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《美国病理学杂志》。2003年10月;163(4):1301–1311。
数字对象标识:10.1016/S0002-9440(10)63489-X
预防性维修识别码:项目经理1868311
PMID:14507639

酒精性和非酒精性脂肪性肝病小鼠和人的氧化应激和卵巢细胞积聚

摘要

在动物中,氧化性肝损伤和抑制肝细胞增殖共同增加肝祖细胞(卵圆细胞)的数量。我们研究了不同的脂肪肝小鼠模型和非酒精性脂肪肝或酒精性肝病患者,以确定脂肪肝中卵圆形细胞是否增加,并阐明这种反应的机制。在不同程度上,所有小鼠模型都表现出肝线粒体过度产生H22是一种已知的细胞周期抑制剂诱导剂。在H值最大的小鼠中22成熟肝细胞增殖受到最大抑制,卵圆细胞积累最多。这些细胞在再生挑战后分化为中间类肝细胞。非酒精性脂肪性肝病和酒精性肝病患者的肝卵圆细胞也显著增加。在人类中,纤维化阶段与卵圆细胞数量以及中间类肝细胞数量密切相关。然而,这两个物种的卵圆细胞聚集并不需要肝硬化。相反,与小鼠一样,人类脂肪性肝病中的祖细胞激活与成熟肝细胞复制受到抑制有关。脂肪性肝病期间祖细胞的激活可能会增加肝细胞癌的风险,与Solt-Farber大鼠肝癌发生模型中观察到的情况类似。

在肝癌发生的啮齿动物模型中,表达肝细胞和胆管细胞标记物的小卵圆细胞在癌变结节形成之前积聚在肝脏中。1-4人类肝脏中也有类似的卵圆细胞积聚,与乙型肝炎相关的肝细胞癌、,5肝母细胞瘤,6在再生肝脏中,7胆汁淤积性肝病。8我们最近发现,慢性丙型肝炎患者的肝脏中积聚了假定的祖细胞,这是公认的肝细胞癌危险因素。9、10此外,在这些研究中,卵圆细胞反应与肝脏炎症程度之间存在直接关系,这表明炎症细胞因子和由此产生的氧化应激在慢性病毒性肝炎期间人类祖细胞的激活中起作用。

动物数据表明,当氧化应激抑制更成熟肝细胞的再生能力时,卵圆细胞被激活。11,12氧化应激被认为在酒精性和非酒精性脂肪肝(NAFLD)的发病机制中起着重要作用。13,14成熟肝细胞的复制活性在酒精性肝炎患者中也被抑制,15酒精诱导脂肪肝的啮齿动物,16在一些NAFLD动物模型中。17,18虽然氧化性肝损伤和抑制性肝细胞增殖的结合为肝脏中卵圆细胞的积聚提供了强大的刺激,但据我们所知,在脂肪性肝病(FLD)中,这种细胞群是否扩大还没有研究过。

因此,我们研究了三种不同的FLD小鼠模型[即遗传性肥胖(ob/ob)小鼠和由乙醇(EtOH)或蛋氨酸胆碱缺乏(MCD)饮食诱导的脂肪肝正常小鼠],以及与NAFLD或慢性酒精滥用相关的FLD患者。

材料和方法

FLD小鼠模型

动物

成年(8至10周龄)雄性C57BL-6 ob/ob小鼠、其瘦小的室友以及年龄和性别匹配的野生型C57BL-6-从Jackson Laboratories(ME Bar Harbor)购买。Ob/Ob小鼠及其瘦小的室友被喂食标准的食物。野生型小鼠被喂食实验性饮食:一些(n个=32)连续4周接受含4%EtOH(v/v)的液体饮食(新泽西州Frenchtown BioServ Inc.);其他(n个=32)以等量的糊精麦芽糖替代EtOH,对饲相同体积的日粮;还有一些人被给予蛋氨酸和胆碱缺乏的饮食(ICN饮食目录编号96 0439,加利福尼亚州科斯塔梅萨)(n个=24)或蛋氨酸胆碱充足的饮食(n个=24)来自同一制造商。

为了诱导肝细胞增殖,小鼠接受70%的部分肝切除术(PH)或1,4-双[2-(3,5-二氯吡啶氧基)]苯(意大利卡利亚里大学A.Columbono博士赠送的TCPOBOP)或乙硫氨酸(诱发肝癌的药物)。19、20采用希金斯和安徒生的方法在轻醚麻醉下进行PH,21正如我们所描述的。22老鼠(n个=4/组/时间点),在PH前或PH后的不同时间(0.5、1、24、36或48小时)处死。对20只ob/ob小鼠、20只瘦小的同窝小鼠和45只野生型小鼠进行PH试验,这些小鼠被喂食EtOH(西格玛,圣路易斯,密苏里州)(n个=25)或对照(n个=20)饮食。用单剂量的TCPOBOP(6 mg/100 g体重)或同等体积的载体(玉米油)灌胃12只其他ob/ob小鼠及其12只瘦弱的同窝小鼠,并在4天后处死,因为该方案在正常小鼠中诱导了显著的肝细胞DNA合成和肝肿大。20最后,研究了24只食用食物的肥胖/肥胖小鼠和24只食用蛋氨酸胆碱缺乏饮食的小鼠(n个=12只ob/ob小鼠和12只瘦对照)或各自的对照饮食(n个=12只ob/ob小鼠和12只瘦小鼠)在饮用水中(最终浓度为0.15%)给予乙硫氨酸10天,以诱导肝祖细胞聚集。23在上述所有研究中,将每只小鼠的一份肝脏样品固定在缓冲福尔马林中,另一份样品在液氮冷却异戊烷中进行snap冷冻,并储存在−80°C下。

