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說(shuō)到肝臟，大家想到的是什么
是掛在嘴邊“肝到天明”的口頭禪
是體檢不合格項(xiàng)目的?？汀爸靖巍?
還是肝臟獨(dú)一無(wú)二的再生能力?
......
毫無(wú)疑問(wèn)，肝臟這個(gè)詞大家都是不陌生的，但對(duì)于肝臟本身大部分人就知之甚少了。實(shí)際上，我國(guó)是一個(gè)肝病大國(guó)，平均每12個(gè)人里就有一個(gè)肝病患者，眾多肝臟疾病的發(fā)病機(jī)理和治療藥物還有待探索。今天是世界肝炎日，小編就為大家介紹幾種常見(jiàn)的肝臟疾病和常用的動(dòng)物模型，助大家在研究中快人一步。
人的肝臟位于上腹部，上與右肺、心臟相鄰，下與胃、十二指腸相鄰，肝是人體最大的消化腺，也是體內(nèi)新陳代謝的中心，據(jù)估計(jì)，在肝臟中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有500種以上。肝臟承擔(dān)著營(yíng)養(yǎng)代謝、解毒排毒、分泌膽汁、免疫防御等多種重要的生理功能。
肝臟承擔(dān)的生理功能重要且繁多，是比較容易“積勞成疾”的器官之一，我國(guó)各類(lèi)肝病的患者加起來(lái)有1億多人。常見(jiàn)的肝病包括：脂肪肝、肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞損傷、病毒性肝炎、自身免疫性肝炎、肝硬化和肝癌等。動(dòng)物模型對(duì)于研究肝臟異常和肝臟疾病的病理生理機(jī)制，以及確定有效的治療方法和篩選潛在的生物標(biāo)志物至關(guān)重要。下面，小編為大家分別介紹肝臟研究常用的小鼠模型。
脂肪肝，大家都不陌生，誰(shuí)還沒(méi)個(gè)患脂肪肝的朋友呢...
肝臟是人體的營(yíng)養(yǎng)中轉(zhuǎn)站，吃下去的食物被消化吸收后會(huì)進(jìn)入肝臟進(jìn)行代謝。如果吸收的脂肪超過(guò)了肝臟的處理能力，它們就會(huì)沉積在肝內(nèi)，形成脂肪肝，脂肪肝一般分為酒精性脂肪肝（Alcohol-related liver disease,ALD）和非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)兩大類(lèi)。
2.1酒精性脂肪肝模型
酒精攝入后，少量會(huì)立即在胃中代謝，剩余的大部分酒精會(huì)被胃腸道吸收，隨后通過(guò)靜脈輸送到肝臟。肝臟是酒精代謝的主要器官，它通過(guò)幾種酶促和非酶促反應(yīng)機(jī)制將90%以上酒精代謝成乙醛[1,2]。乙醛主要由乙醇脫氫酶 (ADH)、細(xì)胞色素P450 2E1 (CYP2E1) 和過(guò)氧化氫酶產(chǎn)生。乙醛隨后被醛脫氫酶 (ALDH) 轉(zhuǎn)化成乙酸，并從肝臟中釋放出來(lái)，被肌肉和心臟代謝[2]。乙醇本身和它的衍生物乙醛可使肝細(xì)胞發(fā)生脂肪變性、壞死，攝入的酒精超過(guò)肝臟的分解能力會(huì)對(duì)肝臟造成損傷。ALD模型的構(gòu)建基本都是通過(guò)小鼠長(zhǎng)期過(guò)量攝入酒精來(lái)造模的。
ALD的主要病理變化
建模小鼠選擇：
品系：C57BL/6最佳，BALB/c 及DBA老鼠在造模過(guò)程中體重會(huì)降低，死亡率較高，不太適用。C57BL/6中，6N又要比6J更易感（6J的乙醛脫氫酶水平較高，酒精代謝較6N好）。
性別：雌鼠更適合用于酒精性脂肪肝的造模，因?yàn)榇剖笪敢掖济摎涿杆降?，同時(shí)雌激素讓肝Kuffer細(xì)胞更容易受到 LPS 和促炎癥因子的影響。
周齡：8-11周齡的老鼠（成年鼠）比較適合用于造模，老年肝細(xì)胞內(nèi)乙醇脫氫酶、乙醛脫氫酶和CYP2E1活性均降低，更易成模。
建模方法：
