Ileectomy-induceret galde Overaccumulation i mus tarmen
Summary
Tyndtarmen-afhængige galdesyre reabsorption og feedback hæmning af hepatisk galdesyre syntese er vigtigt for systemisk homøostase og sundhed. I denne undersøgelse beskriver vi en musemodel for ileal resektion at evaluere ileectomy-induceret galde malabsorption, overaccumulation og toksicitet i mus tarmen.
Abstract
Tarm resektion er en fælles terapeutisk tilgang til menneskelige sygdomme som fedme, inflammatorisk tarmsygdom, Crohns sygdom, og tyktarmskræft, der ofte resulterer i alvorlige korte tarm syndrom-lignende bivirkninger herunder galdesyre diarré, dehydrering, elektrolyt forstyrrelser og næringsstof malabsorption. Her har vi indføre en murine ileal resektion model, såkaldte ileectomy, for at evaluere væv meddelelse og vedligeholdelse af systemisk homøostase. Efter ileal resektion er cirkulerende blod permanent ileum-specifikke endokrine hormon fibroblast vækst faktor 15 (FGF15), som frigiver sin endokrine hæmning af galdesyre syntese i leveren. I kombination med øget produktion og afskaffet reabsorption af galdesyrer efter fjernelse af ileum, lider mus, der blev opereret af galde salt overaccumulation i tarmen og tilknyttede diarré, sygelighed og dødelighed. Roman brug af kirurgi model indført i denne undersøgelse kan give mekanistiske og funktionelle indsigt i ileal kontrol af systemisk metabolisk regulering i fysiologi og sygdom.
Introduction
I moderne biomedicinsk forskning udnyttes genetisk manipulerede dyremodeller bredt for at opsnuse indsigt i menneskelige sygdomme. Især har væv eller celle-specifikke funktioner, gevinst og tab af gener været brugt til at studere molekylære forordning samt induceret biologiske virkninger. Trods fremskridt i manipulere target gener i vivo, er der dvælende begrænsninger. Første, mange celler eller væv specifikke sletninger påvirker flere organer. For eksempel, vil epithelial gen sletning fjerne udtryk i epitheler i flere væv. Yderligere, selv om sletning er begrænset til en bestemt væv, fysisk kontrol er sjældent muligt. For eksempel, i et væv lignende tarmen udføre adskilte segmenter meget specifikke funktioner, der ikke kan manipuleres med præcision i vivo. I disse situationer er resektion af gen-holdige væv anses for at være en mere effektiv studere tilgang til at bestemme den mekanistiske og funktionel betydning af væv meddelelse.
Ileectomy er for det meste brugt i patienter med Crohns og inflammatoriske sygdomme der involverer distale ileum 1,2,3. Ileum typisk producerer flere energy storage hormoner som fibroblast vækstfaktor 15/19 (FGF15/19), peptid YY (PYY) og glukagon-lignende peptid 1/2 (GLP1/2); disse hormoner spiller en vigtig lokal og endokrine rolle i mange biologiske funktioner4,5,6. Blandt disse hormoner, er FGF15 blevet identificeret som en robust endokrine hæmmer af galdesyre syntese i leveren. Når reabsorberes i ileal enterocytes, aktivere galdesyrer nukleare receptor farnesoid X receptor (FXR) til at stimulere Fgf15 udtryk, der efterfølgende fører til feedback hæmning af hepatisk galdesyre syntese 7. I en nylig undersøgelse, vi indførte mus ileectomy model for at studere den ileal kruppel-lignende faktor 15 (KLF15) –Fgf15 signalering akse, der regulerer døgnrytmen galdesyre produktion i leveren 8. Vigtigst, indført vi en roman familie, kruppel-lignende faktorer, navnlig KLF15, i galdesyre biologi. Baseret på funktionelle studier herunder ileectomy kirurgi, vi har besluttet at KLF15 upregulates galdesyre syntese via en indirekte mekanisme til ikke-hepatisk. Endelig ileal KLF15 også er identificeret som den første endogene negativ regulator af Fgf15.