免疫组织化学

将四个μm厚的石蜡切片脱蜡并重新水化,然后在微波炉中750 W柠檬酸盐缓冲液(pH 6.0)中加热10分钟。在室温下用一级抗体孵育30分钟。抗56和64 kd人愈伤组织细胞角蛋白的多克隆抗体(稀释1:200;DAKO,Glostrup,Denmark)随后是未稀释的抗兔Envisiou(DAKO)。使用DAKO动物研究试剂盒过氧化物酶(DAKO)检测单克隆小鼠OV6抗体(一种来自纽约州奥尔巴尼市奥尔巴尼医学院Stewart Sell的礼物)。卵圆细胞(假定的肝细胞祖细胞)被定义为具有卵圆细胞核和少量细胞质的小细胞,无论是单个的还是以树枝状导管结构组织的。24细胞角蛋白和卵圆细胞标记物OV-6的强反应性用于评估祖细胞。小叶间胆管被定义为具有可识别管腔的管状结构,并与肝动脉分支相连。在每次门静脉道计数之前,检查小叶间胆管并排除计数。随后,根据五个非重叠HPF中的卵圆细胞计数,使用×40物镜计算每个高倍视野(HPF)中肝卵圆细胞的平均数量,从而评估每个活检中的卵圆细胞数量。

肝线粒体活性氧生成的测定

线粒体是从牺牲时获得的新鲜肝脏样本中分离出来的。7蛋白质浓度通过BSA分析测定(伊利诺伊州罗克福德市BioRad)。亮氨酸(5μmol/L bisN个-甲基吖啶;Sigma,Rockport,IL)用于检测超氧阴离子(O2负极)使用鲁米诺(10μmol/L 5-氨基-2,3-二氢-1,4-酞菁二酮,Sigma)测定过氧化氢(H22)生成。简单地说,将单个小鼠的线粒体悬浮在空气饱和反应缓冲液(70 mmol/L蔗糖、220 mmol/L-甘露醇、2 mmol/L-Hepes、2.5 mμmol/L KH)中2人事军官4,2.5 mmol/L氯化镁237°C时,0.5 mmol/L乙二胺四乙酸和0.1%牛血清白蛋白,pH 7.4)加底物(6mmol/L琥珀酸)(最终浓度,0.1 mg线粒体蛋白/ml)。每种反应均一式三份。2负极和H22通过在Berthold Biolumat LB9595光度计中连续监测60分钟的化学发光来评估6至8只小鼠/治疗组的线粒体悬浮液的生成。25

活性氧调节酶的评价

还评估了来自同一小鼠的线粒体制剂中还原型谷胱甘肽(GSH)的含量和调节ROS产生/解毒的几种酶的活性。GSH含量根据Hissin和Hilf最初描述的方案修改进行分析26使用Calbiochem Co.(加利福尼亚州圣地亚哥)的试剂。使用同时运行的标准曲线计算线粒体谷胱甘肽含量。通过修改Flohe和Otting描述的测定方法,测量线粒体颗粒(1 mg)中线粒体超氧化物歧化酶(MnSOD)的活性27使用钙生物化学试剂,包括5,6,6a,11b-四氢-3,9,10-三羟基苯并芴,其在MnSOD催化的反应中经历碱性自氧化,产生在525nm处最大吸收的发色团。使用同时运行的标准曲线计算MnSOD活性。使用钙生物化学试剂测量线粒体谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)活性。将线粒体蛋白(50μg)悬浮在1 ml缓冲液(50 mmol/L Tris-HCl,pH 7.6,5 mmol/L-乙二胺四乙酸,1 mmol/L-GSH,0.22 mmol/L-NADPH和0.4 U谷胱甘肽还原酶)中第三种-添加过氧化氢丁酯(最终浓度为0.22 mmol/L)以启动NADPH消耗,并在分光光度计中在340 nm处进行监测。1 nmol NADPH消耗/min/ml=1 mU/ml GPx活性。

