2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是以胰岛素分泌缺陷和作用受损为特征的慢性高血糖疾病,常伴随全身代谢紊乱。代谢相关脂肪性肝病(metabolism-associated fatty liver disease, MAFLD)是一种与代谢紊乱密切相关的慢性肝病,其主要特征是肝脏脂肪异常堆积,且非由酒精摄入或其他已知肝病所致
[1]。流行病学研究
[2]显示:T2DM是导致MAFLD发生和进展的关键危险因素之一;在T2DM患者中,MAFLD发病率高达55.48%,约为普通人群的2倍。同时,MAFLD与肝纤维化关系密切。肝纤维化的全球患病率高,可进展为肝硬化、肝癌和肝衰竭,带来沉重的公共卫生负担
[3]。MAFLD发病机制错综复杂,当肝星状细胞(hepatic stellate cells,HSC)被激活后,肝脏细胞外基质(extracellular matrix,ECM)的过度且持续沉积可导致肝纤维化发生
[4]。ECM组成成分主要包含α平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)、Ⅰ型胶原蛋白和转化生长因子β (transforming growth factor-β, TGF-β) 等
[5],上述成分均可作为肝纤维化的生物标志物。
γ干扰素(interferon-gamma,IFN-γ)/Janus激酶(Janus kinase,JAK)/信号转导与转录激活因子1(signal transducer and activator of transcription 1,STAT1)信号通路具有抗氧化和抗炎作用,可通过抑制HSC活化、调节炎症反应、抑制ECM的合成及促进抗纤维化基因表达等机制,发挥抗肝纤维化的作用
[6]。相反,白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)/JAK/信号转导与转录激活因子3 (signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)通路是肝脏炎症和纤维化发生的促进因素,该通路通过激活HSC和促进ECM合成等作用,可加速肝纤维化的发生和进展
[7]。因此,靶向干预IFN-γ/JAK/STAT1与IL-6/JAK/STAT3信号通路的相关药物,有望为T2DM并发肝纤维化患者的临床治疗开辟全新路径,成为全新的治疗策略。
芬戈莫德是一种已知的鞘氨醇-1-磷酸(sphingosine-1-phosphate,S1P)受体激动剂,具有明显抗炎作用
[8]。研究
[9]表明:芬戈莫德可通过调节脂质代谢,预防自身免疫性糖尿病和非酒精性脂肪肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)。研究
[10]显示:芬戈莫德可通过激活Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)/缺氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)信号通路,减轻糖尿病肝脏的氧化应激和炎症,调节葡萄糖代谢,从而对糖尿病小鼠的肝脏有保护作用。尽管芬戈莫德在抗纤维化方面具有潜在作用,但其作用机制尚未完全明确,尤其是能否通过调节IFN-γ/JAK/STAT1和IL-6/JAK/STAT3信号通路发挥肝脏保护作用,目前尚未见报道。本研究探讨芬戈莫德对小鼠T2DM伴肝纤维化的作用及其潜在机制,以期为T2DM伴肝纤维化的临床治疗提供科学依据和潜在治疗途径。
1 材料与方法
1.1 实验动物、主要试剂和仪器