De intestinale segmenter faldende fra proksimalt for distale regioner er ansvarlige for absorption af forskellige næringsstoffer. Ileum er det største segment ansvarlig for galdesyre og vitamin B12 (VB12) absorption 9. En tidligere undersøgelse ansat en musemodel af proksimale tarm resektion at studere kort tyktarm; forskellige resektion længder, kostvaner og sutur typer blev foreslået til at opretholde en optimal efter operationen overlevelse af 10. En nyere gennemgang angiver desuden, at ileal resektion typisk resulterer i mere alvorlig sygdom end andre gastrointestinale (GI) segment resektion på grund af nedsat adaptive kapacitet af de resterende tarmkanal 11. Dette emne har fået intensiv interesser af grundforskning og klinisk forskningsgrupper, hvorimod forståelse af recovery og de effektive terapeutiske tilgange er stadig begrænset.
Galdesyre diarré skyldes ubalancer i galdesyre homøostase i enterohepatiske cirkulation 12,13. Det kan være en konsekvens af ileal resektion, gastrointestinal sygdom, eller et resultat af idiopatisk galdesyre malabsorption. Mere end 80% af patienterne har fundet for at præsentere med diarré efter undergår ileal resektion 14. Ileectomy har potentiale til at blive en vigtig kirurgi model for undersøgelse af galdesyre diarré. I denne undersøgelse, en række ileal resektion giver en gradient vurdering af FGF15 mangel samt intestinal galde salt malabsorption, overaccumulation og giftige skader.
Protocol
Representative Results
Discussion
For at udføre en vellykket ileectomy, skal den overlegne mesenteriallymfeknuderne arterie være forbundet i forvejen for at blokere blodforsyningen til det resecting segment. Den iskæmisk ileal segment vil vende mørk lilla efter ligatur. Den ileal segment skal derefter være fuldstændig resektion. En normal blodforsyning skal sikres for de opbevarede ender. Dette er afgørende for at undgå blødning og ukorrekt fjernelse, der kan let forårsage kirurgiske fejl på grund af iskæmisk nekrose efter suturering. Under a…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning er understøttet af Tom Peterson Foundation og NIH give R01-HL119780 (Jain, MK).
Materials
| Dissection microscope | Olympus | SZ61 | For surgery |
| Animal temperature controller | Physitemp Instruments, Inc. | TCAT-2LV | For body temperature control |
| Isoflurane anesthetic vaporizer | VetEquip | 911104 | For anesthesia |
| Dissection forceps | Fine Science Tools, Inc. | 11274-20 | For surgery |
| Scissors | Fine Science Tools, Inc. | 14084-08 | For surgery |
| Needle holder | Roboz Surgical Instrument Co. | RS-7882 | For surgery |
| Micro knives-needle blade | Fisher Scientific | 10318-14 | For surgery |
| 6-0 monofilament suture | Ethicon | 1698G | For abdominal skin closure |
| 7-0 silk suture | Ethicon | 766G | For ligation |
| 8-0 monofilament suture | Ethicon | 1714G | For anastomosis |
| Surgical sponges | Dynarex Corp. | 3333 | For surgery |
| Small cotton-tipped applicators | Fisher Scientific | 23-400-118 | For surgery |
| Isoflurane | Piramal Healthcare Limited | 66794-013-25 | For anasthesia |
| Buprenorphine hydrochloride | Reckitt-Benckiser Pharmaceuticals | 12496-0757-1 | For analgesia |
| 0.9% sodium chloride Injection | B. Braun Medical Inc. | 0264-7800-10 | For washing/injection |
| Povidone iodine prep solution | Dynarex Corp. | 1413 | For skin preparation |
| Puralube vet ointment | Dechra Veterinary Products | 17033-211-38 | For eye pretection |
| Hair remover lotion | Church & Dwight Co., Inc. | For skin preparation | |
| Intensive care unit | ThermoCare | FW-1 | For post-surgery recovery |
| DietGel recovery | ClearH2O | 72-06-5022 | For post-surgery recovery |
| Aurum total RNA fatty and fibrous tissue kit | Bio-Rad | 7326830 | For RNA isolation |
| iScript reverse transcription supermix for RT-qPCR | Bio-Rad | 1708841 | For reverse transcription assay |
| TaqMan fast advanced master mix | Applied Biosystems/Life Technologies | 4444965 | For QPCR analysis |
| Total bile acid assay kit | Genzyme Diagnostic | DZ042A-K01 | For bile acid assay |
| C57BL/6J | The Jackson Laboratory |
Riferimenti
- McLeod, R. S. Surgery for inflammatory bowel diseases. Dig Dis. 21, 168-179 (2003).
