Использование нескольких фторированных желчных кислот и<em> В Vivo</em> Магнитно-резонансная томография для измерения желчной кислоты Транспорт
Summary
Инструменты для диагностики желчных кислот мальабсорбции и измерить транспорта желчи кислоты в естественных условиях ограничены. Инновационный подход в живых животных описано , что использует комбинированный протон (1 H) плюс фтор (19 F) магнитно – резонансной томографии; эта новая методология имеет трансляционной потенциал для скрининга мальабсорбции желчных кислот в клинической практике.
Abstract
Наряду с их традиционной роли в качестве моющих средств, которые облегчают усвоение жиров, возникающих литература указывает на то, что желчные кислоты являются сильнодействующими сигнальные молекулы, которые влияют на несколько органов; они модулируют моторику кишечника и выработку гормонов, и изменяют тонус сосудов, метаболизм глюкозы, метаболизм липидов, а также использование энергии. Изменения в фекальных желчных кислот может привести к изменению кишечника микробиомом и способствуют толстой кишки патологии, включая cholerrheic диареи и рака толстой кишки. Основные регуляторы состава фекальной желчной кислоты являются тонкой кишки апикальной натрий-зависимого желчной кислоты Transporter (ASBT) и фактор роста фибробластов-19 (Fgf19). Снижение экспрессии и функции ASBT уменьшает кишечное желчной кислоты вверх берут. Кроме того, данные в пробирке предполагают , что некоторые FDA одобренные препараты ингибируют функцию ASBT. Дефектные релиз FGF19 увеличивает синтез в печени желчных кислот и их высвобождение в кишечнике до уровней, которые переполняют ASBT. Либо ASBT дисфункция или недостаток FGF19 увеличивает пECal желчных кислот и может вызвать хронический понос и способствуют неоплазии толстой кишки. К сожалению, инструменты для измерения желчи мальабсорбции кислоты и действия препаратов на транспорте желчных кислот в естественных условиях ограничены. Для того, чтобы понять сложные действия желчных кислот, методы, необходимые, которые позволяют одновременный мониторинг желчных кислот в кишечнике и метаболических тканях. Это привело нас к зачатию инновационный метод измерения транспорта желчи кислоты в живых животных , используя комбинацию протона (1 H) и фтора (19 F) магнитно – резонансной томографии (МРТ). Новые индикаторы для фтора (F 19) основе живого животного МРТ были созданы и испытаны, как в пробирке и в естественных условиях. Сильные стороны такого подхода включают в себя отсутствие воздействия ионизирующего излучения и трансляционной потенциал для клинических исследований и практики.
Introduction
Наряду с их классической роли в качестве моющих средств , которые облегчают усвоение жиров из кишечника, желчных кислот появились в качестве мощных сигнальных молекул , влияющих на несколько органов в дополнение к тем , которые связаны с их энтерогепатической циркуляции 1,2. Помимо контроля за их собственный метаболизм, желчные кислоты модулируют несколько аспектов желудочно – кишечного тракта физиологии (например, сократительной способности кишечника и инкретиновый производства гормонов, физиологии толстой кишки, и предрасположенность к раку) и иметь системные эффекты на сосудистый тонус, глюкозы и липидного обмена, а также использование энергии. В то время как некоторые из этих эффектов опосредуется в кишечнике, другие обусловлены постпрандиальной изменений в системном уровнях желчных кислот, как было отмечено у пациентов с ожирением или после желудочного шунтирования. Для выяснения сложных метаболические действия желчных кислот требуется новая технология, которая позволяет одновременный мониторинг уровней желчных кислот в различных анатомических отделениях, в желудочно-кишечном тракте и метаБолич тканей (печени, поджелудочной железы, скелетных мышцах и жировой ткани). Получение такой временной и пространственной информации требует инновационной технологии – в естественных условиях с использованием визуализации новых радиофармпрепаратов желчных кислот , как описано здесь , является такой новый подход.
