脂肪肝疾病小鼠模型中暴露于低剂量砷和镉混合物后的肝脏炎症

Hepatic inflammation after exposure to a mixture of low-dose arsenic and cadmium in a murine model of fatty liver disease

作者信息Nivetha K Subramaniam, Natascha Gagnon, Cynthia Guilbert, Rushmi Perinpanathan, Madelyn Abraham, Christophe Goncalves, Jaymie R Meliker, Sonia Del Rincon, Koren K Mann
PMID42281279
发布时间2026-06-11
DOI10.1093/toxsci/kfag073

实验完整度

中

包含体内动物实验、组织学分析、基因表达检测、免疫荧光和高多重成像验证,但缺乏功能验证和机制验证。

主要模型

ApoE基因敲除小鼠(B6.129P2-apoE^tm1Unc/J)模型 小鼠肝脏组织

重点核对

动物模型:ApoE−/−小鼠,5周龄开始,雄性和雌性 饮水暴露:亚砷酸钠(5或50 ppb砷)、氯化镉(1.5或5 ppb镉)及联合暴露,持续13周 样本量:每组8只 检测指标:肝组织砷镉含量、肝脏病理、脂质代谢基因表达、PLIN2、CD4/CD8 T细胞、β-连环蛋白和Ki67

摘要

代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)是一个日益增长的全球健康负担,也是慢性肝病的主要诱因。有证据表明,砷(As)和/或镉(Cd)暴露可能影响MASLD的发展,但慢性低剂量金属混合物对肝脏炎症和免疫反应的影响仍不清楚。使用载脂蛋白E基因敲除小鼠模型,我们检测了雄性和雌性小鼠中低剂量As和Cd暴露的影响。我们重点关注肝脏脂肪变性和炎症。通过脂质代谢基因表达和PLIN2水平评估脂肪变性相关变化。雄性小鼠未观察到显著变化;然而,暴露于金属混合物的雌性小鼠显示PLIN2表达增加。相反,雄性小鼠在联合暴露后表现出炎症表型。雄性肝脏中的高多重单细胞成像(PhenoCycler)显示Ki67+肝细胞增加、β-连环蛋白信号增强以及CD8+ T细胞浸润增加,表明增殖和免疫激活增强。这些发现提示对低剂量As和Cd的性别依赖性反应,雌性显示轻微的脂肪变性变化,而雄性显示明显的炎症特征。总之,联合金属暴露在两种性别中均诱导肝脏启动;雄性显示炎症反应增强和细胞增殖,但没有明显的脂肪变性或纤维化,而雌性显示脂肪变性增加,但没有炎症或纤维化。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
慢性低剂量砷和镉联合暴露对脂肪肝小鼠模型肝脏脂肪变性和炎症的影响是否具有性别依赖性?
核心机制
联合暴露在雄性中诱导炎症反应,伴有CD8+ T细胞浸润和肝细胞增殖,可能涉及β-连环蛋白信号通路;在雌性中诱导脂肪变性相关PLIN2表达增加,但无明显炎症。
主要证据
通过组织学染色、免疫组化和免疫荧光检测,以及PhenoCycler高多重成像分析,发现雄性小鼠肝脏中CD45+免疫细胞、CD8+ T细胞、β-连环蛋白和Ki67+肝细胞增加;雌性小鼠PLIN2蛋白和mRNA水平增加。
研究意义
研究表明低剂量砷和镉联合暴露可诱导性别特异性的肝脏启动反应,为理解环境金属暴露在MASLD发展中的作用提供了新见解,提示在人群研究中需考虑性别差异。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立与暴露