人体组织样本

患者人数

我们回顾性研究了从鲁汶大学医院病理科获得的45例肝活检。20名患者根据组织学、糖尿病或肥胖史、无酗酒史、血清学检测无其他肝病原因被诊断为NAFLD。25名酒精性肝病(ALD)患者是根据组织学、酒精滥用的临床病史以及血清学检测中没有其他导致肝病的证据而被选中的。作为对照组,从三名没有肝脏疾病组织病理学、生物化学或血清学证据的患者身上获得了存档的正常肝组织。

组织病理学评估和免疫组织化学

为了评估组织病理学和纤维化,切片在淀粉酶消化后常规用苏木精和曙红、霍尔氏、天狼星红、PAS染色。根据纤维化/肝硬化的Brunt分类对纤维化程度进行评分。28我们使用抗细胞角蛋白7(肝卵圆细胞和中间肝细胞样细胞(HepLCs)的已知标记物)的单克隆抗体,对B5固定的石蜡包埋材料进行免疫组化。7随后,根据五个非重叠HPF中的卵圆形细胞计数计算每个HPF中卵圆形细胞的平均数量,使用×40物镜,评估每个活检中的祖细胞数量。我们采用与小鼠模型相同的方法:定位小叶间胆管并将其排除在计数范围之外,同时将小管和单个祖细胞计数为小管祖细胞室。

如前所述,对卵圆细胞及其后代进行了更广泛的表型分析,7在五名NAFLD和五名ALD患者的选定冷冻活检上使用抗OV-6、细胞角蛋白(CK)-19、嗜铬粒蛋白-A(chrom-A)和神经细胞粘附标记物的抗体。根据形态学和免疫组织化学标准,将细胞分为卵圆形细胞或其子代。7,24,29

电子显微镜

对NAFLD组的四名患者和ALD组的六名患者的小肝碎片进行了电子显微镜检查。碎片立即固定在2.5%戊二醛和0.1 mol/L磷酸盐缓冲液中。样品在1%四氧化锇和0.1 mol/L磷酸盐缓冲液中固定后,在梯度系列乙醇中脱水并嵌入环氧树脂中。切割超薄切片,用醋酸铀酰和柠檬酸铅染色,并用蔡司EM 10电子显微镜检查。

统计分析

方差分析用于比较不同组小鼠之间Ov-6(+)细胞数量、ROS生成、ROS调节酶活性和GSH含量的差异。使用Kruskal-Wallis检验评估卵圆细胞/HepLC计数与纤维化程度之间的相关性的意义。Wilcoxon-Mann-Whitney试验用于确定ALD和NAFLD之间卵圆形细胞和HepLC的激活程度是否存在显著差异。重要性已被接受P(P)值<0.05。

结果

脂肪肝小鼠的研究

椭圆形细胞聚集

在没有任何额外的肝脏再生刺激的情况下,所有三组脂肪肝患者的卵圆细胞数量都显著增加(图1,表1).

保存图片、插图等的外部文件。对象名称为jh1033774001.jpg

脂肪肝小鼠的卵圆细胞积聚。胆道型细胞角蛋白的免疫组织化学用于显示健康对照小鼠肝切片中的卵圆细胞(OV6免疫染色)()以及慢性EtOH摄入导致脂肪肝的小鼠(OV6免疫染色)(b条)喂食MCD饮食(多克隆细胞角蛋白染色)。插入显示椭圆细胞的细节(c(c))或遗传性肥胖(ob/ob)(多克隆细胞角蛋白染色)(d日). 小叶间胆管(小箭头)被排除在计数之外,而其他免疫反应细胞被认为是小管/假定的肝祖细胞。原始放大倍数:×200;×400 (插入在里面c(c)).

表1。

不同小鼠模型中祖细胞的平均数

实验组OV-6阳性细胞/场
控制3 (1)
EtOH(4周)32 (9)
对象23 (9)
精益+部分肝切除术9(2)(峰值)
EtOH+部分肝切除术42(8)(峰值)
Ob/Ob+部分肝切除术38(10)(峰值)
精益MCD(2周)14 (4)
贫½MCD+乙硫氨酸40 (8)
Ob/Ob+乙硫氨酸170 (10)
精益TCPOBOP36 (4)
Ob/Ob+TCPOBOP63 (8)

结果是对照组小鼠、EtOH-fed小鼠、ob/ob小鼠、MCD饮食喂养小鼠、TCPOBOP-饮食喂养小鼠的平均值(±SEM),×400目标。EtOH、乙醇;MCD,蛋氨酸胆碱缺乏。含乙醇的小鼠接受含4%乙醇(体积/体积)的液体饮食4周。小鼠喂食MCD饮食2周。单剂量(6 mg/100 g体重)给予TCPOBOP,4天后处死动物。

在基线检查时,脂肪肝小鼠的OV-6+(卵圆形)细胞明显多于对照组(P(P)<0.001对照其他)。PH和促肿瘤药物通常会增加卵圆细胞的数量,但脂肪肝的卵圆细胞总是比同样治疗的对照组多出两到四倍。经埃塞俄比亚处理的ob/ob小鼠的卵圆形细胞最多。

