J South Med Univ, 2014, 34(6): 777-782 doi 10.3969/j.issn.1673-4254.2014.06.05 777 基 础 研 究 二 乙 基 亚 硝 胺 诱 导 建 立 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 模 型 王 坤 元, 刘 莉, 戴 文 聪, 陈 小 辉, 郑 新 春, 侯 金 林 南 方 医 科 大 学 南 方 医 院 感 染 科 暨 肝 病 中 心 // 南 方 医 科 大 学 南 方 医 院 器 官 衰 竭 研 究 国 家 重 点 实 验 室, 广 东 广 州 510515 摘 要 : 目 的 探 讨 利 用 二 乙 基 亚 硝 胺 (DEN) 致 中 毒 性 肝 损 伤 的 方 法 构 建 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 模 型 的 可 行 性 方 法 3 月 龄 野 生 型 斑 马 鱼 120 条, 随 机 等 分 为 对 照 组 和 DEN 处 理 组, 分 别 观 察 两 组 斑 马 鱼 生 存 率 及 行 为 学 改 变, 在 DEN 处 理 2 周 4 周 和 6 周 末, 分 别 从 两 组 中 随 机 抽 取 等 量 样 本 测 量 肝 指 数, 并 制 作 石 蜡 切 片, 采 用 HE 染 色 Gomori 氏 网 状 纤 维 染 色 及 天 狼 星 红 苦 味 酸 染 色 方 法 观 察 肝 纤 维 化 病 变 结 果 DEN 处 理 组 斑 马 鱼 在 造 模 期 间 未 见 明 显 行 为 学 改 变, 与 对 照 组 斑 马 鱼 相 比,DEN 处 理 组 斑 马 鱼 肝 指 数 在 2 周 4 周 和 6 周 末 均 无 统 计 学 差 异 病 理 染 色 结 果 显 示 造 模 4 周 末,DEN 处 理 组 斑 马 鱼 肝 细 胞 变 性 坏 死,30% 斑 马 鱼 肝 脏 网 状 纤 维 合 成 分 泌 增 多 ;6 周 末,DEN 处 理 组 斑 马 鱼 结 构 紊 乱,80% 斑 马 鱼 肝 脏 纤 维 过 度 沉 积, 网 状 纤 维 和 胶 原 纤 维 合 成 分 泌 异 常 增 多, 可 见 纤 维 结 节 形 成 结 论 采 用 DEN 诱 导 中 毒 性 肝 损 伤 方 法 能 够 成 功 地 构 建 稳 定 的 斑 马 鱼 肝 纤 维 模 型, 为 进 一 步 探 讨 肝 纤 维 化 的 发 病 机 制 以 及 药 物 筛 选 奠 定 了 实 验 基 础 关 键 词 : 斑 马 鱼 ; 肝 纤 维 化 ; 二 乙 基 亚 硝 胺 ; 动 物 模 型 Establishment of a hepatic fibrosis model induced by diethylnitrosamine in zebrafish WANG Kunyuan, LIU Li, DAI Wencong, CHEN Xiaohui, ZHENG Xinchun, HOU Jinlin Department of Infectious Diseases and Hepatology Unit, State Key Laboratory of Organ Failure Research, Nanfang Hospital, Southern Medical University, Guangzhou 510515, China Abstract: Objective To establish a zebrafish model of liver fibrosis via diethylnitrosamine (DEN)-induced liver injury. Methods A total of 120 wild-type 3-month-old zebrafish were randomly divided into DEN-treated group and control group. The survival rate and behavioral changes of each group were observed. After treatment with DEN for 2, 4, and 6 weeks, liver index was measured, and liver fibrosis was evaluated with HE staining, Gomori staining and Sirius red staining. Results No obvious behavioral change was observed in DEN-treated group during the experiment. Compared with that in control group, the liver index of zebrafish in DEN-treated group showed no significantly changes at the time points of observation. Proliferation of reticulate fibers was found in 30% of zebrafish treated with DEN for 4 weeks, and the rate increased to 80% at 6 weeks when reticulate fibers and collagen fibers actively proliferated to result in fiber collapse and formation of fibrotic