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Estabelecemos um modelo murino de fibrose hepática crônica, que fornece um modelo animal adequado para o estudo mecanístico da atresia biliar (AB) induzida por vírus e uma plataforma para futuros tratamentos de AB.
A atresia biliar (AB) é uma doença fatal que envolve icterícia obstrutiva, sendo a indicação mais comum de transplante hepático em crianças. Devido à etiologia complexa e patogênese desconhecida, ainda não existem tratamentos medicamentosos eficazes. Atualmente, o modelo clássico de camundongos BA induzidos por rotavírus rhesus (RRV) é o modelo mais comumente utilizado para estudar a patogênese da AB. Esse modelo é caracterizado por retardo de crescimento, icterícia da pele e mucosas, fezes argilosas e urina amarelo-escura. A histopatologia mostra inflamação hepática grave e obstrução dos ductos biliares intra e extra-hepáticos, que são semelhantes aos sintomas da AB humana. No entanto, os fígados de camundongos em estágio terminal neste modelo não possuem fibrose e não podem simular completamente as características da fibrose hepática na AB clínica. O presente estudo desenvolveu um novo modelo de fibrose hepática crônica em camundongos BA, injetando 5-10 μg de anticorpo anti-Ly6G quatro vezes, com intervalos de 2 dias após cada injeção. Os resultados mostraram que alguns dos camundongos formaram com sucesso a AB crônica com fibrose típica após o lapso de tempo, o que significa que esses camundongos representam um modelo animal adequado para o estudo mecanístico da BA induzida por vírus e uma plataforma para o desenvolvimento de futuros tratamentos de AB.
A atresia biliar (AB) é uma doença hepatobiliar grave que ocorre frequentemente em lactentes e crianças pequenas; Especificamente, apresenta-se como colangiopatia obliterante com icterícia neonatal e fezes pálidas1. Suas características clínicas são destruição inflamatória dos ductos biliares intra e extra-hepáticos e fibrose progressiva, que eventualmente evolui para insuficiênciahepática2. De acordo com as estatísticas, a incidência de AB em países asiáticos é maior do que em países europeus e americanos, e a incidência de AB em países asiáticos é de 1/8.000. A etiologia da AB inclui infecção viral, desenvolvimento anormal das vias biliares, distúrbios imunológicos e variaçõesgenéticas 3. A cirurgia de Kasai é o método mais comumente utilizado para melhorar a colestase em crianças com AB, mas, em última análise, não pode impedir a progressão dafibrose4. O tratamento atual da AB depende principalmente do transplante hepático, que é limitado pela falta de fontes hepáticas. Um estudo aprofundado da patogênese da AB é o meio mais direto para resolver os desafios dessa doença. No entanto, os estudos sobre a patogênese da AB baseiam-se principalmente em modelos animais de AB, sendo crucial a seleção de um modelo animal apropriado.
A maioria dos estudos histopatológicos da AB tem demonstrado que a hiperplasia das vias biliares (PDB), a trombose biliar e a fibrose da veia porta são as características patológicas mais importantes da AB, e outras características patológicas de diferentes graus existem ao mesmo tempo, como infiltração de células inflamatórias portais e edema de hepatócitos5,6. Atualmente, há uma variedade de modelos de camundongos que mimetizam a AB, como o modelo crônico decamundongos alimentados com 3,5-die-thoxicarbonil-1,4-diidrocolidina (DDC) com obstrução segmentar do ducto biliar e pericolangite envolvendo os ductos biliares extra-hepáticos7 e o modelo de fibrose hepática em camundongos com injeção intraperitoneal de tetracloreto de carbono8. O modelo de ligadura das vias biliares (BDL) é caracterizado por icterícia e fibrose rápida da veiaporta9. O modelo de camundongos alimentados com alfa-naftilisotiocianato (ANIT) apresenta colangite confinada ao ducto biliar intra-hepático e lesão de hepatócitos10. Um modelo de camundongo com icterícia prolongada é induzido pela inoculação tardia do rotavírus rhesus (RRV)11. Embora haja uma variedade de modelos animais, especialmente modelos de camundongos, cada modelo tem suas próprias limitações. Eles podem simular apenas parte das características da doença da AB, como inflamação aguda ou fibrose hepática no processo de atresia biliar, e não há um modelo que seja altamente consistente com o processo da doença e as características patológicas da AB.
