IL-18对大鼠非酒精性脂肪肝病形成的作用

摘要

目的: 分析在高脂饮食诱发大鼠非酒精性脂肪肝病(NAFLD)形成过程中胰岛素抵抗(IR)与IL-18之间的相关性, 并探讨IL-18对大鼠NAFLD形成的作用.

方法: 将48只♂SD大鼠随机分为正常饮食组(NG)及高脂饮食组(FG), 各24只, 喂养至第2、4、6、8周末时, 2组各随机抽取6只, 抽取门静脉血测空腹血糖(FBS)、空腹胰岛素(FINS), 计算空腹胰岛素抵抗指数(FIRI); 检测血清及肝组织匀浆IL-18浓度; 光镜检查肝组织切片以评价肝脏脂肪变性程度.

结果: FG第4周末开始出现IR, 血清及肝组织匀浆IL-18均随喂养时间的延长逐渐升高, 各期均高于NG, 肝组织匀浆IL-18在第2、4、6、8周末均与同期NG比较均有统计学差异均P<0.05), 而血清IL-18是第4、6、8周末与同期NG比较均有统计学差异(均P<0.05). FINS、FIRI、血清及肝组织匀浆IL-18均与肝脂肪变性呈正相关(r = 0.951, 0.971, 0.950, 0.937, 均P<0.05). 血清IL-18与FINS、FIRI及肝组织匀浆IL-18与FINS、FIRI均成正相关(r = 0.951, 0.933, 0.929, 0.913, 均P<0.05).

结论: IR在高脂饮食诱发的NAFLD的发生发展中有重要作用, IL-18与IR形成有关, 并与NAFLD的形成相关联.

关键词: 非酒精性脂肪肝病; 大鼠; 胰岛素抵抗; 白介素-18

Effect of interleukin-18 on nonalcoholic fatty liver disease in rats

Lan Li, Hui-Xia Liu, Dan He, Jin-Hu Chen, Jia-Ni Zhang, Yang-Ya Quan

Lan Li, Hui-Xia Liu, Dan He, Jin-Hu Chen, Jia-Ni Zhang, Yang-Ya Quan, Department of Geriatrics, the Xiangya Hospital of Central South University, Changsha 410008, Hunan Province, China

Supported by: National Natural Science Foundation of China, No. 30670945.

Correspondence to: Dr. Hui-Xia Liu, Department of Geriatrics, the Xiangya Hospital of Central South University, Changsha 410008, Hunan Province, China. lhx900@yahoo.com.cn

Received: March 27, 2009
Revised: May 3, 2009
Accepted: May 11, 2009
Published online: June 18, 2009

Abstract

AIM: To analyze the relationship between rats' degree of insulin resistance and the concentration of IL-18 during the process of developing nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) by feeding a fat-rich diet, and to discuss the effect of IL-18 on NAFLD in rats.

METHODS: Forty-eight male SD rats were randomly divided into a normal diet group (NG) and a fat-rich diet group (FG), and there were 24 rats in each group. At the end of feeding for 2, 4, 6 and 8 wk, 6 rats in each group were randomly selected, the serum fasting blood sugar (FBS), fasting insulin (FINS) and the fasting insulin resistance index (FIRI), and the concentration of IL-18 in serum and liver tissue serosity were measured. Hepatic steatosis in all rats was scored according to criteria under light microscopy.

RESULTS: All FG rats had a significant elevated level of serum FINS, FIRI from the fourth weekend; The concentration of liver IL-18 and serum IL-18 of rats in FG was increasing gradually, in comparison with the NG, there was a difference in liver IL-18 of FG from the second weekend and serum IL-18 from the fourth weekend (all P < 0.05). FINS, FIRI and IL-18 were all positively correlated with hepatic steatosis in FG (r = 0.951, 0.971, 0.950, 0.937, all P < 0.05). Serum IL-18 and FINS, serum IL-18 and FIRI, liver IL-18 and FINS, liver IL-18 and FIRI all had positive relationship (r = 0.951, 0.933, 0.929, 0.913, all P < 0.05).

CONCLUSION: IR may play an important role in the development of NAFLD by feeding rats fat-rich diet, and IL-18 may participate in the pathogenesis of NAFLD possibly through with a link to IR.