nodules. Conclusion A stable zebrafish liver fibrosis model was successfully established by inducing liver damage to facilitate studies of the pathogenesis of liver fibrosis and screening therapeutic drugs. Key words: zebrafish; liver fibrosis; diethylnitrosamine; animal model 肝 纤 维 化 是 由 各 种 致 病 因 子 所 致 肝 内 结 缔 组 织 合 成 分 泌 异 常 增 多, 导 致 肝 内 弥 漫 性 细 胞 外 基 质 (fibrillar extracellular matrix, ECM) 过 度 沉 积 的 病 理 过 程, 是 由 包 括 病 毒 性 自 身 免 疫 性 药 源 性 胆 汁 淤 积 性 以 及 代 谢 [1-2] 异 常 等 多 种 原 因 引 起 的 持 续 性 病 理 改 变, 也 是 肝 脏 向 肝 硬 化 肝 癌 等 进 一 步 发 展 的 重 要 中 间 环 节 基 础 及 临 [2-7] 床 研 究 已 经 证 实, 肝 纤 维 化 是 一 个 可 逆 过 程 尽 管 早 期 诊 断 并 及 时 干 预 原 发 病 所 致 的 肝 脏 炎 症 性 坏 死, 可 在 一 定 程 度 上 防 止 肝 纤 维 化 的 发 展, 但 目 前 尚 无 疗 效 肯 定 的 直 接 抗 肝 纤 维 化 药 物 因 此, 为 更 好 地 研 究 肝 纤 维 化 的 发 生 机 制 探 索 相 关 药 物 在 治 疗 肝 纤 维 化 时 的 合 理 给 药 途 径 并 验 证 疗 效, 建 立 稳 定 可 靠 的 肝 纤 维 化 动 物 模 型 收 稿 日 期 :2014-02-11 基 金 项 目 : 国 家 科 技 重 大 专 项 (2012ZX10002003) National Science and Technology Major Project (2012ZX10002003). 作 者 简 介 : 王 坤 元, 在 读 硕 士 研 究 生,E-mail: wangkunyuan@sina.cn 通 信 作 者 : 侯 金 林, 教 授, 主 任 医 师, 博 士 生 导 师,E-mail: jlhousmu@163.com 具 有 重 要 意 义 传 统 的 肝 纤 维 化 模 型 一 般 以 小 鼠 大 鼠 或 家 兔 为 实 验 动 物, 所 建 立 的 肝 纤 维 化 模 型 包 括 中 毒 性 肝 损 伤 模 型 胆 汁 淤 积 性 肝 损 伤 模 型 免 疫 性 肝 损 伤 模 型 及 转 基 [8] 因 动 物 模 型 等 斑 马 鱼 作 为 一 种 新 兴 的 模 式 生 物, 其 基 因 组 与 人 类 基 因 组 具 有 高 度 同 源 性, 这 一 优 势 使 其 在 [9] 各 种 疾 病 模 型 的 建 立 和 药 物 筛 选 中 得 以 普 遍 应 用 此 外, 斑 马 鱼 凭 借 自 身 饲 养 管 理 经 济 方 便 分 子 遗 传 操 作 简 便 易 行 等 优 点 也 受 到 了 越 来 越 多 国 内 外 学 者 的 青 睐 以 斑 马 鱼 为 实 验 动 物 的 疾 病 模 型 已 广 泛 涉 及 各 个 [10-12] 系 统, 如 造 血 心 血 管 肾 脏 骨 骼 及 神 经 等 近 年 来, 斑 马 鱼 在 肝 脏 疾 病 研 究 中 的 应 用 日 益 增 多, 以 斑 马 鱼 构 建 的 酒 精 性 与 非 酒 精 性 脂 肪 肝 模 型 药 物 性 肝 损 伤 [13-15] 模 型 及 肝 癌 模 型 等 已 见 诸 文 献 报 道 2006 年, Mizgireuv 首 次 采 用 二 乙 基 亚 硝 胺 (DEN) 诱 导 斑 马 鱼 肝 [16-17] 脏 肿 瘤 形 成 ; 随 后,Fujisawa 采 用 同 种 药 物 成 功 构 建
778 http://www.j-smu.com J South Med Univ, 2014, 34(6): 777-782 [18] 斑 马 鱼 肝 脏 肿 瘤 模 型 2008 年,Rekha 首 次 应 用 硫 代 乙 酰 胺 (TAA) 在 HCV 转 基 因 斑 马 鱼 中 成 功 诱 导 脂 肪 性 [19] 肝 病 肝 硬 化 及 肝 细 胞 癌 ;2012 年,Liu 成 功 构 建 肝 内 特 异 性 表 达 HBX 及 HCV 核 心 蛋 白 的 转 基 因 斑 马 鱼, 并 [20] 观 察 到 明 显 的 肝 纤 维 化 和 胆 管 细 胞 癌 目 前 所 报 道 的 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 病 变 模 型 大 多 建 立 在 转 基 因 模 型 基 础 上 由 于 种 属 差 异 性 的 存 在, 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 模 型 的 构 建 无 法 完 全 参 考 传 统 肝 纤 维 化 模 型 的 构 建 方 法 基 于 物 种 自 身 特 点, 中 毒 性 肝 损 伤 法 和 转 基 因 法 在 诱 导 建 立 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 模 型 时 具 备 更 强 的 可 行 性 相 较 于 转 基 因 法, 药 物 诱 导 建 立 肝 纤 维 化 模 型 的 方 法 具 有 技 