PEVIVA用于肝脏疾病——细胞凋亡和肝脏损伤


PEVIVA用于肝脏疾病——细胞凋亡和肝脏损伤



  由细胞凋亡引起肝细胞死亡在所有急性和慢性肝脏疾病中都有出现。细胞修复后的应激反应包括炎症和纤维化都可以由细胞凋亡引起。这些生物学效应中,肝纤维化可能是最严重的,最终肝纤维化恶化成肝硬化。

  引起肝纤维化的主要原因是病毒性肝炎(比如乙肝病毒和丙肝病毒感染),酒精性脂肪肝(ASH)和非酒精性脂肪肝(NASH)。实验和临床研究表明肝细胞凋亡有助于形成肝纤维化。进来研究也表明肝细胞凋亡与患有慢性HBV、HCV病人和非酒精性脂肪肝的疾病状态有关。

  在临床方面,评估肝脏疾病情况和监测慢性肝脏疾病病人一直以来是个大挑战。虽然肝脏活检被认为是评估患病情况的标准方法,但是这种侵入式的技术有一定风险,不适合疾病监测。

  因此,在肝脏损伤的血清标记物和治疗反馈中,非常希望提供一种非入侵式方法检测人肝细胞凋亡状况。» Brochure: M30 Apoptosense ELISA – A Serum Apoptosis Marker for Chronic Liver Disease

 


肝脏细胞凋亡生物标记物Caspase-cleaved K18 (“M30″)

  细胞凋亡的最后常规步骤, caspases (特别是caspase-3 和caspase-7)激活。这些特定的细胞内水解酶可以催化世界几种细胞来源的底物,包括角蛋白18 (K18, 也称为细胞角蛋白18 或者CK18), 由干细胞表达的主要中间丝状体蛋白。

  M30单抗检测caspase催化水解K18后在Asp396处形成的新表位(Leers et al., 1999; 专利注册1998). M30 Apoptosense® ELISA与该抗体,试剂盒自出用于肿瘤研究 (Hägg et al., 2002, Ueno et al., 2003, Kramer et al., 2004).

  接着发现可用M30 Apoptosense® ELISA检测丙肝病毒(HCV)感染引起的肝细胞凋亡 (Bantel et al., 2004).来自肝细胞,由caspase催化水解K18产生的片段可在血液循环中检测到。 M30 Apoptosense® ELISA可用于HCV的预后好监测(见以下内容). Bantel et al. 首次发现使用M30 Apoptosense® ELISA检测肝细胞凋亡胡,其他研究者也发现与肝细胞凋亡相关的其他疾病,血液循环中 caspase-cleaved K18升高。非酒精性脂肪肝(NASH) 是其中一种疾病,M30 Apoptosense® ELISA 可用于确诊该疾病的患病情况 (Wieckowska et al., 2006)。毒素相关的脂肪性肝炎 (TASH; Cave et al., 2010) 严重胆道感染和严重胆汁淤积的病人 (Yagmur et al., 2007; reviewed by Yilmaz, 2009).也有相似结果报道。


文献

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Leers MP et al. (1999). Immunocytochemical detection and   mapping of a cytokeratin 18 neo-epitope exposed during early apoptosis. J   Pathol. 1999 187:567-72.

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Hägg M et al. (2002). A novel high-through-put assay for   screening of pro-apoptotic drugs. Invest. New Drugs 20, 253-259.

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Ueno T et al. (2003). Measurements of an apoptosis   product in sera of breast cancer patients. Eur J Cancer 39, 769-74.

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Kramer G et al. (2004). Differentiation between Cell   Death Modes using Measurements of Different Soluble Forms of Extracellular   Cytokeratin 18. Cancer Research 64, 1751-1756.

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Bantel H et al. (2004). Detection of apoptotic caspase   activation in sera from patients with chronic HCV infection is associated   with fibrotic liver injury. Hepatology 40:1078.

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Wieckowska A et al. (2006). In vivo assessment of liver   cell apoptosis as a novel biomarker of disease severity in nonalcoholic fatty   liver disease. Hepatology 44:27

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Yagmur E et al. (2007). Elevated apopto- sis-associated   cytokeratin 18 fragments (CK18Asp386) in serum of patients with chronic liver   diseases indicate hepatic and biliary inflammation. Clin Biochem 40:651–5.

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Cave M et al. (2010). Toxicant-associated   steatohepatitis in vinyl chloride workers. Hepatology 51:474-81.