P(P)ob/ob<0.001控制饮食的瘦小鼠;P(P)<0.005(对于MCD饮食中的瘦小鼠)瘦鼠吃对照食物;P(P)与使用MCD饮食的瘦鼠相比,使用一半MCD饮食+乙硫氨酸的瘦鼠<0.001;P(P)服用对照食物+乙硫氨酸的ob/ob小鼠<0.001用一半MCD饮食+乙硫氨酸的瘦小鼠;P(P)服用TCPOBOP的ob/ob小鼠<0.001使用TCPOBOP倾斜。

祖细胞积累机制

导致氧化应激的各种药物抑制成熟肝细胞中的DNA合成并诱导代偿机制,包括肝祖细胞的招募。19、23鉴于FLD抑制成熟肝细胞复制的报道17,18以及我们关于肝脂肪变性中卵圆细胞积聚的新证据,我们假设氧化应激是各种FLD小鼠模型的共同特征。因此,我们评估了调节ROS生成、谷胱甘肽(GSH)含量和O2负极和H22脂肪肝和对照肝线粒体的生成。与对照线粒体相比,脂肪肝线粒体一致表现出ROS调节酶和/或GSH含量的变化,这有利于ROS的过度生成(表2)例如,锰超氧化物歧化酶(MnSOD)的活性,该酶可转化O2负极至H22,在所有三组脂肪肝患者中均增加。这是由于ob/ob线粒体中谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)活性降低和EtOH-fed小鼠线粒体中GSH含量降低所致。正如预测的那样,尽管O2负极和H22这一过程在不同的模型中似乎有所不同(表3)例如,MCD饮食喂养小鼠的线粒体表现出最大的O生成2负极而从ob/ob小鼠中获得的H水平最高22与其他两组脂肪肝患者相比,EtOH-fed小鼠的线粒体产生中等水平的O2负极和H22在FLD的各种模型中占主导地位的ROS类型的这些差异是否具有生物学意义尚不清楚。然而,这值得考虑,因为在EtOH-fed和ob/ob小鼠中观察到更多的卵圆细胞,它们产生更高水平的H22与MCD饮食小鼠相比,MCD饮食产生的H相对较少22尽管产生了最高水平的O2负极(图1,表1).

表2。

不同脂肪性肝病小鼠模型肝线粒体中谷胱甘肽含量和活性氧调节酶

谷胱甘肽(μg/mg蛋白质)MnSOD(U/mg蛋白质)GPx(U/mg蛋白质)
控制16 (0.2)1,991 (87)3.6 (0.02)
乙醇燃料10 (0.7)*3,273 (547)8.5 (0.3)
对象18 (1.0)*2,396 (109)3.2 (0.3)
MCD饮食23 (2.0)*2,401 (251)5.7(0.4)

结果为每组(6只小鼠/组)的平均值(±SEM)。谷胱甘肽,还原型谷胱甘肽;锰超氧化物歧化酶;谷胱甘肽过氧化物酶。GSH含量和酶活性按照材料和方法中的描述进行评估。

*P(P)实验模型中GSH<0.05控件。

P(P)实验模型中MnSOD<0.05控件。

P(P)实验模型中GPx<0.05控件。

表3。

不同脂肪性肝病小鼠模型肝线粒体ROS的产生

2负极(综合计数×106)H(H)22(综合计数×106)P(P)价值
控制28 (2)26 (0.5)
乙醇燃料32 (1)*43(6)<0.05,*<0.01
对象24 (1)*69(9)<0.05,*<0.001
蛋氨酸及胆碱缺乏饲料39 (4)*28 (0.3)<0.001,*<0.05

结果是六只对照小鼠、六只乙醇喂养小鼠、六两只ob/ob小鼠和六只MCD饮食喂养小鼠的平均值(±SEM)。乙醇;MCD,蛋氨酸胆碱缺乏。含乙醇的小鼠接受含4%乙醇(体积/体积)的液体饮食4周。小鼠喂食MCD饮食2周。从每只小鼠中分离出肝线粒体,并按照材料和方法中的描述评估活性氧的产生。2负极生成量,亮精衍生化学发光曲线下面积;H(H)22鲁米诺衍生化学发光曲线下的面积。