术 难 度 小 工 作 量 少 和 实 验 周 期 短 等 特 点 二 乙 基 亚 硝 胺 (DEN) 是 一 种 具 有 细 胞 毒 性 的 致 癌 剂, 具 有 明 显 的 肝 脏 亲 和 性 DEN 经 微 粒 体 转 化 后, 可 引 起 核 酸 和 蛋 白 质 等 大 分 子 甲 基 化, 导 致 肝 细 胞 坏 死, 刺 激 肝 内 ECM 的 合 成 与 分 泌, 从 而 促 进 纤 维 化 的 形 成 此 外,DEN 具 有 水 溶 性 理 化 性 质 稳 定 的 特 点, 能 够 采 用 直 接 浸 泡 的 方 式 给 药, 满 足 斑 马 鱼 疾 病 模 型 的 建 立 为 此, 本 研 究 采 用 DEN 肝 毒 性 药 物 诱 导 斑 马 鱼 肝 脏 损 伤, 由 于 肝 纤 维 化 常 为 肝 脏 肿 瘤 形 成 前 的 病 理 过 程, 因 此 我 们 采 取 多 时 间 点 采 集 标 本 并 予 以 组 织 病 理 学 改 变 的 评 估 方 法, 判 断 DEN 所 诱 导 的 斑 马 鱼 肝 脏 肿 瘤 形 成 的 早 期, 是 否 存 在 肝 脏 的 纤 维 化 病 理 改 变 1 材 料 和 方 法 1.1 材 料 1.1.1 实 验 动 物 3 月 龄 健 康 AB 品 系 野 生 型 斑 马 鱼 ( 由 南 方 医 科 大 学 广 东 省 人 类 疾 病 斑 马 鱼 模 型 与 药 物 筛 选 重 点 实 验 室 惠 赠 ) 1.1.2 实 验 主 要 试 剂 及 仪 器 二 乙 基 亚 硝 胺 (DEN)( 美 国 Sigma); 苏 木 素 伊 红 高 锰 酸 钾 草 酸 硫 酸 铁 铵 Gomori 氏 银 氨 染 液 甲 醛 二 甲 苯 酒 精 等 ( 华 俊 医 疗 器 械 公 司 ); 天 狼 星 红 苦 味 酸 染 液 ( 罗 基 生 物 技 术 有 限 公 司 ); 闽 江 HR3 480 鱼 缸 ( 永 鑫 水 族 馆 ); 光 学 显 微 镜 ( 日 本 OLYMPUS 公 司 ) 1.2 方 法 1.2.1 斑 马 鱼 饲 养 实 验 选 用 3 月 龄 AB 品 系 野 生 型 斑 马 鱼, 于 28.5 恒 温 环 境 中 饲 养, 自 动 计 时 器 控 制 每 日 14 h 光 照 和 10 h 黑 暗 时 间 交 替 循 环 1.2.2 肝 纤 维 化 诱 导 将 3 月 龄 斑 马 鱼 随 机 分 为 DEN 处 理 组 及 对 照 组 (60 条 / 组 ), 分 别 饲 养 于 不 同 的 鱼 缸 中 DEN 处 理 组 于 饲 养 缸 中 直 接 投 放 药 物, 每 2 周 更 换 缸 内 液 体 1 次, 于 浸 泡 后 2 4 6 周 末 分 别 随 机 选 取 各 组 斑 马 鱼 (20 条 / 组 ) 评 估 肝 纤 维 化 病 变 进 展 1.2.3 肝 指 数 检 测 将 斑 马 鱼 浸 入 冰 水 混 合 物 中 麻 醉 后, 立 即 置 于 天 平 称 取 整 体 湿 重 量, 随 后 在 显 微 镜 下 分 离 斑 马 鱼 肝 脏, 称 量 肝 组 织 湿 重 量 并 记 录, 以 检 测 造 模 期 间 DEN 处 理 组 和 对 照 组 斑 马 鱼 肝 脏 形 态 学 改 变 肝 [21] 指 数 = 斑 马 鱼 肝 脏 湿 重 量 / 斑 马 鱼 整 体 湿 重 量 1.2.4 石 蜡 切 片 制 作 4% 多 聚 甲 醛 固 定 斑 马 鱼 肝 脏 96 h, 流 水 冲 洗 后, 依 次 采 用 梯 度 酒 精 二 甲 苯 石 蜡 浸 泡 组 织,65 石 蜡 包 埋 制 备 石 蜡 标 本, 石 蜡 切 片 机 切 取 石 蜡 切 片 (4 μm/ 片 ) 1.2.5 HE 染 色 HE 染 色, 即 苏 木 精 - 伊 红 染 色, 是 目 前 用 于 观 察 组 织 形 态 学 最 常 用 的 染 色 方 法 本 研 究 利 用 HE 染 色 观 察 DEN 处 理 组 与 对 照 组 斑 马 鱼 肝 脏 组 织 病 理 学 改 变, 以 评 估 肝 脏 组 织 结 构 完 整 性, 肝 细 胞 变 性 坏 死 及 炎 性 细 胞 浸 润 等 炎 症 改 变 情 况 石 蜡 切 片 常 规 脱 蜡 至 水, 先 以 苏 木 素 染 色 5 min, 自 来 水 冲 洗,1% 盐 酸 酒 精 进 行 分 化, 后 以 1% 伊 红 浸 染 3 min, 梯 度 酒 精 脱 水 二 甲 苯 透 明 中 性 树 胶 封 片 并 覆 盖 玻 片 显 微 镜 下 观 察 并 拍 照 1.2.6 Gomori 氏 网 状 纤 维 染 色 网 状 纤 维 由 含 糖 蛋 白 的 胶 原 蛋 白 组 成, 易 与 氨 性 银 结 合, 即 带 正 电 荷 的 二 氨 合 银 离 子 能 被 网 状 纤 维 所 吸 附, 经 甲 醛 还 原 后 形 成 棕 黑 色 金 属 银, 从 而 使 网 状 纤 维 显 色 结 果 显 示 网 状 纤 维 呈 黑 色, 背 景 呈 黄 色 本 研 究 利 用 Gomori 氏 网 状 纤 维 染 色 观 察 DEN 处 理 后 斑 马 鱼 肝 脏 网 状 纤 维 合 成 分 泌 情 况, 从 而 评 估 肝 纤 维 化 病 变 进 展 情 况 石 蜡 切 片 常 规 脱 蜡 至 水, 于 载 玻 片 上 滴 加 0.25% 高 锰 酸 钾 水 溶 液 氧 化 5 min, 蒸 馏 水 冲 洗 2 次, 随 后 以 2% 草 酸 水 溶 液 漂 白 组 织 至 白 色, 蒸 馏 水 冲 洗 2 次, 再 以 2% 硫 酸 铁 铵 溶 液 媒 染 5 min, 蒸 馏 水 充 分 冲 洗 后 滴 加 Gomori 氏 银 氨 染 液 反 应 5 