目前認(rèn)為脂肪性肝病是一組與遺傳、環(huán)境、代謝以及應(yīng)激密切相關(guān)的臨床綜合征,主要表現(xiàn)為肝臟脂肪過度沉積和肝細(xì)胞脂肪變性。根據(jù)病因,脂肪性肝病可分為酒精性脂肪性肝病(AFLD)和非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)兩大類。脂肪性肝病是較為常見的慢性肝病。在西方國家,其發(fā)病率高達25%,居慢性肝病之首。在中國,近年來隨著經(jīng)濟發(fā)展和人們生活方式改變,脂肪性肝病的發(fā)病率呈升高和年輕化趨勢,是僅次于病毒性肝炎的第2大類肝病。脂肪性肝病是目前肝病研究的熱點之一,構(gòu)建脂肪性肝病動物模型對于研究脂肪性肝病的發(fā)病機制及診治方法至關(guān)重要。目前已有多種脂肪性肝病動物模型,但尚無模型能完美模擬脂肪性肝病進展過程中的臨床特點及病理生理學(xué)變化。本文對現(xiàn)有脂肪性肝病動物模型作一綜述,為脂肪性肝病研究提供參考。
1.1.1 乙醇灌胃模型 短期內(nèi)大量飲酒可造成肝脂肪變性。構(gòu)建傳統(tǒng)的急性AFLD模型通常采用嚙齒類動物進行乙醇灌胃或腹腔注射。較之腹腔注射乙醇,乙醇灌胃更安全簡便,符合人類乙醇攝入途徑,造成的肝臟病理及血清氨基轉(zhuǎn)移酶改變更加明顯,建模效果明顯優(yōu)于腹腔注射[1]。故目前國外多采用乙醇灌胃法構(gòu)建急性AFLD模型,國內(nèi)多采用高濃度白酒灌胃[2]。常用乙醇劑量為4~6 g/kg[3],用該劑量乙醇灌胃后,小鼠血液乙醇水平(BAC)峰值為200~400 mg/dL,并且肝臟可出現(xiàn)一系列代謝、免疫、表觀遺傳學(xué)改變[4]。此方法建模周期短,肝損傷程度通常較輕,主要表現(xiàn)為輕度一過性的肝脂肪變性和血清氨基轉(zhuǎn)移酶水平升高,肝纖維化罕見[5]。
1.1.2 斑馬魚急性AFLD模型 有學(xué)者通過乙醇溶液培育斑馬魚以構(gòu)建AFLD模型,受精4 d后斑馬魚肝臟發(fā)育成熟,此時改用2%乙醇溶液飼養(yǎng)24~32 h,斑馬魚細(xì)胞內(nèi)的乙醇水平可達80 mmol/L,肝臟明顯腫大,細(xì)胞色素P450 2E1(CYP2E1)、超氧化物歧化酶(SOD)表達明顯升高,肝臟病理檢查提示肝細(xì)胞腫脹,肝內(nèi)脂滴沉積增多,脂肪肝形成[6-7]。斑馬魚急性AFLD模型的建立為探索脂肪性肝病的發(fā)病機制及藥物研發(fā)提供了新的思路和實驗基礎(chǔ)。
1.2.1 含乙醇飲用水模型 1949年Best等[8]提出在實驗動物飲用水中摻入乙醇以構(gòu)建慢性AFLD模型,該方法簡便易行,缺點是實驗動物乙醇攝入量不足導(dǎo)致肝損傷程度較輕,且乙醇攝入量不易控制,建模時間長,穩(wěn)定性不佳。
1.2.2 Lieber-DeCarli模型 Lieber等[9]將乙醇作為主要熱量來源配制全營養(yǎng)素液體飼料,喂養(yǎng)實驗動物以構(gòu)建慢性AFLD模型(Lieber-DeCarli模型)。該液體飼料能量由脂肪、碳水化合物、蛋白質(zhì)、乙醇提供(含量分別為35%、11%、18%和36%),且能提供足量全營養(yǎng)素以避免長期攝入乙醇導(dǎo)致的營養(yǎng)障礙,確保實驗動物處于良好的營養(yǎng)狀態(tài)。Lieber-DeCarli液體飼料喂養(yǎng)可明顯增加實驗動物的乙醇攝入量,建模成功率較高。研究顯示,采用此方法的小鼠的每日乙醇攝入量可高達34 g/kg[10]。連續(xù)喂養(yǎng)4~12周后實驗動物的肝臟可有明顯脂肪變性,但炎性反應(yīng)的程度較輕,血清氨基轉(zhuǎn)移酶水平也有輕度升高,肝纖維化罕見[11]。采用含乙醇飼料后,動物攝食明顯減少,故須同時用麥芽糊精液體飼料配對喂養(yǎng)同窩鼠[12]。此法簡便易行、建模穩(wěn)定,但肝損傷較輕,且需單籠飼養(yǎng)實驗動物,成本較高。
