沈 宸,吳志浩,殷 俊,朱立麒,張 泉,3
(1.揚(yáng)州大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院,揚(yáng)州 225009;2.江蘇高校動(dòng)物重要疫病與人獸共患病防控協(xié)同創(chuàng)新中心,揚(yáng)州 225009;3.揚(yáng)州大學(xué)附屬醫(yī)院,揚(yáng)州 225001)
非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是一種較為常見(jiàn)的慢性肝病,在全球包括亞洲人群的患病率均約為25%[1-2]。而且隨著肥胖及糖尿病患者的不斷增加,NAFLD患病率可能將持續(xù)升高。雖然大多數(shù)NAFLD患者早期僅有較輕微的癥狀,但仍有部分患者可能向非酒精性脂肪性肝炎及肝纖維化進(jìn)展,最終發(fā)展為肝硬化,甚至是肝癌。然而,目前NAFLD的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚,也無(wú)特異性治療方法及特效藥物。另一方面,腸道菌群被認(rèn)為是一個(gè)內(nèi)源性的致病因子,參與肥胖、胰島素抵抗和NAFLD等代謝疾病的發(fā)生與發(fā)展[3-4]。肝螺桿菌(Helicobacter hepaticus,H.h)是腸道菌群的一種,可以感染多種品系的小鼠,引起肝臟和腸道疾病[5],在人類(lèi)肝臟中也有檢出[6]。本文旨在模擬人類(lèi)肝臟復(fù)雜的內(nèi)環(huán)境,研究H.h感染對(duì)高脂飼料誘導(dǎo)小鼠NAFLD發(fā)生的影響。
6周齡SPF級(jí)雄性BALB/c小鼠20只,體質(zhì)量為17~18 g,購(gòu)自上海靈暢生物科技有限公司[SCXK(滬)2018-0003],飼養(yǎng)于揚(yáng)州大學(xué)比較醫(yī)學(xué)中心SPF級(jí)設(shè)施房[SYXK(蘇)2017-0044]。環(huán)境溫度為(24±2)℃,相對(duì)濕度為(40~60)%,光照周期為明暗時(shí)間各12h。實(shí)驗(yàn)前H.h檢測(cè)呈陰性。H.h細(xì)菌(ATCC 51449)購(gòu)自美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)菌種保藏中心,保存于-80℃。
蘇木精(貨號(hào)M1051740500)和伊紅(貨號(hào)71014160)購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;天狼猩紅染液購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司(貨號(hào)S8060);飽和油紅O染液(貨號(hào)G1015)購(gòu)自武漢塞維爾生物科技有限公司;三酰甘油(triglyceride,TG)(貨號(hào)A110-1-1)、丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(glutamic-pyruvic transaminase,ALT)(貨號(hào)C009-1-1)、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(glutamicoxaloacetic transaminase,AST)檢測(cè)試劑盒(貨號(hào)C010-1-1)購(gòu)自南京建成科技有限公司;多聚甲醛(貨號(hào)30525-89-4)購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司;RNAiso PLUS(TRIzol)(貨號(hào)108-95-2)和PrimeScript RT Regent Kit with gDNA Eraser(貨號(hào)R323-01)購(gòu)自日本TAKARA公司;Universal SYBR Green Master(貨號(hào)4913850001)購(gòu)自上海羅氏制藥有限公司;PCR引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成;兔抗鼠α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(alpha-smooth muscle actin,α-SMA)、膠原蛋白Ⅰ型(collagen typeⅠ,CollagenⅠ)抗體購(gòu)自上海塞維爾生物科技有限公司;鏈霉親和素生物素標(biāo)記的羊抗兔二抗購(gòu)自美國(guó)Cell Signaling Technology公司;細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒(貨號(hào)DP302)購(gòu)自天根生化科技(北京)有限公司;高脂飼料(脂肪含量為70%)購(gòu)自南京君科生物工程有限公司;酶標(biāo)儀購(gòu)自美國(guó)BioTek公司。