O modelo clássico de AB em camundongos é induzido por RRV, sendo este o modelo mais semelhante ao BA em humanos. No entanto, enquanto camundongos modelo de AB induzidos por RRV apresentam características clínicas e patológicas semelhantes a alguns daqueles de atresia biliar extra-hepática, esse modelo carece de fibrose hepática, o que limita sobremaneira o estudo aprofundado dos mecanismos de AB e o desenvolvimento de novostratamentos12. Portanto, este estudo desenvolveu um novo modelo de fibrose hepática crônica em camundongos BA. O anticorpo anti-Ly6G foi injetado intraperitonealmente antes da inoculação de RRV no dia do nascimento. Em seguida, 5-10 μg do anticorpo anti-Ly6G foram injetados quatro vezes, com intervalos de 2 dias entre cada injeção. Os sintomas de BA dos camundongos melhoraram, o tempo de sobrevivência foi prolongado e os camundongos entraram no estágio de fibrose crônica. Esse modelo não apenas simula a resposta de fase aguda da AB, mas também mimetiza os processos hepáticos e de fibrose progressiva. Assim, é um modelo animal mais adequado para o estudo mecanístico da AB, podendo fornecer uma base teórica para o desenvolvimento de futuros tratamentos para a AB.
A molécula Gr-1 é um marcador de superfície celular derivado do mielóide originalmente expresso em neutrófilos13. A depleção de anticorpos anti-Ly6G reduz os neutrófilos circulantes em mais de 90% e altera a resposta ativada por outras células imunes. As funções das populações de células Gr-1+ têm sido relatadas em vários estudos utilizando anticorpos sequestradores específicos, com efeitos variados identificados sobre as citocinas e a proteção imunológica mediada14. Estudamos a função de células Gr-1+ em modelos de camundongos BA inoculados com RRV. No entanto, como a molécula Gr-1 não foi encontrada para ser expressa em humanos, uma molécula semelhante, CD177, foi estudada em pacientes com AB15. Nossos dados comprovam a importância das populações de células Gr-1+ , particularmente na fase fibrótica crônica da doença, e fornecem um modelo animal adequado para investigar potenciais terapias de AB.
Este estudo foi aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais do Guangzhou Yongnuo Biomedical Animal Center (IACUC-AEWC-F2208020), onde todos os experimentos com animais foram realizados.
1. Estabelecimento do modelo crônico de camundongos BA fibróticos
OBS: Todos os animais foram mantidos em ambiente específico livre de patógenos (FPS) na mesma sala, e os experimentos foram conduzidos em ambiente convencional. Camundongos BALB/c no dia 12,5 de gestação (idade: 10-12 semanas; peso 35-40 g) foram mantidos em uma sala sem patógenos específicos a 25°C sob um ciclo escuro/claro de 12 h e receberam acesso livre a água e ração autoclavada. Camundongos neonatais, dentro de 24 h após o nascimento (peso corporal médio: 1,5-1,6 g), foram selecionados para o modelo de BA de camundongos.