1.2.3 二次打擊模型 Lieber-DeCarli模型造成的肝損傷較輕,主要表現(xiàn)為脂肪變性伴輕度炎性反應(yīng),僅能模擬AFLD早期的病理生理學(xué)變化[12]。在Lieber-DeCarli模型的基礎(chǔ)上,逐漸發(fā)展形成加用吡唑或高脂飼料等輔劑、聯(lián)用四氯化碳(CCl4)、尾靜脈注射內(nèi)毒素等的二次打擊模型,可加速肝損傷進展,縮短建模時間,可提高實驗穩(wěn)定性[13]。
1.2.4 Tsukamoto-French模型 Tsukamoto等[14]通過胃造瘺手術(shù)為大鼠埋管,長期給予乙醇及液體飼料(Tsukamoto-French模型),確保實驗動物能足量攝入乙醇,BAC明顯升高,有利于肝損傷進展。Tsukamoto-French模型引起的肝損傷主要表現(xiàn)為重度脂肪變性,多伴有一定程度的炎性反應(yīng)及輕度肝纖維化。該方法建模穩(wěn)定,但技術(shù)難度較高,人力及經(jīng)濟成本也較高。
1.3.1 美國國立衛(wèi)生院乙醇濫用與乙醇中毒研究所模型 研究人員在Lieber-DeCarli模型基礎(chǔ)上,通過單次或多次加用乙醇灌胃構(gòu)建了新的AFLD模型,即美國國立衛(wèi)生院乙醇濫用與乙醇中毒研究所(NIAAA)模型,亦名Gao-Binge模型。該模型簡便易行且較接近大部分酗酒者的飲酒方式,能模擬慢性酗酒狀態(tài)下近期過度飲酒的病理生理學(xué)改變。采用此法建模后實驗動物的BAC顯著升高,肝損傷程度明顯加重,主要表現(xiàn)為肝脂肪變性、炎性細(xì)胞浸潤,血清氨基轉(zhuǎn)移酶水平也明顯升高。此外,NIAAA模型還可用于研究心臟、胰腺等多臟器乙醇相關(guān)性損傷[15-16]。
1.3.2 慢性乙醇喂養(yǎng)加連續(xù)乙醇灌胃模型 有研究在Lieber-DeCarli液體飼料喂養(yǎng)小鼠4周的基礎(chǔ)上,連續(xù)3 d采用乙醇灌胃,可誘發(fā)重度肝脂肪變性和中度炎性細(xì)胞浸潤,血清氨基轉(zhuǎn)移酶水平也大幅升高[17-18]。該方法簡便易行,但實驗動物的病死率較高。
2.1.1 缺乏蛋氨酸-膽堿飲食模型 缺乏蛋氨酸-膽堿飲食(MCD)模型是較常用的經(jīng)典NAFLD模型,主要用于構(gòu)建嚙齒類動物NAFLD模型。該模型采用的飼料富含碳水化合物(40%)和脂肪(10%),缺乏肝臟線粒體脂肪酸β氧化以及合成極低密度脂蛋白(VLDL)所必需的蛋氨酸和膽堿[19]。飲食中缺乏蛋氨酸和膽堿可導(dǎo)致肝臟攝取游離脂肪酸明顯增多。用MCD喂養(yǎng)小鼠10 d,肝細(xì)胞內(nèi)即可出現(xiàn)小脂滴形成和炎性細(xì)胞浸潤。隨著時間的延長,可有明顯的炎性細(xì)胞浸潤和肝脂肪變性,血清氨基轉(zhuǎn)移酶水平也明顯升高。喂養(yǎng)小鼠8~10周,可表現(xiàn)為重度肝脂肪變性、炎性細(xì)胞浸潤、肝細(xì)胞壞死和肝纖維化。MCD模型可在短時間內(nèi)發(fā)生明顯肝損傷,且與非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者的組織病理學(xué)特點相似,是目前應(yīng)用廣泛的NAFLD模型。需注意的是,MCD模型造成的肝損傷程度與實驗動物品系及易感性明顯相關(guān)。采用此方法建模,小鼠的易感性比大鼠高,肝損傷程度也更嚴(yán)重。實驗用大鼠中以雄性Wistar大鼠的易感性最高[20]。MCD模型的缺點主要是其代謝組學(xué)特點明顯有別于NAFLD患者,建模過程中實驗動物體質(zhì)量和體脂含量均明顯減少,空腹血糖、血清三酰甘油、膽固醇和瘦素水平也明顯降低[21]。