20只小鼠隨機(jī)分為4組,每組5只,分別為空白對(duì)照組、高脂飲食(high fat diet,HFD)組、H.h組和H.h+HFD組。各組小鼠雖飼養(yǎng)于同一設(shè)施環(huán)境中,但通過(guò)分區(qū)域飼養(yǎng)避免組間交叉感染。H.h組和H.h+HFD組一次性灌胃H.h標(biāo)準(zhǔn)菌株菌液0.2 mL(1×108CFU/mL)。H.h灌胃后飼養(yǎng)5 d,提取小鼠糞便DNA,PCR法檢測(cè)16 S rRNA和cdtB基因以確認(rèn)感染。PCR引物序列如下:16SrRNA的上游引物為5'-GCATTTGAAACTGTTACTCTG-3'-,下游引物為5'-CTGTTTTTCAAGCTCCCC-3'-;cdtB基因的上游引物為5'-ATGAAAGAGACTTTATTGCTTCA-3',下游引物5'-AGCCTGTGCATACCCTCATA-3’。確認(rèn)感染成功后,HFD組和H.h+HFD組開(kāi)始飼喂高脂飼料(此時(shí)記為造模開(kāi)始),高脂飼料每天進(jìn)行更換;空白對(duì)照組和H.h組飼喂常規(guī)飼料。各組小鼠均飼養(yǎng)12周,動(dòng)物飼養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)操作遵循實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理及福利要求。
各組小鼠于造模開(kāi)始當(dāng)天及此后的第4、8、12周(本文中第n周均指第n周末)麻醉后頜下取血,每次取400 μL/只。血液于室溫條件下放置1 h后,置于4 ℃冰箱過(guò)夜,然后于4 ℃條件下1000 r/min離心15 min,收集血清。根據(jù)試劑盒使用說(shuō)明書(shū)檢測(cè)各組小鼠血清中生化指標(biāo)TG、ALT和AST的含量,用酶標(biāo)儀讀取數(shù)據(jù)。
造模期間每周稱(chēng)量一次小鼠體質(zhì)量,并記錄。于造模開(kāi)始后的第12周,用頸椎脫臼法處死小鼠。小鼠處死前12 h禁食,臨處死前稱(chēng)量小鼠體質(zhì)量,并摘眼球放血;處死后迅速取出肝臟,肉眼觀察其顏色、外形,并稱(chēng)取肝臟質(zhì)量,計(jì)算肝指數(shù)(肝指數(shù)=肝臟質(zhì)量/體質(zhì)量)。
分離肝臟后,取相同部位的部分肝組織,分別制作冰凍切片和石蠟切片。冰凍切片用于油紅O染色,石蠟切片用于天狼猩紅染色和HE染色,具體染色步驟根據(jù)各染色試劑說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。然后在普通光學(xué)顯微鏡下觀察肝臟脂肪堆積、膠原沉積和形態(tài)學(xué)變化,并進(jìn)行肝組織病理學(xué)的等級(jí)評(píng)分。每只小鼠選取3張切片,200倍鏡下隨機(jī)觀察20個(gè)視野,采用2005年美國(guó)非酒精性脂肪性肝炎臨床研究工作組(Clinical Research Network,CRN)提出的標(biāo)準(zhǔn)[7]進(jìn)行NAFLD活動(dòng)度積分(NAFLD activity score,NAS)和肝纖維化評(píng)定,用于反映非酒精性脂肪性肝炎的嚴(yán)重程度。
NAS評(píng)定從3個(gè)方面分別進(jìn)行評(píng)分:①顯微鏡下估計(jì)肝脂肪變性的面積,<5%為0分,5%~32%為1分,33%~65%為2分,≥66%為3分;②顯微鏡下計(jì)數(shù)有肝小葉炎性反應(yīng)的視野數(shù),0個(gè)為0分,<2個(gè)為1分,2~3個(gè)為2分,≥4個(gè)為3分;③肝細(xì)胞氣球樣變性,無(wú)為0分,少見(jiàn)為1分,多見(jiàn)為2分。3項(xiàng)得分相加,總和為1~2分可排除非酒精性脂肪性肝炎,3~4分為非酒精性脂肪性肝炎可能,5~8分確診非酒精性脂肪性肝炎。
采用CRN標(biāo)準(zhǔn)對(duì)肝纖維化進(jìn)行評(píng)定時(shí),根據(jù)逐漸發(fā)展的纖維化進(jìn)程分為 5級(jí)。①0期:無(wú)纖維化。②1期:竇周纖維化或門(mén)脈周?chē)w維化。1期又被細(xì)分為肝腺泡3區(qū)竇周纖維化輕度(僅在中央靜脈邊緣出現(xiàn))(1A期)、肝腺泡3區(qū)竇周纖維化重度(1B期)和僅匯管區(qū)竇周纖維化(1C期)。③2期:竇周纖維化合并匯管區(qū)周?chē)w維化。④3期:纖維橋形成。⑤4期:肝硬化。
