在上一期我们给大家介绍了基于高脂饮食、营养素缺乏饮食及毒素等方式诱导的NASH 模型,但由于代谢紊乱特征弱或造模周期过长,所以在实际应用上面临着一定问题,或无法很好复刻人类NASH病症特点。因此,需要开发更贴近人类病症的NASH模型。
NASH的特征性病变主要体现在肝脏病理组织学上,肝脏需同时出现肝细胞脂肪变性、气球样病变以及炎症等表型。临床上为了更好界定NSAH病人,研究人员也提出了相应的评分系统,主要包括NAS (NAFLD activity score) 和SAF (steatosis activity fibrosis),其中NAS应用范围更加广泛。
Ø NAS评分根据脂肪变性、肝细胞气球样变性、小叶炎症三个维度评分(0~8),NAS≥5分可诊断为NASH,NAS<3分排除NASH,NAS 3~4分为NASH可能。
Ø 肝纤维化是NASH的组织学特征,从F0到F4定义为:无纤维化(F0);窦周或门脉周围纤维化(F1);窦周纤维化合并门脉周围纤维化(F2);形成桥接样纤维化(F3);肝硬化(F4) 。
表1. NAFLD活动度评分
模拟临床病人进行NASH药物临床前研究的小鼠模型一方面需要有肥胖、高血糖/血脂等代谢紊乱特征,另一方面需要有肝脏病理特征,而肝脏病理特征则可参考上述NSA评分系统进行打分,根据评分判断是否可作为NASH研究模型。
目前,除了印度药物管理局(DCGI)批准上市的PPARα/γ双重激动剂Saroglitazar,可用于治疗非肝硬化性非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者,尚无其他疗法获得FDA的批准。NASH治疗药物开发任重道远,选择合适的NASH模型,不仅可以大大缩短成模时间,还能模拟人类患者的代谢紊乱特征和肝脏病理组织学等特点,助力探索NASH发病机制和治疗药物开发。
复刻人类NASH病症的小鼠模型
Ø BKS-db NASH
BKS-db是一种经典II型糖尿病模型,它具有严重的肥胖表型,同时具有高血糖症、高血脂症和胰岛素抵抗等代谢紊乱特征,并且随着周龄增加,在大周龄BKS-db(约16周)中可以观察到一定程度的脂肪肝表型。为了缩短脂肪肝形成的时间,我们采用西方饮食(Western Diet,高脂、高果糖、高胆固醇)对BKS-db进行喂养,获得BKS-db NASH模型。该模型构建周期短,仅喂养4周小鼠便出现了更高的体重、血糖和血脂水平,同时具有严重的肝脏损伤以及典型的肝脏NASH样病变(图1-2)。
图1. WD喂养4周后BKS-db小鼠肝脏中出现显著的脂肪变性、炎症以及气球样病变,且油红染色观察到大量脂质沉积。
图2. 通过NAS评分系统对小鼠进行打分,BKS-db NASH模型在WD诱导4周后的评分为5.8分,可用作NASH发病机制研究及相关治疗药物评价。BKS-db NASH模型在4周后评分基本进入平台期,随周龄增加,评分并未显著增加。
药效案例展示
实验设计及目的:将BKS-db小鼠根据体重和禁食血糖进行分组,分为溶媒组和阳性药组(MGL-3196),然后使用西方饮食诱导4周,诱导同时给药,评估药物(MGL-3196)在小鼠体内的药效。其中,BKS正常饮食小鼠给予溶媒作为正常对照组。
图3. MGL-3196显著改善BKS-db NASH脂肪肝表型,从组织病理上看,脂肪变和脂质堆积表型也得到一定程度改善,NAS评分5.8分下降到3分左右。
Ø B6-Alms1-del NASH
ALMS1是一个与人类Alström综合征相关的基因,该基因突变/缺失会出现儿童肥胖、发育迟缓、高血脂症、心肌疾病及Ⅱ型糖尿病等代谢综合征。集萃药康采用基因编辑技术对鼠源Alms1基因8号外显子特定序列造成11bp碱基缺失,使小鼠Alms1基因提前终止翻译,形成具有肥胖、糖尿病及非酒精性脂肪肝病综合表型的Alms1突变小鼠模型。它在普通饲料(CD)的喂养下即可出现肥胖、中度高血糖症状,且随着年龄增长,高脂血症以及肝脏损伤会逐渐恶化。西方饮食饲料(WD)的喂养会加速其代谢紊乱和肝脏损伤进程(图4)。
相较BKS-db NASH模型,B6-Alms1-del NASH模型还具备中度肝脏纤维化的特点(图4),可用于评估抗NASH药物对肝脏纤维化的治疗效果。
图4. B6-Alms1-del小鼠在正常饲料(CD)喂养下,21周龄时出现了脂肪肝表型,但评分只有4.2分,未到达NASH程度。 B6-Alms1-del小鼠在西方饲料(WD)喂养下,6周后就表型出明显的脂肪变、炎症、气球样病变以及中等程度纤维化。NAS评分为6.0分,纤维化评分为1.6分。
药效案例展示
实验设计及目的:将西方饮食诱导6周后的B6-Alms1-del小鼠根据ALT指标进行随机分组,按照组别分别给予溶媒、药物MGL-3196和Semaglutide,给药的同时依然维持西方饮食喂养,评估药物在小鼠体内的药效。其中,B6J正常饮食小鼠给予溶媒作为正常对照组。
图5. 药物MGL-3196和Semaglutide一定程度缓解B6-Alms1-del小鼠的脂肪变和纤维化表型,评分得到一定成程度降低。
NASH小鼠模型列表
综上,基于BKS-db和B6-Alms1-del基因编辑小鼠构建的NASH小鼠模型具有显著的代谢紊乱特征以及更短的造模周期,相比以往的传统模型更能满足研究者的实验需求。然而,真实人群中db和Alms1基因突变频率非常低,所以此类基因编辑模型与临床发病机制存在较大差异,仍需开发更”拟人“的NASH评价模型。下一期我们将分享一款更贴合人类病程发展的NASH研究模型-750野生鼠。