趙文欣,李佳潞,項 戀,程 磊,張晶晶,杜庭婉,馬 玲
西南醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院營養(yǎng)與食品衛(wèi)生學教研室(瀘州 646000)
非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD)是一種受代謝、基因、環(huán)境和腸道微生物等多種因素調節(jié)的代謝應激性肝臟疾病,主要表現(xiàn)為肝臟脂肪沉積與炎癥壞死等[1]。NAFLD 患病率不僅在歐美等發(fā)達國家逐年上升,在我國發(fā)病率亦逐年上升,目前NAFLD 已經(jīng)超越病毒性肝炎成為全球患病率最高的慢性肝病[2],是威脅全世界人民健康的重大公共衛(wèi)生問題。2008 年至2018 年共10 年間,我國NAFLD 患病率從18%增長至29.2%,預計2030 年患病人數(shù)將增至3.1458 億例;同期北美患病率為18.8%,在超重人群中患病率為28%;在意大利,78.8%的代謝綜合征病人存在NAFLD[1,3-5]。維生素D 是一種脂溶性維生素,分為維生素D2和維生素D3,主要參與調節(jié)機體鈣、磷代謝和糖脂代謝。經(jīng)膳食攝入或皮膚合成的維生素D3在肝臟被羥化為25(OH)D3后釋放入血,經(jīng)由維生素D 結合蛋白攜帶進入腎臟進一步被羥化為活性1,25(OH)2D3并重新釋放入血,到達相應靶器官發(fā)揮生物學效應。人群研究發(fā)現(xiàn),維生素D 缺乏是NAFLD 的一項危險因素[6-8],其缺乏時可加重肝臟的胰島素抵抗(insulin resistance,IR)、脂質沉淀、壞死性炎癥和進展性纖維化等,這可能經(jīng)由下調參與脂質代謝的維生素D受體(vitamin D receptor,VDR)的表達[9],及下調肝臟中與氧化應激、炎癥反應相關基因的表達而實現(xiàn)[10-11]。故本研究采用維生素D3干預高脂飲食誘導建立的NAFLD 模型大鼠,探究其是否可以改善NAFLD的脂質代謝和肝細胞損傷情況。
SPF 級雄性Wistar 大鼠48 只,5 w 齡,體重140~150 g,由成都達碩實驗動物有限公司供應,實驗單位使用許可證號:SYXK(川)2018-065,實驗動物生產(chǎn)許可證號:SCXK(川)2015-030。大鼠飼養(yǎng)于西南醫(yī)科大學實驗動物中心屏障系統(tǒng),環(huán)境溫度19 ℃~26 ℃、濕度40%~70%、12 h/12 h明暗交替,自由攝食飲水,每3 d更換一次墊料。動物實驗方案得到了西南醫(yī)科大學動物倫理委員會的批準許可。
高脂飼料及標準對照飼料均由北京博泰宏達生物技術有限公司提供。高脂飼料HDOO1 配方為:25.4%脂肪,2%膽固醇,24.2%蛋白質,42.1%碳水化合物,5.8%粗纖維,1.7%鈣,1.1%磷;能量占比4.7 kcal/gm。標準對照飼料配方為:4.5%脂肪,21.1%蛋白質,60.6%碳水化合物,7.7%粗纖維,1.8%鈣,1.2%磷;能量占比3.6 kcal/gm。
1.3.1 試劑與試劑盒 維生素D3(粉劑,67-97-0,美國Sigma);玉米油(8001-30-7,上海阿拉丁生化科技股份有限公司);游離脂肪酸試劑盒(比色法,A042-1-1,南京建成生物工程研究所);甘油三酯試劑盒(微板法,A110-1-1,南京建成生物工程研究所);25(OH)D3的ELISA試劑盒(E-EL-0015c,Elabscience)。
1.3.2 儀器 全自動生化分析儀(日本Olympus AU680);轉輪式切片機(徠卡-2016,德國);TSJ-Ⅱ型全自動封閉式組織脫水機(常州市中威電子儀器有限公司);BMJ-Ⅲ型包埋機(常州郊區(qū)中威電子儀器廠);PHY-Ⅲ型病理組織漂烘儀(常州市中威電子儀器有限公司);數(shù)碼三目攝像顯微鏡(BA400Digital,麥克奧迪實業(yè)集團有限公司);生物顯微鏡CX40(配數(shù)碼相機)等。
大鼠適應性喂養(yǎng)1 w后根據(jù)體重進行分層,按隨機數(shù)字大小進行分籠,分為對照組(CON 組,n=16)和模型組(HFD 組,n=32),分別應用標準對照飼料和高脂飼料喂養(yǎng)6 w,第6 w末兩組分別解剖8只大鼠,以觀察到肝組織HE 染色切片中脂肪變性的肝細胞占單位面積的1/3 以上和血液生化指標中TC 和TG 水平較CON組明顯增加[12]作為判斷造模成功的指標,剩下的HFD組分別以8 只為一組分成3 個處理組,分別是模型組(HFD 組,n=8)、干預組(HFD+VD3組,n=8)、溶媒對照組(HFD+Oil組,n=8),各組給予飼料的方式和時間不變,自由攝食、飲水。第7~13 w 每日16:00,維生素D3干預組以濃度為2.5 μg/mL 溶于玉米油的維生素D3[12.5 μg/(kg·bw)]灌胃,溶媒對照組直接灌胃玉米油[5 mL/(kg·bw)],干預期間觀察大鼠生命體征及體重變化。
標準對照飼料和高脂飼料喂養(yǎng)至第6 w時,所有大鼠禁食不禁水12 h,次日從CON 組和HFD 組各隨機抽取8 只大鼠采用戊巴比妥鈉[1 g/(kg·bw)]麻醉,心臟取血,血清離心后于-80 ℃貯存,收集肝臟并稱量濕重,取肝最大葉的同一部位,肝組織與多聚甲醛溶液(1:10)常溫固定保存,待病理組織觀察。維生素D3干預至第13 w時以同樣方法收集血清和肝臟。
從實驗開始到結束,所有大鼠每隔1 d 測一次體重。取肝臟,用預冷的生理鹽水清洗后,濾紙拭干,采用萬分之一天平稱量肝重,Lee’s指數(shù)=[體重(g)1/3×1 000]/體長(cm),肝臟指數(shù)(%)=肝臟重量(g)/體重(g)×100%。
采用Olympus AU680 全自動生化分析儀測定血清生化指標:總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C),肝功能指標:天冬氨酸氨基轉移酶(AST)、丙氨酸氨基轉移酶(ALT)水平。采用甘油三酯試劑盒與游離脂肪酸試劑盒測定肝臟組織的甘油三酯(TG)與游離脂肪酸(FFA)含量。采用ELISA 試劑盒測定血清25(OH)D3含量。所有操作按說明書進行。
委托成都里來生物科技有限公司進行肝臟組織HE染色并鏡檢觀察肝臟組織病理學改變。
采用SPSS 25.0軟件對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,結果以均數(shù)±標準差()描述,滿足參數(shù)檢驗條件的用方差分析(多組間)或t檢驗(兩組間),α=0.05。
2.1.1 高脂飲食干預6 w對大鼠血脂的影響 高脂飲食干預6 w 后,HFD 組血清TG、TC 和LDL-C 水平較CON組均顯著增高(P<0.05),血清HDL-C水平較對照組略有提高,但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見表1、圖1。
表1 高脂飲食干預6 w對大鼠血脂的影響(,n=8)Table 1 Effects of high-fat diet intervention for 6 weeks on bloods lipids in rats(,n=8)