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Yilmaz Y (2009). Systematic review: caspase-cleaved   fragments of cytokeratin 18 – the promises and challenges of a biomarker for   chronic liver disease. Aliment Pharmacol Ther 30:1103-9. 204:468 

 


HCV临床的细胞凋亡标记物


  大约全世界人口的3%—超过1700万人口—感染了丙肝病毒。大约70%的感染转变成慢性:与恶化成晚期肝脏疾病有关,比如肝硬化和肝细胞癌症(HCC)。慢性HCV感染病人的M30值大部分与常规替代标记物比如转氨酶水平有关。然后,正常ALT病人和患有HCV相关肝纤维化病人的血清中caspase-cleaved 角蛋白18水平提高,表明M30在检测早期肝脏损伤方面是一个更灵敏的标记物。检测血清样品中caspase活性也反映了那些病人肝脏脂肪变性的程度。另外,在检测慢性HBV感染的病人方面,M30也 一个可信的血清标记物。

  时下进行的抗病毒治疗中,大概50%的HCV病人治疗没有效果。所以很需要在早期就能检测出这些疾病(这些疾病对抗病毒治疗无效)。进来对315个病人研究,证明在进行抗病毒治疗时治疗有效病人血清中M30水平会下降,但是治疗无效的病人血清中M30的值不会下降。(Sgier et al., 2010).


文献

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Bantel H et al. (2004). Detection of apoptotic caspase   activation in sera from patients with chronic HCV infection is associated   with fibrotic liver injury. Hepatology. (2004) 40:1078. 

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Kronenberger B et al. (2005). Apoptotic cytokeratin 18   neoepitopes in serum of patients with chronic hepatitis C. J Viral Hepat.   (2005) 12:307‑14 

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Seidel N et al. (2005). The extent of liver steatosis in   chronic hepatitis C virus infection is mirrored by caspase activity in serum.   Hepatology. (2005) 42:113 

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Volkmann X et al. (2006). Caspase activation is required   for antiviral treatment response in chronic hepatitis C virus infection.   Hepatology. (2006) 43:1311 

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Yagmur E et al. (2007). Elevated apoptosis‑associated   cytokeratin 18 fragments (CK18Asp386) in serum of patients with chronic liver   diseases indicate hepatic and biliary inflammation.
  Clin Biochem. (2007) 40:651-5 

»

Papatheodoridis GV et al. (2008). Serum Apoptotic   Caspase Activity As A Marker Of Severity In Hbeag‑Negative Chronic Hepatitis   B Virus Infection. Gut. (2008) 57:500‑6

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Sgier C et al. (2010). Effect of antiviral therapy on   circulating cytokeratin-18 fragments in patients with chronic hepatitis C. J   Viral Hepat. 2010, 17:845-50.

 

NASH病人中caspase-cleaved K18


  非酒精性脂肪肝是一连串的脂肪不正常现象,从脂肪变性到非酒精性脂肪肝。根据观察,HCV感染病人的脂肪变性与M30的血清水平相关,近来研究表明血清中caspase-cleaved K18水平与NAFLD病人肝脏脂肪变性有关。而且,这项研究血清中caspase-cleaved K18检测可以区分简单的NAFLD和NASH,检测患晚期肝脏疾病的风险。


文献

 

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Wieckowska A, et al., In vivo assessment of liver cell   apoptosis as a novel biomarker of disease severity in nonalcoholic fatty   liver disease. Hepatology. (2006) 44:27

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Yilmaz Y, Soluble forms of extracellular cytokeratin 18   may differentiate simple steatosis from nonalcoholic steatohepatitis. World J   Gastroenterol. (2007) 13:837‑44.

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Younossi Z. et al., A Novel Diagnostic Biomarker Panel   for Obesity-related Nonalcoholic Steatohepatitis (NASH).Obes Surg. 2008   Nov;18(11):1430-7

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Feldstein et al., Cytokeratin-18 Fragment Levels as   Noninvasive Biomarkers for Nonalcoholic Steatohepatitis: A Multicenter   Validation Study. Hepatology, Vol. 50, No. 7, 2009



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三维肝脏毒物筛查


三维肝脏毒物筛查

三维肝脏毒物筛查




使用HepatoCells、球形微孔板和SCREEN-WELL® 肝脏毒理化合物库进行三维肝毒性筛查。

Albert Wong1, Jonathan Weinreich1, Alexandra Wolff1, Hilary Sherman2, Hannah J. Gitschier2, and David H. Randle Ph.D2

1Enzo Life Sciences, Farmingdale, NY, USA, 2Corning Incorporated, Life Sciences, Kennebunk, Maine USA

◆摘要

选择合适的药物筛选模型,对于预测哪些化合物可能会引起药物性肝损伤是极其重要的。在维持组织形态和功能特征方面,三维(3D)模型相对于传统的二维单层细胞培养有显著的提高,可更好地指示体外药物毒性。1 这里我们将展示如何结合使用HepatoCells(一种原代人肝细胞的永生化替代品)和圆底低细胞吸附微孔板,用于3D药物筛选,以发现潜在的肝毒素。将HepatoCells 形成的肝细胞球状体与使用替代的永生化肝细胞形成的球状体进行对比。利用Enzo SCREEN-WELL® 肝脏毒理化合物库(SCREEN-WELL® Hepatotoxicity Library,通过细胞活力、尿素和白蛋白评估肝细胞的肝毒性。

