金 毅,邢 偉,呂愛貞,張金龍,楊 雯,徐愉林,王 茜,李 靜
(1.深圳市藥品檢驗(yàn)研究院(深圳市醫(yī)療器械檢測(cè)中心)深圳藥品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 深圳 518057;2.廣東東陽(yáng)光藥業(yè)有限公司,廣東 東莞 523000)
非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)是與胰島素抵抗和遺傳易感密切相關(guān)的代謝應(yīng)激性肝損傷,疾病譜包括非酒精性單純性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver,NAFL),非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis,NASH)以及相關(guān)肝硬化和肝細(xì)胞癌[1-2]。隨著發(fā)病率的增加和年輕化趨勢(shì),已成為全球重要的公共健康問題。NAFL被認(rèn)為是早期病理過程,發(fā)展為肝硬化和肝癌的比例分別為5%~10%和1%~2%[1,3-4]。
目前國(guó)際公認(rèn)的NAFL指標(biāo)中,肝臟組織學(xué)表現(xiàn)符合單純性脂肪肝診斷標(biāo)準(zhǔn)即可診斷,其病理特征主要為肝腺泡3區(qū)大泡性或以大泡為主的混合性肝細(xì)胞脂肪變[1, 5-8]。
肝臟是藥物體內(nèi)代謝的重要器官,而細(xì)胞色素P450酶(CYP450)是參與藥物Ⅰ相代謝反應(yīng)的主要超家族酶系,廣泛參與脂肪酸、類固醇、膽酸、前列腺素、白三烯、生物胺以及類維生素等物質(zhì)的生物合成和代謝,與內(nèi)外源性的物質(zhì)代謝密切相關(guān)[9]。通過評(píng)價(jià)NAFLD模型大鼠體內(nèi)CYP酶活性,對(duì)研究脂肪肝等肝疾病及合理用藥治療肝病具有潛在意義。CYP450酶系已明確的有18個(gè)家族,43個(gè)亞家族。參與藥物代謝的家族主要有CYP1,CYP2和CYP3,其中CYP1A2、2B6、2C9、2D6和3A4共同參與了約95%以上的經(jīng)CYP酶催化的臨床藥物的代謝。在肝硬化模型中大鼠的肝微粒體CYP總量明顯降低,肝損傷大鼠模型中CYP3A基因表達(dá)量會(huì)減少等幾種亞酶活性變化情況,但是,未找到CYP1A2、2B6、2C9、2D6和3A4活性變化在NAFL動(dòng)物模型研究數(shù)據(jù)[10-13]。
國(guó)內(nèi)外研究CYP450酶活性的方法有很多,主要包括體內(nèi)和體外兩大方面。其中體外的研究方法有肝微粒體孵育法、肝S9孵育法、藥物探針法等。肝微粒體和肝S9均是肝細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的亞細(xì)胞組分,含有豐富的藥物代謝酶P450酶,是肝勻漿液經(jīng)過不同離心速度得到的組分。與肝微粒體制備對(duì)比,肝S9所需的離心速度較低,是肝勻漿液去線粒體的上清液,組分中含有的代謝酶種類也更多,包括各種I相代謝酶和II相代謝酶,添加NADPH(還原型輔酶II),可以檢測(cè)I相代謝酶。目前肝S9系統(tǒng)在藥代動(dòng)力學(xué)方面、毒理學(xué)和藥物相互作用等方面應(yīng)用比較廣泛[14]。
鑒于目前尚未見對(duì)CCl4或高脂飼料誘導(dǎo)的大鼠NAFL模型CYP酶活性方面的比較研究報(bào)道,本研究采用大鼠肝S9孵育體系法探討CCl4和高脂模型2種因素誘導(dǎo)的大鼠NAFL模型中主要CYP酶活性的變化。
