MCD饮食诱发大/小鼠MASH模型

MCD饮食诱导大/小鼠代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）模型研究

摘要：
胆碱缺乏的蛋氨酸缺乏（Methionine and Choline Deficient, MCD）饮食是建立代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）动物模型（大鼠、小鼠）的常用方法。该模型能快速诱导肝脏脂肪变性、炎症、肝细胞气球样变及纤维化，高度模拟人类MASH的关键病理特征。本文将系统阐述MCD饮食模型的原理、建立方法、病理特点、优缺点及其在MASH研究中的应用价值。

一、引言
代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）是全球最常见的慢性肝病，其中MASH是其炎症亚型，可进展为肝纤维化、肝硬化甚至肝细胞癌。建立可靠且重现性好的动物模型对于阐明MASH发病机制及评估潜在疗法至关重要。MCD饮食诱导模型因其操作简便、成模时间相对较短、病理特征显著而被广泛应用。

二、模型原理
MCD饮食通过同时限制蛋氨酸和胆碱的摄入干扰肝脏脂质代谢：

1. 蛋氨酸缺乏： 减少肝脏谷胱甘肽（GSH）合成，削弱抗氧化能力，增加氧化应激。
2. 胆碱缺乏： 阻碍肝脏极低密度脂蛋白（VLDL）的合成与分泌（胆碱是磷脂酰胆碱合成的必需成分）。
3. 共同效应： VLDL分泌受阻导致肝细胞内甘油三酯（TG）大量蓄积（脂肪变性）；氧化应激水平升高损伤肝细胞，激活库普弗细胞和肝星状细胞（HSC），引发炎症反应；持续的炎症刺激最终激活HSC转化为肌成纤维细胞，导致细胞外基质过度沉积（纤维化）。

三、模型建立方法

1. 实验动物： 常用C57BL/6小鼠（雄性居多）、SD或Wistar大鼠（雄性居多）。雄性动物通常对MCD饮食更敏感。
2. 饮食： 给予专门的MCD饲料（基于AIN-76或相似配方设计），同时设置对照饲料（含足量蛋氨酸和胆碱的蛋氨酸胆碱充足饲料，Methionine and Choline Sufficient, MCS）。
3. 饲养周期：
   • 小鼠： 通常持续喂养2-4周即可观察到显著的脂肪变性和炎症（MASH早期），8-12周可观察到明显的纤维化。
   • 大鼠： 通常需要4-6周诱导脂肪变性和炎症，8-16周诱导明显的纤维化（个体差异较大）。
4. 监测指标：
   • 体重：MCD组动物体重会显著下降（营养不良模型特征）。
   • 血清生化：检测丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）（肝损伤标志物）；总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、游离脂肪酸（FFA）（脂质代谢）。
   • 肝脏指数：肝脏湿重/体重×100%。
   • 金标准 - 肝脏组织病理学评估：
     • 苏木精-伊红（H&E）染色： 评估脂肪变性程度（面积）、小叶内炎症（病灶数量和程度）、肝细胞气球样变。
     • 天狼星红（Sirius Red）或马松三色（Masson's Trichrome）染色： 评估胶原沉积程度（纤维化分期）。
   • 其他可选检测： 肝组织TG含量测定、氧化应激指标（MDA, SOD, GSH等）、炎症因子表达（TNF-α, IL-1β, IL-6等）、纤维化相关基因表达（COL1A1, α-SMA, TGF-β1等）。

四、病理特征 (典型MCD模型表现)

• 宏观： 肝脏肿大、颜色浅黄或黄白色、质脆易碎。
• 微观 (H&E)：
  • 显著的大泡性脂肪变性： 累及>60-70%的肝细胞，弥漫分布。
  • 小叶内炎症浸润： 以混合性炎症细胞（中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞）为主，常形成炎症灶。
  • 肝细胞气球样变： 常见，是肝细胞损伤的特征表现。
  • 肝细胞点状/灶性坏死： 常见。
• 纤维化 (天狼星红/马松三色)：
  • 主要在汇管区周围和中央静脉周围起始（窦周纤维化）。
  • 随着时间延长，可发展为桥接纤维化（连接汇管区-汇管区或汇管区-中央静脉），甚至早期肝硬化结构（尤其在长期喂养的大鼠模型中）。
• 血清学： ALT/AST显著升高；血清TG和TC水平往往降低（反映VLDL分泌受阻）。