Key Words: Nonalcoholic fatty liver disease; Rat; Insulin resistance; Interleukin-18

0 引言

随着人们饮食结构、生活方式的改变, 日常膳食中以脂肪为代表的高热量食物成分所占比例明显增加, 伴随与代谢异常密切相关的非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)的发病率大幅上升. 但NAFLD的发病机制尚未完全阐明. Day et al[1]提出的"二次打击"学说是目前公认的较为成熟的发病机制的解释. "第一次打击"为胰岛素抵抗(insulin resistance, IR), "第二次打击"为氧化应激(oxygen stress, OS)和脂质过氧化(lipid peroxide, LP), 而IR贯穿于这二次打击的始终. 在NAFLD的发病过程中, 脂肪组织分泌的脂肪因子随血液直接进入肝脏, 调节胰岛素的敏感性, 改变糖、脂代谢等. 近年来发现白介素-18(interleukin-18, IL-18)也是一种脂肪因子[2], 并有不少研究表明, IL-18与脂肪肝及IR相关. 对IL-18在NAFLD中的作用及其与IR的关系进行研究, 可为进一步认识NAFLD的发病机制及对该病的临床防治提供新思路.

1 材料和方法

1.1 材料

清洁级♂SD大鼠48只, 周龄4-5 wk, 体质量160-180 g, 购自中南大学湘雅医学院动物学部, 分笼饲养在温度为22 ℃-26 ℃的动物室内, 自由进食饮水. 喂养正常饮食组(normal diet group, NG)大鼠的普通饲料由中南大学湘雅医学院动物学部配制, 具体成分为: 320 g/kg玉米粉、150 g/kg小麦麸、150 g/kg大豆粉、100 g/kg芝麻饼、150 g/kg面粉、50 g/kg鸡蛋、20 g/kg骨粉、20 g/kg酵母粉、10 g/kg食盐、10 g/kg植物油、20 g/kg奶粉; 喂养高脂饮食组(fat-rich diet group, FG)大鼠的高脂饲料为: 840 g/kg普通饲料、20 g/kg胆固醇、140 g/kg猪油. 高脂饲料喂养前新鲜配制, 充分混匀, 压制成柱状.

1.2 方法

1.2.1 分组: 根据喂养饲料的不同将SD大鼠随机分为NG和FG组, 每组24只, 分别于喂养第2、4、6、8周末时各随机抽取6只, 测量相关指标.

1.2.2 IR程度评价: 根据1996年Haffner et al[3]提出的改良稳态模型(homeostasis model assessment, HOMA)评价IR程度, HOMA-IR = FBS(mmol/L)×FINS(mU/L)/22.5, 因其呈偏态分布, 故取其自然对数值, 用空腹IR指数(fasting insulin resistance index, FIRI)表示, FIRI = ln(HOMA-IR). FIRI的大小与IR程度呈正相关. 空腹血糖(fasting blood sugar, FBS)采用酶法由全自动化学分析仪测定; 空腹胰岛素(fasting insulin, FINS)采用放免法由全自动放免γ测量仪测定.

1.2.3 肝组织病理学评价: 肝脏组织以100 g/L甲醛固定, 石蜡包埋切片, HE染色, 由同一病理科医生在光学显微镜下检查, 作出单盲判断. 每张切片观察5个肝小叶, 以平均每个肝小叶内脂肪变性的肝细胞所占百分比表示肝脏脂肪变性程度. 根据中华医学会肝脏病学分会脂肪肝和酒精性肝病学组2001-09拟定的NAFLD诊断标准(草案)中的组织学诊断标准[4]分度: 脂肪变性脂肪贮积的肝细胞占肝小叶的比例小于1/3为肝细胞脂肪变, 1/3-1/2为轻度脂肪肝, 1/2-2/3为中度脂肪肝, 大于2/3或肝细胞弥漫性脂肪变性呈鱼网状者为重度脂肪肝.

统计学处理 所有数据处理分析应用SPSS12.0统计软件进行. 计量资料均以mean±SD表示. 两组间比较用t检验, P<0.05有统计学差异.

2 结果

2.1 FBS、FINS和FIRI的变化

FG大鼠的FBS随喂养时间的延长无明显变化, 各期水平与NG均相近, 同期2组间比较均无统计学差异(P>0.05); FG的FINS和FIRI均随喂养时间的延长逐渐升高, 各期均高于NG, 第4、6、8周末时与同期NG比较均有统计学差异(P<0.05, 表1).

表1 FBS、FINS和FIRI的变化 (n = 6).