表1 高脂飲食干預6 w對大鼠血脂的影響(,n=8)Table 1 Effects of high-fat diet intervention for 6 weeks on bloods lipids in rats(,n=8)
注:a表示與CON組相比,P <0.05

圖1 高脂飲食干預6 w對大鼠血脂的影響(,n=8)Figure 1 Effects of high-fat diet intervention for 6 weeks on blood lipids in rats(,n=8)
2.1.2 高脂飲食干預6 w 對大鼠病理學形態(tài)的影響HE染色后,顯微鏡下可觀察到CON組肝臟組織結構較為清晰,被膜完整,肝小葉分葉不明顯,肝細胞呈放射狀排列,少量肝細胞內可見圓形透明脂滴,其他未見明顯病理改變;HFD組肝小葉分葉不明顯,脂肪變性的肝細胞占單位面積的1/3以上,見變性細胞胞質內大量圓形透明脂滴聚集,脂滴大小不等,肝細胞氣球樣變,門管區(qū)周圍或肝小葉內不等量的肝細胞小灶狀壞死及少量炎細胞浸潤,成模率達到100%,見圖2~5。

圖2 高脂飲食干預6 w肝臟HE染色:CON(×200)Figure 2 Liver HE staining after high-fat diet intervention for 6w:CON(×200)

圖3 高脂飲食干預6 w肝臟HE染色:HFD(×200)Figure 3 Liver HE staining after high-fat diet intervention for 6w:HFD(×200)