SPF級(jí)雄性SD大鼠,體重160~180 g,購(gòu)自湖南斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司,動(dòng)物質(zhì)量合格證號(hào):43004700035137,生產(chǎn)許可證號(hào)[SCXK(湘)2016-0002];動(dòng)物使用許可證號(hào)[SYXK(粵)2014-0135]。動(dòng)物飼養(yǎng)于廣東東陽(yáng)光藥業(yè)有限公司東陽(yáng)光研究院屏障環(huán)境動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室,在20℃~26℃溫度和40%~70%濕度下飼養(yǎng),采用12 h∶12 h晝夜間斷照明,嚴(yán)格按照SPF級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(SOP)規(guī)范操作[15](實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利倫理審查號(hào) IAEC-K-170712-01)。
高脂飼料(為自擬高脂飼料配方,具體成分為:基礎(chǔ)飲料:50%,豆粉:12.5%,蛋黃粉:12.5%,豬油:10%,蔗糖:10%,奶粉:5%,濃魚肝油:1/100 g。委托廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心配制);非那西汀購(gòu)自阿拉丁(批號(hào):WXBC1218V)、雙氯芬酸鈉(批號(hào):100334-200302)購(gòu)自中國(guó)食品藥品檢定研究院;丁呋洛爾購(gòu)自TRC(批號(hào):1-EJB-67-6)、安非他酮(批號(hào):100671-200301)購(gòu)自中國(guó)藥品生物制品檢定所,紫杉醇(批號(hào):130326)購(gòu)自上??禈?biāo)化學(xué)有限公司,0.01 mol/L Tris-HCL緩沖鹽(批號(hào):批號(hào)ST774)購(gòu)自碧云天。色譜純甲醇與乙腈購(gòu)自SPECTRUM,色譜純甲酸和甲酸銨購(gòu)自阿拉丁,其余試劑為色譜純,其余試劑詳見參考文獻(xiàn)[15]。
IKA T10B 手持勻漿機(jī)(德國(guó)IKA公司);冷凍研磨儀(上海靜信實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司);Eppendorf 5810R冷凍離心機(jī)(德國(guó)Eppendorf 公司);AB sciex 4500質(zhì)譜儀(美國(guó)AB SCIEX公司);Agilent 1200型高效液相色譜儀(美國(guó)Agilent公司);其余儀器見[15]。
1.3.1 兩種大鼠NAFL模型的建立
實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分為CCl4模型組和溶媒組,CCl4模型組大鼠每周2次皮下注射CCl4(40%,四氯化碳溶于橄欖油),給藥量為2 mL/kg,溶媒組平行處理,背部皮下注射橄欖油,直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。用于實(shí)驗(yàn)4周,6周和9周剖殺的CCl4模型組和溶媒組動(dòng)物數(shù)量分別為:5只,5只;5只,5只;10只,10只。
高脂模型組及空白對(duì)照組,每組各10只。高脂模型組每天給予高脂配方飼料,空白對(duì)照組給予正常飲食喂養(yǎng)。
根據(jù)筆者前期多次實(shí)驗(yàn)確認(rèn)皮下給予CCl4造模4周造模成功,故設(shè)置的第一個(gè)時(shí)間點(diǎn)為4周;文獻(xiàn)中,高脂飼料喂養(yǎng)大鼠實(shí)驗(yàn)多選擇8周確認(rèn)造模成功,根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn),將高脂飼料造模的時(shí)間點(diǎn)設(shè)置為9周,以便與CCl4模型形成相似的肝細(xì)胞脂肪變性為主的病理學(xué)改變,在病理基本相近或相似的基礎(chǔ)上比較肝臟微粒體CYP酶活性變化特點(diǎn)[16-17]。此外,考慮主要實(shí)驗(yàn)?zāi)康募爸芷?,為觀察CCl4模型在不同時(shí)間點(diǎn)CYP酶活性特點(diǎn),本課題組把CCl4模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)束時(shí)間點(diǎn)設(shè)置為9周。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),大鼠禁食不禁水16 h,腹腔注射3%戊巴比妥鈉(2 mL/kg)麻醉,處死。