состав кислоты Желчь и распределение в анатомических регулируются факторами, которые модулируют их синтез в печени и подвздошной поглощение, в том числе диеты, хирургии, применения антибиотиков и изменения кишечной флоры. Основным регулятором поглощения кишечной желчной кислоты для их энтерогепатической циркуляции 3 (рисунок 1) является подвздошной Апикальное натрий-зависимого желчной кислоты Transporter (ASBT; SLC10A2). Несмотря на то, пассивное поглощение происходит на всем протяжении кишечника, ASBT опосредует поглощение 95% кишечных желчных кислот, так что, как правило, не обеспечивается эффективно рассыпание желчных кислот в кале. ASBT-дефицитных (Slc10a2 – / -) мышей увеличили фекальных желчных кислот и уменьшенный желчи ACId бассейн 4.
Рисунок 1: энтерогепатической циркуляции желчных кислот.
Иллюстрация энтерогепатической циркуляции в результате чего желчные кислоты синтезируются в печени, экскретируется в желчные протоки, хранится в желчном пузыре, выбрасываемых в проксимальных отделах тонкой кишки с питанием, а также активно поглощают с помощью ASBT в дистальный подвздошной. В то время как небольшие количества желчных кислот всасываются пассивно во всем кишечнике, приблизительно 95% кишечных желчных кислот активно транспортируют ASBT, что приводит к минимальным (приблизительно 5%) потери в кале, которое компенсируется аналогичным количеством нового синтеза желчных кислот в печень, тем самым сохраняя стационарный бассейн желчных кислот. Стрелки на правом определить факторы, которые могут повлиять на родной и фтор-меченых желчи стабильность кислоты, в том числе кислоты желудочного сока, поджелудочной железы и слизистой оболочки кишечника ферментов, и, самое importantlу, гидролитические ферменты , выпущенные видов клостридий , которые колонизируют дистального тонкой кишки и толстой кишки. (Modified с разрешением 16) Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
мальабсорбции Желчные кислоты могут быть разделены на три типа, каждый из которых увеличивает каловые дигидрокси желчных кислот, что вызывает прерывистый или хронический понос. Тип 1 Результаты от валового подвздошной патологии (например, резекция, болезнь Крона) 5. Тип 3 результаты холецистэктомии, ваготомии, целиакии, избыточного бактериального роста и недостаточности функции поджелудочной железы. В отличие от этого, лица с «первичной» (тип 2) мальабсорбции желчных кислот представляют собой огромную проблему в диагностике, потому что у них нет таких условий, предшествующие и не имеют доказательств патологии в подвздошной кишке. Следовательно, мальабсорбции первичной желчной кислоты обычно ошибочно диагностируется как диарея-рredominant синдром раздраженного кишечника (IBS-D), пожалуй, наиболее распространенной причиной для гастроэнтерологии связанных амбулаторных посещений. Было подсчитано, что одна треть пациентов с IBS-D имеют мальабсорбции первичный желчных кислот; в США, это может представлять несколько миллионов человек 5. Последние Insights показывают, что первичный БАМ происходит от нарушенной обратной связи ингибирование синтеза желчных кислот в печени кишечными фактора роста фибробластов-19 (FGF19), а не за счет уменьшения экспрессии или функции ASBT.
В мальабсорбции первичной желчной кислоты, низкие уровни плазмы FGF19 не отключить синтез желчных кислот в печени – результирующее увеличение кишечных желчных кислот насыщает желчных кислот, в том числе транспортеров ASBT и дополненная разлив желчных кислот в кале вызывает понос 6 (Рисунок 2). Мыши , дефицитные по FGF15 (мышиный FGF19) имеют расширенный пул желчных кислот и увеличение фекальных желчных кислот 7.
<p class= "Jove_content">
Рисунок 2: Механизмы кишечнику желчной кислоты мальабсорбции.
Как правило, как показано на панели А, приблизительно 95% кишечных желчных кислот всасываются активным транспортом в дистальной подвздошной кишки через ASBT. Когда выражение ASBT или активность снижается (панель В), нарушенная кишечника результаты поглощение желчных кислот в разливе желчных кислот в толстой кишке. При нарушении сигнализации Fgf19 (панель C), отсутствие обратной связи ингибирование печеночных желчных синтеза приводит кислоты в повышенной концентрации кишечных желчных кислот , которые переполняют транспортный потенциал ASBT с разливом желчных кислот в толстой кишке. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы увидеть увеличенную версию эта фигура.