8周龄SPF级雄性、体质量16~20 g的C57BL/6J小鼠共60只,购于北京斯贝福生物技术有限公司,动物生产许可证号:SCXK(京)2019-0010,饲养于河北省唐山市糖尿病与代谢病重点实验室。芬戈莫德和链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)购自美国Cayman Chemical公司。天冬氨酸氨基转移酶(aspartate transaminase,AST)试剂盒、丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase,ALT)试剂盒、甘油三酯(triglycerides,TG)试剂盒、总胆固醇(total cholesterol,TC)试剂盒、低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol,LDL-C)试剂盒和高密度脂蛋白胆固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)试剂盒均购自南京建成生物工程研究所,抗STAT1、抗JAK1、抗IL-6和抗IFN-γ抗体均购自江苏亲科生物研究中心有限公司,抗磷酸化JAK1(phosphorylated JAK1,p-JAK1)、抗磷酸化STAT3(phosphorylated STAT3,p-STAT3)和抗磷酸化JAK2(phosphorylated JAK2,p-JAK2)抗体购自艾比玛特医药科技(上海)有限公司,抗STAT3抗体购自武汉三鹰生物技术有限公司,抗α-SMA抗体购自武汉博士德生物工程有限公司,抗 JAK2、 抗 磷 酸 化 STAT1 (phosphorylated STAT1,p-STAT1)、抗β-actin抗体和辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)标记的羊抗兔二抗购自成都正能生物技术有限责任公司,超纯总RNA提取试剂盒购自杭州新景生物试剂开发有限公司,FastKing cDNA第一链合成试剂盒和SuperReal PreMix Plus(SYBR Green)试剂购自北京天根生化科技有限公司。全景切片扫描仪(3DHISTECH型)购自武汉塞维尔生物科技有限公司,全波长酶标仪(Multiskan Fc型)购自美国赛默飞世尔科技有限公司,实时荧光定量PCR(real-time fluoresence quautitative PCR,RT-qPCR)仪(7500型)购自河北正皓医疗器械有限公司,化学发光凝胶成像系统(MiniChemi 610 Plus型)购自北京赛智创业科技有限公司。
1.2 实验动物分组和T2DM模型制备
将小鼠置于12 h/12 h的明暗循环环境中,温度为20 ℃~24 ℃,饲养期间可自由摄食饮水。适应性饲养1周后,将小鼠随机分为4组,即对照组、对照+芬戈莫德组(1.0 mg·kg
-1)、模型组和模型+芬戈莫德组(1.0 mg·kg
-1),每组15只。对照组和对照+芬戈莫德组小鼠接受正常饮食喂养16周,模型组和模型+芬戈莫德组小鼠在整个实验期间接受高脂饲料(high-fat diet,HDF)喂养。实验第6周起,模型组和模型+芬戈莫德组小鼠连续5 d腹腔注射溶解于0.1 mol·L
-1柠檬酸缓冲液(pH 4.5)中的STZ(35 mg·kg
-1),对照组和对照+芬戈莫德组小鼠注射等体积的柠檬酸缓冲液
[11]。自STZ注射开始,每2周测量各组小鼠体质量和空腹血糖(fasting blood glucose,FBG)水平。末次注射STZ后第9天,取各组小鼠尾尖静脉采血测定FBG水平,以FBG≥16.7 mmol·L
-1为标准判定T2DM模型构建成功。将芬戈莫德溶解于二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO),对照+芬戈莫德组和模型+芬戈莫德组小鼠每天腹腔注射1.0 mg·kg
-1芬戈莫德溶液,对照组和模型组小鼠注射等体积DMSO,持续8周
[12-14]。干预结束后,各组小鼠经腹腔注射3%戊巴比妥钠(3 mL·kg
-1)麻醉后,采血、分离血清,处死后留取肝组织样本,称量肝脏质量。测定各组小鼠FBG水平,并计算肝脏系数。肝脏系数=肝脏质量/体质量×100%。本实验通过华北理工大学动物伦理委员会审批(批准号:SQ2024018)。
1.3 采用试剂盒检测各组小鼠血清中肝功能指标和血脂水平
采用微板法分析试剂盒,取各组小鼠血清,严格按照试剂盒说明书操作,检测各组小鼠血清中ALT和AST活性以及TG、TC、HDL-C和LDL-C水平。
