何崇信,徐正婕,潘勤,范建高
非酒精性脂肪性肝病大鼠內(nèi)生性乙醇和肝組織乙醇代謝相關(guān)酶的變化*
何崇信,徐正婕,潘勤,范建高
目的觀察高脂飲食和高果糖飲食對(duì)大鼠肝臟病理、內(nèi)生性乙醇、乙醇代謝酶的影響。方法將SD大鼠18只隨機(jī)分為正常組(n=6),予以普通飼料喂養(yǎng),高果糖組(n=6)接受普通飼料和含20%果糖水喂養(yǎng),高脂組(n=6)接受高脂飼料喂養(yǎng)。造模16 w后,取肝組織進(jìn)行非酒精性脂肪性肝病活動(dòng)性評(píng)分(NAS);采用Biovison試劑盒檢測(cè)門靜脈血乙醇水平;采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR法檢測(cè)大鼠肝組織乙醇脫氫酶(ADH1)和乙醛脫氫酶(ALDH2)mRNA水平;采用Western blot法測(cè)定肝組織ADH1和ALDH2蛋白表達(dá)水平;使用乙醇脫氫酶活性試劑盒測(cè)定肝組織勻漿乙醇脫氫酶活性。結(jié)果在16 w末,高果糖組大鼠肝組織表現(xiàn)為脂肪變性,高脂組大鼠肝組織主要表現(xiàn)為NASH;高脂組大鼠NAS評(píng)分為5.40±0.32,顯著高于對(duì)照組【(1.10±0.25),P<0.05】和高果糖組【(2.94±0.40),P<0.05】;高脂組大鼠血清內(nèi)生性乙醇水平【(1.30±0.15)nmol/μL】顯著高于正常組【(1.00±0.10)nmol/μL,P<0.05)】和高果糖組【(1.04±0.23)nmol/μL,P<0.05)】;高脂組大鼠ADH1 mRNA水平顯著高于正常組((1.30倍,P<0.05)和高果糖組(1.36倍,P<0.05);高脂組大鼠ALDH2mRNA水平顯著高于正常組(1.55倍,P<0.05)和高果糖組(1.44倍,P<0.05);高脂組大鼠ADH1蛋白表達(dá)顯著高于正常組(2.56倍,P<0.05)和高果糖組(2.52倍,P<0.05);高脂組大鼠ALDH2蛋白表達(dá)顯著高于正常組(1.41倍,P<0.05)和高果糖組(1.57倍,P<0.05);高脂組大鼠肝臟乙醇脫氫酶活性為(175±28)μ/L,顯著高于正常組【(72±13)μ/L,P<0.05)】和高果糖組【(78±9)μ/L,P<0.05)】。結(jié)論高脂飲食造模大鼠內(nèi)生性乙醇濃度顯著升高,乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶蛋白水平升高,乙醇脫氫酶活性顯著升高。
非酒精性脂肪性肝病;高脂飲食;內(nèi)生性乙醇;乙醇脫氫酶;乙醛脫氫酶;大鼠
非酒精性脂肪性肝?。∟onalcoholic fatty liver disease,NAFLD)與酒精性脂肪性肝?。ˋlcoholic fatty liver disease,AFLD)在肝組織病理學(xué)表現(xiàn)上具有很高的相似性,提示內(nèi)生性乙醇在非酒精性脂肪性肝病的進(jìn)展中可能扮演了一定的角色。內(nèi)生性乙醇是指在無外來乙醇攝入的情況下,體內(nèi)產(chǎn)生的乙醇。在無氧條件下,攝入的碳水化合物分解產(chǎn)生丙酮酸,后者由腸道細(xì)菌代謝產(chǎn)生乙醛后,再轉(zhuǎn)變?yōu)橐掖迹?]。低水平的內(nèi)生性乙醇在正常人體內(nèi)也是存在的,并在肝臟被清除。然而,在很多病理情況下,人體內(nèi)的內(nèi)生性乙醇水平會(huì)明顯升高。Volynets et al在20例NAFLD患者,包括3例非酒精性脂肪性肝炎(Non-alcoholic steatohepatitis,NASH)患者呼吸測(cè)試乙醇濃度比10例健康人顯著升高[2]。Zhu et al[3]報(bào)道,在未攝入酒精的情況下,患有NASH的肥胖兒童血清乙醇水平顯著升高,而未患NASH的肥胖兒童與健康兒童呼氣乙醇濃度相似。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面,早在2000年就有報(bào)道,在沒有乙醇攝入的情況下,瘦素缺陷的肥胖ob/ob小鼠呼氣測(cè)試乙醇水平明顯高于野生型對(duì)照小鼠[4]。不同飲食對(duì)內(nèi)生性乙醇的影響尚未可知。本文采用正常飲食、高果糖飲食和高脂飲食持續(xù)喂養(yǎng)SD大鼠16周,觀察三種飲食造模后大鼠內(nèi)生性乙醇的水平差異,并檢測(cè)了肝組織乙醇脫氫酶(Alcoholdehydrogenase1,ADH1)和乙醛脫氫酶(Aldehyde dehydrogenase 2,ALDH2)基因的變化。