min, 蒸 馏 水 稍 洗, 最 后 滴 加 10% 中 性 甲 醛 还 原 1 min, 于 蒸 馏 水 中 浸 洗 10 min 后 常 规 脱 水 透 明 后 加 盖 玻 片 封 固 1.2.7 天 狼 星 红 苦 味 酸 染 色 天 狼 星 红 染 液 为 强 酸 性 染 料, 能 够 与 胶 原 纤 维 中 的 碱 性 基 团 结 合 反 应, 使 胶 原 纤 维 产 生 明 显 的 双 折 光 现 象, 提 高 分 辨 率 在 普 通 光 学 显 微 镜 下 天 狼 星 红 染 色 可 见 胶 原 纤 维 呈 红 色, 本 研 究 利 用 该 染 色 方 法 对 DEN 处 理 后 胶 原 纤 维 的 合 成 分 泌 情 况 进 行 评 估 石 蜡 切 片 常 规 脱 蜡 至 水, 于 载 玻 片 上 滴 加 饱 和 苦 味 酸 天 狼 星 红 染 液 反 应 1 h, 自 来 水 冲 洗, 常 规 脱 水 透 明 后 加 盖 玻 片 封 固 1.2.8 统 计 方 法 数 据 采 用 SPSS13.0 软 件 处 理, 两 组 间 比 较 采 用 独 立 样 本 t 检 验 及 非 参 数 检 验,P<0.05 认 为 差 异 具 有 统 计 学 意 义 2 结 果 2.1 DEN 处 理 浓 度 筛 选 预 实 验 中 分 别 采 用 低 浓 度 (150 mg/l) 和 高 浓 度
J South Med Univ, 2014, 34(6): 777-782 http://www.j-smu.com 779 (250 mg/l)den 干 预, 实 验 证 实, 与 对 照 组 相 比,250 mg/l DEN 处 理 组 斑 马 鱼 死 亡 率 显 著 升 高 DEN 处 理 4 周 后,250 mg/l 处 理 组 死 亡 率 为 91.7%, 剩 余 样 本 数 无 法 满 足 统 计 学 需 求, 该 组 实 验 提 前 到 达 终 点 150 mg/l DEN 处 理 组 与 对 照 组 无 斑 马 鱼 死 亡, 因 此, 选 择 150 mg/l 作 为 建 模 给 药 浓 度 2.2 一 般 情 况 与 对 照 组 相 比,DEN 处 理 第 1 周, 斑 马 鱼 食 欲 明 显 减 退, 游 动 减 少, 第 2 周 起 食 欲 逐 渐 增 加, 游 动 亦 增 多, 考 虑 系 斑 马 鱼 对 DEN 逐 渐 耐 受 所 致 实 验 过 程 中,DEN 处 理 组 与 对 照 组 斑 马 鱼 体 表 肛 门 腮 等 处 鳞 片 光 滑, 均 未 见 立 鳞 烂 鳃 出 血 溃 疡 以 及 脊 柱 弯 曲 等 形 态 学 异 常 2.3 肝 指 数 检 测 与 对 照 组 相 比,DEN 处 理 组 斑 马 鱼 在 处 理 2 周 4 周 及 6 周 末 肝 指 数 无 明 显 差 异,P 值 均 >0.05( 表 1), 结 果 表 明 造 模 期 间 DEN 并 未 引 起 斑 马 鱼 肝 脏 形 态 发 生 明 显 改 变 2.4 组 织 病 理 切 片 HE 染 色 观 察 斑 马 鱼 肝 脏 结 构 改 变 及 炎 症 反 应 HE 染 色 结 果 显 示, 对 照 组 斑 马 鱼 肝 脏 组 织 结 构 正 常, 肝 细 胞 排 列 整 齐 ( 图 1A);DEN 处 理 2 周 末 斑 马 鱼 肝 组 织 仅 观 察 到 局 部 少 量 炎 性 细 胞 浸 润 ( 图 1B); 处 理 4 周 后 肝 脏 炎 性 细 胞 广 泛 浸 润, 肝 细 胞 变 性 局 部 融 合 性 坏 死 ( 图 1C); 至 6 周 末 观 察 发 现, 斑 马 鱼 肝 脏 组 织 结 构 紊 乱, 肝 细 胞 变 性 坏 死, 炎 症 反 应 严 重, 疑 似 纤 维 结 节 形 成 ( 图 1D) 2.5 组 织 病 理 切 片 Gomori 氏 网 状 纤 维 染 色 观 察 斑 马 鱼 表 1 斑 马 鱼 肝 脏 指 数 Tab.1 Liver index of zebrafish in different groups (Mean±SD, n=10) Group DEN treatment time(week) 2 4 6 Control DEN-treated 0.0167±0.0154 0.0139±0.0203 0.0215±0.0152 0.0145±0.0091 0.0300±0.0200 0.0472±0.0410 The liver index of zebrafish in DEN-treated group and control group has no statistically significant difference in the respective processing time points (P>0.05 vs control). 肝 脏 纤 维 化 病 变 Gomori 氏 网 状 纤 维 染 色 能 将 网 状 纤 维 浸 染 呈 黑 色, 结 果 显 示, 对 照 组 斑 马 鱼 肝 组 织 未 观 察 到 纤 维 组 织 合 成 分 泌 增 多 ( 图 2A);DEN 处 理 给 药 2 周 末 也 未 见 纤 维 组 织 增 多 ( 图 2B); 处 理 4 周 末 部 分 斑 马 鱼 肝 脏 可 见 网 状 纤 维 异 常 增 多, 弥 漫 性 沉 积 于 肝 组 织 中, 形 成 纤 维 间 隔 ( 图 2C); 至 6 周 末 大 多 数 斑 马 鱼 肝 脏 纤 维 组 织 合 成 分 泌 异 常 增 多, 纤 维 结 节 形 成 ( 图 2D) 2.6 组 织 病 理 切 片 苦 味 酸 天 狼 星 红 染 色 观 察 斑 马 鱼 肝 脏 胶 原 纤 维 合 成 分 泌 情 况 苦 