Ileectomy-inducerad galla Overaccumulation i mus tarmen
Summary
Tunntarm-beroende gallsyra reabsorption och feedback hämning av nedsatt gallsyresyntesen är viktigt för systemisk homeostas och hälsa. I denna studie beskriver vi en musmodell för ileal resektion att utvärdera ileectomy-inducerad galla malabsorption, overaccumulation och toxicitet hos mus tarmen.
Abstract
Tarm resektion är en gemensamma behandlingsmetoder för mänskliga sjukdomar som fetma, inflammatorisk tarmsjukdom, Crohns sjukdom och cancer i tjocktarmen som ofta resulterar i svår kort tarm syndrom-liknande biverkningar inklusive gallsyra diarré, dehydrering, elektrolytrubbningar och näringsämnen malabsorption. Här presenterar vi en murin ileal resektion modell, kallas ileectomy, för att utvärdera vävnad kommunikation och underhåll av systemisk homeostas. Efter ileal resektion saknar cirkulerande blod permanent ileum-specifika endokrina hormon fibroblast tillväxtfaktor 15 (FGF15), som frigör dess endokrina hämning av gallsyra syntes i levern. I kombination med ökad produktion och avskaffade reabsorption av gallsyror efter borttagning av ileum, lider möss som opererades galla salt overaccumulation i tarmen och associerad diarré, sjuklighet och dödlighet. Ny användning av kirurgi modellen infördes i denna studie kan ge mekanistiska och funktionella insikter i ileal kontroll av systemisk metabola reglering i fysiologi och sjukdom.
Introduction
I modern biomedicinsk forskning används genmanipulerade djurmodeller allmänt för att snappa upp insikter i mänskliga sjukdomar. I synnerhet har vävnad eller cell-specifika vinst-och-förlust funktioner av gener använts att studera molekylära reglering samt inducerad biologiska effekter. Trots framsteg inom manipulera mål gener i vivo, finns det kvardröjande begränsningar. Första, många cell eller vävnad specifika strykningar påverkar flera organ. Till exempel kommer att epitelial gen borttagning eliminera uttrycket i epitel i flera vävnader. Vidare, även om radering är begränsad till en specifik vävnad, spatial kontroll är sällan möjligt. Till exempel i en vävnad som tarmen utföra distinkta segment mycket specifika funktioner som inte kan manipuleras med precision i vivo. I dessa situationer anses resektion av gen-innehållande vävnader vara en mer effektiv studerar strategi att avgöra den mekanistiska och funktionella betydelsen av vävnad kommunikation.
Ileectomy är mestadels används i patienter med Crohns och inflammatoriska sjukdomar som involverar den distala ileum 1,2,3. Ileum vanligtvis producerar flera energi lagring hormoner som fibroblast tillväxtfaktor 15/19 (FGF15/19), peptid YY (PYY) och glukagonlik peptid 1/2 (GLP1/2); dessa hormoner spelar viktiga lokala och endokrina roller i många biologiska funktioner4,5,6. Bland dessa hormoner, har FGF15 identifierats som en robust endokrina hämmare av gallsyra syntes i levern. När reabsorberas i ileal enterocyter, aktivera gallsyror nukleär receptor farnesoid X receptorn (FXR) för att stimulera Fgf15 uttryck, vilket därefter leder till feedback hämning av nedsatt gallsyra syntes 7. I en färsk studie, introducerade vi ileectomy musmodell för att studera den ileal kruppel-liknande faktorn 15 (KLF15) –Fgf15 signalering axis som reglerar dygnsrytm gallsyra produktion i levern 8. Viktigast av allt, har vi infört en ny familj, de kruppel-liknande faktorerna, särskilt KLF15, i gallsyra biologi. Baserat på funktionella studier inklusive ileectomy kirurgi, vi fast beslutna att KLF15 uppreglerar gallsyresyntesen via en indirekt icke-nedsatt mekanism. Slutligen, ileal KLF15 identifieras också som den första endogena negativ regulatorn av Fgf15.
Intestinal segmenten fallande från proximalt distala regioner ansvarar för absorption av olika näringsämnen. Ileum är det stora segmentet som är ansvarig för gallsyror och vitamin B12 (VB12) upptag 9. En tidigare studie sysselsatt en musmodell av proximala tarm resektion att studera kort tarm; olika resektion längder, Dieter och sutur typer föreslogs för att upprätthålla en optimal efter operation överlevnad ränta 10. En nyare översyn visar dessutom att ileal resektion vanligen resulterar i allvarligare sjukdom än andra gastrointestinala (GI) segmentet resektioner på grund av den minskade anpassningskapacitet av återstående tarmkanalen 11. Detta ämne har fått intensiv intressena i basal och klinisk forskning, medan förståelsen för återhämtning och de effektiva behandlingsmetoder är fortfarande begränsade.
Gallsyra diarré resulterar från obalanser i gallsyra homeostas i enterohepatisk cirkulation 12,13. Det kan vara en följd av ileal resektion, gastrointestinal sjukdom eller ett resultat av idiopatisk gallsyra malabsorption. Mer än 80% av patienterna har befunnits uppvisa med diarré efter att ha genomgått ileal resektion 14. Ileectomy har potential att vara en viktig operation modell för utredning av gallsyra diarré. I denna studie, en serie av ileal resektioner ger en gradient bedömning av FGF15-brist samt intestinal galla salt malabsorption, overaccumulation och toxiska skador.
Protocol
Representative Results
Discussion
För att utföra en lyckad ileectomy, måste den överlägsna mesenterica artären vara sammanskrivna i förväg om du vill blockera blodtillförseln till segmentet resecting. Segmentet ischemisk ileal stänger mörklila efter ligering. Segmentet ileal måste då vara helt resected. En normal blodtillförsel måste säkerställas för balanserade ändarna. Detta är viktigt att undvika blödningar och felaktig borttagning, som enkelt kan orsaka kirurgiska fel på grund av ischemisk nekros efter suturering. Under anastomo…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöds av Tom Peterson Foundation och NIH bevilja 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 |
Referências
- 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).