圖4 高脂飲食干預6 w肝臟HE染色:CON(×400)Figure 4 Liver HE staining after high-fat diet intervention for 6w:CON(×400)

圖5 高脂飲食干預6 w肝臟HE染色:HFD(×400)Figure 5 Liver HE staining after high-fat diet intervention for 6w:HFD(×400)
2.2.1 維生素D3干預7 w 對NAFLD 大鼠肝重、體重、肝指數(shù)、Lee’s指數(shù)的影響 與CON組相比,HFD組大鼠體重、肝重、肝指數(shù)、Lee’s指數(shù)均顯著升高(P<0.05)。與HFD+Oil 組相比,HFD+VD3組肝指數(shù)明顯降低(P<0.05),Lee’s指數(shù)和肝重降低,體重上升,但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。與HFD組相比,HFD+VD3組上述四項指標均有降低;HFD+Oil 組肝重和體重降低,肝指數(shù)和Lee’s指數(shù)上升,但差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。綜上,不可以忽略溶媒對于大鼠的影響,即不能用HFD組數(shù)據(jù)代替HFD+Oil 組,故后續(xù)數(shù)據(jù)僅比較HFD+Oil組與HFD+VD3組之間的差異以觀察干預組所產(chǎn)生的效應,見表2、圖6。
表2 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝重、體重、肝指數(shù)、Lee’s指數(shù)的影響(,n=8)Table 2 Effects of VD3 intervention for 7 w on liver index,body index,liver index and Lee’s index in NAFLD rats(,n=8)

表2 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝重、體重、肝指數(shù)、Lee’s指數(shù)的影響(,n=8)Table 2 Effects of VD3 intervention for 7 w on liver index,body index,liver index and Lee’s index in NAFLD rats(,n=8)
注:a表示與CON組相比,P <0.05;aa 表示與CON組相比,P <0.001;b表示與HFD+Oil組相比,P <0.05

圖6 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝重、體重、肝指數(shù)、Lee’s指數(shù)的影響(,n=8)Figure 6 Effects of VD3 intervention for 7 w on liver index,body index,liver index and Lee’s index in NAFLD rats(,n=8)
2.2.2 維生素D3干預7 w 對NAFLD 大鼠血脂的影響與CON 組相比,HFD 組血清TG、HDL-C 水平均顯著降低(P<0.001),LDL-C水平明顯升高(P<0.001),TC水平有一定程度的下降,但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。與HFD+Oil 組相比,HFD+VD3組血清TG、TC、LDL-C 水平均明顯降低(P<0.001),HDL-C 水平有下降但差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),見表3、圖7。
表3 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清TG、TC、HDL-C、LDLC的影響(,n=8)Table 3 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum level of TG,TC,HDL-C and LDL-C in NAFLD rats(,n=8)

表3 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清TG、TC、HDL-C、LDLC的影響(,n=8)Table 3 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum level of TG,TC,HDL-C and LDL-C in NAFLD rats(,n=8)
注:a 表示與CON組相比,P <0.05;aa 表示與CON組相比,P <0.001;b 表示與HFD+Oil 組相比,P <0.05;bb 表示與HFD+Oil 組相比,P <0.001

圖7 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清TG、TC、HDL-C、LDL-C的影響(,n=8)Figure 7 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum levels of TG,TC,HDL-C and LDL-C in NAFLD rats(,n=8)
2.2.3 維生素D3干預7 w 對NAFLD 大鼠肝組織脂質含量的影響與CON組相比,HFD組大鼠的肝組織TG、FFA 含量升高(P<0.05)。與HFD+Oil 組相比,HFD+VD3組上述兩指標均顯著降低(P<0.001),見表4、圖8。
表4 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝組織TG、FFA含量的影響(,n=8)Table 4 Effects of VD3 intervention for 7 w on TG,F(xiàn)FA level in liver tissue of NAFLD rats(,n=8)

表4 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝組織TG、FFA含量的影響(,n=8)Table 4 Effects of VD3 intervention for 7 w on TG,F(xiàn)FA level in liver tissue of NAFLD rats(,n=8)
注:a 表示與CON組相比,P <0.05;aa 表示與CON組相比,P <0.001;b 表示與HFD+Oil組相比,P <0.05;bb 表示與HFD+Oil組相比,P <0.001

圖8 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝組織TG、FFA含量的影響(,n=8)Figure 8 Effects of VD3 intervention for 7 w on TG,F(xiàn)FA level in liver tissue of NAFLD rats(,n=8)
2.2.4 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝功能的影響與CON 組相比,HFD 組血清AST、ALT 水平顯著增高(P<0.05),AST/ALT 比值顯著降低(P<0.05)。與HFD+Oil 組相比,HFD+VD3組血清AST、ALT 水平均明顯降低(P<0.05),AST/ALT 比值略有上升但無統(tǒng)計學差異(P>0.05),見表5、圖9~10。