直接在飲用水中加酒精造模：飲用水乙醇量通常開(kāi)始從5%(v/v)開(kāi)始逐步提高，小鼠可提高到25.32% (v/v) 的濃度。一般8-10周肝臟出現(xiàn)脂肪變性，長(zhǎng)期（數(shù)月）酒精喂養(yǎng)可誘發(fā)氧化應(yīng)激、脂肪變性、輕微的纖維化、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、肝損傷等。
Lieber-DeCarli液體酒精鼠糧造模：市面上有各種品牌的特制鼠糧可用于ALD造模。一般來(lái)講，喂食4周小鼠肝臟出現(xiàn)輕度脂肪變性，轉(zhuǎn)氨酶輕微升高，少量炎癥。喂食8-12周出現(xiàn)明顯的脂肪肝，伴有輕度炎癥和肝臟損傷，但是一般沒(méi)有纖維化[6]。
胃內(nèi)插管造模：上述造模方法只能得到早期ALD模型，為了模擬晚期ALD，1984 年 Tsuka moto和同事嘗試了一種新方法，直接通過(guò)手術(shù)將插管植入小鼠胃內(nèi)，研究者借此可以完全控制小鼠乙醇攝入量。通過(guò)長(zhǎng)期將小鼠血液中的酒精維持在250–500 mg/dl 的水平，可以在小鼠上模擬人類(lèi) ALD 的病理變化，包括微泡和大泡脂肪，巨線粒體、細(xì)胞凋亡、中央壞死和混合炎性浸潤(rùn)，中央小葉和細(xì)胞周?chē)w維化，門(mén)靜脈纖維化，橋接纖維化等[7]。
水/酒自由選擇造模：同時(shí)給小鼠提供正常飲用水和含酒精應(yīng)用水（或不同酒精濃度的飲用水）。因?yàn)閲X動(dòng)物不會(huì)被迫喝酒精來(lái)緩解饑餓或口渴，這種方法可以篩選（培養(yǎng)）出小鼠中的“酒鬼”，與人類(lèi)嗜酒行為更相似。這種模型可以模擬酒精成癮，用于研究分子和神經(jīng)化學(xué)途徑導(dǎo)致酒精濫用的行為和成癮機(jī)制[3]。
2.2非酒精性脂肪肝模型
伴隨肥胖人群的激增，非酒精性肝病（NAFLD）的發(fā)病率在過(guò)去20年發(fā)生了一波爆發(fā)式的增長(zhǎng)。NAFLD 如果不能得到有效治療，會(huì)逐漸進(jìn)展到非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、肝纖維化（Fibrosis）。此時(shí)通過(guò)積極干預(yù)，肝臟仍可能恢復(fù)正常，一旦進(jìn)展到肝硬化（Cirrhosis），將會(huì)有約 1~4% 的患者最終進(jìn)展為肝癌（Hepatocellular carcinoma，HCC）。目前的假說(shuō)認(rèn)為NASH是多種因素共同作用的后果，包括遺傳、肥胖、代謝綜合癥（比如高血壓、高血糖）、心血管疾病、糖尿病等。
NAFLD/NASH發(fā)病特征
食源性肥胖和胰島素抵抗是最常見(jiàn)的人類(lèi)代謝疾病的誘因，各類(lèi)特制飼料常用在NAFLD/NASH造模中。
MCD(Methionine- and choline-deficient diet)造模：MCD飲食中缺乏蛋氨酸和膽堿，蛋氨酸是合成半胱氨酸的關(guān)鍵化合物，膽堿是乙酰膽堿的前體，它們是肝臟和成磷脂酰膽堿的必要原料，缺乏磷脂酰膽堿會(huì)導(dǎo)致極低密度脂蛋白VLDL無(wú)法正常組裝，甘油三酯 (TG)無(wú)法轉(zhuǎn)運(yùn)，在肝臟大量積聚。小鼠MCD飲食3周后通常會(huì)出現(xiàn)明顯的脂肪性肝炎，5-8 周后出現(xiàn)明顯的纖維化，10 周后肝臟出現(xiàn)大量壞死性炎癥灶，但MCD模型不會(huì)出現(xiàn)NAFLD相關(guān)的代謝綜合征；此外，小鼠喂食 MCD會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的體重下降，8周的喂養(yǎng)會(huì)失去約40%的體重，很可能是因?yàn)榇x亢進(jìn)[8]。