2. Injeção intraperitoneal dos camundongos
3. Coleta de amostra de tecido
4. Angiofluoresceinografia do ducto biliar extra-hepático
5. Coloração H&E
6. Coloração imunoistoquímica da CK19 e F4/80
7. Coloração Sirius Red
Os camundongos foram injetados intraperitonealmente com 5 μg de anticorpo anti-Ly6G dentro de 24 h após o nascimento e, em seguida, injetados intraperitonealmente com 20 μL de RRV 4 h depois. Em seguida, 10 μg de anticorpo anti-Ly6G foram injetados a cada 3 dias até o 12º dia (Figura 1A). A mediana do tempo de sobrevida no grupo VRS foi de 13 dias. Ao contrário, a maioria dos camundongos tratados com o anticorpo desenvolveu icterícia leve, e nenhuma perda de peso foi observada (Figura 1C). Cerca de 20%-30% dos camundongos tinham síndrome BA com icterícia de longo prazo e baixo peso corporal, mas sobreviveram por mais de 42 dias. Após o tratamento com anticorpos anti-Ly6G, o número de células Gr-1+ diminuiu15, e os camundongos entraram no estágio de fibrose crônica, denominado BA crônica. Os espécimes foram coletados no dia 12 e no dia 42, e os cortes de tecido corados com Sirius Red mostraram um aumento gradual da fibrose hepática. Os camundongos BA crônicos que sobreviveram por 42 dias foram usados para análises detalhadas. Além do tamanho pequeno, as orelhas, os pés e a pele da cauda apresentavam icterícia acentuada (setas azuis na Figura 1E). No dia 6 após a injeção de RRV, a cor das fezes dos camundongos tornou-se mais clara, e a cor da urina tornou-se mais escura; isso se tornou significativamente diferente do grupo controle no dia 12, quando os camundongos do grupo RRV apresentaram fezes brancas e urina amarelo-escura. No 42º dia, a urina e as fezes dos camundongos BA crônicos também mostraram características óbvias de icterícia (Figura 1D,E). Os fígados dos camundongos BA foram removidos e comparados com os dos controles. Os fígados eram menores (Figura 2B), lesões necróticas visíveis a olho nu (Figura 2A, triângulo negro) e um segmento de atresia de ductos biliares também foi observado extra-hepaticamente (Figura 2A, asteriscos brancos).
A análise do tecido hepático mostrou que a terapia com baixas doses de anti-Ly6G diminuiu a inflamação da veia porta. Entretanto, ainda foi observado acúmulo de células inflamatórias nos cortes de tecido hepático aos 42 dias (Figura 3A). A coloração Sirius Red mostrou um pequeno aumento na deposição de colágeno na região portal no 12º dia após a injeção do RRV. Além disso, não foram observadas alterações significativas na expressão de colágeno após o tratamento com o anticorpo anti-Ly6g, mas a expressão de colágeno nas amostras de tecido BA no 42º dia aumentou significativamente (Figura 3B). Quando examinado ao microscópio de luz polarizada, observou-se que as fibras colágenas se acumularam no tecido hepático adjacente. Uma deposição substancial de colágeno, predominantemente verde, foi observada nos espécimes de tecido BA no dia 42 (Figura 3C), e a deposição de colágeno aumentou ainda mais em camundongos que sobreviveram por 42 dias sem ganho de peso. Com a redução da inflamação portal, células do ducto biliar CK19+ foram observadas no 12º dia. No 42º dia, entretanto, os ductos biliares maduros eram pouco detectáveis, embora tenha sido observado aumento das células do ducto biliar da CK19+ (Figura 4A, setas vermelhas indicam células epiteliais do ducto biliar). No caso de ductos biliares extra-hepáticos em camundongos com AB crônica, a dissecção seriada da região porta de camundongos revelou que os ductos biliares extra-hepáticos estavam bloqueados e apresentavam infiltrado inflamatório de macrófagos (Figura 4B, setas pretas indicam macrófagos).
Em comparação com RRV isoladamente, o tratamento com uma dose baixa de anticorpo anti-Ly6G diminuiu a lesão hepática em termos de níveis de enzimas hepáticas no dia 12 após a inoculação de RRV. Os níveis de alanina aminotransferase e fosfatase alcalina no fígado foram maiores no grupo BA crônica do que no grupo controle normal. As alterações mais pronunciadas foram encontradas nos níveis de bilirrubina, com camundongos RRV + anti-Ly6G mostrando níveis reduzidos de TBIL, DBIL e IBIL na AB aguda em contraste com RRV isoladamente. Em camundongos com AB crônica, os níveis de TBIL, DBIL e IBIL estavam aumentados (Figura 5), indicando que a função hepática estava significativamente reduzida no estágio de fibrose crônica da AB.