*P(P)O的生产值2负极通过实验模型对照小鼠。

P(P)H的生产值22通过实验模型对照小鼠。

祖细胞积累与肝脏再生

祖细胞激活主要见于与成熟肝细胞增殖抑制相关的大鼠模型。通过监测肝细胞增殖细胞核抗原的表达和BrdU的掺入,我们最近发现,肥胖相关小鼠在PH后成熟肝细胞的复制严重受损18或酒精诱导30FLD,与各自的健康对照组相比。在这里,我们研究了这些小鼠的肝脏样本,以确定抑制肝细胞复制是否伴随着PH后卵圆细胞的肝蓄积。如图2a所示PH后,正常小鼠的卵圆细胞数量发生轻微变化,P(P)<0.0005)卵圆细胞积聚增加发生在~36小时,此时肝细胞DNA合成通常在健康肝脏中达到最大。在PH之前,两种脂肪肝模型(即EtOH-fed和ob/ob小鼠)中都显示了大量的Ov-6(+)细胞(P(P)脂肪肝小鼠<0.0001时间为0时控制小鼠)。此外,PH后,推测的祖细胞群的大小出现了较大的波动。到PH后36小时,脂肪肝残余物中的卵圆细胞数量增加了~70%,导致与PH前值相比,该细胞群的规模显著增加(P(P)与时间0相比,36小时时<0.01)。此外,在PH后36至48小时,除了单个卵圆细胞和卵圆细胞链外,脂肪肝中还富含与卵圆细胞相连的中间类肝细胞,但对照组中没有。这些中间类肝细胞更大,显示出膜下细胞角蛋白染色模式,而不是小卵形细胞的细胞质染色模式(图2、b和c)这一发现表明卵圆形细胞分化可能有助于PH后脂肪肝的再生。

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PH后肝残余物中假定肝祖细胞的积聚。答:用免疫组织化学方法在两组健康对照小鼠(ob/ob小鼠的瘦肉窝友,n个=12;野生型小鼠成对喂食,使热量摄入与乙醇喂养的小鼠相匹配,n个=12)和两组脂肪肝小鼠(ob/ob小鼠,n个= 12; 乙醇喂养小鼠,n个=12)在PH后的不同时间点。由于两个对照组的结果相似,因此将数据合并并显示为该图上的控制线(n个=4只小鼠/时间点)。同样,ob/ob小鼠和EtOH-fed小鼠之间没有显著差异,因此将这些结果汇总在一起,结果显示为该图上的脂肪线(n个=4只小鼠/时间点)。*,P(P)< 0.0005时间为0时的控制;#P(P)时间0时脂肪含量<0.01。b:PH后36小时,一只典型的脂肪肝小鼠的Ov-6(+)细胞的显微照片。除了小卵圆形细胞索外,还可以看到许多中间类肝细胞,显示Ov-6的膜下染色模式。抄送:PH后48小时,另一只具有代表性的脂肪肝小鼠CK7(+)细胞的高倍放大显微照片。注意小肝细胞样细胞的出现(箭头). 该细胞紧邻小卵形细胞索。细胞角蛋白7染色;原始放大倍数,×400(c(c)).

为了确定卵圆细胞反应是否对PH诱导的肝再生具有特异性,我们用TCPOBOP(一种已知可增加正常啮齿类动物肝细胞更新的促肿瘤剂)治疗了ob/ob小鼠及其瘦肉同胞。20TCPOBOP治疗后,瘦小鼠的肝细胞DNA合成和增殖显著高于ob/ob小鼠。尽管如此,两组患者的肝肿大程度相似(表4)与PH(在正常小鼠中不会导致肝细胞癌)相比,TCPOBOP治疗后瘦小鼠和ob/ob小鼠的卵圆细胞明显增多。如PH后所述,TCPOBOP治疗后,脂肪肝小鼠的卵圆细胞数量显著高于对照组(表1)因此,在表现出慢性氧化应激并在PH或中毒性肝损伤后抑制成熟肝细胞复制的ob/ob小鼠中,随后的再生反应的特征是假定祖细胞的肝蓄积增加。

表4。

TCPOBOP的肝脏作用

精益对象/对象
肝细胞BrdU掺入(倍于车用对照组)16 (3)*1.3 (0.1)
肝细胞有丝分裂(数量/50 HPF)155 (69)*7 (10)
肝细胞多倍体(倍于车用治疗对照组)2.7(0.3)*1.3 (0.2)
肝脏重量(比经车辆处理的对照组大一倍)1.5(0.2)1.4 (0.2)

TCPOBOP后4天,6只瘦小鼠和5只ob/ob小鼠的平均(±SEM)结果给药4天后(玉米油),6只瘦对照和6只ob/ob对照小鼠。一只ob/ob小鼠在TCPOBOP.HPF高倍视野(×200倍放大)后24小时死亡。通过计数每只小鼠编码切片上随机选择的50个区域中的BrdU+肝细胞核或有丝分裂图来评估肝细胞BrdU掺入和有丝分裂。在两组接受药物治疗的对照组中均未发现有丝分裂现象。通过流式细胞术对从每只小鼠的冷冻肝脏样本中分离出的经碘化丙啶染色的肝细胞核进行评估,以评估肝细胞多倍体(DNA含量>4n)。

*P(P)< 0.01溶媒治疗组、瘦对照组和TCPOBOP治疗组。

P(P)< 0.05每组分别进行车辆治疗对照。

尽管本研究为肝致癌物TCPOBOP导致卵圆细胞扩张提供了新的证据,但卵圆细胞在接触乙硫氨酸后的肝癌发生中起着广泛的作用。19喂食MCD饮食以诱导氧化应激会放大正常小鼠肝脏卵圆形细胞群的乙硫氨酸相关扩张。23鉴于我们在ob/ob小鼠中观察到ROS生成增加和成熟肝细胞增殖受到深度抑制,18我们推测,即使喂食正常的食物,乙硫氨酸也会诱导ob/ob肝脏中的卵圆细胞积聚。