2.1.2 高脂飲食模型 高脂飲食(HFD)模型也是目前常用的NAFLD模型,還廣泛用于構(gòu)建肥胖、胰島素抵抗等代謝性疾病模型。HFD可導(dǎo)致機體氧化應(yīng)激和線粒體退行性損傷。HFD模型的組織病理學(xué)改變與NAFLD患者相似。HFD中,脂類供能通常占總熱量的40%~80%。飼料的脂肪含量及脂肪種類對實驗動物肝損傷程度的影響較大。飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸可導(dǎo)致肥胖、胰島素抵抗和肝脂肪變性,ω-3多不飽和脂肪酸和ω-6多不飽和脂肪酸則能明顯減輕肝脂肪變性和肝內(nèi)脂肪沉積[22]。HFD誘導(dǎo)NFALD模型的肝損傷程度與實驗動物品系也密切相關(guān)。HFD喂養(yǎng)SD大鼠3~6周,肝臟可有明顯脂肪變性和大量單核細(xì)胞浸潤,Wistar大鼠的肝脂肪變性程度則較輕[23]。給予C57BL/6J小鼠HFD喂養(yǎng)10周即可出現(xiàn)肥胖、高胰島素血癥和肝脂肪變性,12周可出現(xiàn)糖耐量異常,50周可有肝纖維化改變[24]。此外,雄性實驗動物的易感性比雌性實驗動物高。
將自由攝食改為HFD灌胃可明顯增加實驗動物的攝食量,促進肝損傷形成,可縮短建模時間。HFD結(jié)合靜脈注射低密度脂蛋白(LDL)可明顯加重肝脂肪變性、炎性細(xì)胞浸潤和肝纖維化程度[25]。HFD聯(lián)合腹腔注射金硫葡萄糖可誘發(fā)重度胰島素抵抗和肝纖維化[26]。HFD聯(lián)合皮下注射鏈脲佐菌素(STZ)可導(dǎo)致中度的炎性細(xì)胞浸潤和肝脂肪變性,血清氨基轉(zhuǎn)移酶水平也可明顯升高,延長HFD喂養(yǎng)時間甚至可誘發(fā)肝細(xì)胞癌[27]。
2.1.3 高果糖模型 果糖可促進脂肪合成,抑制線粒體長鏈脂肪酸β氧化,促進活性氧(ROS)形成。飲用水添加果糖(30%)或高果糖飼料均可導(dǎo)致肝脂肪變性。此外,門靜脈血流中內(nèi)毒素水平也明顯升高,腸道細(xì)菌過度生長,腸黏膜屏障功能減弱,最終由內(nèi)毒素介導(dǎo)肝臟庫普弗細(xì)胞激活,加速肝損傷的進展[28]。
2.1.4 美式肥胖綜合征模型 美國是NAFLD高發(fā)國家。有學(xué)者認(rèn)為,美式快餐高脂且富含果葡糖漿,后者能提供大量果糖,加之國民普遍缺乏運動,上述因素共同作用,促進NAFLD形成。在此基礎(chǔ)上建立了美式肥胖綜合癥(ALIOS)模型[29]。該模型在結(jié)合HFD模型(脂肪供能45%)和高果糖模型(飲用水添加果葡糖漿至42 g/L)的基礎(chǔ)上,縮小鼠籠空間以限制其活動量,可導(dǎo)致小鼠肥胖、肝脂肪變性和肝臟炎性反應(yīng)性改變。延長喂養(yǎng)時間可導(dǎo)致肝臟匯管區(qū)周圍纖維化和橋接纖維化。該模型的代謝組學(xué)特點與NAFLD患者相似,血清胰島素、瘦素及膽固醇水平均明顯升高。