采用TRIzol法提取肝臟組織中總RNA,驗(yàn)證純度后使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒將其反轉(zhuǎn)錄成cDNA。然后使用GAPDH作為內(nèi)參,采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR法檢測(cè)白細(xì)胞介素6(interleukin-6,IL-6)、IL-1β、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的相對(duì)轉(zhuǎn)錄水平。PCR反應(yīng)條件:95 ℃ 10 min;95 ℃ 15 s,60 ℃30 s,共40個(gè)循環(huán)。PCR引物序列如下:IL-1β上游引物為5'-GCAACTGTTCCTGAACTCAACT-3',下游引物為5'-ATCTTTTGGGGTCCGTCAACT-3';IL-6上游引物為5'-TAGTCCTTCCTACCCCAATTTCC-3',下游引物為5'-TTGGTCCTTAGCCACTCCTTC-3';TNF-α上游引物為5'-AACTAGTGGTGCCAGCCGAT-3',下游引物為5'-CTTCACAGAGCAATGACTCC-3';TGF-β上游引物為5'-TGCGCTTGCAGAGATTAAAA-3',下游引物為5'-CTGCCGTACAACTCCAG-TGA-3';GAPDH上游引物為5'-CCATCACCATCTTCCAGGAG-3',下游引物為5'-CCTGCTTCACCA-3’。每個(gè)樣本做3次重復(fù),采用2-ΔΔCt法進(jìn)行結(jié)果分析。
選取各組小鼠肝臟組織的石蠟切片,經(jīng)過(guò)枸櫞酸鹽抗原修復(fù)后,用5% BSA封閉,然后加入兔抗鼠α-SMA和CollagenⅠ一抗(工作液體積稀釋比例均為1∶400),4 ℃反應(yīng)16 h。加入鏈霉親和素生物素標(biāo)記的羊抗兔二抗復(fù)合物,37 ℃反應(yīng)30 min,最后使用DAB顯色液顯色。光學(xué)顯微鏡下定性觀察目的蛋白表達(dá)情況,棕色標(biāo)記即為蛋白表達(dá)陽(yáng)性。
使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行各實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析,并用GraphPad Prism 8.0軟件制作統(tǒng)計(jì)圖。各實(shí)驗(yàn)均獨(dú)立重復(fù)3次,結(jié)果數(shù)據(jù)用±s表示。多組比較先進(jìn)行方差分析,再采用Bonferroni法進(jìn)行兩兩比較。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
在造模飼養(yǎng)過(guò)程中,空白對(duì)照組小鼠生長(zhǎng)及生活習(xí)性正常,毛色光澤;H.h組小鼠被毛日漸粗亂;HFD組和H.h+HFD組小鼠隨著高脂飲食時(shí)間的延長(zhǎng),被毛日漸疏松且油膩,精神萎靡。各組小鼠體質(zhì)量均逐漸增加,其中HFD組和H.h+HFD組體質(zhì)量增幅較大,與空白對(duì)照組和H.h組相比的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.01,圖1)。

圖1 各組小鼠體質(zhì)量變化Figure 1 Body weight of mice in different groups
小鼠血清生化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果顯示,隨著造模時(shí)間延長(zhǎng),各組小鼠血清中ALT、AST及TG含量均增高。與空白對(duì)照組相比,HFD組和H.h+HFD組ALT和AST值出現(xiàn)明顯升高;H.h+HFD組升高幅度更大,HFD組次之;H.h組也出現(xiàn)升高,但幅度相對(duì)較緩(均P<0.05,圖3)。與空白對(duì)照組相比,H.h組TG值增加不明顯,但HFD組和H.h+HFD組血清中TG值均明顯升高,H.h+HFD組升高幅度較HFD組更大,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05,圖2)。
肝臟大體觀察可見(jiàn):空白對(duì)照組小鼠肝臟表面光滑,色澤鮮紅,質(zhì)韌,邊緣銳利;H.h組小鼠肝臟表面光澤變差,顏色較暗淡;HFD組小鼠肝臟表面顏色偏黃白,有油膩感,邊緣變鈍;H.h+HFD組小鼠肝臟顏色偏黃且暗淡,出現(xiàn)皺縮現(xiàn)象(圖3)。稱(chēng)量肝臟質(zhì)量后計(jì)算肝指數(shù),結(jié)果顯示,HFD組和H.h+HFD組肝指數(shù)分別為(0.044±0.003)和(0.048±0.002),較空白對(duì)照組(0.038±0.005)和H.h組(0.036±0.003)均明顯增加,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。