如其他人所示,乙硫氨酸增加了喂食抗氧化物缺失饮食的瘦对照小鼠的卵圆细胞数量(表1)然而,该药物显著增加了喂食ob/ob小鼠的Ov-6(+)细胞在肝脏的蓄积。事实上,用乙硫氨酸处理过的、喂食过的ob/ob小鼠肝脏中的Ov-6(+)细胞数量显著超过了用一半MCD加乙硫氨酰处理过的野生型小鼠肝脏中这些细胞的数量(表1和图3,a和b).

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用促癌药物乙硫氨酸治疗后推测的肝祖细胞的积聚。答:一只代表性的瘦小鼠的肝脏中的椭圆形细胞,喂食一半的MCD饮食加乙硫氨酸。b:一只典型的ob/ob小鼠喂食对照周加乙硫氨酸后肝脏中的卵圆细胞。注意中间肝细胞样细胞(箭头). mOV-6染色;原始放大倍数,×200。

NAFLD和ALD患者的研究

免疫组织化学

在正常对照组中很少检测到类似卵圆细胞的祖细胞。然而,在NAFLD患者和ALD患者中,我们始终注意到小的单卵圆细胞(CK7、CK19、Ov-6、嗜铬粒蛋白A+细胞)。这些细胞位于门脉周围,常延伸至小叶实质。门-实质界面也可见反应性小管(CK7、CK19、Ov-6、嗜铬粒蛋白-A、神经细胞粘附标记+结构)。由于胆管在Hering管中容纳祖细胞,我们认为整个反应性小管和单个卵圆形细胞是扩张的祖细胞室。表达CK7、嗜铬粒蛋白A和OV-6的中间类肝细胞(HepLCs)与卵圆细胞连续(图4)

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NAFLD和AFLD患者推定肝祖细胞的积聚。ALD人体样本的代表性显微照片(a–d)和NAFLD(e–f).答:ALD肝硬化期(Brunt 4期)石蜡切片免疫染色细胞角蛋白7,显示单个小卵圆形细胞(小箭头)延伸至薄壁组织。中间类肝细胞(打开的箭头)通常与卵圆形细胞连成一体。在ALD的肝硬化阶段,这些细胞数量众多,表明在疾病的这个阶段向肝细胞分化更多。b:ALD Brunt 4期(肝硬化肝)冰冻切片免疫染色细胞角蛋白19,显示反应性小管(大箭头)和椭圆形细胞(小箭头). 中间类肝细胞对细胞角蛋白19没有反应。c(c)日期:ALD Brunt 4期(肝硬化)冰冻切片Ov-6免疫染色(c(c))和嗜铬粒蛋白A(d日),显示中间类肝细胞数量显著增多,表明在疾病的肝硬化阶段,卵圆细胞向肝细胞分化程度较高。细胞角蛋白7、OV6和嗜铬粒蛋白A在中间细胞中呈免疫反应性,而细胞角蛋白19则无或几乎无;如我们之前所示,细胞角蛋白19是一种在卵圆形细胞向肝细胞分化早期丢失的标记物。P、 门静脉束。电子邮箱:NAFLD Brunt 2期石蜡切片,细胞角蛋白7免疫染色,显示推测的祖细胞,延伸至脂肪变性实质。在此阶段,未发现中间肝细胞样细胞。传真:NAFLD Brunt 3期冷冻切片,细胞角蛋白19免疫染色,显示单个祖细胞(小箭头)和反应性小管。克:NAFLD Brunt 3期冰冻切片,免疫染色为Ov-6。椭圆形细胞(小箭头)和中间类肝细胞(胰头)存在。注意,与ALD肝硬化期相比,中间肝细胞数量较少(如c(c)).小时:NAFLD Brunt 3期冷冻切片,染色粒蛋白-A免疫染色,显示假定的祖细胞(小箭头)和中间类肝细胞(胰头),与ALD的肝硬化阶段相比数量较少(如图所示d日). 原始放大倍数,×160。

在ALD中,卵圆细胞/导管的数量和HepLC的数量与纤维化程度密切相关(P(P)< 0.05). 随着纤维化阶段的增加,两组的卵圆细胞和HepLPC也出现了类似的增加(表5)因此,推测的肝祖细胞在FLD患者的肝脏中积聚。此外,正如我们在慢性病毒性肝炎患者中所证明的那样,9在ALD和NAFLD患者中,假定的肝祖细胞数量随着潜在肝脏疾病的严重程度而增加。31