CDAA(Choline-deficient L-amino-defined diet)造模：與MCD飲食相似，CDAA也缺乏膽堿，但是CDAA配方含有少量蛋氨酸，因此CDAA誘導(dǎo)花費(fèi)的時(shí)間比MCD飲食長(zhǎng)，約在12周后小鼠會(huì)出現(xiàn)NASH并伴有纖維化，21周纖維化可以進(jìn)展到中期，經(jīng)常以 CDAA 為食的嚙齒動(dòng)物表現(xiàn)出與纖維化相關(guān)的肝腫瘤。相較于MCD造模，CDAA造模進(jìn)展溫和，可用于研究從 NAFLD 到 NASH 再到 HCC 的進(jìn)展。值得注意的是，這些病變很少出現(xiàn)在雌性小鼠上[9]。
HFD(High-fat diet)造模：高脂飲食沒(méi)有人為的減少必要營(yíng)養(yǎng)成分，只是提高了飼料中的脂肪含量，這可以更好的模擬人類(lèi)肥胖和NAFLD的發(fā)病過(guò)程。HFD造模的效果與品系和性別均有關(guān)，通常雄性比雌性更容易肥胖；品系上，C57BL/6 比BALB/c更容易成模。事實(shí)上，C57BL/6 小鼠自身具有肥胖、高胰島素血癥和葡萄糖耐受不良的遺傳背景。
HFD衍生造模：在HFD的基礎(chǔ)上增減飼料成分，以期達(dá)到更好的造模效果。例如，去除HFD飼料中的膽堿choline，或在HFD飼料中添加果糖、膽固醇或反式脂肪酸、化合物CCL4等[3]。
ALD和 NAFLD/NASH 常用模型的主要特征
除飲食誘導(dǎo)外，我們還可以通過(guò)基因修飾的方法，敲除Adh, Ldlr等關(guān)鍵基因，阻斷脂肪代謝來(lái)構(gòu)建脂肪肝模型，相關(guān)的基因修飾模型詳見(jiàn)文末表格。
需要注意的是，理想的NAFLD/NASH小鼠模型應(yīng)該能模擬人類(lèi)NAFLD/NASH的發(fā)病過(guò)程，實(shí)際上，現(xiàn)有的很多模型僅在組織病理上的變化與臨床 NASH 很相似，但是肝臟的代謝、疾病的成因并不相同。例如，MCD和CDAA誘導(dǎo)雖然可以形成與 NASH 相似的病理組織如肥胖、炎癥、纖維化，然而，臨床 NASH 患者并不會(huì)出現(xiàn)膽堿缺乏。此外，MCD小鼠模型會(huì)出現(xiàn)體重下降而不是升高的特點(diǎn)，這一點(diǎn)在病理生理學(xué)與臨床NASH癥狀相反。
肝損傷/肝纖維化/肝硬化模型
肝損傷主要指肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞的功能損傷或壞死。臨床肝損傷主要由飲酒、食物中毒、藥物毒性、病毒性肝炎、脂肪肝、肝硬化及膽汁淤積癥等引起。嚴(yán)重的急性肝損傷可發(fā)展為肝衰竭，危及生命；慢性肝損傷則可能向肝纖維化、肝硬化、肝癌的終末期發(fā)展。肝纖維化幾乎伴隨著所有的慢性肝疾病。
慢性肝病的主要病理變化
肝損傷造模一般通過(guò)腹腔注射或小鼠尾靜脈注射特定化合物（如：CCl4、APAP、ConA、LPS&D-GalN等）即可，造模周期短。通常肝損傷模型構(gòu)建數(shù)小時(shí)后，小鼠即出現(xiàn)急劇的肝細(xì)胞死亡、肝衰竭乃及死亡；而低劑量重復(fù)注射化合物則可以緩慢積累肝損傷，導(dǎo)致肝纖維化、肝硬化的產(chǎn)生。
CCl4誘導(dǎo)：不同劑量的四氯化碳（CCl4）可分別造成小鼠急性或慢性肝損傷發(fā)生。高劑量CCl4在肝細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過(guò)細(xì)胞色素p-450依賴(lài)性途徑產(chǎn)生有肝臟毒性的自由基代謝產(chǎn)物，從而導(dǎo)致肝損傷；低劑量、多次數(shù)的CCl4注射能夠?qū)е赂渭?xì)胞變性、壞死以、肝臟纖維化及肝硬化發(fā)生。
APAP誘導(dǎo)：由于臨床上對(duì)乙酰氨基酚（APAP）的過(guò)量使用是導(dǎo)致病人肝毒性的重要因素，因此，小鼠口服高劑量的APAP也是常用的誘導(dǎo)肝損傷的模型。