HE染色結(jié)果(圖4A)顯示:空白對(duì)照組小鼠肝細(xì)胞呈多邊形,細(xì)胞質(zhì)豐富,細(xì)胞核位于細(xì)胞中央,小葉結(jié)構(gòu)清晰,肝細(xì)胞圍繞中央靜脈呈放射狀排列,除有少量細(xì)胞出現(xiàn)小泡性脂肪變性外,無(wú)氣球樣變性及炎性細(xì)胞浸潤(rùn);H.h組有少量炎性細(xì)胞浸潤(rùn),呈聚集狀,肝小葉結(jié)構(gòu)稍有紊亂,肝細(xì)胞有少量脂肪變性;HFD組肝小葉結(jié)構(gòu)紊亂,肝細(xì)胞脂肪變性較為明顯,以小泡性脂肪變性為主;H.h+HFD組肝細(xì)胞脂肪變性更加嚴(yán)重,為大、小泡混合型脂肪變性,夾雜部分氣球樣變肝細(xì)胞,且可見(jiàn)不同數(shù)量的炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及點(diǎn)狀壞死灶。
小鼠肝臟組織冰凍切片經(jīng)油紅O染色后觀察肝臟細(xì)胞中脂肪堆積情況(圖4B)。結(jié)果顯示:空白對(duì)照組肝細(xì)胞質(zhì)中脂滴小且極少;H.h組肝細(xì)胞質(zhì)中脂滴小且分布較為分散;HFD組肝細(xì)胞質(zhì)內(nèi)含有大量紅色脂滴;H.h+HFD組肝細(xì)胞質(zhì)內(nèi)所含脂滴量最多。

圖2 各組小鼠血清生化指標(biāo)的比較Figure 2 Comparison of serum biochemical indexes in mice among the four groups

圖3 各組小鼠肝臟照片F(xiàn)igure 3 Photographs of the livers of mice in the four groups
小鼠肝臟組織石蠟切片經(jīng)天狼猩紅染色后,鏡下觀察肝臟組織中膠原沉積情況(圖4C)。結(jié)果顯示:空白對(duì)照組小鼠肝組織中未見(jiàn)肝纖維化;H.h組僅有竇周纖維化或匯管區(qū)周?chē)w維化(1期);HFD組出現(xiàn)竇周纖維化合并匯管區(qū)/匯管區(qū)周?chē)w維化(2期);H.h+HFD組可見(jiàn)纖維橋形成(3期)。
NAS和肝纖維化評(píng)定結(jié)果均顯示,HFD組和H.h+HFD組評(píng)分均明顯高于空白對(duì)照組及H.h組,各實(shí)驗(yàn)組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05,圖4D),且HFD組和H.h+HFD組的NAS評(píng)分值均>4分,提示這兩組的小鼠出現(xiàn)非酒精性脂肪性肝炎及肝纖維化。

圖4 各組小鼠肝臟組織的病理學(xué)變化Figure 4 Hematoxylin-eosin staining (A), oil red O staining (B) and Sirius red staining (C) of liver tissues as well as the non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) activity score and liver fibrosis relative level (D) in mice of the four groups
實(shí)時(shí)熒光定量PCR法檢測(cè)結(jié)果顯示,相比空白對(duì)照組,H.h感染和飼喂高脂飼料均可以促進(jìn)小鼠肝臟組織中IL-1β、IL-6、TNF-α和TGF-β轉(zhuǎn)錄;其中,H.h+HFD組的IL-1β、IL-6、TNF-α和TGF-β轉(zhuǎn)錄水平均明顯高于空白對(duì)照組,且高于H.h組和HFD組(圖5);各實(shí)驗(yàn)組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。

圖5 各組小鼠肝臟組織細(xì)胞因子轉(zhuǎn)錄水平Figure 5 Transcriptional levels of cytokines in liver tissues of mice in the four groups
小鼠肝臟組織的免疫組織化學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示:空白對(duì)照組小鼠肝組織中α-SMA和CollagenⅠ蛋白基本不表達(dá);H.h組僅在竇周或匯管區(qū)有少量α-SMA和CollagenⅠ蛋白表達(dá);HFD組在竇周合并匯管區(qū)/匯管區(qū)周?chē)猩倭康摩?SMA和CollagenⅠ蛋白表達(dá);而H.h+HFD組小鼠肝組織中α-SMA和CollagenⅠ蛋白大量表達(dá)(圖6)。