Figura 1: Efeitos do tratamento com anticorpos anti-Ly6G em um modelo de atresia biliar em camundongos infectados com RRV. (A) Ilustração esquemática de baixas doses de anticorpos para induzir AB de fase aguda e crônica em camundongos com setas indicando o tempo de injeção do anticorpo e RRV. (B) Curvas de sobrevida dos camundongos do grupo controle normal (Cont.), grupo rotavírus rhesus (RRV) e grupo de anticorpos RRV + anti-Ly6G. (C) Curvas de peso corporal dos camundongos de cada grupo. (D) Imagens representativas dos camundongos e suas fezes e urina em cada grupo no dia 12. (E) Imagens representativas dos camundongos e suas fezes e urina em cada grupo no dia 42. As setas azuis indicam as orelhas e a cauda amarelas. Essa figura foi reimpressa com permissão de Zhang et al.15. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Efeitos do tratamento com anticorpos anti-Ly6G no fígado em um modelo de atresia biliar de camundongos infectados com RRV . (A) Comparação da anatomia hepática e angiografia por fluorescência do ducto biliar extra-hepático entre camundongos BA crônicos (à direita) e camundongos normais no dia 42. (B) Comparação do tamanho do fígado entre camundongos BA crônicos e camundongos normais. O triângulo preto indica necrose hepática em camundongos com AB crônica. O asterisco branco indica atresia das vias biliares extra-hepáticas. Essa figura foi reimpressa com permissão de Zhang et al.15. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Cortes de tecido hepático dos camundongos do grupo controle normal (Cont.), grupo rotavírus rhesus (RRV) e grupo de anticorpos RRV + anti-Ly6G nos dias 12 e 42. (A) Imagens de cortes de tecido hepático corados com hematoxilina e eosina (H&E). (B) A coloração Sirius Red mostrou deposição de colágeno (PSR). (C) Observação adicional dos cortes por microscopia de luz polarizada (Pol. Light). Abreviação: PV = veia porta. Barra de escala = 50 μm. Esse valor foi modificado de Zhang et al.15. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Coloração imunoistoquímica dos cortes de tecido hepático do grupo controle normal (Cont.), grupo rotavírus rhesus (RRV) e grupo de anticorpos RRV + anti-Ly6G nos dias 12 e 42 . (A) A expressão do marcador de células epiteliais do ducto biliar (CK19) em diferentes grupos de tratamento. (B) Infiltração de células inflamatórias de macrófagos foi demonstrada em diferentes grupos de tratamento. Abreviação: PV = veia porta. A seta vermelha indica células epiteliais do ducto biliar. A seta preta indica macrófagos. Barra de escala = 50 μm. Esse valor foi modificado de Zhang et al.15. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Comparação da função hepática em camundongos nos diferentes grupos de tratamento. Sangue de camundongos foi coletado após o experimento e testado no laboratório do hospital. Cada grupo continha de três a cinco camundongos. *P < 0,05, **P < 0,01, ***P < 0,001. Abreviações: ALT = alanina aminotransferase; AST = aspartato aminotransferase; FA = fosfatase alcalina; TBIL = bilirrubina total; DBIL = bilirrubina direta; IBIL = bilirrubina indireta. Esse valor foi modificado de Zhang et al.15. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Em nosso estudo, usamos o anticorpo anti-Ly6G para eliminar ou diminuir células Gr-1+ em um modelo de camundongo de atresia biliar infectado com RRV para melhorar a síndrome BA aguda, prolongar a taxa de sobrevida e permitir que camundongos BA entrem na fase crônica. A redução da dose de anticorpos pode levar à AB crônica com fibrose hepática, o que indica que o número de células Gr-1+ altera o resultado da AB nas fases aguda e crônica. Em nosso estudo anterior, as células Gr-1+ foram reduzidas após a administração do anticorpo anti-Ly6G, e o status de sobrevida global dos camundongos BA foi melhorado15. Ao mesmo tempo, tem sido relatado que macrófagos Gr-1+ 19, neutrófilos Gr-1+ 20, células mieloides Gr-1+21 e granulócitos Gr-1+ podem aumentar a fibrose em alguns modelos animais 22. No entanto, neste estudo, as células Gr-1+ em camundongos foram parcialmente esgotadas com baixas doses de anticorpo anti-Ly6G, e os depósitos de colágeno permaneceram. Como resultado, mais tempo pode ser necessário para abordar a doença mais profundamente.