LPS與D-GalN誘導(dǎo)：該模型主要用于研究巨噬細(xì)胞作用機(jī)制。D-GalN（D-galactosamine，半乳糖苷）作為一種特異性的肝臟致敏劑，能夠參與肝細(xì)胞代謝并特異地消耗尿嘧啶，從而抑制細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄活性，導(dǎo)致NF-κB下游靶基因不能正常表達(dá)發(fā)揮抗凋亡作用。腹腔聯(lián)合注射LPS和D-GalN常作為研究巨噬細(xì)胞分泌的TNFα誘導(dǎo)急性肝損傷的經(jīng)典模型。
ConA誘導(dǎo)：ConA（刀豆蛋白）作為一種T細(xì)胞絲裂原，能夠激活NK細(xì)胞釋放IFN-γ，促進(jìn)T細(xì)胞活化，從而導(dǎo)致急性肝損傷發(fā)生。目前被廣泛應(yīng)用于研究 NKT 細(xì)胞在肝臟損傷中作用機(jī)制。
ConA作用機(jī)制
Fah敲除模型：化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)肝損傷通常是劇烈且不可逆的，不能模擬臨床非化學(xué)肝毒性因素的肝損傷的病理狀態(tài)和機(jī)制，也無(wú)法觀察從肝損傷到肝硬化這一漸變過(guò)程。通過(guò)敲除關(guān)鍵基因構(gòu)建慢性肝損傷模型可以克服這個(gè)問(wèn)題，并可獲得大量特性均一的動(dòng)物模型，如Fah-KO小鼠（NM-KO-191202），它敲除了延胡索酰乙酰乙酸水解酶(Fumarylacetoacetatehydrolase，F(xiàn)ah)。正常情況下，酪氨酸最終代謝為延胡索酰和乙酰乙酸。Fah基因敲除后，產(chǎn)生有毒的延胡索酰乙酰乙酸鹽和馬來(lái)酰乙酰乙酸，并產(chǎn)生其次級(jí)代謝產(chǎn)物丙酮，對(duì)肝、腎造成損傷，引起肝臟損傷和肝硬化[4]。
病毒性肝炎模型
病毒性肝炎（viral hepatitis)是由多種不同肝炎病毒引起的一組以肝臟損害為主的傳染病，可分為甲、乙、丙、丁、戊、庚六種類(lèi)型。其中，乙型病毒性肝炎和丙型病毒性肝炎，多經(jīng)輸血或血制品以及密切接觸傳播，易遷延發(fā)展成慢性甚至肝硬化，已證實(shí)乙型（HBV）和丙型（HCV）肝炎病毒感染與肝癌有一定關(guān)系。在此主要介紹HBV和HCV小鼠模型。
病毒性肝炎分類(lèi)
4.1 HBV小鼠模型
常見(jiàn)HBV小鼠模型造模方法如下：
lHBV病毒注射：將 HBV 質(zhì)粒 DNA 直接注射到小鼠體內(nèi)，這種造模方法可以制作不同毒株的模型，缺點(diǎn)是穩(wěn)定期短。
AAV轉(zhuǎn)染：腺病毒包裝HBV基因組，再進(jìn)行注射，這種方法能形成與臨床相似的免疫耐受，但是小鼠無(wú)法重復(fù)感染。
人乙肝組織移植：目前最完備的HBV感染模型，可在小鼠上模擬人HBV感染，缺點(diǎn)是手術(shù)復(fù)雜，重復(fù)性差。
轉(zhuǎn)基因小鼠：通過(guò)基因工程技術(shù)，將HBV基因組敲入小鼠基因組，小鼠模型可終生表達(dá)HBV，這種模型的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高重復(fù)性好，缺點(diǎn)是無(wú)法模擬臨床感染過(guò)程，無(wú)法根除HBV。
南模生物將c1型HBV病毒1.0拷貝全長(zhǎng)DNA轉(zhuǎn)入小鼠，構(gòu)建了攜帶HBV病毒的轉(zhuǎn)基因小鼠HBV-Tg（貨號(hào)：NM-TG-00003）。該轉(zhuǎn)基因小鼠血清中HBsAg呈陽(yáng)性，但無(wú)HBeAg、anti-HBs、anti-HBe或antiHBc表達(dá)，無(wú)HBV DNA復(fù)制。在該轉(zhuǎn)基因小鼠模型的血清、肝臟和腎臟中可以檢測(cè)到穩(wěn)定表達(dá)的人乙肝病毒表面抗原，該小鼠模型為研究人類(lèi)“乙型肝炎”的發(fā)病機(jī)制、治療方法與藥物篩選，提供了理想的動(dòng)物模型和新型研究手段，具有重要的醫(yī)藥應(yīng)用價(jià)值。
