睿智医药:代谢相关脂肪性肝炎(MASH)小鼠模型

2024-12-06 15:42

非酒精性脂肪性肝病(Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)及非酒精性脂肪性肝炎(Non-alcoholic steatohepatitis, NASH) 已迅速成为当今世界尤其是发达地区最为常见的慢性肝病[1, 2]。历史上,“非酒精性脂肪性肝病 (NAFLD)” 一词描述了一系列肝脏疾病。然而,为了提供更清晰准确和特异性的描述,如今已使用MASLD (Metabolic Dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease/代谢功能障碍相关脂肪性肝病)来取代NAFLD,使用MASH (Metabolic-associated Steatohepatitis/代谢相关脂肪性肝炎)来取代NASH。


顾名思义,MASLD是一种肝脏中脂肪过多堆积而引起的疾病,全球成人中的患病率大约为25%,最常见于II型糖尿病或肥胖症患者;其中约30%~59% MASLD病人会进展为危险性的代谢相关脂肪性肝炎(MASH),MASH患者除了肝脏脂肪变性(hepatic steatosis),还伴有坏死性炎症(necro-inflammation)和肝细胞气球样变性(ballooning degeneration)[4,5]


MASH是一种动态的受多种因素影响的疾病状态,既可通过改善生活方式或药物治疗转变为局部性(良性)的脂肪变性(isolated/ localized steatosis),也可能进一步加重和进展为肝纤维化(progressive fibrosis),并最终发展为不可逆的肝硬化(F4期纤维化)和/或肝细胞癌(HCC)。在美国,约9%肝脏终末期病变的MASH患者需要接受肝脏移植[1, 4]。另外,随着生活水平提高,中国的II型糖尿病和肥胖症患者急剧增加,MASLD/ MASH以及与之相关的心血管疾病也越来越引起人们的重视。据统计,中国约有30%的成年人患有代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD),而患有MASLD的成年人中约 20%~30% 会发展为MASH [1, 3]


肥胖、糖尿病、胰岛素抵抗、西方饮食和久坐的生活方式等是导致代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)的关键因素,而MASH的发病机制也受上述多种因素的影响。MASH相关的动物模型大致可分为三类:饮食诱导的MASH模型、化学诱导的MASH模型和基因改造的MASH模型,也可在此基础上应用某些组合诱导MASH或MASH-HCC模型[5, 6]。但并非所有这些模型都能准确模拟并忠实反映人类中的MASH表型和病理生理特征,目前最广泛使用和广泛接受的是“西方饮食(Western Diet)”即高脂/高碳水化合物(HF/HC)饮食诱导的 MASH小鼠模型,这些模型越来越被认为是重现人类 MASH 病理学和相关合并症的最佳的临床前模型选择[5](见图1)。


图1. 小鼠MASH模型的组织病理学特征及其与人类病理学的相关性


目前针对MASH治疗药物的作用机制包括改善糖脂代谢,降低脂质毒性和细胞死亡,缓解肝脏炎症和抗纤维化等[4](见图2)。迄今为止,已有750多项与MASH相关的临床试验,但大多数临床III期的人体试验结果都令人失望,甚至最有前景的临床前药物在人体测试后也没有达到预期效果。除了缺乏疗效外,一些新药候选药物还引发了严重的安全问题[7]。然而,转折点出现在2024年3月14日,针对甲状腺激素受体-β (THR-β) 的激动剂Resmetirom(商品名Rezdiffra)成为FDA批准的全球首个也是目前唯一一个治疗成人患有中度至晚期肝脏纤维化非肝硬化MASH的药物。与饮食调节和运动一起使用时,Resmetirom可通过进一步激活THR-β刺激脂肪酸降解和氧化,来减少肝脏脂肪和纤维化,从而达到治疗MASH的目的。据估计,针对MASH疾病领域的药物市场规模将在2026年达到183亿美元[8]