时间(wk)	分组	FBS(mmol/L)	FINS(mU/L)	FIRI
2	NG	4.28±0.49	18.88±1.93	1.27±0.13
	FG	4.28±0.74	20.38±2.69	1.32±0.23
4	NG	4.35±0.52	21.37±1.46	1.41±0.11
	FG	4.77±0.72	25.08±2.52a	1.65±0.18a
6	NG	4.40±0.41	23.00±3.34	1.49±0.15
	FG	5.03±0.64	43.84±3.14a	2.27±0.12a
8	NG	4.58±0.56	22.65±2.25	1.52±0.10
	FG	5.05±0.74	62.37±5.30a	2.65±0.18a

^aP<0.05 vs 同期NG.

2.2 IL-18的变化

FG大鼠的血清及肝组织匀浆IL-18均随喂养时间的延长逐渐升高, 各期均高于NG, 第2周末时肝组织匀浆IL-18与同期NG比较有统计学差异(P<0.05), 而血清IL-18则无差异(P>0.05); 第4、6、8周末时, 血清及肝组织匀浆IL-18与同期NG比较均有统计学差异(P<0.05, 表2).

表2 血清及肝组织匀浆IL-18水平和肝细胞脂肪变性程度的变化 (n = 6).

时间(wk)	分组	血清IL-18(pg/L)	肝组织匀浆IL-18(pg/mg pro)	肝小叶内脂肪变性肝细胞百分比(%)
2	NG	20.89±1.81	31.61±4.20	0.00±0.00
	FG	23.76±3.51	40.85±8.44a	3.33±2.25
4	NG	22.32±2.63	32.56±6.03	0.00±0.00
	FG	32.42±4.78a	53.97±13.43a	17.17±6.31a
6	NG	21.64±1.73	33.98±4.93	0.00±0.00
	FG	42.76±5.92a	76.32±14.55a	39.17±4.02a
8	NG	21.94±1.58	37.39±6.93	0.00±0.00
	FG	71.94±8.42a	143.52±39.02a	54.33±5.01a

^aP<0.05 vs 同期NG.

2.3 肝组织病理学变化

肉眼观, NG大鼠肝脏呈暗红色, 无异常变化; FG大鼠肝脏体积明显大于同期NG, 且包膜紧张, 边缘圆钝, 肝脏呈奶黄色, 切面油腻. 光镜下观察肝组织HE染色切片, NG肝索结构正常, 无肝细胞脂肪变性和炎症细胞浸润. FG于喂养第2周末已开始出现肝细胞脂肪变; 且随喂养时间的延长逐渐加重, 开始时是以小泡性变性为主的混合性脂肪变, 第6周末时, 肝小叶内脂肪变性的肝细胞所占比例均大于1/3, 无炎症细胞浸润, 已至轻度脂肪肝; 到第8周末时出现以大泡性为主的脂肪变性, 肝小叶内脂肪变性的肝细胞所占比例均超过1/2, 胞质中有大量脂滴空泡, 核居边, 偶可见小叶内炎症细胞浸润, 达到了中度脂肪肝的标准; 各阶段均未出现肝纤维化(表2).

2.4 IR程度及IL-18与肝脏脂肪变性的相关性

分析FG大鼠(24例)的FBS、FINS、FIRI及IL-18与肝小叶内脂肪变性肝细胞所占百分比的相关性, 结果显示FBS与其无直线相关关系; FINS、FIRI、血清IL-18及肝组织匀浆IL-18均与其呈正相关, 相关系数r分别为0.951、0.971、0.950、0.937.

2.5 IL-18与IR程度的相关性

分析FG大鼠(24例)的血清IL-18与FINS、FIRI及肝组织匀浆IL-18与FINS、FIRI的相关性, 结果显示均呈正相关, 相关系数r分别为0.951、0.933、0.929、0.913.

3 讨论

目前, NAFLD己成为严重影响人类健康的常见病、多发病, 但其发病机制至今尚未阐明, 目前公认NAFLD的发病机制是"二次打击"学说[1]. "二次打击"的关键是IR. 近年来, 脂肪肝和IR已成为活跃的研究领域. 在NAFLD的发病中, IR的发生伴有一些脂肪因子的变化, 能够调节胰岛素敏感性和许多物质的代谢活性. 如瘦素、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)为导致IR发生的重要因素, 并最终导致NAFLD的发生[5-6]; 而脂联素可提高胰岛素敏感性[7-8], 改善IR, 可能为NAFLD的治疗提供新方向. 因此, 脂肪因子在NAFLD中的作用不容忽视. 近年来多项研究表明表明IL-18也是一种与IR相关的脂肪因子[2,9].