免疫組化檢測(cè)HBsAg在肝臟(A)和腎臟(B)中的表達(dá)
4.2 HCV小鼠模型
HCV只能感染靈長(zhǎng)類(lèi)，長(zhǎng)期以來(lái)都沒(méi)有可用的小動(dòng)物模型。將 HCV 在人肝細(xì)胞膜表面表達(dá)的受體基因轉(zhuǎn)入小鼠，可使小鼠感染 HCV，例如人源化小鼠的CD81和OCLN基因(南模貨號(hào)：NM-HU-2000107)，可使HCV病毒正常感染小鼠肝臟[10]。還有研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用人源化肝臟小鼠也可以建立HCV感染小鼠模型[5]。
鑒于靈長(zhǎng)類(lèi)和嚙齒類(lèi)在病毒易感性和感染機(jī)制上的差異，病毒模型更多的采用食蟹猴作為模式動(dòng)物。但在前期的研究中，綜合考慮成本等方面的因素，也可以選擇免疫缺陷小鼠注射相應(yīng)病毒來(lái)造模。
肝癌模型
肝癌的發(fā)生是一個(gè)多階段逐漸演變惡化的過(guò)程，從最初的肝炎到肝硬化，再到最后的肝癌，是一個(gè)多步驟的發(fā)展過(guò)程。肝癌模型的構(gòu)建方法較多，可以用化學(xué)致癌劑誘導(dǎo)，可以移植肝癌細(xì)胞或組織建模，還可以通過(guò)修飾關(guān)鍵抑癌基因或原癌基因造模。
肝臟病變進(jìn)展
5.1誘發(fā)性肝癌模型
許多化學(xué)致癌劑達(dá)到足夠的劑量及時(shí)間可誘發(fā)動(dòng)物形成腫瘤。常用的肝癌誘導(dǎo)劑包括：二乙基亞硝胺（DEN）、黃曲霉素B1(AFB1)、四氯化碳（CCl4）等。
誘發(fā)性肝癌模型優(yōu)點(diǎn)：可以模擬腫瘤發(fā)生的3個(gè)過(guò)程，即損傷，硬化和腫瘤。
誘發(fā)性肝癌模型缺點(diǎn)：誘導(dǎo)周期長(zhǎng)，致死率高，個(gè)體間肝癌發(fā)生的時(shí)間、部位及病灶數(shù)等不均一。
5.2 移植性肝癌模型
移植性肝癌小鼠模型是指將小鼠或人的肝癌組織、細(xì)胞株或其他惡性腫瘤（如乳腺癌）移植到小鼠體內(nèi)形成的動(dòng)物模型。是肝癌研究常用的模型之一，適用于抗癌藥物臨床前的藥效評(píng)價(jià)。
PDX模型
目前，常見(jiàn)的移植性肝癌模型主要分為兩種，一種是將人源的肝癌細(xì)胞系（HepG2, Hep3B, SMMC-7721, HuH7等）接種到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，稱(chēng)為CDX模型（cell-line-derived xenograft），另一種是將來(lái)源于患者的肝癌組織塊接種到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，稱(chēng)為PDX模型（patient-derived xenograft），南模生物已累計(jì)構(gòu)建了近百種肝癌PDX模型。
5.3 基因修飾肝癌模型
利用基因工程手段構(gòu)建的肝癌小鼠不僅能從動(dòng)物整體的組織器官水平上進(jìn)行研究，而且還可以深入到細(xì)胞和分子水平，為肝癌的發(fā)病機(jī)制、藥物篩選和臨床醫(yī)學(xué)研究提供理想的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，南模生物自主構(gòu)建了多種敲除，條件性敲除的肝癌小鼠模型，模型信息詳見(jiàn)文末表格。
南模生物深耕基因編輯領(lǐng)域，提供全方位模式生物服務(wù)，包括基因修飾成品模型供應(yīng)、個(gè)性化模型定制、飼養(yǎng)繁育、表型分析、藥效評(píng)價(jià)等，滿足不同實(shí)驗(yàn)室需求。
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