1.4 HE染色观察各组小鼠肝组织病理形态表现
取各组小鼠肝组织,经4%多聚甲醛固定、石蜡包埋后制成切片。切片依次进行水化、苏木素染色、分化、返蓝和伊红染色,脱水后以中性树胶封片。于光学显微镜下观察各组小鼠肝组织病理形态表现,采用全景切片扫描仪进行图像采集,使用CaseViewer 2.4软件进行图像分析。
1.5 Masson染色观察各组小鼠肝纤维化形态表现
取各组小鼠肝组织石蜡切片,经脱蜡、水化后,依次放入Masson A液、Masson B液和Masson C液浸染,分化后再依次放入Masson D液、Masson E液和Masson F液浸染,醋酸漂洗后脱水,以中性树胶封片。于光学显微镜下观察各组小鼠肝纤维化形态表现,采用全景切片扫描仪进行图像采集,使用CaseViewer(v 2.4)和Image J软件进行图像分析,计 算 肝 脏 胶 原 容 积 分 数(collagen volume fraction,CVF)。CVF=胶原纤维面积/组织总面积×100%。
1.6 油红O染色检查各组小鼠肝组织脂质沉积情况
制备油红O工作液。将各组小鼠肝脏冰冻切片复温后,以组织固定液固定,浸入油红O工作液浸染,经异丙醇分化、苏木素染色、分化液分化和返蓝后,以甘油明胶封片剂封片。于光学显微镜下观察各组小鼠肝组织内脂质沉积情况,采用全景切片扫描仪进行图像采集,使用CaseViewer(v 2.4)和Image J软件进行图像分析,计算脂滴面积占比。脂滴面积占比=红色脂滴面积/组织总面积×100%。
1.7 RT-qPCR法检测各组小鼠肝组织中JAK1、JAK2、STAT1、STAT3、IFN-γ、IL-6和α-SMA mRNA表达水平
采用离心柱纯化法提取小鼠肝组织总RNA,采用核酸分析仪测定其浓度。使用FastKing cDNA第一链合成试剂盒将RNA反转录至cDNA。使用荧光定量预混试剂盒进行RT-qPCR检测。引物序列由安徽通用生物股份有限公司合成。反应条件:95 ℃预变性15 min、95 ℃变性10 s、60 ℃退火延伸32 s,共40个循环。记录各组基因扩增的Ct值。以
β-
actin作为内参基因,采用2
-△△Ct法计算各组小鼠肝组织中
JAK1、JAK2、STAT1、STAT3、IFN-
γ、IL-
6和
α-
SMA mRNA表达水平。引物序列见
表1。
1.8 Western blotting法检测各组小鼠肝组织中α-SMA、IL-6和IFN-γ蛋白表达水平及p-STAT1/STAT1、p-STAT3/STAT3、p-JAK1/JAK1和p-JAK2/JAK2比值
提取各组小鼠肝组织总蛋白,进行十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)(4%~20%),并将蛋白转移到聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜上,用无蛋白快速封闭液在室温下结合封闭膜30 min。将膜与一抗在4 ℃下孵育过夜,包括抗STAT1(1∶1 000稀释)、抗p-STAT1(1∶500)、抗STAT3(1∶2 000)、 抗 p-STAT3(1∶2 000)、 抗 JAK1(1∶500)、抗p-JAK1(1∶500)、抗JAK2(1∶500)、抗p-JAK2(1∶500)、抗IFN-γ(1∶500)、抗IL-6 (1∶500)、 抗α-SMA(1∶500)和抗β-actin(1∶5 000)。次日加入含吐温的Tris缓冲盐溶液(Tris-buffered saline with Tween,TBST)清洗一抗,并与相应的HRP标记的二抗(1∶20 000)在室温下孵育2 h。清 洗 二 抗 后,使 用 特 超 敏 增 强 化 学 发 光 法(enhanced chemiluminescence,ECL)化学发光试剂盒捕获印迹。采用Image J软件分析各蛋白条带灰度值,计算目的蛋白表达水平。目的蛋白表达水平=目的蛋白条带灰度值/内参蛋白条带灰度值。
1.9 统计学分析