1.3.2 大鼠肝S9制備
分別于CCl4造模4周、6周、9周,高脂造模9周,取邊長(zhǎng)3 mm的新鮮肝組織,用冰水冷卻的生理鹽水沖洗凈,保存于-80℃,用于制備肝S9。
制備肝S9時(shí),稱取500 mg大鼠肝組織于5 mL離心管中,于冰上剪碎肝組織,按1∶3(W∶V)比例加入勻漿液(0.25 mol/L蔗糖、0.01 mol/L Tris-HCl和1 mmol/L EDTA,pH=7.4),用手持勻漿機(jī)于冰上以6000 r/min勻漿1 min,將勻漿后的混合液轉(zhuǎn)入2 mL離心管中,9000 r/min,4℃離心30 min,每管取200 μL上清液用于實(shí)驗(yàn)[12]。
1.3.3 肝S9體外溫孵孵育系統(tǒng)條件
肝S9體外溫孵優(yōu)化后系統(tǒng)包括30 μL大鼠肝S9(對(duì)上述制備的S9用磷酸鉀緩沖液稀釋100倍),15 μL探針底物溶液(1A2底物非那西汀濃度120 μmol/L、2B6底物安非他酮濃度40 μmol/L、2C9底物雙氯芬酸鈉濃度40 μmol/L、2D6底物丁呋洛爾濃度40 μmol/L、3A4底物睪酮濃度320 μmol/L)預(yù)孵10 min,于各孔加入15 μL 8 mmol/L NADPH,37℃(pH=7.4)共孵育45 min后,加入150 μL乙腈(含100ng/mL普萘洛爾)終止反應(yīng),4000 r/min,4℃離心5 min取上清100 μL加水100 μL混勻,用于樣品分析。
1.3.4 檢測(cè)條件
色譜柱:ACE Excel3 C18-Amide(50×2.1 mm),流速0.4 mL/min,柱溫40℃,A相(水+2 mmol/L甲酸銨+0.1%甲酸),B相(甲醇+2 mmol/L甲酸銨+0.1%甲酸),梯度為B相0~0.8 min,2%~2%;0.8~1.0 min,2%~85%;1.0~2.8 min,85%~90%;2.8~2.9 min,90%~2%;2.9~3.8 min,2%~2%。ESI+(電噴霧離子源),霧化氣(N2)壓力55 psi,源溫度550℃。選擇正離子方式檢測(cè),檢測(cè)電壓5500 V,采用多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)方式進(jìn)行定量。內(nèi)標(biāo)普萘洛爾離子對(duì)(Q1/Q3)為260.2/116.1、1A2探針底物代謝物Q1/Q3為152.1/110.0、2B6探針底物代謝物Q1/Q3為256.1/238.0、2C9探針底物代謝物 Q1/Q3為312.0/231.2、2D6探針底物代謝物 Q1/Q3為278.4/186.3、3A4探針底物代謝物 Q1/Q3為305.0/269.2。
1.3.5 ALT,AST檢測(cè)
腹主動(dòng)脈采血,室溫放置2 h后4℃、3000 r/min,離心15 min,取血清,采用常規(guī)生化方法檢測(cè)ALT、AST。
1.3.6 肝臟甘油三酯及膽固醇的檢測(cè)
剪取新鮮肝臟部分左大葉,稱取約20 mg肝組織,用無(wú)水乙醇勻漿,離心取上清,測(cè)TG及CHO的濃度,計(jì)算肝內(nèi)TG及CHO的含量,詳見參考文獻(xiàn)[15]。
1.3.7 組織病理學(xué)檢查
福爾馬林固定肝組織,7 d。常規(guī)脫水浸蠟后,HE染色制片,光學(xué)顯微鏡下觀察。
注:A:溶媒組肝臟(4周);B:CCl4模型組肝臟(4周);C:CCl4模型組肝臟(6周);D:CCl4模型組肝臟(9周)。圖1 CCl4誘導(dǎo)的NAFL模型大鼠在4,6,9周的組織病理學(xué)改變(×200,HE染色)Note. A: Liver of the vehicle control group(week 4); B: Liver of the NAFL model group established by CCl4 (week 4); C: Liver of the NAFL model group established by CCl4 (week 6); D: Liver of the NAFL model group established by CCl4 (week 9).Figure 1 Histopathological changes in the NAFL rats established by CCl4 at weeks 4, 6, and 9 (HE staining)
