮其在人體條件下可譯性方面的諸多局限性。本文總結的所有模型均未呈現通常在人類脂肪肝疾病之前出現的代謝綜合征的特征。

但是,在適當的科學背景下,它們可用于對NASH治療劑進行快速相關的臨床前表征,并且可能是使用較慢但更易轉譯的同類最佳模型(涉及西化飲食和具有肝病多基因易感性的嚙齒動物品系)的合理替代選擇。

Topics: Blog, CVMD

關注微信公眾號

尤尼克斯羽毛球