1.1動(dòng)物模型的制備18只清潔級(jí)雄性SD大鼠,體質(zhì)量140~160 g,購自中國(guó)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心【生產(chǎn)許可證為“SR×R(滬)2008-0016”】。飼養(yǎng)大鼠于我院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心動(dòng)物房,隨機(jī)分為3籠,每籠6只,室內(nèi)溫度維持在20℃~29℃,自由進(jìn)食和飲用無菌水。給予普通飼料適應(yīng)性喂養(yǎng)1 w,將大鼠隨機(jī)分成3組,給予正常組(n=6)普通飼料和飲用無菌水;給予高果糖組(n=6)喂養(yǎng)普通飼料和20%果糖水;給予高脂組(n=6)喂養(yǎng)高脂飼料(88%普通飼料+10%豬油+2%膽固醇)+普通飲水。在造模16 w后,所有大鼠禁食12 h,應(yīng)用3%戊巴比妥鈉40 mg·kg-1麻醉,常規(guī)解剖,取門靜脈血于無致熱原試管中,室溫靜置30 min,4℃3000 r/m離心15 min,取血清,分裝后置于-80℃冰箱保存。摘除肝臟,稱量肝臟濕質(zhì)量,切取肝右葉肝組織約1×1× 0.5 cm大小,置于4%中性甲醛液固定。取肝右葉適度大小組織塊,分裝于凍存管內(nèi),置于-80℃冰箱保存?zhèn)溆脵z。取肝組織,常規(guī)石蠟包埋、切片,HE染色。在200倍光鏡下,根據(jù)非酒精性脂肪性肝病活動(dòng)度積分(NAFLD activity score,NAS)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行肝脂肪變性和炎癥評(píng)分。NAS計(jì)分分為:(1)肝脂肪變性,0分:脂肪變細(xì)胞<5%;1分:5%~33%;2分:34%~66%;3分:>66%。(2)小葉內(nèi)炎癥,0分:無;1分:<2個(gè);2分:2~4個(gè);3分:>4個(gè)。(3)肝細(xì)胞氣球樣變,0分:無;1分:少量氣球樣變細(xì)胞;2分:多見。NAS=1+2+3(0~8分),NAS<3分排除NASH,NAS≥5分診斷為NASH,介于兩者之間為NASH可能。
1.2血清內(nèi)生性乙醇濃度檢測(cè)采用Biovison試劑盒檢測(cè)(Biovison,美國(guó))。
1.3肝組織ADH1和ALDH2 mRNA水平檢測(cè)采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR法,提取大鼠肝組織總RNA(Trizol試劑,大連寶生物公司),合成cDNA第一鏈。設(shè)計(jì)并合成引物,序列見表1。使用ABI 7500實(shí)時(shí)PCR儀(ABI,美國(guó))獲得目的基因擴(kuò)增曲線和CT值,采用2-△△ct法對(duì)各組CT值進(jìn)行結(jié)果分析。
表1 目的基因的物序列
1.4肝組織ADH1和ALDH2蛋白表達(dá)檢測(cè)采用Western blot法。
1.5肝組織乙醇脫氫酶活性檢測(cè)首先使用磷酸鈉緩沖液(Invitrogen,美國(guó))漂洗肝臟組織,再取50 mg肝組織置于0.25 mol/L的磷酸鉀緩沖液(上海古朵生物有限公司)200 μl中,使用勻漿器勻漿,4℃10000 r/m離心15 min,取上清檢測(cè)。采用BioAssay Systems提供的乙醇脫氫酶活性檢測(cè)試劑盒檢測(cè)上清乙醇脫氫酶活性。
1.6統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件,計(jì)量資料以(±s)表示,采用單因素方差分析進(jìn)行多組間的比較,P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1各組大鼠肝組織病理學(xué)表現(xiàn)在光鏡下,正常組大鼠肝組織未見異常,NAS評(píng)分為(1.10±0.25);高果糖組大鼠肝組織病理學(xué)變化以單純性脂肪變?yōu)橹饕卣鳎笫蟾谓M織出現(xiàn)輕到中度的脂肪變性,未觀察到明顯的小葉內(nèi)炎性細(xì)胞浸潤(rùn),無肝細(xì)胞氣球樣變,NAS評(píng)分為(2.94±0.40)分;高脂組大鼠也表現(xiàn)為肝組織中度脂肪變性,小葉內(nèi)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)較明顯,出現(xiàn)肝細(xì)胞氣球樣變,NAS評(píng)分為(5.40± 0.32)分,6只大鼠均被診斷為NASH(圖1)。
圖1 大鼠肝組織病理學(xué)表現(xiàn)(HE,200×)
2.2大鼠門靜脈血內(nèi)生性乙醇水平比較與正常組【(1.00±0.10)nmol/μL】和高果糖組【(1.04±0.23)nmol/μL】大鼠比,高脂組大鼠血內(nèi)生性乙醇水平【(1.30±0.15)nmol/μL】顯著升高(P<0.05),而高果糖組與正常組無顯著性差異(圖2)。