NAFL模型組與溶媒組比較,肝臟表面色澤發(fā)黃,體積、重量增加。組織病理學(xué)觀察,溶媒組未見異常(圖1A),模型組第4周主要病變?yōu)楦渭?xì)胞大泡性脂肪變性(圖1B),第6、9周可見肝組織以大泡性脂肪變性為主,偶見炎細(xì)胞浸潤(rùn)灶(圖1C,1D)。
大體觀察,與空白對(duì)照組比較,模型組肝臟表面發(fā)黃,重量增加。組織病理學(xué)觀察,空白對(duì)照組肝臟未見異常(圖2A),模型組為以大泡性脂肪變?yōu)橹鞯牟∽?見圖2B)。
CCl4模型組大鼠在實(shí)驗(yàn)第4,6和9周與各自的溶媒組比較,肝內(nèi)TG、CHO含量及肝腦比明顯增加,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1);與空白對(duì)照組相比,高脂模型組動(dòng)物肝內(nèi)TG、CHO含量及肝腦比增加,有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2)。
注:A:空白對(duì)照組肝臟;B:高脂飼料誘導(dǎo)NAFL模型組肝臟(9周)。圖2 高脂飼料誘導(dǎo)的NAFL模型大鼠的組織病理學(xué)改變(HE染色, ×100)Note. A: Liver of the control group; B: Liver of the NAFL model group established by a high fat diet (week 9).Figure 2 Histopathological changes in the NAFL rats established by a high fat diet (HE staining)
組別Group肝甘油三酯(mg/g) TG 肝膽固醇(mg/g) CHO 肝重 (g) Liver weight腦重(g) Brain weight肝腦比 Liver index溶媒組 Vehicle group 26.5±7.13.6±0.511.7±0.42.1±0.15.6±0.2CCl4模型組(4周)NAFL group established by CCl4(week 4)235.8±45.0***8.0±1.0***16.3±3.9*2.0±0.18.0±1.9*CCl4模型組(6周)NAFL group established by CCl4(week 6)81.8±23.4**5.9±0.9*15.3±1.6**2.0±0.27.8±0.8**CCl4模型組(9周)NAFL group established by CCl4(week 9)205.5±50.4***7.7±2.1**22.9±1.6***2.1±0.111.1±0.9***
注:與溶媒組比較,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001。
Note. Compared with vehicle group,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001.
表2 高脂飼料誘導(dǎo)NAFL實(shí)驗(yàn)中各組大鼠肝脂質(zhì),臟器重量,肝指數(shù)變化Table 2 Changes of liver lipids, organ weight, and liver index in each group of NAFL rat models established by a high fat diet
注:與空白對(duì)照組比較,*P<0.05,**P<0.01。
Note. Compared with control group,*P<0.05,**P<0.01.