表5。

NAFLD和ALD患者根据纤维化阶段推测的祖细胞聚集

纤维化等级平均卵圆细胞NAFLD和ALD平均中间肝细胞NAFLD和ALDNAFLD卵圆细胞NAFLD中间型肝细胞样细胞ALD卵圆细胞ALD中间肝细胞样细胞
013.5 (5.9)0.8 (1.5)15.8 (4.5)1.5 (2.1)11.1 (7.7)0.1 (0.1)
120.3 (22.6)0.9 (1.4)13.622.5 (27.1)*0.2 (0.3)
218 (14.4)2.8 (4.7)14.3 (6.6)1.3 (1.9)29.1 (26.7)*7.2 (8.2)*
32 (26.4)*24.8 (32.5)*11.2 (3.9)1.4 (0.2)38.3 (26.9)*30.6(34.1)*
492.9 (34.1)*46 (22.4)*150.2*21.6 (8.4)*86 (29)*48.7 (22)*

免疫组织化学用于在人类肝活检中显示假定的祖细胞。在×400倍放大镜下,在五个视野中计数卵圆细胞和中间肝细胞的数量。结果是疾病每个阶段患者的平均值(SD)数据。

*P(P)< 0.05同一疾病的0期(无纤维化)。

电子显微镜

NAFLD患者和ALD患者肝实质的总体超微结构特征与文献中描述的相似且可比较。32值得注意的是,NAFLD和ALD活检均发现线粒体大小和形状的变化,以及嵴和旁结晶内含物的重排,并且两组之间的线粒体病理学程度没有显著差异。在NAFLD患者的所有肝活检中,在门脉周围区域发现了具有上皮特征的中小型祖细胞(图5)这些小细胞紧邻肝细胞或夹在肝细胞之间。与中小型细胞相邻的肝细胞通常表现出异常的线粒体形态。小细胞本身有一个椭圆形或圆形的小细胞核,核边缘通常有一个圆形的核仁。细胞质中含有各种各样的细胞器,几束张力丝总是很明显的。这些小细胞与内皮细胞和枯否细胞明显不同。沿着窦壁排列的内皮细胞是扁平而细长的细胞,具有薄的细胞质突起,在所谓的筛板中设有窗孔。这些细胞的一个特征是存在与液泡、包膜小泡和小管的复杂系统相连接的胞饮小窝和小泡。不存在张力丝。Kupffer细胞是一种较大的星形细胞,固定在内皮细胞壁上,并膨胀到窦腔中。它们有许多不规则的微绒毛和伪足;它们的外周细胞膜包含许多胞浆细胞、吞噬细胞和蠕虫样结构。在它们体积较大的细胞质中,可以看到许多大小不等的杂合溶酶体。未发现张力丝。因此,超微结构标准清楚地将小上皮祖细胞与其他类型的肝细胞区分开来。此外,在我们的组织样本中,基底膜包围着小细胞的正弦极,桥粒型的早期或形成良好的连接复合体将它们与相邻的肝细胞连接起来。还发现了更多体积较大的小上皮细胞,细胞核呈圆形,通常与相邻的肝细胞形成半小管。充分发育的连接复合体将这些细胞连接到肝细胞。

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FLD患者假定祖细胞的电子显微照片。答:ALD(活动性肝硬化)患者肝活检的电子显微照片。一组小上皮性肝祖细胞(白色星号)排列在肝细胞(H)之间。这些细胞从非常不成熟的(底部)向肝细胞谱系分化。小细胞形成半小管(箭头)与相邻的肝细胞,表明分化方向是朝向肝细胞。b:ALD(活动性肝硬化)患者肝活检的电子显微照片。最不成熟肝祖细胞的高倍放大(星号)如所示H,邻近肝细胞。成束的张力丝(白色长箭头)在细胞质中可见;这些张力纤维将这些细胞与内皮细胞或库普弗细胞等非上皮细胞区分开来;细胞位于基膜上(短箭头).抄送:NAFLD患者肝脏的电子显微照片。小上皮性肝祖细胞(星号)卡在肝细胞之间(H)。注意脂肪滴(f)和脂褐素颗粒(小箭头). Diss的空间中存在胶原束(箭头).日期:NAFLD患者肝脏的电子显微照片显示同一祖细胞的放大倍数较高(星号)来自c(c).弯曲的胆管(大箭头)由桥粒型连接复合体密封,典型的上皮细胞(小箭头)可见于两个肝细胞(H)和祖细胞之间(星号). 注意基底膜(短箭头)和绒毛状交叉(胰头)与相邻的祖细胞,这是胆道谱系的特征。原始放大倍数:×7150(c(c)); ×18,400 (b条); ×14,500 (d日).