圖2 各組大鼠門靜脈脈血內(nèi)生性乙醇水平比較高脂組內(nèi)生性乙醇水平較另2組明顯升高(*P<0.05)
2.3各組大鼠肝組織ADH1和ALDH2 mRNA水平比較如圖3a所示,高脂組ADH1 mRNA水平顯著高于(1.30倍)正常組和高果糖組(1.36倍,*P<0.05);如圖3b所示,高脂組ALDH2 mRNA水平顯著高于(1.55倍)正常組和高果糖組(1.44倍,*P<0.05)。
圖3 各組大鼠肝組織ADH1和ALDH2 mRNA水平比較
2.4各組大鼠肝組織ADH1和ALDH2蛋白表達(dá)水平比較如圖4a所示,高脂組ADH1蛋白水平顯著高于(2.56倍)正常組和高果糖組(2.52倍,*P<0.05);如圖4b所示,高脂組ALDH2蛋白表達(dá)水平顯著高于(1.41倍)正常組和高果糖組(1.57倍,*P<0.05,圖4)。
圖4 各組大鼠肝組織ADH1和ALDH2蛋白水平比較
2.5高脂組大鼠肝組織ADH酶活性水平明顯升高如圖5所示,與正常組【(72±13)μ/L】和高果糖組【(78±9)μ/L】肝組織ADH酶活性比,高脂組ADH活性【(175±28)μ/L,P<0.05)顯著增加。
圖5 各組大鼠肝組織ADH酶活性比較高脂組大鼠肝組織ADH酶活性較另2組明顯升高(*P<0.05)
本研究觀察了持續(xù)的高果糖飲食和高脂飲食對(duì)于大鼠肝臟病理、內(nèi)生性乙醇、乙醇代謝酶蛋白表達(dá)及乙醇代謝脫氫酶活性的影響。結(jié)果顯示,高果糖飲食16周并未引起大鼠肝臟顯著的病理改變,而高脂飲食16周大鼠肝臟則表現(xiàn)為NASH,肝臟出現(xiàn)了肝細(xì)胞脂肪變性,小葉內(nèi)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和肝細(xì)胞氣球樣變。長(zhǎng)期高脂飲食大鼠是NASH比較成熟的造模方法[5-8]。我們既往的研究顯示,高脂高膽固醇飲食可以導(dǎo)致肥胖和胰島素抵抗,并且可以導(dǎo)致肝臟炎癥的形成。理論上,果糖可以促進(jìn)脂肪合成,導(dǎo)致脂質(zhì)堆積;攝入過多的果糖可促進(jìn)內(nèi)臟肥胖,并有可能通過增加肝臟內(nèi)甘油二酯的量引發(fā)胰島素抵抗[9-11]。而動(dòng)物研究顯示長(zhǎng)期單純的高果糖飲食并不能引起脂肪性肝炎,僅可以導(dǎo)致輕微的脂肪變性或者細(xì)胞腫脹[12-14]。本研究也與之一致。
本研究中,內(nèi)生性乙醇濃度在高脂飲食NASH組較正常組和高果糖組明顯升高。既往研究也發(fā)現(xiàn)NAFLD患者較正常對(duì)照組呼吸測(cè)試測(cè)得的內(nèi)生性乙醇濃度高。而且內(nèi)生性乙醇在NASH肥胖者中較瘦弱者高。動(dòng)物模型則發(fā)現(xiàn)肥胖的ob/ob小鼠呼氣測(cè)試乙醇濃度是隨著喂養(yǎng)時(shí)間的增長(zhǎng)而升高的,而對(duì)照的瘦弱小鼠卻沒出現(xiàn)這種現(xiàn)象[4,15]。內(nèi)生性乙醇是由腸道細(xì)菌發(fā)酵食物產(chǎn)生的。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)口服抗生素凈化腸道后可以使乙醇水平降低。這也在研究NASH患者與肥胖對(duì)照組的細(xì)菌差異時(shí)有所體現(xiàn)。NASH患者與肥胖對(duì)照組的唯一細(xì)菌差異是產(chǎn)乙醇的腸桿菌屬大腸桿菌科,而且兩者的內(nèi)生性乙醇有顯著差異。有趣的是腸桿菌屬屬于產(chǎn)乙醇細(xì)菌,提示NASH患者腸道內(nèi)細(xì)菌的改變導(dǎo)致的內(nèi)生性乙醇升高可能促進(jìn)NASH的生成[3]。所以,本研究中未攝入乙醇的SD大鼠內(nèi)生性乙醇的升高可以被認(rèn)為是高脂飲食引起的腸道產(chǎn)乙醇細(xì)菌增多所致。據(jù)此推測(cè),高果糖未能引起內(nèi)生性乙醇的升高可能是其未影響腸道產(chǎn)乙醇的細(xì)菌數(shù)量。
我們進(jìn)一步觀察了與肝臟乙醇代謝相關(guān)的酶。結(jié)果顯示,高脂組大鼠肝臟乙醇代謝酶ADH1和ALDH2蛋白表達(dá)水平明顯升高。既往也有研究顯示,NASH患者與正常人相比,乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶的基因轉(zhuǎn)錄增多,且免疫印記檢測(cè)顯示乙醇脫氫酶表達(dá)增多[16]。與此同時(shí),我們還觀察到高脂NASH組肝臟ADH1酶活性較其他兩組顯著升高。肝臟乙醇代謝酶的蛋白表達(dá)和活性同時(shí)升高,進(jìn)一步支持高脂飲食所致的內(nèi)生性乙醇增高導(dǎo)致肝臟乙醇代謝增多。