表3 CYP450底物和代謝產(chǎn)物Table 3 CYP450 substrate and metabolites
本研究采用文獻(xiàn)報(bào)道的特異性底物研究主要CYP酶的代謝,底物總結(jié)見表3;各底物的代謝物色譜行為顯示,各底物代謝物色譜峰不受內(nèi)源性物質(zhì)干擾,基線平穩(wěn),本方法具有一定的專屬性和特異性(圖3)。
注:A:空白S9樣品中1A2代謝物離子通道色譜圖;B:空白S9樣品中2B6代謝物離子通道色譜圖;C:空白S9樣品中2C9代謝物離子通道色譜圖;D:空白S9樣品中2D6代謝物離子通道色譜圖;E:空白S9樣品中3A4代謝物離子通道色譜圖;F:空白S9樣品中內(nèi)標(biāo)普萘洛爾離子通道色譜圖;G:S9樣品加底物孵育后1A2代謝物離子通道色譜圖;H:S9樣品加底物孵育后2B6代謝物離子通道色譜圖;I:S9樣品加底物孵育后2C9代謝物離子通道色譜圖;J:S9樣品加底物孵育后2D6代謝物離子通道色譜圖;K:S9樣品加底物孵育后3A4代謝物離子通道色譜圖;L:S9樣品加底物孵育后內(nèi)標(biāo)普萘洛爾離子通道色譜圖。圖3 各CYP酶底物代謝物L(fēng)C/MS/MS色譜圖Note. A: Chromatogram of the 1A2 metabolite ion channel in the control S9 sample; B: Chromatogram of the 2B6 metabolite ion channel in the control S9 sample; C: Chromatogram of the 2C9 metabolite ion channel in the control S9 sample; D: Chromatogram of the 2D6 metabolite channel ion in the control S9 sample; E: Chromatogram of the 3A4 metabolite ion channel in the control S9 sample; F: Chromatogram of the internal standard propranolol ion channel in the control S9 sample; G: Chromatogram of the 1A2 metabolite ion channel in the S9 sample plus substrate after incubation; H: Chromatogram of the 2B6 metabolite ion channel in the S2 sample plus substrate after incubation; I: Chromatogram of the 2C9 metabolite ion channel in the S9 sample plus substrate after incubation; J: Chromatogram of the 2D6 metabolite ion channel in the S9 sample plus substrate after incubation; K: Chromatogram of the 3A4 metabolite ion channel in the S9 sample plus substrate after incubation; L: Chromatogram of the internal standard propranolol ion channel in the S9 sample plus substrate after incubation.Figure 3 LC/MS/MS chromatogram of each CYP enzyme substrate metabolites
模型組與溶媒組比較,亞酶CYP1A2、2B6、2C9、2D6、3A4酶活性均有不同程度下降,以CYP1A2、2C9、2D6、3A4從第4周起,下降顯著(P<0.001)(圖4A,C-E),CYP2B6則第6周起下降顯著(見圖4E)。
CYP各亞酶活性在模型組與空白溶媒組比較,CYP1A2, CYP3A4 可見輕度上升,CYP2D6基本沒有改變,CYP2B6和CYP2C9可見下降,但均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見圖5)。
主要反映肝臟功能的ALT和AST在CCl4誘導(dǎo)的NAFL模型與各自的溶媒組比較,在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)(4周,6周,9周)均有明顯增加,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖6)。