圖6 各組小鼠肝臟組織中α-SMA和CollagenⅠ的免疫組織化學(xué)結(jié)果(DAB顯色,×200)Figure 6 Immunohistochemical results of α-SMA and CollagenⅠ in liver tissues (DAB staining, ×200)
近年來(lái),隨著人類(lèi)飲食結(jié)構(gòu)和生活方式的改變,NAFLD的發(fā)病率不斷攀升。據(jù)統(tǒng)計(jì),中國(guó)成人NAFLD患病率為6%~27%,NAFLD年發(fā)病率為3.4%~9.1%[8-10]。根據(jù)肝組織脂肪變性是否伴有炎性反應(yīng)和纖維化,NAFLD可分為非酒精性脂肪肝、非酒精性脂肪性肝炎和非酒精性脂肪性肝炎相關(guān)性肝硬化3個(gè)階段[11]。NAFLD發(fā)生過(guò)程較為復(fù)雜,包括遺傳和環(huán)境等因素[12]。利用高脂飼料建立小鼠非酒精性脂肪肝模型,可有效模擬人類(lèi)非飲酒類(lèi)脂肪肝的病理狀況。本研究中血清學(xué)與病理學(xué)結(jié)果顯示,隨著高脂飼料飼喂時(shí)間延長(zhǎng),小鼠肝組織中脂滴數(shù)量增多,TG水平上升,提示高脂飼料引起肝組織形態(tài)學(xué)改變,NAFLD模型建立成功。
近年來(lái),腸道菌群在肝臟相關(guān)疾病,尤其是NAFLD中的作用備受關(guān)注。相關(guān)文獻(xiàn)[13-14]證實(shí),在臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,腸道菌群失調(diào)參與了NAFLD的發(fā)病。腸道菌群主要通過(guò)影響機(jī)體代謝、增加腸道通透性和參與宿主免疫反應(yīng),以及調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)、脂肪及膽汁酸代謝等信號(hào)通路相關(guān)基因的表達(dá)等,促進(jìn)NAFLD的發(fā)生[15-17]。H.h是腸道菌群的一種,可感染多種哺乳動(dòng)物。H.h的自然宿主是鼠類(lèi),在大鼠和小鼠中檢出率較高,在人類(lèi)肝臟組織中也有檢出報(bào)告,推測(cè)其致病機(jī)制是一種細(xì)菌-肝炎-肝癌的發(fā)病模式[18]。同時(shí)有研究表明,H.h感染可以導(dǎo)致并加快肝纖維化的形成[19]。與此同時(shí),高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展及無(wú)菌實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的應(yīng)用也為研究H.h對(duì)NAFLD發(fā)病的影響機(jī)制提供了有效手段。
本研究中通過(guò)H.h感染和高脂飼料喂養(yǎng)聯(lián)合構(gòu)建NAFLD模型,在造模過(guò)程中發(fā)現(xiàn),小鼠肝組織中TNF-α、IL-6和IL-1β等因子的轉(zhuǎn)錄水平明顯升高;推測(cè)H.h感染可以通過(guò)激活相關(guān)蛋白通路(如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3通路等),促進(jìn)大量炎性因子表達(dá),從而調(diào)節(jié)細(xì)胞存活與增殖,參與炎性反應(yīng)[20]。另外,隨著NAFLD的發(fā)展,大量積聚的活性氧使肝星狀細(xì)胞活化,從而釋放出TGF-β;TGF-β可以刺激α-SMA和CollagenⅠ等蛋白的分泌,使細(xì)胞外基質(zhì)增多,膠原酶表達(dá)受到抑制,從而導(dǎo)致膠原合成增加而降解減少,最終引起膠原沉積和纖維化[21]。在本研究中,本課題組初步探究了H.h感染對(duì)高脂飼料誘導(dǎo)NAFLD模型小鼠的影響,發(fā)現(xiàn)在構(gòu)建NAFLD模型時(shí),H.h感染可促進(jìn)淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)和炎性細(xì)胞因子釋放,并進(jìn)一步增加TGF-β的分泌,加重了NAFLD模型的纖維化和膠原纖維沉積程度,說(shuō)明小鼠感染H.h可以促進(jìn)NAFLD的發(fā)展。
綜上所述,本研究結(jié)果顯示,在構(gòu)建NAFLD模型時(shí),H.h能上調(diào)小鼠肝臟組織中炎性因子表達(dá),加快TGF-β分泌,從而促進(jìn)NAFLD發(fā)展;提示H.h感染會(huì)對(duì)NAFLD的發(fā)病進(jìn)程及評(píng)價(jià)帶來(lái)一定影響。