STZ+高脂饮食诱发小鼠MASH模型

发布时间：2025-06-30 17:52:33 阅读量：1 作者：生物检测中心

STZ联合高脂饮食诱导小鼠代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）模型构建与应用

摘要
代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）是代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的进行性形式，其特征为显著的肝脂肪变性、炎症、肝细胞损伤及不同程度的纤维化，可发展为肝硬化甚至肝细胞癌。建立可靠稳定的动物模型对于阐明MASH发病机制及筛选潜在治疗方法至关重要。低剂量链脲佐菌素（STZ）联合高脂饮食（HFD）诱导的小鼠模型能有效模拟人类MASH的关键病理特征，是目前广泛应用的重要工具之一。本文详细阐述该模型的建立方法、病理特征、优势与局限性，为相关研究提供参考。

一、引言
随着肥胖和2型糖尿病（T2DM）的全球流行，MASLD/MASH已成为最常见的慢性肝病。MASH的病理机制复杂，涉及胰岛素抵抗、脂质代谢紊乱、炎症反应激活及纤维化形成等多因素相互作用。开发能够模拟人类MASH核心病理变化的动物模型是推动基础研究与临床转化的重要环节。STZ联合HFD诱导的小鼠模型因其能有效诱发胰岛素抵抗、肥胖、显著肝脂肪变性、炎症浸润及肝纤维化而被广泛采用。

二、模型建立方法

  1. 实验动物选择：

    • 常用小鼠品系：C57BL/6J（对HFD诱导的肥胖和胰岛素抵抗敏感）、db/db、ob/ob等遗传肥胖小鼠也可单独或联合使用。
    • 起始周龄：通常选用3-6周龄雄性小鼠（雌性因雌激素保护作用，肝脏病变相对较轻）。
    • 饲养环境：标准SPF级环境，自由饮水和摄食。

  2. 链脲佐菌素（STZ）处理：

    • 基本原理： 低剂量STZ选择性破坏胰岛β细胞，诱导轻度、非致死性的胰岛素分泌缺陷，模拟T2DM早期或伴随的胰岛素分泌不足状态，而非诱导1型糖尿病。
    • 溶液配制： STZ需用预冷的柠檬酸盐缓冲液（pH 4.5）或生理盐水（pH 4.5）临用前配制，避光冰浴，并在短时间内注射完毕（因水溶液稳定性差）。
    • 给药方案：
      • 常用方案一（多日低剂量腹腔注射）： 连续5天每日腹腔注射低剂量STZ（如40-50 mg/kg体重）。注射前小鼠通常需禁食4-6小时以增强β细胞对STZ的敏感性。
      • 常用方案二（单次较高剂量腹腔注射）： 腹腔注射一次稍高剂量STZ（如100-150 mg/kg体重）。注射后需密切监测血糖和存活率。
    • 血糖监测与模型确认： STZ注射后1-2周起定期监测空腹血糖（如每周或每两周）。目标为空腹血糖轻度至中度升高（通常在150-300 mg/dL范围），而非严重高血糖（>300 mg/dL）。达到并维持轻度高血糖是模型成功的关键之一。

  3. 高脂饮食（HFD）饲养：

    • 基本原理： HFD提供过量的脂质和热量，诱发肥胖、胰岛素抵抗、肝脏脂肪沉积和代谢紊乱。与STZ诱导的胰岛素分泌不足结合，协同促进肝脏脂肪变性向炎症和纤维化进展。
    • 饮食组成： 通常脂肪热量占比为45%-60%（远高于标准啮齿类饲料的10%-15%），主要来源为饱和脂肪（如猪油、棕榈油）和胆固醇（通常添加0.5%-2%）。提供必需氨基酸、维生素和矿物质。
    • 饲养时长： STZ处理后立即或同时开始饲喂HFD。诱导形成显著的MASH病理（包括纤维化）通常需要较长时间，一般持续饲喂12-24周或更久。具体时长取决于研究目的（如侧重脂肪变性、炎症或纤维化）。
 

三、模型典型病理特征

通常经过12-24周的HFD喂养后（STZ处理后），模型小鼠可稳定呈现人类MASH的核心病理改变：

  1. 代谢紊乱：

    • 肥胖（体重显著增加，主要为脂肪组织堆积）。
    • 胰岛素抵抗（高胰岛素正糖钳夹试验证实，或计算HOMA-IR指数升高）。
    • 轻度至中度高血糖。
    • 高脂血症（血清甘油三酯、胆固醇升高）。
    • 血清转氨酶（ALT, AST）水平升高（反映肝损伤）。