该库由238种化合物组成,具有多种结构和机理上不同的化合物类别,以及无毒对照。然后以剂量依赖性的方式评估在3D筛选中鉴定的选择命中物,其显著降低肝细胞的细胞活力,进行效价强度分析。


结果表明,结合HepatoCells 与圆底微孔板是3D肝毒性筛查强有力的工具。



◆球状尺寸优化


将HepatoCells、HepG2 细胞和HepaRG™ 三种不同来源的肝细胞以不同密度铺在384孔圆底微孔板上,随后进行筛选优化。使用50μL含有10%胎牛血清的HepatoCells 维持培养基培养HepatoCells和HepG2 细胞。使用William's培养基培养HepaRG细胞。 HepatoCells 和 HepG2每隔一天更换以无血清维持培养基换液。在第7天,将球状体裂解进行细胞核计数, 评估细胞活力或用4%多聚甲醛进行固定,进行冷冻切片和H&E染色(苏木精-伊红染色法)。在第7天加入Enzo SCREEN-WELL® 肝脏毒性化合物库(Enzo Cat. No. BML-2851和随后的效力分析化合物,再培养48小时。进行存活率分析前,采集培养基样品以对产生的白蛋白和尿素进行定量。使用人白蛋白的ELISA试剂盒对白蛋白的分泌进行定量。通过比色法分析尿素产生。



◆球状细胞形成



三维肝脏毒物筛查

图1. 对细胞铺板密度进行优化后,相对发光单位(RLU)与核计数的比率。选择铺板密度是为了获得用于筛选的高发光

     信号,同时避免坏死核心形成。

三维肝脏毒物筛查


2. HepatoCellsHepG2HepaRG球状细胞分别以6000 cells/well200 cells/well6000 cells/well40X)接种

     7天后的代表性显微照片。



◆肝细胞球状体(Hepatospheres)的功能性


三维肝脏毒物筛查


图3. 培养7天后,分别对肝细胞进行H&E染色。

三维肝脏毒物筛查


图4. 培养7天后,分泌的白蛋白(左)和产生的尿素(右)。N= 12来自3项独立研究,***<0.0001(单因素方差分析与

     Newman-Keuls多重比较测试)>


◆肝脏毒性筛查


每个细胞的代表性SCREEN-WELL® 肝脏毒性化合物库的结果。粉红线是指无应答者的平均反应,蓝线是平均氯丙嗪(对照)反应,绿线以下是目标物质(>5σ低于缓冲效应)。

三维肝脏毒物筛查

筛选结果表明在所有三种细胞类型中观察到大量肝毒性的命中物,通过突出显示在每个图的绿线下方显示发光信号的化合物。值得注意的是, HepatoCells显示的信号窗口比HepaRG细胞大得多。HepatoCellsHepG2HepaRGZ'分别为0.79,0.570.80



◆HIT分析


代表性的SCREEN-WELL® 肝脏毒性化合物库来自4项独立的研究。如果>5σ在至少3个分屏中低于缓冲响应,则认为命中有效。


Corning HepatoCells

HepG2

HepaRG

脂质堆积

7

7

7

胆汁淤积的影响

6

8

7

线粒体毒性

6

7

4

有毒代谢物

3

5

5

马洛里小体形成

2

2

1

肝酶升高

22

25

16

抑制BSEP

2

3

1


◆所选点击数的效价分析


通过发光法3D细胞活力检测法对来自SCREEN-WELL® 肝脏毒性化合物库的所选化合物进行效价分析。每个浓度N=16 wells。当以剂量依赖性方式评估时, HepatoCells对毒性化合物的敏感性与HepG2HepaRG相同或更高。


三维肝脏毒物筛查

三维肝脏毒物筛查

◆总结


● 低吸附圆底微孔板有96孔和384孔两种规格,可在每个孔中形成大小一致的单个球状体,是3D筛选的有力工具。

● 使用低吸附圆底微孔板3D培养的肝细胞可以进行组织学分析。

● 低吸附圆底微孔板可以在板中直接进行发光测定,无需转移步骤。

● HepatoCells提供了一种理想的终末分化肝细胞替代常用的HepaRG细胞,为发光ATP检测提供了更大的检测窗口,可以进行筛选。

● 与HepG2和HepaRG细胞相比,HepatoCells在效力分析时显示出对已知肝毒素他莫昔芬、曲格列酮和尼卡地平更高或相当的灵敏度。

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