采用GraphPad Prism 9.5.0软件进行统计学分析。各组小鼠体质量,肝脏系数,FBG水平,血清中ALT和AST活性及TG、TC、HDL-C和LDL-C水平,肝脏CVF,肝组织中脂滴面积占比,肝组织中JAK1、JAK2、STAT1、STAT3、IFN-γ、IL-6和α-SMA mRNA表达水平及肝组织中α-SMA、IL-6和IFN-γ蛋白表达水平以及p-JAK1/JAK1、p-JAK2/JAK2和p-STAT3/STAT3比值均符合正态分布,以x±s表示,多组间样本均数比较采用单因素方差分析,组间样本均数两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 各组小鼠体质量、肝脏系数和FBG水平
实验开始时,各组小鼠体质量处于同一基线水平,无明显差异。前6周内,模型组和模型+芬戈莫德组小鼠体质量迅速升高;注射STZ后,模型组和模型+芬戈莫德组小鼠体质量有所降低;8~16周,模型组和模型+芬戈莫德组小鼠体质量缓慢升高,模型+芬戈莫德组小鼠体质量升高速度小于模型组小鼠。1~16周内,对照组和对照+芬戈莫德组小鼠体质量始终缓慢升高,2组小鼠体质量较为接近,且均低于模型组和模型+芬戈莫德组。见
图1。
芬戈莫德干预8周后,与对照组比较,对照+芬戈莫德组小鼠肝脏系数和FBG水平有所升高,但差异无统计学意义(
P>0.05);模型组小鼠肝脏系数和FBG水平明显升高(
P<0.001)。与模型组比较,模型+芬戈莫德组小鼠肝脏系数和FBG水平明显降低(
P<0.01)。见
表2。
2.2 各组小鼠肝组织病理形态表现
HE染色结果显示:对照组和对照+芬戈莫德组小鼠肝组织形态正常;模型组小鼠肝细胞肿胀,肝血窦变窄,可见部分肝细胞坏死及门管区少量炎症细胞浸润。与模型组比较,模型+芬戈莫德组小鼠肝细胞形态明显改善。见
图2。
2.3 各组小鼠肝纤维化形态表现
Masson染色结果显示:对照组和对照+芬戈莫德组小鼠肝组织未见明显的胶原积累;模型组小鼠肝组织可见明显的胶原积累,大范围窦周及较多汇管区周围可见纤维化;模型+芬戈莫德组小鼠肝纤维化程度较模型组明显减轻。与对照组比较,模型组小鼠肝脏CVF明显升高(
P<0.001);与模型组比较,模型+芬戈莫德组小鼠肝脏CVF明显降低(
P<0.001)。见
图2和
表3。
2.4 各组小鼠肝组织脂质沉积情况
油红O染色结果显示:对照组和对照+芬戈莫德组小鼠肝细胞几乎无红染区域,无脂肪沉积现象;模型组小鼠肝组织中出现大量的较大鲜红脂滴,部分已融合成片,小鼠存在明显的肝细胞变性和脂质沉积;与模型组比较,模型+芬戈莫德组小鼠肝细胞脂肪变性明显减轻。与对照组比较,模型组小鼠肝组织内脂滴面积占比明显升高(
P<0.001);与模型组比较,模型+芬戈莫德组小鼠肝组织内脂滴面积占比明显降低(
P<0.001)。见
图2和
表3。
2.5 各组小鼠血清肝功能指标和血脂水平
对照组和对照+芬戈莫德组小鼠血清中ALT及AST活性以及TC、TG、LDL-C和HDL-C水平比较差异均无统计学意义(
P>0.05)。与对照组比较,模型组小鼠血清中ALT和AST活性及TC、TG和LDL-C水平明显升高(
P<0.001),HDL-C水平明显降低(
P<0.001)。与模型组比较,模型+芬戈莫德组小鼠血清中ALT和AST活性及TC、TG和LDL-C水平明显降低(
P<0.001),HDL-C水平明显升高(
P<0.001)。见
表4。
2.6 各组小鼠肝组织中JAK1、JAK2、STAT1、STAT3、IFN-γ、IL-6和α-SMA mRNA表达水平
与对照组比较, 模型组小鼠肝组织中
JAK1、JAK2、STAT3、IL-6和
α-SMA mRNA表达水平明显升高(
P<0.001),
STAT1和
IFN-γ mRNA表达水平明显降低(
P<0.001)。与模型组比较,模型+芬戈莫德组小鼠肝组织中
JAK1、JAK2、STAT3、IL-6和
α-SMA mRNA表达水平明显降低(
P<0.001),
STAT1和
IFN-γ mRNA表达水平明显升高(
P<0.001)。见
表5。
2.7 各组小鼠肝组织中α-SMA、IL-6和IFN-γ蛋白表达水平以及p-STAT3/STAT3、p-STAT1/STAT1、p-JAK1/JAK1和p-JAK2/JAK2比值