味 酸 天 狼 星 红 染 色 方 法 是 胶 原 纤 维 的 特 异 性 染 色 方 法, 在 普 通 光 学 显 微 镜 下 呈 红 色 结 果 显 示 对 照 组 和 DEN 处 理 2 周 组 斑 马 鱼 肝 脏 均 未 见 胶 原 纤 维 合 成 分 泌 增 多 ( 图 3A B); 造 模 4 周 末 斑 马 鱼 肝 组 织 也 未 观 察 到 明 显 增 多 的 胶 原 纤 维 ( 图 3C); 至 DEN 处 理 6 周 后, 斑 马 鱼 肝 脏 组 织 可 观 察 到 胶 原 纤 维 过 度 沉 积 ( 图 3D) A B C D 图 1 斑 马 鱼 肝 组 织 HE 染 色 观 察 Fig.1 HE staining of zebrafish liver tissue in control group (A) and DEN-treated groups at 2 weeks (B), 4 weeks (C) and 6 weeks (D) (Original magnification: 400).
780 http://www.j-smu.com J South Med Univ, 2014, 34(6): 777-782 A B C D 图 2 斑 马 鱼 肝 组 织 Gomori 氏 网 状 纤 维 染 色 Fig.2 Gomori staining of zebrafish liver tissue in control group (A) and DEN-treated groups at 2 weeks (B), 4 weeks (C) and 6 weeks (D) (Original magnification: 400). A B C D 图 3 斑 马 鱼 肝 组 织 苦 味 酸 天 狼 星 红 染 色 Fig.3 Sirius red staining of zebrafish liver tissue in control group (A) and DEN-treated groups at 2 weeks (B), 4 weeks (C) and 6 weeks (D) (Original magnification: 400). 2.7 斑 马 鱼 肝 脏 炎 症 反 应 及 肝 纤 维 化 病 变 发 生 率 上 述 病 理 染 色 结 果 显 示,DEN 对 斑 马 鱼 肝 脏 损 伤 病 变 严 重 程 度 具 有 时 间 依 赖 性, 随 着 DEN 处 理 时 间 延 长, 斑 马 鱼 肝 脏 炎 性 病 变 的 发 生 率 分 别 为 60%(2 周 ) 80%(4 周 ) 及 100%(6 周 ), 肝 脏 纤 维 病 变 的 发 生 率 则 由 30%(4 周 ) 增 加 到 80%(6 周 ), 见 图 4 在 造 模 2 周 4 周
Histopathology constituent ratio J South Med Univ, 2014, 34(6): 777-782 http://www.j-smu.com 781 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 6 周 末,DEN 处 理 组 分 别 较 相 应 的 对 照 组 肝 脏 病 变 严 重, 两 者 肝 脏 病 变 程 度 具 有 统 计 学 差 异,P 值 分 别 为 0.004(2 周 ) 小 于 0.001(4 6 周 ) 3 讨 论 Control DEN 2 w DEN 4 w DEN 6 w 图 4 斑 马 鱼 肝 脏 组 织 病 理 学 改 变 构 成 比 Fig.4 Histopathology constituent ratio of zebrafish liver. 肝 纤 维 化 是 肝 脏 长 期 受 到 刺 激 所 引 起 的 弥 漫 性 细 胞 外 基 质 过 度 沉 积 的 病 理 改 变 过 程, 可 进 一 步 发 展 为 肝 硬 化 甚 至 肝 癌 尽 管 早 期 针 对 病 因 治 疗 及 时 干 预 原 发 疾 病 能 够 有 效 控 制 疾 病 进 展, 然 而, 目 前 临 床 尚 无 疗 效 肯 定 的 直 接 抗 肝 纤 维 化 药 物 肝 纤 维 化 动 物 模 型 能 够 应 用 于 肝 纤 维 化 发 病 机 制 的 研 究, 药 物 筛 选 以 及 肝 纤 维 化 疾 病 防 治 的 策 略 等, 是 肝 纤 维 化 研 究 的 基 础 因 此, 建 立 稳 定 可 靠 的 肝 纤 维 化 动 物 模 型 具 有 重 要 意 义 DEN 作 为 一 种 经 典 的 肝 纤 维 化 造 模 毒 性 药 物, 在 啮 齿 类 动 物 模 型 中 多 采 用 腹 腔 注 射 途 径 给 药 基 于 物 种 自 身 特 性, 斑 马 鱼 的 给 药 途 径 有 腹 腔 注 射 和 直 接 浸 泡 两 种 方 式, 腹 腔 注 射 有 助 于 药 物 浓 度 的 控 制 及 药 效 发 挥, 然 而, 由 于 斑 马 鱼 体 型 小 且 无 法 长 时 间 脱 离 水 面, 该 方 法 要 求 实 验 人 员 操 作 迅 速, 动 作 轻 柔, 技 术 难 度 较 高 此 外,DEN 为 水 溶 性 物 质, 在 室 温 下 理 化 性 质 较 稳 定, 符 合 建 立 斑 马 鱼 模 型 的 药 物 条 件 且 能 够 采 用 直 接 浸 泡 的 方 式 给 药 因 此, 本 研 究 采 用 将 DEN 直 接 投 放 入 饲 养 缸 的 方 法 诱 导 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 的 形 成 在 鱼 龄 的 选 择 上, 尽 管 孵 育 5 d 大 的 