隨著乙醇代謝的增多,肝臟NADH水平隨之升高,肝臟脂肪酸的合成增加,脂肪酸的降解被抑制,進(jìn)而導(dǎo)致肝臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞的脂肪堆積[17-18]。其次,肝臟乙醇代謝過程中產(chǎn)生的毒性乙醛和P450 4E1導(dǎo)致的過氧化物的產(chǎn)生增多,導(dǎo)致肝臟炎癥[16]。乙醇還可以導(dǎo)致腸粘膜上皮細(xì)胞緊密連接破壞和大分子的細(xì)胞旁通透性升高,導(dǎo)致腸道內(nèi)毒素通過腸-肝軸進(jìn)入肝臟增多,激活炎癥通路,引起肝臟炎癥[19-20]。通過以上的種種機(jī)制,內(nèi)生性乙醇促進(jìn)了高脂飲食大鼠NASH的發(fā)生和發(fā)展。
本文的不足之處在于只進(jìn)行了一個(gè)觀察性的實(shí)驗(yàn),未能通過對(duì)內(nèi)生性乙醇相關(guān)的干預(yù)觀察相關(guān)指標(biāo)的變化。本實(shí)驗(yàn)也未分析各種飲食造成的腸道細(xì)菌的改變及其與內(nèi)生性乙醇的關(guān)系。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)設(shè)想,我們可以通過注射病毒靶向抑制或者過表達(dá)肝臟的乙醇代謝酶基因如乙醇脫氫酶和乙醛脫氫酶,通過這種途徑來加快或者抑制肝臟內(nèi)乙醇的代謝速度,從而探討內(nèi)生性乙醇的升高是否影響肝臟的病理學(xué)改變以及肝臟的生化指標(biāo)或者炎癥通路蛋白的表達(dá)。我們還可以通過無菌小鼠腸道植入產(chǎn)乙醇細(xì)菌(如大腸桿菌)的方式來探究?jī)?nèi)生性乙醇增多導(dǎo)致肝臟相關(guān)指標(biāo)的改變結(jié)果。由此來進(jìn)一步深入的探究?jī)?nèi)生性乙醇在NASH發(fā)生發(fā)展過程中的角色,究竟是一個(gè)表觀性的改變還是炎癥進(jìn)展中的幫兇。
總之,本研究觀察了內(nèi)生性乙醇在不同飲食SD大鼠造模16周的變化,并探究了各組內(nèi)生性乙醇的差異、肝臟乙醇代謝酶蛋白表達(dá)水平和乙醇脫氫酶活性的變化。為進(jìn)一步揭示內(nèi)生性乙醇在NASH發(fā)生上所扮演的角色提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。未來的研究可以通過控制內(nèi)生性乙醇的量、針對(duì)性地控制產(chǎn)內(nèi)生性乙醇的腸道細(xì)菌或者下游的代謝通路來進(jìn)一步探究?jī)?nèi)生性乙醇在非酒精性肝病進(jìn)展中的作用。
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(收稿:2016-02-02)
(本文編輯:陳從新)
Objective To observe the effect of high-fat diet and high-fructose diet on hepatic histology,endogenous ethanol and related ethanol metabolic enzymes including alcohol dehydrogenase 1(ADH1)and aldehyde dehydrogenase 2(ALDH2)in rats.Methods Eighteen male Sprague Dawley rats were randomly divided into control group(n=6),high-fat diet group(n=6)and high-fructose diet group(n=6).At the end of 16th week,nonalcoholic fatty liver disease(NAFLD)activity score(NAS)of liver tissues was evaluated.The endogenous ethanol in portal venous blood were detected.The mRNA levels of hepatic ADH1 and ALDH2 were detected by real time PCR.The protein levels of hepatic ADH1 and ALDH2 were detected by Western blot.The activity of ADH1 was detected by ADH1 enzyme activity kits.Results At the end of 16th week,the liver tissues of rats in high-fructose group were simple steatosis and of rats in