图2. NAFLD/MASLD病理学特征和治疗策略


睿智医药体内药理药效部门在临床前MASH动物模型构建、药物药效和安全性评价方面积累了丰富经验,目前已成功建立高脂高胆固醇高果糖饲料(GAN)诱导的MASH小鼠模型、胆碱缺乏低蛋氨酸高脂饲料(CDA-HFD)诱导的MASH小鼠模型以及高脂饲料(HFD)诱导的MASH小鼠模型,这些模型可为合作伙伴在开展代谢相关脂肪性肝炎新药临床前药效学和安全性评价方面提供助力。


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Gubra-Amylin NASH(GAN)

饮食诱导的MASH模型

1.1 GAN-MASH模型简介




Gubra-Amylin NASH饮食是一种经过改良的,无反式脂肪酸的高脂高胆固醇高果糖饲料(含40% kcal脂肪,20~22% kcal果糖,2%胆固醇)。研究表明,GAN饮食诱导的MASH模型临床症状与人类极度相似,可重复性好,可为评估MASH临床前药物提供良好的应用前景。


6~8周龄的雄性C57BL/6小鼠(SPF级),在IVC独立通风系统动物设施里适应性饲养约一周后,根据体重随机分为对照组(普通饮食)和GAN饮食组。GAN饮食诱导21周后结束实验。但最近研究表明,喂食GAN 饮食的雄性C57BL/6小鼠从28周开始出现进行性纤维化(F1-F3),在48周(约12个月)时约80% 的小鼠出现晚期纤维化(F3)[9]


1.2 GAN-MASH模型验证数据




图3. GAN 饮食诱导的MASH小鼠模型构建和实验流程


图4. 小鼠体重变化和肝脏/体重比


图5. 小鼠OGTT检测数据


图6. 小鼠血生化指标检测


图7. 小鼠NAS评分及肝脏病理


图8. 喂食GAN饮食21周后肝脏纤维化病理评分


1.3 GAN-MASH小鼠模型总结




我们验证的GAN饮食诱导的MASH小鼠模型中,喂食GAN饲料21周后小鼠体重明显升高,肝脏/体重比显著升高,并伴有糖耐异常血生化指标异常。病理结果显示:


GAN饮食诱导的MASH小鼠NAS评分显著升高


H&E染色显示GAN饮食诱导的小鼠肝脏脂肪变性和小叶炎症增加


天狼星红染色显示GAN饮食诱导的小鼠肝脏有明显的纤维化病变


GAN饮食诱导的MASH小鼠与人类MASH肝脏病变进展和表征高度相似


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CDA-HFD饮食诱导的MASH模型

2.1 CDA-HFD-MASH模型介绍




CDA-HFD饮食是一款胆碱缺乏,含有0.1%蛋氨酸及60% kcal脂肪的饲料。CDA-HFD饮食可显著升高血清ALT和AST,早在喂养6周时就会引起肝脂肪变性、炎症和纤维化。该模型诱导了快速的MASH表型,但没有代谢综合征或胰岛素抵抗。


8周龄的雄性C57BL/6小鼠(SPF级),在IVC独立通风系统动物设施里适应性饲养约一周后,根据体重随机分为对照组(普通饮食)和CDA-HFD饮食组。CDA-HFD饮食诱导12周后结束实验。


2.2 CDA-HFD-MASH模型验证数据




图9. CDA-HFD饮食诱导的MASH小鼠模型构建和实验流程


图10. 小鼠的体重变化和肝脏/体重比


图11.小鼠肝功能指标检测


图12.小鼠肝脏病理染色及NAS评分


图13.小鼠肝脏纤维化评分


2.3 CDA-HFD-MASH模型总结




喂食CDA-HFD饲料12周后的MASH小鼠模型中小鼠肝脏/体重比显著增加,并伴有肝功能指标异常。病理结果显示:


CDA-HFD饮食诱导的MASH小鼠NAS评分显著升高


H&E染色显示CDA-HFD饮食诱导的MASH小鼠肝脏脂肪变性和小叶炎症增加


天狼星红染色显示CDA-HFD饮食诱导的MASH小鼠有明显肝脏纤维化病变


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高脂饮食(HFD)诱导的MASH模型

3.1 HFD-MASH模型介绍




高脂饮食 (HFD) 的脂肪含量是60% kcal,采购于Research Diets (D12492)。研究表明,小鼠表现出肝纤维化的表征,需要长达五六十周的饮食诱导。