2.1.5 高反式脂肪酸模型 反式脂肪酸是NAFLD的獨立風(fēng)險因素。有學(xué)者在HFD基礎(chǔ)上提高反式脂肪酸比例,建立了高反式脂肪酸模型。該模型采用的飼料富含反式脂肪酸和碳水化合物,其中脂肪占40%(反式脂肪酸占18%),果糖占22%,膽固醇占2%。此方法建模的實驗動物肥胖且空腹胰島素水平明顯升高,血清氨基轉(zhuǎn)移酶水平大幅升高,肝組織病理檢查可見明顯匯管區(qū)周圍纖維化和橋接纖維化[30]。
2.1.6 全腸外營養(yǎng)模型 研究顯示長期全腸外營養(yǎng)(TPN)易導(dǎo)致肝損傷[31]。對成年大鼠行深靜脈插管,采用TPN并提高脂肪比例,大鼠的血膽固醇、三酰甘油、堿性磷酸酶(AKP)、γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(γ-GT)、總膽紅素(TBil)水平均明顯升高,肝組織病理檢查提示肝脂肪沉積明顯[32]。
2.2.1 ob/ob小鼠 瘦素能減少攝食、增加耗能和產(chǎn)熱。ob/ob小鼠是一種瘦素基因突變導(dǎo)致瘦素缺陷的小鼠,通常表現(xiàn)為貪食、肥胖和肝脂肪變性。其代謝組學(xué)特點與NAFLD患者相似,但較少會自發(fā)形成NASH,常需輔以低劑量脂多糖(LPS)、MCD或HFD等“二次打擊”方可誘發(fā)炎性損傷,進展為NASH。此外,ob/ob小鼠對纖維化有一定抵抗性,MCD、CCl4及硫代乙酰胺均不能誘導(dǎo)其發(fā)生肝纖維化[33]。
2.2.2 db/db小鼠 db/db小鼠是一種瘦素受體基因自發(fā)突變導(dǎo)致瘦素抵抗的小鼠,其代謝組學(xué)特點與NAFLD患者相似。db/db小鼠在出生10~14 d即可出現(xiàn)高胰島素血癥,4~8周出現(xiàn)高血糖,表現(xiàn)為貪食、煩渴多飲、多尿、肥胖。疾病進程與小鼠遺傳背景密切相關(guān):C57BL/6背景db/db小鼠可表現(xiàn)為胰島β細(xì)胞代償性增生,高胰島素血癥可持續(xù)長達18~20個月,在此期間血糖水平可基本維持正常;C57BLKS背景db/db小鼠可表現(xiàn)為胰島β細(xì)胞重度萎縮,迅速出現(xiàn)高血糖。db/db小鼠可有自發(fā)性肝脂肪變性,但僅在“二次打擊”下進展為NASH。與ob/ob小鼠不同的是,db/db小鼠對MCD易感性高,可有顯著肝纖維化[34]。
2.2.3 Zucker大鼠 與db/db小鼠相似,Zucker大鼠(又稱fa/fa大鼠)是一種瘦素受體缺陷的大鼠,可自發(fā)形成糖尿病、肥胖和肝脂肪變性,但不能自發(fā)進展為NASH,需輔以“二次打擊”方能進展為NASH[35]。
2.2.4 foz/foz小鼠 該小鼠Alms1基因自發(fā)性形成無義突變,該基因突變在人類主要引起Alstrom綜合征,它是一種罕見的常染色體隱性遺傳病,臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣,典型臨床癥狀包括肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病及肝脂肪變性等[36]。foz/foz小鼠主要表現(xiàn)為貪食和肥胖,可有中至重度肝脂肪變性,輔以HFD可進展為NASH,長期給予HFD可進展為肝纖維化[37]。
脂肪性肝病是慢性肝病的常見病因,是目前肝臟疾病的研究熱點。構(gòu)建脂肪性肝病動物模型對于研究其發(fā)病機制和診治方法至關(guān)重要。理想的脂肪性肝病動物模型應(yīng)能夠模擬脂肪性肝病全貌及其演變過程?,F(xiàn)有動物模型各有優(yōu)缺點,尚無一種動物模型能完美復(fù)制脂肪性肝病。對于研究者來說,不同的脂肪性肝病模型的機制及病理改變各異,應(yīng)根據(jù)自身研究目的選擇合適的模型。