建立慢性低剂量砷和镉暴露的ApoE−/−小鼠模型,模拟人类环境暴露水平。

雄性及雌性ApoE−/−小鼠从5周龄开始,通过饮水给予低剂量砷(5或50 ppb)和镉(1.5或5 ppb)单独或联合暴露,持续13周。

2

肝脏组织学与脂质评估

评估低剂量砷镉暴露对肝脏组织学、胶原沉积和脂质蓄积的影响。

通过H&E染色观察肝组织形态,Masson三色染色评估胶原沉积,免疫组化检测PLIN2表达并定量。

3

肝脏基因表达分析

检测脂质代谢和氧化应激相关基因的表达变化。

提取肝组织RNA,通过RT-qPCR检测Plin2、Srebp-1c、Fabp1、Sirt1、Pparα、Cpt1a、Mcad和Hmox1的mRNA表达。

4

免疫细胞和信号分子分析

表征低剂量砷镉暴露后的肝脏免疫细胞浸润和信号分子变化。

通过免疫荧光染色检测CD45、CD4、CD8、β-连环蛋白和Ki67,并使用PhenoCycler进行高多重空间成像。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
ApoE−/−小鼠(B6.129P2-apoE^tm1Unc/J,目录号002052)Jackson Laboratory002052
AIN-76A纯化饲料(目录号D10001)Research Diets IncD10001
BD Vacutainer SST采血管(目录号367986)BD367986
PlasmaPURE Plus硝酸(67%-70%)SCP Science--
过氧化氢(30%)VWR BDH Chemicals--
DigiPrepSCP Science--
NexION 5000电感耦合等离子体质谱仪PerkinElmer--
伊红Y溶液(目录号Ab246824)AbcamAb246824
Permount封片剂(目录号SP15-500)Fisher ChemicalSP15-500
Perilipin-2抗体(目录号NB110-40877)Novus BiologicalsNB110-40877
DAKO EnVision+系统HRP标记聚合物抗兔(目录号K4003)Agilent TechnologiesK4003
三色染色试剂盒(目录号ab150686)Abcamab150686
FastRNA pro绿色试剂盒(目录号6045050)MP Biomedicals6045050
NanoDrop分光光度计Thermo Fisher Scientific--
iScript cDNA合成试剂盒(目录号1708891)Bio-Rad1708891
Applied Biosystems 7500 Fast实时荧光定量PCR系统Life Technologies--
GoTaqPCR Master Mix(目录号A6001)PromegaA6001
CD4抗体(目录号14-9766-82)Thermo Fisher Scientific14-9766-82
CD8抗体(目录号14-0808-82)Thermo Fisher Scientific14-0808-82
CD45抗体(目录号AF114)R&D SystemsAF114
β-连环蛋白抗体(目录号844602)BioLegend844602
CPS-1抗体(目录号ab12907)Abcamab12907
Ki67抗体(目录号14-5698-82)Thermo Fisher Scientific14-5698-82
Alexa Fluor 647山羊抗大鼠IgG(目录号A-21247)InvitrogenA-21247
驴抗山羊IgG(目录号A-21447)InvitrogenA-21447
Alexa Fluor 750山羊抗兔(目录号A-21039)InvitrogenA-21039
Alexa Fluor 647山羊抗小鼠(目录号A21237)InvitrogenA21237
Fluoromount-G封片剂Invitrogen--
蔡司Axioscan玻片扫描仪Zeiss--
PhenoCycler平台Akoya Biosciences--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物暴露
ApoE−/−小鼠品系、起始周龄、暴露剂量和持续时间、每组样本数
阅读提示:Materials and methods, 'In vivo arsenic and cadmium exposures'部分
组织学评估
肝组织固定和切片厚度、染色方法及抗体稀释度、定量分析方法
阅读提示:Materials and methods, 'Hematoxylin and eosin staining', 'Masson trichrome' 和 'Immunohistochemistry' 部分
基因表达分析
RNA提取试剂盒、引物序列、qPCR反应条件、内参基因
阅读提示:Materials and methods, 'Gene expression' 部分及补充表S1
免疫细胞分析
抗体克隆号、稀释度、染色条件、图像分析软件和阈值设定
阅读提示:Materials and methods, 'In situ immunofluorescence' 和 'PhenoCycler' 部分
金属分析
肝脏消化方法、ICP-MS仪器参数、校准标准品
阅读提示:Materials and methods, 'ICP-MS metal analysis' 部分