圖9 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清AST、ALT水平的影響(,n=8)Figure 9 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum levels of AST and ALT in NAFLD rats(,n=8)
表5 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清AST、ALT、AST/ALT水平的影響(,n=8)Table 5 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum levels of AST,ALT and AST/ALT in NAFLD rats(,n=8)

表5 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清AST、ALT、AST/ALT水平的影響(,n=8)Table 5 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum levels of AST,ALT and AST/ALT in NAFLD rats(,n=8)
注:a 表示與CON組相比,P <0.05;b 表示與HFD+Oil組相比,P <0.05

圖10 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清AST/ALT水平的影響(,n=8)Figure 10 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum levels of AST/ALT in NAFLD rats(,n=8)
2.2.5 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清維生素D的影響 與CON 組相比,HFD 組血清25(OH)D3水平顯著降低(P<0.001)。與HFD+Oil 組相比,HFD+VD3組血清25(OH)D3水平顯著升高(P<0.001),見表6、圖11。
表6 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清25(OH)D3水平的影響(,n=8)Table 6 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum levels of 25(OH)D3 in NAFLD rats(,n=8)

表6 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清25(OH)D3水平的影響(,n=8)Table 6 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum levels of 25(OH)D3 in NAFLD rats(,n=8)
注:aa 表示與CON組相比,P <0.001;bb 表示與HFD+Oil組相比,P <0.001

圖11 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠血清25(OH)D3水平的影響(,n=8)Figure 11 Effects of VD3 intervention for 7 w on serum levels of 25(OH)D3 in NAFLD rats(,n=8)
2.2.6 維生素D3干預7 w 對NAFLD 大鼠肝組織脂肪變性程度的影響CON 組肝組織未出現(xiàn)脂肪變性情況(0/4例),HFD組與HFD+Oil組所有大鼠均出現(xiàn)脂肪變性程度最高(3 級)的狀態(tài)(4/4 例),HFD+VD3組所有大鼠均發(fā)生脂肪變性(4/4例),但程度不一。與CON組相比,HFD 組肝細胞炎癥活動度顯著提高(P<0.001)。與HFD+Oil 組相比,HFD+VD3組血清25(OH)D3水平顯著降低(P<0.001),見表7。
表7 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝組織脂肪變性程度的影響(,n=4)Table 7 Effects of VD3 intervention for 7w on the degree of hepatic steatosis in NAFLD rats(,n=8)