在ALD患者的肝活检中,同样的小上皮细胞在门周实质中是明显的,并且两组的活检显示出相当数量的这些细胞。此外,在两名患有活动性肝硬化的ALD患者的活检中发现,肝板的某些部位发生了管状转化。在这些位置,与非肝硬化NAFLD和ALD活检相比,祖细胞数量增加。肝细胞和相关祖细胞的管状排列被厚厚的胶原束包围。与大多数实质性肝细胞的严重超微结构损伤相反,与祖细胞连续的管状排列肝细胞通常显示正常的超微结构。

讨论

肝细胞复制受损的大鼠模型显示氧化应激和肝祖细胞室激活。由于我们最近发现FLD小鼠模型损害了肝细胞复制,我们研究了FLD小鼠不同模型以及NAFLD和ALD患者,以确定FLD中的祖细胞是否增加,并阐明可能介导这种反应的机制。在本研究中,我们证明,酒精喂养小鼠、饮食诱导脂肪性肝炎小鼠和FLD遗传性肥胖小鼠的肝线粒体ROS生成显著增加。特别是,所有车型都表现出H的过量生产22,一种已知可诱导有效细胞周期抑制剂(如p21)的分子。33我们最近报道,在PH后,酒精喂养小鼠和肥胖ob/ob小鼠中p21均上调,并表明成熟肝细胞对DNA合成的PH诱导在两种小鼠模型中均显著受损。30,34因此,目前H增加的证据22在各种FLD动物模型中,肝细胞的生成表明了在慢性氧化应激期间抑制成熟肝细胞复制的一般机制。本研究还扩展了我们之前的工作,证明脂肪肝细胞中的DNA合成不仅在肝切除后受到抑制,而且在暴露于TCPOBOP(一种肝毒素和有效的肿瘤促进剂)后也受到抑制。20克莱里和阿尔布雷希特15有报道称,肝细胞增殖受损的ALD患者肝活检中p21的肝细胞表达增加。这些发现表明,与各种FLD小鼠模型一样,肝脏氧化应激增加会促进成熟人类肝细胞的复制性衰老。

此外,我们发现,在患有FLD的小鼠和人类中,成熟肝细胞中与ROS相关的复制性衰老伴随着卵圆细胞(假定的肝祖细胞群)的扩张。在小鼠模型和人类中,NAFLD和ALD的祖细胞激活程度没有显著差异。这表明,与氧化诱导的复制性衰老类似,祖细胞的反应有点定型,即与特定类型的毒素或损伤无关。这些结果与我们之前关于不同程度慢性肝炎以及坏死性肝炎的各种病因(毒性、病毒性或自身免疫性)中人类祖细胞激活的研究结果一致。9,7,35综上所述,这些观察结果支持了卵圆形细胞扩张是肝脏对氧化应激适应性反应的一个组成部分的概念。

在人类中,卵圆细胞的活化程度与纤维化程度呈正相关,纤维化是肝病慢性的标志(P(P)= 0.0017). 此外,中间肝细胞样细胞的数量随着肝脏疾病的分期而增加(P(P)=0.0077),表明累积肝细胞丢失不仅促进卵圆细胞的积累,而且还促进卵圆上皮细胞向肝细胞的分化。例如,在进展为肝硬化的ALD患者中,无论是免疫组织化学还是超微结构,卵圆细胞和HepLC的数量都是最令人印象深刻的。肝硬化中中间肝细胞的超微结构非常正常(即未受损),这高度表明它们起源于假定的祖细胞。在患有肥胖或酒精诱导脂肪肝的非肝硬化小鼠中,在PH后36和48小时以及乙硫氨酸治疗后,可以识别出中间类肝细胞,这与人类证据一致,即功能性成熟肝细胞(而非肝硬化本身)的质量减少触发卵圆细胞向肝细胞的分化。在这方面有趣的是,我们最近的证据表明,ATP-结合盒蛋白MRP-1、MRP-3和MDR-1在各种人类肝病的祖细胞室中的表达增加。36众所周知,这些转运蛋白具有细胞保护作用。例如,MRP-1帮助细胞分泌GSSG或4-羟基壬烯醇的GSH结合物,即氧化应激反应的产物。37因此,卵圆细胞的表型可能传递一种生存优势,允许它们在严重损害更成熟肝细胞的条件下积累。这反过来有助于解释卵圆细胞与HepLC积累和成熟肝细胞质量减少之间的积极关系:氧化应激降低成熟肝细胞的活力和扩张,同时保留不太成熟的肝祖细胞。在肿瘤转化过程中也牵涉到类似的范例。因此,人们很容易推测,肝细胞癌的发展是因为慢性氧化应激施加了一种选择压力,有利于最能抵抗氧化损伤的祖细胞克隆的生长。需要进一步研究来评估这种可能性。幸运的是,目前的工作证明,有很好的人类FLD小动物模型。这些可以用来揭示FLD进展的致病机制,包括肝细胞癌的演变。

脚注

向约翰·霍普金斯大学医学博士Anna Mae Diehl(马里兰州巴尔的摩拉特兰街720号罗斯大厦912号,邮编:21205)发送转载请求。电子邮件:.ude.imhj@1lheida

由美国国立卫生研究院(RO1 AA010154和RO1 DK3579 to A.M.D.)和F.W.O.Vlaanderen(G.0139.00N to T.R.)的研究资助。

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文章来自美国病理学杂志由以下人员提供美国病理研究学会