斑 马 鱼 各 个 器 官 均 已 发 育 完 整, 然 而 由 于 DEN 为 强 致 癌 药 物, 并 且 通 过 前 期 的 预 实 验 发 现 DEN 对 胚 胎 的 致 死 作 用 强, 处 理 组 样 本 例 数 无 法 满 足 后 续 实 验 所 需, 为 此 本 研 究 选 用 成 鱼 进 行 造 模 据 报 道,DEN 已 用 于 诱 导 斑 马 鱼 肝 脏 肿 瘤 的 形 成,Mizgireuv [17] 等 学 者 采 用 2 月 龄 幼 鱼 成 功 建 立 肝 脏 肿 瘤 模 型, 考 虑 到 2 月 龄 斑 马 鱼 尚 未 成 年, 存 在 毒 性 药 物 对 其 致 死 致 癌 作 用 较 强, 肝 纤 维 化 向 肝 癌 过 渡 时 间 短 等 情 况, 我 们 最 终 选 择 采 用 3 月 龄 成 年 斑 马 鱼 诱 导 建 模 Normal Inflamation 研 究 表 明,DEN 肝 纤 维 化 模 型 的 建 立 具 有 造 模 时 间 短 动 物 死 亡 率 低 纤 维 化 模 型 相 对 稳 定 且 与 人 类 肝 硬 化 早 期 改 变 相 似 等 优 [22] 点 在 以 大 鼠 为 实 验 动 物 的 肝 纤 维 化 模 型 中,DEN 处 理 4 周 末 大 鼠 肝 细 胞 点 状 坏 死 及 炎 性 细 胞 浸 润 ;8 周 末, 肝 细 胞 严 重 炎 症 反 应 可 见 灶 性 坏 死, 门 管 区 出 现 纤 维 组 织 增 生 ; 至 9~12 周 造 模 结 束 时, 增 生 的 胶 原 束 包 [22-24] 绕 并 分 割 肝 小 叶, 假 小 叶 形 成 与 大 鼠 病 理 改 变 相 似, 斑 马 鱼 肝 脏 炎 症 反 应 和 纤 维 化 程 度 随 着 DEN 给 药 时 间 的 延 长 逐 渐 严 重 4 周 末 处 理 组 80% 的 斑 马 鱼 肝 脏 出 现 明 显 的 炎 症 反 应, 其 中 30% 的 斑 马 鱼 肝 脏 炎 症 反 应 与 肝 纤 维 化 并 存, 网 状 纤 维 过 度 沉 积 ; 至 造 模 6 周 结 束 时 处 理 组 全 部 斑 马 鱼 肝 脏 均 可 见 炎 性 细 胞 浸 润 局 部 肝 细 胞 变 性 坏 死, 其 中 80% 的 斑 马 鱼 肝 组 织 网 状 纤 维 和 胶 原 纤 维 合 成 分 泌 异 常 增 多, 可 见 纤 维 结 节 形 成 由 此 可 见, 尽 管 斑 马 鱼 肝 脏 组 织 结 构 与 哺 乳 类 动 物 存 在 种 属 差 异 性, 但 是,DEN 诱 导 的 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 模 型 与 哺 乳 类 肝 纤 维 化 模 型 疾 病 发 展 演 变 过 程 相 类 似, 这 将 为 哺 乳 类 肝 纤 维 化 动 物 模 型 难 以 实 现 的 药 物 筛 选 研 究 提 供 良 好 的 动 物 模 型 与 传 统 肝 纤 维 化 动 物 模 型 相 比, 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 模 型 具 有 以 下 优 势 :1 价 格 低 廉, 饲 养 管 理 经 济 方 便 ;2 建 模 周 期 短,4~6 周 能 够 诱 导 肝 纤 维 化 的 形 成 ;3 死 亡 率 低,150 mg/l 浓 度 DEN 处 理 组 斑 马 鱼 在 造 模 期 间 少 见 死 亡 现 象 ;4 水 溶 性 造 模 药 物 可 直 接 加 入 饲 养 缸 中, 操 作 简 单 易 行 ;5 繁 殖 周 期 短 样 本 量 大, 一 对 成 鱼 可 产 几 十 到 几 百 个 受 精 卵, 易 于 获 得 足 够 的 样 本 量 ;6 生 长 发 育 快, 大 部 分 器 官 24 h 内 发 育 成 熟,3 个 月 即 成 年, 能 够 有 效 地 缩 短 实 验 周 期 可 见, 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 模 型 弥 补 了 传 统 肝 纤 维 化 动 物 样 本 量 少, 饲 养 管 理 耗 费 大 死 亡 率 高 等 不 足 值 得 提 出 的 是, 斑 马 鱼 全 身 血 容 量 少 血 液 采 集 困 难, 难 以 检 测 转 氨 酶 等 肝 纤 维 化 评 估 指 标 ; 另 外, 由 于 存 在 种 属 差 异 性, 本 研 究 无 法 直 接 采 用 现 有 的 肝 纤 维 化 评 分 系 统 评 估 肝 纤 维 化 病 变 严 重 程 度 研 究 发 现, 斑 马 鱼 肝 脏 胆 管 系 统 的 组 织 结 构 与 哺 乳 类 差 异 较 大, 斑 马 鱼 肝 内 静 脉 和 胆 管 随 机 分 布, 动 脉 难 以 观 测, 不 同 于 哺 乳 动 物 所 具 有 的 典 型 的 门 管 区, 动 脉 静 脉 和 胆 管 3 种 管 道 [25] 伴 行 分 布 的 特 点 鉴 于 此, 在 哺 乳 动 物 肝 纤 维 化 分 级 评 估 中 常 用 的 ISHAK 和 METAVIR 评 分 系 统 ( 主 要 依 据 肝 脏 炎 症 坏 死 部 位 纤 维 化 部 位 和 肝 脏 细 胞 结 构 血 管 结 构 改 变 对 肝 纤 维 化 严 重 程 度 进 行 评 估 ) 无 法 直 接 应 用 于 斑 马 鱼 肝 脏 纤 维 化 评 估 和 分 级 其 次, 肝 组 织 穿 刺 活 检 是 国 际 公 认 的 评 价 肝 纤 维 化 程 度 的 金 标 准, 肝 组 织 穿 活 检 能 够 检 测 肝 脏 纤 维 化 病 变 的 活 动 程 度, 并 对 纤 Liver fibrosis