Долгосрочный, хронический возвышение в фекальной желчи ACIDS может способствовать неоплазии толстой кишки. Colon неоплазии возникает от прогрессирующей дисплазии слизистой оболочки, связанного с соматическими мутациями генов, но факторы окружающей среды, которые увеличивают фекальных желчных кислот может ускоряет и усиливает этот процесс. У грызунов, увеличение фекальных желчных кислот либо в результате экзогенного или недостаточности ASBT способствуют дисплазии толстой кишки и образование опухоли 8-10.
Следует отметить, что провокационные данные показывают , что обычно используемые препараты , одобренные Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) эффективно ингибируют транспорт желчных кислот путем ASBT в пробирке 11. Если эти препараты снижают способность тонкого кишечника транспорт желчных кислот в живом организме и повышают уровни фекальных желчных кислот, потенциальное воздействие на толстой кишки патологии будет в связи с этим. Даже небольшое увеличение толстой кишки патологии связано с использованием такого препарата может оказать серьезное воздействие на здоровье. Инструментарий , который может оценить правдоподобность их в пробирке выводов и эпидемического Obпобудит дения дополнительных исследований, в том числе исследований по безопасности постмаркетинговых.
Несмотря на необходимость, практические тесты с целью выявления людей с нарушением всасывания желчных кислот отсутствуют. Прямое измерение фекальных желчных кислот был отвергнут лет назад как громоздкий, непрактичный и ненадежный 5. Альтернативные подходы включают измерения удержания радиоактивного производного селенового-меченых холевой кислоты (75 SeHCAT) и плазменные уровни 7 & alpha ; -гидрокси-4-холестен-3-он (C4), или терапевтического испытания , вяжущих желчных кислот. 75 Тестирование SeHCAT имеет ограниченная доступность в Европе и не FDA утвержденных или доступны для использования в США Кроме того, даже скромное облучение (0,26 мЗв / 75 тест SeHCAT) диагностического тестирования вызывает беспокойство, и избыточного бактериального роста и запущенное заболевание печени может посрамить 75 результатов SeHCAT. Тестирование С4 является потенциально привлекательным, так как требуется только плазма, но она имеет низкий положительной прогностической Валуие и тестирование не получили широкого распространения. Измерение уровня в сыворотке крови FGF19 имеет те же ограничения. Часто врачи прибегают к терапевтическому испытании желчная кислота, но такой подход не может обеспечить окончательный диагноз желчных кислот мальабсорбции 5.
По этим причинам, роман МРТ подход был задуман для измерения транспорта желчи кислоты и распределение в естественных условиях с использованием инновационных мульти-фторированных желчных кислот (АБМФ-МРТ). АБМФ , содержащие три атома фтора (19 F), стабильный изотоп 100% природного содержания, транспортируют подобно нативных желчных кислот 12, и может быть использован для визуализации транспорта желчи кислоты с комбинацией протона (1 H) и фтора ( 19 F) МРТ, чувствительный, безопасный метод без воздействия ионизирующего излучения 13,14.
Protocol
Representative Results
Discussion
Синтез СА-лиз-ТФК и CA-Sar-TFMA и анализа в пробирке их переноса с использованием стабильно трансфецированных Мадин-Дарби клетки собачьих почек , выражающие ASBT и эмбриональные клетки почки человека экспрессию полипептида натрия / таурохолат совместно переносящий (НПБТ) подробно описа?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным институтом здравоохранения, Национального института диабета, желудочно-кишечных и почечных заболеваний (номера грантов R21 DK093406 и T32 DK067872 к JP.R.) и награду Заслуги В.А. (грант номер 1BX002129 к JP.R.).