- Hancock, L., Windsor, A. C., Mortensen, N. J. Inflammatory bowel disease: the view of the surgeon. Colorectal Dis. 8, 10-14 (2006).
- Polle, S. W., Bemelman, W. A. Surgery insight: minimally invasive surgery for IBD. Nat Clin Pract Gastroenterol Hepatol. 4, 324-335 (2007).
- Fon Tacer, K., et al. Research resource: Comprehensive expression atlas of the fibroblast growth factor system in adult mouse. Mol Endocrinol. 24, 2050-2064 (2010).
- Pournaras, D. J., et al. The role of bile after Roux-en-Y gastric bypass in promoting weight loss and improving glycaemic control. Endocrinology. 153, 3613-3619 (2012).
- Spreckley, E., Murphy, K. G. The L-Cell in Nutritional Sensing and the Regulation of Appetite. Front Nutr. 2, 23 (2015).
- Inagaki, T., et al. Fibroblast growth factor 15 functions as an enterohepatic signal to regulate bile acid homeostasis. Cell Metab. 2, 217-225 (2005).
- Han, S., et al. Circadian control of bile acid synthesis by a KLF15-Fgf15 axis. Nat Commun. 6, 7231 (2015).
- Christl, S. U., Scheppach, W. Metabolic consequences of total colectomy. Scand J Gastroenterol Suppl. 222, 20-24 (1997).
- Helmrath, M. A., VanderKolk, W. E., Can, G., Erwin, C. R., Warner, B. W. Intestinal adaptation following massive small bowel resection in the mouse. J Am Coll Surg. 183, 441-449 (1996).
- Tappenden, K. A. Pathophysiology of short bowel syndrome: considerations of resected and residual anatomy. J Parenter Enteral Nutr. 38, 14-22 (2014).
- Camilleri, M. Bile Acid diarrhea: prevalence, pathogenesis, and therapy. Gut Liver. 9, 332-339 (2015).
- Camilleri, M. Advances in understanding of bile acid diarrhea. Expert Rev Gastroenterol Hepatol. 8, 49-61 (2014).
- Mottacki, N., Simren, M., Bajor, A. Review article: bile acid diarrhoea – pathogenesis, diagnosis and management. Aliment Pharmacol Ther. 43, 884-898 (2016).
- Rao, A., et al. The organic solute transporter alpha-beta, Ostalpha-Ostbeta, is essential for intestinal bile acid transport and homeostasis. Proc Natl Acad Sci. 105, 3891-3896 (2008).
- Hofmann, A. F., Poley, J. R. Cholestyramine treatment of diarrhea associated with ileal resection. N Engl J Med. 281, 397-402 (1969).
- Kir, S., et al. FGF19 as a postprandial, insulin-independent activator of hepatic protein and glycogen synthesis. Science. 331, 1621-1624 (2011).
- Kuipers, F., Bloks, V. W., Groen, A. K. Beyond intestinal soap–bile acids in metabolic control. Nat Rev Endocrinol. 10, 488-498 (2014).
- Buchman, A. L., Scolapio, J., Fryer, J. AGA technical review on short bowel syndrome and intestinal transplantation. Gastroenterology. 124, 1111-1134 (2003).