782 http://www.j-smu.com J South Med Univ, 2014, 34(6): 777-782 维 化 的 分 级 进 行 准 确 评 估 同 时, 肝 组 织 活 检 对 肝 脏 损 伤 的 预 测 作 用 较 ALT 等 血 清 学 检 测 具 有 更 高 的 敏 感 性 和 特 异 性, 因 此 本 研 究 采 用 肝 组 织 病 理 染 色 分 析 的 方 法 评 估 肝 纤 维 化 病 变 情 况, 符 合 临 床 诊 断 标 准 再 者, 目 前 学 术 界 尚 无 针 对 斑 马 鱼 肝 脏 纤 维 化 的 评 价 标 准, 本 实 验 应 用 斑 马 鱼 建 立 肝 纤 维 化 模 型 亦 属 学 术 界 首 次, 因 此 仅 以 肝 组 织 病 理 切 片 染 色, 观 察 是 否 存 在 肝 脏 纤 维 组 织 增 生 作 为 肝 纤 维 化 发 生 与 否 的 评 价 标 准, 仅 讨 论 纤 维 化 的 发 生 与 否, 对 于 肝 纤 维 化 病 变 严 重 程 度 的 具 体 评 分, 尚 有 待 研 究 人 员 进 一 步 讨 论 制 定 本 研 究 首 次 单 用 DEN 作 为 肝 毒 性 药 物 成 功 诱 导 建 立 斑 马 鱼 肝 纤 维 化 模 型, 较 之 于 鼠 兔 等 模 型, 药 物 可 以 通 过 直 接 投 放 至 饲 养 缸 的 方 式 给 予, 且 斑 马 鱼 饲 养 管 理 经 济 方 便 繁 殖 周 期 短, 使 其 具 有 操 作 简 单 实 验 耗 费 低 及 样 本 量 大 等 优 点, 将 为 进 一 步 研 究 肝 纤 维 化 的 发 病 机 制 及 药 物 筛 选 提 供 了 实 验 基 础 致 谢 : 本 研 究 以 南 方 医 科 大 学 广 东 省 人 类 疾 病 斑 马 鱼 模 型 与 药 物 筛 选 重 点 实 验 室 为 平 台, 特 此 感 谢 张 文 清 教 授 张 译 月 教 授 以 及 斑 马 鱼 实 验 室 全 体 成 员 的 支 持 与 帮 助! 参 考 文 献 : [1] Li JT, Liao ZX, Ping J, et al. Molecular mechanism of hepatic stellate cell activation and antifibrotic therapeutic strategies[j]. J Gastroenterol, 2008, 43(6): 419-28. [2] Friedman SL. Mechanisms of hepatic fibrogenesis[j]. Gastroenterology, 2008, 134(6): 1655-69. [3] Muhanna N, Abu Tair L, Doron S, et al. Amelioration of hepatic fibrosis by NK cell activation[j]. Gut, 2011, 60(1): 90-8. [4] Thomas JA, Pope C, Wojtacha D, et al. Macrophage therapy for murine liver fibrosis recruits host effector cells improving fibrosis, regeneration, and function[j]. Hepatology, 2011, 53(6): 2003-15. [5] Kawelke N, Vasel M, Sens C, et al. Fibronectin protects from excessive liver fibrosis by modulating the availability of and responsiveness of stellate cells to active TGF-β[J]. PLoS One, 2011, 6(11): e28181. [6] Ellis EL, Mann DA. Clinical evidence for the regression of liver fibrosis[j]. J Hepatol, 2012, 56(5): 1171-80. [7] Marcellin P, Gane E, Buti M, et al. Regression of cirrhosis during treatment with tenofovir disoproxil fumarate for chronic hepatitis B: a 5-year open-label follow-up study[j]. Lancet, 2013, 381 (9865): 468-75. [8] Starkel P, Leclercq IA. Animal models for the study of hepatic fibrosis[j]. Best Pract Res Clin Gastroenterol, 2011, 25(2): 319-33. [9] Grunwald DJ, Eisen JS. Headwaters of the zebrafish -- emergence of a new model vertebrate[j]. Nat Rev Genet, 2002, 3(9): 717-24. [10]Staudt D, Stainier D. Uncovering the molecular and cellular mechanisms of heart development using the zebrafish[j]. Annu Rev Genet, 2012, 46: 