注:A:CCl4誘導(dǎo)大鼠NAFL模型中CYP1A2酶活性變化;B:CCl4誘導(dǎo)大鼠NAFL模型中CYP2B6酶活性變化;C:CCl4誘導(dǎo)大鼠NAFL模型中CYP2C9酶活性變化;D:CCl4誘導(dǎo)大鼠NAFL模型中CYP2D6酶活性變化;E:CCl4誘導(dǎo)大鼠NAFL模型中CYP3A4酶活性變化。模型組與同一時(shí)間點(diǎn)溶媒組比較對(duì)比,***P<0.001。圖4 CCl4誘導(dǎo)的大鼠NAFL模型中CYP酶活性變化Note. A: Changes of CYP1A2 enzyme activity in the rat NAFL model established by CCl4; B: Changes of CYP2B6 enzyme activity in the rat NAFL model established by CCl4; C: Changes of CYP2C9 enzyme activity in the rat NAFL model established by CCl4; D: Changes of CYP2D6 enzyme activity in the rat NAFL model established by CCl4; E: Changes of CYP3A4 enzyme activity in the rat NAFL model established by CCl4. Compared with the vehicle group, ***P< 0.001.Figure 4 Changes of CYP enzyme activity in the NAFL rat models induced by CCl4
圖5 高脂飼料誘導(dǎo)的大鼠NAFL模型中CYP酶活性變化Figure 5 Changes of CYP enzyme activity in the NAFL rat models established by a high fat diet
注:A:CCl4誘導(dǎo)大鼠NAFL模型中ALT變化;B:CCl4誘導(dǎo)大鼠NAFL模型中AST變化。模型組與同一時(shí)間點(diǎn)溶媒組比較對(duì)比,*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001。圖6 CCl4誘導(dǎo)的大鼠NAFL模型中ALT,AST的變化Note. A: Changes of ALT in the rat NAFL model established by CCl4; B: Changes of AST in the rat NAFL model established by CCl4. Compared with the vehicle group, *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001.Figure 6 Changes of ALT and AST in the NAFL rat models established by CCl4
圖7 高脂飼料誘導(dǎo)的大鼠NAFL模型中ALT,AST變化Figure 7 Changes of CYP enzyme activities in NAFL rats established by a high fat diet
ALT和AST在高脂飼料誘導(dǎo)9周的NAFL模型與空白對(duì)照組比較,無(wú)明顯變化(圖7)。
NAFL是由單個(gè)或多個(gè)因素引起的以甘油三酯為主的脂類物質(zhì)在肝細(xì)胞中蓄積,其發(fā)病機(jī)制尚未研究透徹,包括NAFL在內(nèi)的NAFLD的治療目前還缺乏有效的方案和藥物。NAFL導(dǎo)致肝臟對(duì)肝損傷因素的抗力降低,特別是對(duì)肝毒性物質(zhì)、肝臟的缺血、缺氧等耐受性下降。研究不同肝損傷機(jī)制誘導(dǎo)的大鼠NAFL模型中CYP酶活性,有助于NAFL發(fā)病機(jī)制的探索,為NAFL的治療提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù),具有一定的參考價(jià)值。
CYP450超家族中,CYP1A,CYP2C和CYP3A是參與藥物代謝的主要家族[11, 14]。本研究發(fā)現(xiàn)在CCl4誘導(dǎo)的NAFL模型中主要CYP酶活性(CYP1A2,CYP2B6(第4周除外),CYP2C9,CYP2D6,CYP3A4)均有較大程度的降低(P<0.001)。且CCl4模型中溶媒對(duì)照組的酶活性隨著大鼠周齡增加而明顯下降,但大鼠還不屬于老齡化大鼠,這有待近一步研究[19]。在高脂飼料誘導(dǎo)的NAFL模型中,主要CYP亞酶活性與空白對(duì)照組相比較,無(wú)明顯差異。同時(shí),反映肝功能的外周血ALT、AST在兩個(gè)模型中有顯著差異:CCl4模型組在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)(第4,6,9周),和溶媒組比較均顯著增加,而在高脂模型組(第9周)中尚無(wú)顯著性變化。由此提示,兩種不同方法建立的NAFL模型,雖然均為以大泡性脂肪變?yōu)橹鞯母闻K病變,但是,CCl4通過抑制CYP450亞酶活性,引起肝臟功能受損;而高脂飼料雖引發(fā)了肝細(xì)胞的脂肪變性,尚未造成顯著的肝臟功能受損。
截至目前,雖有大量NAFL臨床研究數(shù)據(jù),以及高脂飼料誘導(dǎo)NAFL的專利和論文,但尚無(wú)對(duì)CCl4誘導(dǎo)NAFL模型的分析及與高脂模型的比較研究[19-23]。本研究填補(bǔ)了這一空白,結(jié)果顯示在不同機(jī)制誘導(dǎo)的NAFL病變,CYP酶活性變化模式有明顯不同,提示CYP酶活性變化可用于鑒別CCl4等化學(xué)性肝損傷誘導(dǎo)的NAFL。