6-8周龄的雄性C57BL/6小鼠(SPF级),在IVC独立通风系统动物设施里适应性饲养约一周后,根据体重随机分为对照组(普通饮食)和HFD饮食组。HFD饮食喂食34周后结束实验。


3.2 HFD-MASH模型验证数据




图14. HFD诱导的MASH小鼠模型构建和实验流程


图15. 小鼠的体重变化和肝脏/体重比


图16. 小鼠OGTT检测数据


图17. 小鼠肝功能指标检测


图18. 小鼠血脂四项指标检测


图19. 小鼠肝脏病理及NAS评分


3.3 HFD-MASH小鼠模型总结




我们验证的HFD饮食诱导的MASH小鼠模型,在喂食高脂饲34周后小鼠体重明显升高,肝脏/体重比显著升高,并伴有肝功能血脂四项指标异常。病理结果显示:


HFD诱导的MASH小鼠NAS评分显著升高


H&E染色显示HFD诱导的MASH小鼠肝脏脂肪变性和小叶炎症增加





睿智医药助力代谢相关脂肪性肝病

新药研发




根据流行病学调查,MASLD的全球患病率约25%,MASH全球患病率约为1.5~6.5%,预计2015年至2030年期间MASH的患病率增加63%,未来5~15年将超过丙肝感染成为末期肝病患者肝移植的主要原因[1, 4]


睿智医药可以为合作伙伴在针对MASLD或MASH研究和药物开发方面提供可靠的、可高度模拟人类MASH病理特征的临床前动物模型及完善的药理药效服务。另外,睿智医药拥有AAALAC和OLAW等权威认证的采用双走廊设计并搭配智能独立通风笼具系统(IVC)的一流SPF小动物饲养设施和操作经验丰富的体外、体内药理药效团队、病理分析团队及功能强大的上下游支持检测平台,可为您提供一站式服务。


参考文献:

1. Estes C, Anstee QM, Arias-Loste MT, et al. Modeling NAFLD disease burden in China, France, Germany, Italy, Japan, Spain, United Kingdom, and United States for the period 2016-2030. J Hepatol, 2018, 69(4): 896-904.

2. Younossi ZM, Koenig AB, Abdelatif D, et al. Global epidemiology of nonalcoholic fatty liver disease - Meta analytic assessment of prevalence, incidence, and outcomes. Hepatology, 2016; 64(1): 73-84.

3. Yu X, Chen C, Guo Y, et al. High NAFLD fibrosis score in non-alcoholic fatty liver disease as a predictor of carotid plaque development: a retrospective cohort study based on regular health check-up data in China. Ann Med. 2021; 53(1): 1621-1631

4. Fu Y, Zhou Y, Shen L, et al. Diagnostic and therapeutic strategies for non-alcoholic fatty liver disease. Front Pharmacol. 2022;13: 973366.

5. Gallage S, Avila JEB, Ramadori P, et al. A researcher’s guide to preclinical mouse NASH models. Nat Metab. 2022; 4(12):1632-1649.

6. Asgharpour A, Cazanave SC, Pacana T, et al. A diet-induced animal model of non-alcoholic fatty liver disease and hepatocellular cancer. J Hepatol. 2016; 65(3): 579-88.

7. National Institutes of Health (NIH) U.S. National Library of Medicine Clinical Trials. https://clinicaltrials.gov/.

8. FDA: FDA Approves First Treatment for Patients with Liver Scarring Due to Fatty Liver Disease.

9. Mollerhoj, MB, Veidal SS, Thrane KT, et al. Hepatoprotective effects of semaglutide, lanifibranor and dietary intervention in the GAN diet-induced obese and biopsy-confirmed mouse model of NASH. Clin Transl Sci. 2022; 15 (5):1167-1186.


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