Materials
| Duall size-21 all glass tissue grinder | Kimble Chase Life Science, Vineland, NJ | 885351-0022 | |
| Bruker BioSpec 70/30USR Avance III 7T horizontal bore MR Scanner | Bruker Biospin MRI GmbH, Germany | Use companion Paravision Version 5.1 software (see step 3.5) | |
| Bruker 40 mm 19F/1H dual-tuned linerar volume coil | Bruker Biospin MRI GmbH, Germany | Use companion Paravision Version 5.1 software (see step 3.5) | |
| Waters Acquity UPLC System with Quadrupole Detector | Waters Corporation, Milford, MA | ||
| Waters Acquity UPLC ethylene bridged hybrid C8 1.7 μm 2.1 X 50 mm column | Waters Corporation, Milford, MA | ||
| Gavage Needle | Braintree Scientific, INC. | N-010 | 20 G-1.5" curved 2.25mm ball |
| 2 Stainless Steel Hemostats | VWR | 10755-018 | 4 and 5 inch, straight |
| Ketamine | MWI Veterinary Supply | 501090 | Ketamin zetamine 100 mg / ml |
| Xylazine | Akorn, Inc. | 20 mg/ml | |
| Intraperitoneal Catheter | Abbott | AbbocathTM-T.I.V. G720-A01 4535-42 | 24-G x 0.75" |
Referências
- Thomas, C., Pellicciari, R., Pruzanski, M., Auwerx, J., Schoonjans, K. Targeting bile-acid signalling for metabolic diseases. Nat Rev Drug Discov. 7, 678-693 (2008).
- Vallim, T. Q., Edwards, P. A. Bile acids have the gall to function as hormones. Cell Metab. 10, 162-164 (2009).
- Dawson, P. A., Karpen, S. J. Thematic Review Series: Intestinal Lipid Metabolism: New Developments and Current Insights Intestinal transport and metabolism of bile acids. Journal of Lipid Research. 56, 1085-1099 (2015).
- Dawson, P. A., et al. Targeted deletion of the ileal bile acid transporter eliminates enterohepatic cycling of bile acids in mice. J Biol Chem. 278, 33920-33927 (2003).
- Pattni, S., Walters, J. R. Recent advances in the understanding of bile acid malabsorption. Br Med Bull. 92, 79-93 (2009).
- Walters, J. R., et al. A new mechanism for bile acid diarrhea: defective feedback inhibition of bile acid biosynthesis. Clin Gastroenterol Hepatol. 7, 1189-1194 (2009).
- Hofmann, A. F., Mangelsdorf, D. J., Kliewer, S. A. Chronic diarrhea due to excessive bile acid synthesis and not defective ileal transport: a new syndrome of defective fibroblast growth factor 19 release. Clin Gastroenterol Hepatol. 7, 1151-1154 (2009).
- Flynn, C., et al. Deoxycholic acid promotes the growth of colonic aberrant crypt foci. Mol Carcinog. 46, 60-70 (2007).
- Glinghammar, B., Rafter, J. Carcinogenesis in the colon: interaction between luminal factors and genetic factors. Eur J Cancer Prev. 8, S87-S94 (1999).
- Bernstein, C., et al. Carcinogenicity of deoxycholate, a secondary bile acid. Arch Toxicol. 85, 863-871 (2011).
- Zheng, X., Ekins, S., Raufman, J. P., Polli, J. E. Computational models for drug inhibition of the human apical sodium-dependent bile acid transporter. Mol Pharm. 6, 1591-1603 (2009).
- Vivian, D., et al. Design and characterization of a novel fluorinated magnetic resonance imaging agent for functional analysis of bile Acid transporter activity. Pharm Res. 30, 1240-1251 (2013).
- Vivian, D., et al. Design and evaluation of a novel trifluorinated imaging agent for assessment of bile acid transport using fluorine magnetic resonance imaging. J Pharm Sci. 103, 3782-3792 (2014).
- Vivian, D., et al. In vivo performance of a novel fluorinated magnetic resonance imaging agent for functional analysis of bile acid transport. Mol Pharm. 11, 1575-1582 (2014).
- Raufman, J. P., et al. In Vivo Magnetic Resonance Imaging to Detect Biliary Excretion of 19F-Labeled Drug in Mice. Drug Metab Dispos. 39, 736-739 (2011).
- Ridlon, J. M., Kang, D. J., Hylemon, P. B. Bile salt biotransformations by human intestinal bacteria. J Lipid Res. 47, 241-259 (2006).
- Frisch, K., et al. N-methyl-11C]cholylsarcosine, a novel bile acid tracer for PET/CT of hepatic excretory function: radiosynthesis and proof-of-concept studies in pigs. J Nucl Med. 53, 772-778 (2012).