397-418. [11]Wingert RA, Davidson AJ. The zebrafish pronephros: a model to study nephron segmentation[j]. Kidney Int, 2008, 73(10): 1120-7. [12]Rinkwitz S, Mourrain P, Becker TS. Zebrafish: an integrative system for neurogenomics and neurosciences[j]. Prog Neurobiol, 2011, 93(2): 231-43. [13]Passeri MJ, Cinaroglu A, Gao C, et al. Hepatic steatosis in response to acute alcohol exposure in zebrafish requires sterol regulatory element binding protein activation[j]. Hepatology, 2009, 49(2): 443-52. [14]Thakur PC, Stuckenholz C, Rivera MR, et al. Lack of de novo phosphatidylinositol synthesis leads to endoplasmic reticulum stress and hepatic steatosis in cdipt-deficient zebrafish [J]. Hepatology, 2011, 54(2): 452-62. [15]North TE, Babu IR, Vedder LM, et al. PGE2-regulated wnt signaling and N-acetylcysteine are synergistically hepatoprotective in zebrafish acetaminophen injury[j]. Proc Natl Acad Sci USA, 2010, 107(40): 17315-20. [16]Mizgireuv IV, Revskoy SY. Transplantable tumor lines generated in clonal zebrafish[j]. Cancer Res, 2006, 66(6): 3120-5. [17]Mizgirev I, Revskoy S. Generation of clonal zebrafish lines and transplantable hepatic tumors[j]. Nat Protoc, 2010, 5(3): 383-94. [18]Fujisawa K, Terai S, Hirose Y, et al. Senescence marker protein 30 (SMP30)/regucalcin (RGN) expression decreases with aging, acute liver injuries and tumors in zebrafish[j]. Biochem Biophys Res Commun, 2011, 414(2): 331-6. [19]Rekha RD, Amali AA, Her GM, et al. Thioacetamide accelerates steatohepatitis, cirrhosis and HCC by expressing HCV core protein in transgenic zebrafish Danio rerio[j]. Toxicology, 2008, 243(1/2): 11-22. [20]Liu W, Chen JR, Hsu CH, et al. A zebrafish model of intrahepatic cholangiocarcinoma by dual expression of hepatitis B virus X and hepatitis C virus core protein in liver[j]. Hepatology, 2012, 56(6): 2268-76. [21]Jia R, Cao L, Du J, et al. The protective effect of silymarin on the Carbon tetrachloride (CCl4)-induced liver injury in common carp (Cyprinus carpio)[j]. In Vitro Cell Dev Biol Anim, 2013, 49(3): 155-61. [22] 王 晓 昆, 唐 瑛. 肝 纤 维 化 动 物 模 型 研 究 进 展 [J]. 动 物 医 学 进 展, 2007, 28(3): 95-8. [23] 李 彦, 李 小 弟, 廖 明. 二 乙 基 亚 硝 胺 诱 发 大 鼠 肝 纤 维 化 - 肝 癌 动 物 模 型 的 建 立 [J]. 实 验 动 物 科 学, 2013, 30(5): 20-3. [24] 玉 苏 甫 吐 尔 逊, 哈 木 拉 提 吾 甫 尔, 阿 不 都 卡 德 尔 库 尔 班, 等. 二 乙 基 亚 硝 胺 诱 发 大 鼠 肝 硬 化 模 型 的 建 立 及 病 理 学 研 究 [J]. 新 疆 医 科 大 学 学 报, 2011, 34(3): 261-4. [25] 初 晓 红, 濮 俊 毅, 姚 一 琳, 等. 斑 马 鱼 肝 脏 胆 管 系 统 的 研 究 [J]. 实 验 动 物 与 比 较 医 学, 2010, 30(3): 167-73. ( 编 辑 : 孙 昌 朋 )