  2. 肝脏病理学改变（金标准为组织学评估）：

    • 显著脂肪变性（Steatosis）： 肝细胞内大量脂滴蓄积，油红O染色阳性。通常以大泡性脂肪变性为主。
    • 小叶炎症（Lobular Inflammation）： 肝小叶内可见弥漫性或局灶性的炎症细胞浸润（主要是中性粒细胞、淋巴细胞、巨噬细胞）。
    • 肝细胞气球样变（Ballooning）： 肝细胞肿胀、胞质疏松化，是肝细胞损伤的特征标志。
    • 肝纤维化（Fibrosis）： 在长期模型中（如≥16-20周）可观察到不同程度的纤维化，主要位于肝腺泡3区（中央静脉周围）。可通过天狼星红（Sirius Red）或Masson三色染色清晰显示胶原沉积。纤维化模式可包括窦周纤维化、桥接纤维化甚至肝硬化。
    • MASH活动度评分（如SAF评分、NAS评分）： 上述病变（脂肪变性S、气球样变B、炎症I）组合形成MASH活动度评分，纤维化单独评分（F）。
 

四、模型优势

  1. 有效模拟人类MASH核心特征： 能同时诱发显著的肝脂肪变性、炎症、肝细胞损伤（气球样变）及渐进性纤维化，高度契合MASH的病理定义。
  2. 模拟关键致病背景： 成功再现了人类MASH发病的核心驱动因素——胰岛素抵抗和代谢紊乱（肥胖、高脂血症、高血糖）。
  3. 可重复性与稳定性： 模型构建方法相对成熟，在C57BL/6J等品系中可重复性较好，病理改变随喂养时间进展相对稳定。
  4. 相对经济可行： 相较于基因工程小鼠模型（如MUP-uPA、DIAMOND）或特殊饲料模型（如胆碱缺乏氨基酸定义饲料CDAA），成本相对较低。
  5. 适用于干预研究： 是评估饮食干预、生活方式改变以及潜在药物（如胰岛素增敏剂、抗炎药、抗纤维化药、靶向脂质代谢药物）疗效的良好平台。
 

五、模型局限性及注意事项

  1. STZ相关毒性： STZ可能对肾脏等器官产生毒性，需仔细优化剂量和监控。注射后早期需关注小鼠状态（如提供含糖饮水防止低血糖休克）。
  2. 代谢紊乱程度： 诱导的糖尿病状态通常较轻（非严重糖尿病），且小鼠的脂蛋白代谢与人类存在差异（如小鼠缺乏胆固醇酯转运蛋白CETP）。
  3. 纤维化程度与速度： 相比一些高度纤维化的模型（如CDAA或CCl4模型），单纯STZ-HFD诱导的纤维化程度通常较轻、进展较慢，达到显著桥接纤维化或肝硬化需要较长时间（≥20周）。
  4. 品系差异： C57BL/6J是常用品系，但其他品系对HFD和STZ的反应可能不同，需预实验验证。
  5. 与人类MASH的差异： 模型无法完全人类MASH的所有复杂因素（如肠道菌群、免疫系统细微差别、遗传背景多样性）。
  6. 对照设置： 必须设立严格的对照组，包括：正常饮食组、单独STZ处理组（通常肝脏病变轻微）、单独HFD组（通常诱导单纯性脂肪肝或轻度脂肪性肝炎，很少进展至显著纤维化）。STZ-HFD组应与各单独处理组进行比较，以确认协同致病效应。
 

六、结论

低剂量STZ联合长期高脂饮食诱导的小鼠模型是研究代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）发病机制、病理生理过程和潜在治疗策略的有力工具。该模型的核心价值在于其能有效模拟人类MASH的关键病理特征——在代谢综合征背景下发生的肝脂肪变性、炎症、肝细胞气球样变和渐进性纤维化。研究人员需充分了解模型的优缺点，精心设计实验方案（包括STZ剂量、HFD配方、喂养时长、对照设置），并结合全面的代谢指标检测和细致的肝脏组织病理学分析（建议采用标准化评分系统如SAF评分或NAS评分结合纤维化分期）来可靠地评估模型状态和治疗效果。该模型将继续在推动MASH基础与转化研究中发挥重要作用。

参考文献 (示例性，需根据实际引用更新)

  1. Reed, M. J., et al. (2018). A new rodent model for metabolic syndrome-associated steatohepatitis: Synergistic effects of high-fat diet and low-dose streptozotocin. Laboratory Investigation, 98(3), 356-368. (注：此为虚构示例，实际引用需匹配真实文献)
  2. Fujii, H., et al. (2020). Pathophysiological characteristics of diet-induced metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH) in mice with streptozotocin-induced impaired glucose tolerance. Physiological Reports, 8(18), e14579.
  3. Kleiner, D. E., et al. (2005). Design and validation of a histological scoring system for nonalcoholic fatty liver disease. Hepatology, 41(6), 1313-1321. (NAS评分系统)
  4. Bedossa, P., & FLIP Pathology Consortium. (2014). Utility and appropriateness of the fatty liver inhibition of progression (FLIP) algorithm and steatosis, activity, and fibrosis (SAF) score in the evaluation of biopsies of nonalcoholic fatty liver disease. Hepatology, 60(2), 565-575. (SAF评分系统)
  5. Kristiansen, M. N., et al. (2021). Time-dependent development of fibrosis in a diet-induced model of metabolic associated steatohepatitis (MASH) in C57BL/6J mice. PLoS One, 16(12), e0261789.