IL-18是1995年由Okamur et al[10]发现, 当时命名为IFN-γ诱生因子(IFN-γ inducing factor, IGIF), 1996年重命名为IL-18[11]. 关于IL-18与脂肪肝的关系国外有一些相关报道. Chikano et al[12]发现IL-18和IL-12可诱导IFN-γ依赖的大鼠脂肪肝的发生; Kaneda et al[13]对大鼠注射IL-18和IL-12后发现可出现肝脏的脂肪变性; Guebre-Xabier et al[14]还研究发现在脂肪肝模型ob/ob小鼠中血清IL-18水平和肝组织IL-18 mRNA表达均有升高; Vecchie et al[15]又发现NAFLD患者与正常个体比较, 血浆IL-18水平均有升高, 提示IL-18可能是肝脏炎症和脂肪变性损害中的一个发病因素. 本研究显示, FG大鼠的血清及肝组织匀浆IL-18均随喂养时间的延长逐渐升高, 通过IL-18与肝脏脂肪变性程度之间的相关性分析发现, 血清及肝匀浆IL-18均与其呈正相关. 该结果表明, IL-18与NAFLD的形成有一定的关联. 在肝脏中, IL-18除了由Kupffer细胞表达外, 还可由损伤的肝细胞合成[16]. 本研究中, 肝组织匀浆IL-18的升高要比血清IL-18出现更早. 其原因可能在于FG大鼠在喂养到第2周末时已出现肝细胞脂肪变性, 也就是已有损害的肝细胞开始合成IL-18.

NAFLD是MS在肝脏的表现, IR又是MS的主要病理生理学改变和发病基础, 而且在NAFLD的发病中起着十分重要的作用[17]. 那么IL-18对NAFLD的作用是否与IR有关呢？近年来有很多文献报道IL-18与IR相关的T2DM和MS等有关[18-20]. 因此, IL-18与IR密切相关,可作为IR的炎性标志物. 本实验结果显示, 在高脂饮食诱发大鼠NAFLD的过程中, 血清及肝组织匀浆IL-18均随喂养时间的延长逐渐升高, 且FINS水平及FIRI也逐渐升高, 相关分析结果显示血清及肝组织匀浆IL-18与FIRI及FIRI均成正相关, 提示IL-18参与NAFLD的发病可能与IR有关. López-Bermejo et al[21]研究也发现, 在脂肪肝的患者中IL-18的升高与胰岛素敏感性的降低和ALT、AST的升高相关联, 推测IL-18可通过IR参与脂肪肝的发病.

根据本实验的研究结果血清及肝匀浆IL-18与肝脏脂肪变性程度及IR程度存在正相关, 我们大胆提出血清IL-18的检测对辅助诊断NAFLD可能有一定的帮助, 而且抗IL-18有可能成为治疗NAFLD的新方法.

评论

背景资料

随着人们饮食结构、生活方式的改变, NAFLD的发病率大幅上升. 但NAFLD的发病机制尚未完全阐明. 目前公认NAFLD的发病机制是"二次打击"学说. "二次打击"的关键是IR. 近年来, 脂肪肝和胰岛素抵抗已成为活跃的研究领域.

同行评议者

姚登福, 教授, 南通大学附属医院分子医学中心

相关报道

Chikano et al发现IL-18和IL-12可诱导IFN-γ依赖的大鼠脂肪肝的发生; Kaneda et al对大鼠注射IL-18和IL-12后发现可出现肝脏的脂肪变性; Guebre-Xabier et al还研究发现在脂肪肝模型ob/ob小鼠中血清IL-18水平和肝组织IL-18 mRNA表达均有升高; Vecchie et al又发现NAFLD患者与正常个体比较, 血清IL-18水平均有升高, 提示IL-18可能是肝脏炎症和脂肪变性损害中的一个发病因素; López-Bermejo et al研究也发现, 在脂肪肝的患者中IL-18的升高与胰岛素敏感性的降低和ALT、AST的升高相关联, 推测IL-18可通过IR参与脂肪肝的发病.

创新盘点

本实验研究IL-18在高脂饮食诱导的大鼠NAFLD形成过程中的作用, 并分析了其与IR的相关性.

应用要点

对IL-18在NAFLD中的作用及其与IR的关系进行研究, 可为进一步认识NAFLD的发病机制及对该病的临床防治提供新思路.

同行评价

本研究设计合理, 统计学处理方法恰当, 结论明确, 科学性和可读性能反映我国胃肠病学基础研究的先进水平.

备注

编辑: 李军亮 电编: 吴鹏朕

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