high-fat group presented severe hepatic inflammation.The NAS score in high-fat group was 5.40±0.32,significantly higher than in normal group【(1.10± 0.25),P<0.05】or in high-fructose group【(2.94±0.40),P<0.05】;Serum endogenous ethanol levels in high-fat group【(1.30±0.15)nmol/μL】was significantly higher than that in normal group【(1.00±0.10)nmol/μL,P<0.05)】or in high-fructose group【(1.04±0.23)nmol/μL,P<0.05)】;the mRNA levels of ADH1 in high-fat group was significantly 1.30 fold or 1.36 fold higher than that in high-fructose group and in normal group respectively(P<0.05);the mRNA level of ALDH2 in high-fat group was significantly 1.55 fold or 1.44 fold higher than that in high-fructose group and in normal group respectively(P<0.05);the protein expression levels of ADH1 in high-fat group was significantly 2.56 fold or 2.52 fold higher than that in high-fructose group and in normal group respectively(P<0.05),and the ALDH2 protein in high-fat group was significant 1.41 fold or 1.57 fold higher than that in high-fructose group and in normal group respectively(P<0.05);meanwhile,the activity of ADH enzyme in high fat group(175±28)μ/L was significant higher when compared with that in normal group【(72±13)μ/L,P<0.05)】and in high-frutose group【(78±9)μ/L,P<0.05)】.Conclusion High-fat diet can significantly increase the endogenous ethanol levels in the portal vein,and up-regulate the protein expression of ADH enzyme in the livers.
Nonalcoholic fatty liver disease;High-fat diet;Endogenous ethanol;Alcohol dehydrogenase 1;Aldehyde dehydrogenase 2;Rats
10.3969/j.issn.1672-5069.2016.04.009
國(guó)家重點(diǎn)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目(2012CB517501);王寶恩抗肝纖維化基金項(xiàng)目(20110006)
200092上海市上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院消化科
何崇信,男,25歲,碩士研究生。主要研究方向?yàn)橹靖蔚幕A(chǔ)與臨床研究。E-mail:ashinalive@hotmail.com通訊作者:徐正婕,E-mail:ajanexu@163.com
Effect of high-fat diet or high-fructose diet on endogenous ethanol and hepatic ethanol metabolic enzymes in rats He Chongxin,Xu Zhengjie,Pan Qin,et al.Department of Gastroenterology,Xinhua Hospital,Shanghai Jiaotong University School of Medicine,Shanghai 200092