表7 維生素D3干預7 w對NAFLD大鼠肝組織脂肪變性程度的影響(,n=4)Table 7 Effects of VD3 intervention for 7w on the degree of hepatic steatosis in NAFLD rats(,n=8)
注:aa 表示與CON 組相比,P <0.001;bb 表示與HFD+Oil 組相比,P <0.001
高脂飲食是NAFLD 發(fā)生發(fā)展進程中一個重要因素。本實驗所采用的高脂飲食誘導建立NAFLD 大鼠模型屬于營養(yǎng)失調性脂肪肝動物模型的一種,此方法成熟穩(wěn)健、成模率高[12-14]。
1,25(OH)2D3是維生素D3的生物活性形式,由皮膚吸收或膳食攝取后經(jīng)一系列轉化再活化入血,進而作用于小腸、骨、腎等靶器官產(chǎn)生效應。隊列研究[15]證實,血清維生素D 與眾多血清脂質代謝產(chǎn)物存在強大的相關性。隨著干預時間的延長,各組大鼠肝重、體重、肝指數(shù)與血清維生素D水平各有波動:HFD組除血清維生素D 濃度顯著降低外,上述其余數(shù)值始終高于CON組;給予維生素D3干預后,該組大鼠血清維生素D濃度顯著回升,肝指數(shù)顯著降低,肝重與體重略有起伏但差異無統(tǒng)計學意義。上述結果表明非酒精性脂肪性肝病的確能夠導致機體本身的維生素D3水平降低,而通過膳食干預補充適宜劑量的外源性維生素D3可以幫助恢復其在體內的水平,繼而延緩疾病進程甚至扭轉疾病轉歸。此外,外源性的維生素D3還能夠在一定程度上緩解肝臟病變所致使的肝臟重量增加,這種重量的降低更多的發(fā)生于內臟而非全身,此現(xiàn)象與宋佳奇等[16]的研究結果不謀而合;而王鋒[17]和張虹[18]等的研究發(fā)現(xiàn),維生素D3還可以降低脂肪肝大鼠的體重,這與上述結論相悖。JAHN 等[19]的研究發(fā)現(xiàn)低劑量的維生素D 干預(500 IU/kg)聯(lián)合高脂飲食能夠顯著提高大鼠肝重、體重及脂肪含量,而在高劑量干預(10 000 IU/kg)時上述指標均顯著降低。究其原因,或許與維生素D3的給藥劑量和時長密切相關:補充較大劑量維生素D3且時間較長情況下,可引起體重、臟器重量等減輕;而劑量和時間都相對較少的條件下,所得到的變化也就相對不顯著,而兩者間界限暫未可知。眾多研究表明維生素D 缺乏與肥胖癥密切相關,同時也可能通過下調肝臟內白介素6(IL-6)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)的mRNA表達以抑制炎癥,對NAFLD產(chǎn)生保護效應,但臨床試驗結果也如上述多項研究般不一致,故作用機制一直未被闡明確證[20]。
肝臟是機體代謝脂質的主要器官,在脂代謝過程中參與脂質攝取、儲存、合成、代謝等,上述任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均可能引起脂質堆積、胰島素抵抗(IR)、內質網(wǎng)應激等,繼而誘發(fā)NAFLD[21-22]。維生素D3具有抗炎、抗纖維化、提高胰島素敏感性等多種生物學活性[23],維生素D通過與其受體VDR結合而發(fā)揮生物學效應。余夢麗等[24]研究發(fā)現(xiàn),VDR 缺乏可異常激活NF-κB 這一炎癥介質引起機體多種炎癥反應,同時可增加腸道肝螺桿菌(Helicobacter hepaticus,H.h)豐度及減少益生菌豐度而引起腸道菌群紊亂,進而加重腸道炎癥反應、阻礙腸道對于食物的消化吸收進一步導致脂代謝紊亂。NANDI 等[25]研究發(fā)現(xiàn),低維生素水平可以影響機體脂肪酸水平:增加肝臟和血漿中花生四烯酸和飽和脂肪酸等促進脂質生成的脂肪酸水平、降低血漿和肝臟中單不飽和脂肪酸等具有抗炎特性的脂肪酸水平。本研究中,維生素D3干預可顯著降低NAFLD 大鼠血清TC、TG、LDL-C 水平及肝組織中TG、FFA 水平。即補充維生素D3同樣可以降低FFA這類脂質合成原料的脂肪酸水平,與上述研究結論一致。故推測維生素D3參與調控脂質的合成與分解,在脂代謝紊亂時及時促進分解、抑制合成,逐漸調整回正常水平。
AST、ALT是專一性的轉氨酶,主要存在于細胞內,在血清中活性很低,在肝細胞受損或細胞膜通透性增高的情況下即大量釋放入血,造成血清中轉氨酶活性明顯升高[26-27],故血清AST、ALT、AST/ALT 水平常作為判斷肝功能是否正常的指標[28]。本研究中HFD組大鼠血清AST、ALT、AST/ALT水平均顯著高于CON組,提示肝細胞內皮損傷、肝功能異常,印證了上述肝細胞受損后轉氨酶水平顯著提高的結論[6,12]。進行維生素D3干預后,血清AST、ALT 水平顯著降低,表明紊亂的肝功能得到了調整和改善,提示維生素D3對肝臟具有良好的損傷修復意義。
在維生素D3較大劑量和較長時間干預下不僅能降低NAFLD大鼠肝重,還能延緩體重的增長速度,提示維生素D3對機體代謝、脂質代謝及肝細胞損傷修復的積極調節(jié)作用。這與現(xiàn)有研究中病人機體血清25(OH)D3水平與脂肪肝病變嚴重程度呈負向相關的結論大體吻合[29],但仍出現(xiàn)了如對體重無顯著性改變等陰性結果。由于體重、病理形態(tài)改變、炎癥性變化等均屬于宏觀表現(xiàn),是在脂代謝異常量變積累后引起的質變,猜測在尚未表現(xiàn)出明顯癥狀、體征的大鼠體內可能存在基因、分子等微觀層面的細小量變,后續(xù)可通過檢測上述更深層次的結構探索維生素D3對NAFLD 的改善治療機制。
維生素D3經(jīng)膳食干預能順利對NAFLD 模型大鼠發(fā)揮效應,達到降低血清及肝組織脂質水平、阻止AST、ALT 大量入血引起血清轉氨酶活性升高的作用,同時還能降低肝臟組織脂肪變性程度、改善炎癥。
(利益沖突:無)