A aplicação do anticorpo anti-Ly6G diminuiu a inflamação, preservou parcialmente os ductos biliares e preveniu a morte aguda induzida pela AB em camundongos. No entanto, apenas 20% a 30% dos camundongos entraram na fase crônica da AB; isso pode estar relacionado ao momento e ao número de injeções do anticorpo anti-Ly6G. Precisamos explorar mais esse ponto-chave para melhorar a taxa de sucesso. Além disso, consideramos que não apenas as células Gr-1+ , mas também outras células imunes podem desempenhar papéis importantes, como células NK, células T, células B e macrófagos.
Quanto ao protocolo, alguns detalhes precisam ser observados. (i) Para evitar o vazamento de drogas injetáveis, utilizamos uma seringa de insulina de 1 mL com agulha de 0,33 mm de diâmetro, pois o diâmetro da agulha é pequeno e o orifício da agulha na seringa é pequeno, o que favorece a redução da possibilidade de vazamento da droga. (ii) Antes da injeção, o camundongo deve ser fixado para evitar que ele se mova, evitar o vazamento da droga e, assim, garantir ainda mais o efeito experimental. (iii) Durante a injeção da droga, injetamos a droga na superfície ou na margem inferior do fígado do camundongo, tanto quanto possível, para que a droga entrasse no abdômen e entrasse em contato com o fígado para fazer efeito. (iv) A injeção geralmente é feita a partir da parte superior da coxa direita do camundongo, porque o estômago e o baço do camundongo recém-nascido estão no abdômen esquerdo, e o estômago está cheio de leite. Se a agulha for inserida do lado esquerdo, ela pode facilmente perfurar o estômago, fazendo com que o leite flua para o abdômen, ou perfurar o baço, causando sangramento.
CD177 é um homólogo do Ly6G, e a expressão de CD177 em pacientes com AB tem sido investigada. CD177 pode ser usado como um marcador para o diagnóstico precoce de AB em crianças, indicando que as células CD177+ desempenham um papel significativo no curso daAB23. Ao analisar os dados de sequenciamento de RNA, nossa equipe descobriu que as células CD177 eram a população dominante de células Gr-1+ ; enquanto isso, camundongos Cd177−/− BALB/ c vacinados com RRV mostraram um início tardio de AB e redução da morbidade e mortalidade18. Assim, nosso modelo crônico de AB em camundongos tem vantagens óbvias para estudar a patogênese e a progressão da doença da AB; também fornece um modelo animal adequado para estudar potenciais tratamentos para BA.
Os autores não têm conflitos de interesse a declarar.
Este trabalho foi apoiado por subsídios da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (81974056) para R.Z. e da National Nature Youth Foundation of China (82101808) e Projeto de Planejamento de Ciência e Tecnologia de Guangzhou (No. 202102020196) para Z.L.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Balb/c mouse | Guangdong Skarjingda Biotechnology Co., LTD | 20221000112 | |
rat anti-mouse Ly6G | Bio X Cell | clone 1A8 | West Lebanon, NH |
rat anti-mouse cytokeratin 19 | Developmental Studies Hybridoma Bank | clone TROMA III | Iowa City, IA |
rat anti-mouse F4/80 | R&D Systems | MAB5580 | Minneapolis, MN |
RRV strain | ATCC | MMU 18006 | Manassas, VA |
Fluorescent stereomicroscope | Olympus | SZX7 | |
Leica light microscopy | Leica Microsystems | Leica DMI8+DFC7000T | Wetzlar, Germany |
Hitachi Pre-Analytical Process Automation System | Hitachi | 7600 Clinical Analyzer | Tokyo, Japan |
Isoflurane anesthetic | RWD | R510-22-10 | |
Rhodamine 123 | Sigma-Aldrich | 83702 | |
sirius red dye | Leagene | DC0041 | |
paraffin microtome | Leica Microsystems | RM2235 | |
neutral gum | Solarbio | G8590 |
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