与对照组比较,模型组小鼠肝组织中α-SMA和IL-6蛋白表达水平及p-STAT3/STAT3、p-JAK1/JAK1和p-JAK2/JAK2比值均明显升高(
P<0.001),IFN-γ蛋白表达水平和p-STAT1/STAT1比值明显降低(
P<0.001)。与模型组比较,模型+芬戈莫德组小鼠肝组织中α-SMA和IL-6蛋白表达水平及p-STAT3/STAT3、p-JAK1/JAK1和p-JAK2/JAK2比值明显降低(
P<0.001),IFN-γ蛋白表达水平和p-STAT1/STAT1比值明显升高(
P<0.001)。与对照组比较,对照+芬戈莫德组小鼠肝组织中上述指标差异无统计学意义(
P>0.05)。见图
3和
4。
3 讨 论
IFN-γ参与JAK/STAT1通路调节,在免疫反应、细胞周期调控与凋亡等过程中发挥重要作用
[15]。研究
[16]显示:激活IFN-γ/JAK/STAT1信号可抑制α-SMA表达,并有效阻断HSC的活化过程,从而发挥抗肝纤维化作用。研究
[15]表明:甘草酸(glycyrrhizic acid, GA)可通过促进CUG结合蛋白1(CUG-binding protein 1, CUGBP1)介导的IFN-γ/STAT1/Smad7信号通路来减轻肝纤维化和HSC活化。本研究中,芬戈莫德处理后小鼠肝组织中IFN-γ和p-STAT1蛋白表达水平均明显升高,推测芬戈莫德可能通过调节IFN-γ/JAK/STAT1信号通路发挥作用。
IL-6的激活可诱导JAK1与JAK2发生磷酸化,进而促使STAT3被进一步活化,引发HSC激活,加速肝纤维化进展
[17]。研究
[18]显示:应用选择性JAK/STAT3信号通路抑制剂可阻断HSC增殖与迁移,逆转肝纤维化,这表明IL-6/JAK/STAT3信号通路在肝纤维化的发展过程中具有重要作用。研究
[19]发现:芬戈莫德作为S1P受体1(S1P receptor 1,S1PR1)的功能拮抗剂,可通过干扰IL-6/JAK/STAT3信号通路,抑制辅助性T细胞17(T helper 17 cell,Th17)细胞极化。另有研究
[20]显示:芬戈莫德可下调S1PR1和STAT3之间的级联反应,从而有效抑制淋巴瘤。本研究中,芬戈莫德处理后小鼠肝组织中p-JAK1/JAK1、p-JAK2/JAK2和p-STAT3/STAT3比值及IL-6蛋白表达水平明显降低,提示其可能通过抑制IL-6/JAK/STAT3信号通路发挥作用。
关于JAK/STAT3通路在肝脏疾病中的作用仍存在争议。研究
[21]表明:JAK抑制剂SHR0302可通过抑制JAK1活性,阻断下游的STAT3信号通路,从而抑制HSC激活、增殖和迁移以及胶原的合成,并诱导HSC凋亡,进而缓解肝纤维化,上述结果显示了JAK/STAT3通路的治疗作用,与本研究结果相符。然而,也有研究
[22]认为:肝脏代谢调节因子斯坦钙蛋白2(stanniocalcin 2,STC2)可通过激活STAT3信号通路,改善瘦素缺乏和HFD诱导的肥胖小鼠肝纤维化和高甘油三酯血症,这与本研究结果有较大差异。这种分歧可能与JAK/STAT3通路功能广泛、上下游调控因子众多及肝脏功能相关机制复杂性有关联。因此,JAK/STAT3信号通路在改善肝脏功能中的作用仍需要进一步研究。
本研究存在一定局限性,即未使用IFN-γ/JAK/STAT1和IL-6/JAK/STAT3信号通路的抑制剂或激动剂进行验证,也未开展体外实验。肝脏内细胞类型复杂,未来研究将开展体外细胞实验,并结合信号激活剂或信号抑制剂进行验证,以进一步阐明芬戈莫德改善肝脏功能的作用和机制。
综上所述,芬戈莫德可改善T2DM小鼠糖脂代谢、肝功能和肝组织内脂质沉积,减轻肝纤维化的程度,其机制可能与上调IFN-γ和p-STAT1表达及下调IL-6和p-STAT3表达有关。芬戈莫德或将作为T2DM并发肝纤维化患者的潜在治疗策略,为个体化医疗提供新方向。
河北省卫健委医学科学研究课题计划项目(20241681)
河北省卫健委医学科学研究课题计划项目(20250216)
河北省唐山市科技局自然科学基金资助项目(H2024105016)