五、MCD模型的优缺点

1. 优点：
   • 诱导快速： 能在相对短的时间内（数周）诱导出明显的MASH特征（脂肪变、炎症、气球样变）和纤维化。
   • 病理特征显著且一致： 脂肪变性和炎症程度高，模型重现性好。
   • 节约成本： 相对于基因工程模型或其他饮食模型（如高脂/高胆固醇/高果糖饮食），成本较低。
   • 机制研究工具： 是研究脂质代谢紊乱、氧化应激、炎症反应和纤维化机制的经典工具。
2. 缺点：
   • 体重下降： 显著降低体重，不符合人类MASH患者通常伴随肥胖/超重的特点（主要局限性）。
   • 胰岛素抵抗缺乏： 通常不诱导胰岛素抵抗，甚至可能改善胰岛素敏感性（与人类MASH核心病理生理不符）。
   • 低脂血症： 血清TG、TC、LDL-C降低，而人类MASH常伴有血脂异常（TG升高为主）。
   • 潜在营养不良影响： MCD本身就是一种营养不良模型，可能引入与MASH发病无关的混杂因素（如全身代谢改变）。
   • 纤维化程度与变异性： 纤维化程度可能不如某些基因模型或长期高脂模型严重，且在大鼠和小鼠间、不同品系间存在差异。

六、应用价值与局限性认识

尽管存在与人类MASH代谢背景不符的局限性（特别是体重减轻、无胰岛素抵抗），MCD模型因其能高效诱导出MASH的核心组织学病变（脂肪变、炎症、气球样变、纤维化），仍然是研究以下方面的宝贵工具：

• 肝脏脂质蓄积、氧化应激、炎症损伤和纤维化的分子机制。
• 评估潜在药物（尤其是抗炎、抗氧化、抗纤维化药物）对已形成的肝脂肪变性、肝炎及纤维化的疗效。
• 验证特定通路在MASH发病中的作用（通过基因敲除/过表达小鼠结合MCD饮食）。

研究者必须清晰地认识到该模型的局限性，谨慎解读实验结果，避免过度外推到人类MASH的复杂代谢背景中。 通常需要结合其他模型（如高脂高果糖高胆固醇饮食模型、db/db或ob/ob小鼠联合打击模型等）以获得更全面的认识。

七、结论

MCD饮食模型是诱导大/小鼠发生MASH样组织病理学改变（脂肪变性、炎症、肝细胞损伤、纤维化）的有效方法。该模型操作简便、成模快、病理特征显著，在研究MASH核心病理机制和筛选靶向肝脏炎症/纤维化的治疗药物方面具有重要价值。然而，研究者必须充分认识到其伴随的体重下降、缺乏胰岛素抵抗等关键局限性，并将其视为研究复杂人类MASH特定方面的有用工具而非完美品。选择模型时需根据具体研究目的权衡利弊。

表一： MCD饮食诱导MASH模型的主要特征总结

主要用途： 研究肝内脂质代谢紊乱、氧化应激、炎症反应、纤维化机制；筛选靶向肝脏炎症和纤维化的治疗药物。
主要局限认识： 体重下降、缺乏胰岛素抵抗、血脂降低不符合人类MASH代谢背景。结果解读需谨慎。

参考文献 (示例，需根据实际引用更新):

1. Rinella, M. E., ... & Sanyal, A. J. (2023). A multisociety Delphi consensus statement on new fatty liver disease nomenclature. Hepatology. (MASLD/MASH定义共识)
2. Anstee, Q. M., Goldin, R. D., & Wright, M. (2009). Mouse models in non-alcoholic fatty liver disease and steatohepatitis research. International Journal of Experimental Pathology, 90(4), 367–386. (经典综述)
3. Kirsch, R., ... & Clouston, A. D. (2003). Rodent nutritional model of non-alcoholic steatohepatitis: Species, strain and sex difference studies. Journal of Gastroenterology and Hepatology, 18(11), 1272–1282. (不同动物/品系/性别比较)
4. Farrell, G. C., ... & Larter, C. Z. (2012). NASH is an inflammatory disorder: Pathogenic, prognostic and therapeutic implications. Gut and Liver, 6(2), 149–171. (讨论炎症核心地位)
5. Takahashi, Y., ... & Fukusato, T. (2012). Animal models of nonalcoholic fatty liver disease/nonalcoholic steatohepatitis. World Journal of Gastroenterology, 18(19), 2300–2308. (多种模型概述)
6. Ibrahim, S. H., Hirsova, P., & Gores, G. J. (2019). Non-alcoholic steatohepatitis pathogenesis: sublethal hepatocyte injury as a driver of liver inflammation. Gut, 68(5), 963–972. (肝细胞损伤驱动机制)
7. Tsuchida, T., ... & Friedman, S. L. (2018). A simple diet-induced animal model of non-alcoholic fatty liver disease in C57BL/6 mice. Bio-protocol, 8(17). (实用操作方案示例)