Ileectomy-indusert galle Overaccumulation i musen-tarmen
Summary
Tynntarmen-avhengige Gallesyre reabsorpsjon og tilbakemeldinger hemming av hepatic Gallesyre syntese er viktig for systemisk homeostase og helse. I denne studien beskriver vi en musemodell for chymet resection å evaluere ileectomy-indusert galle malabsorpsjon, overaccumulation og toksisitet i musen-tarmen.
Abstract
Tarmen reseksjon er en vanlig terapeutisk tilnærming til menneskelige sykdommer som fedme, inflammatorisk tarmsykdom, Crohns sykdom og tykktarmskreft som ofte resulterer i alvorlige kort tarm syndrom-lignende bivirkninger inkludert Gallesyre diaré, dehydrering, elektrolytt forstyrrelser og næringsstoffer malabsorpsjon. Her introduserer vi en murine chymet resection modell, kalt ileectomy, for å evaluere vev kommunikasjon og vedlikehold av systemisk homeostase. Etter chymet eksisjon er sirkulerende blod permanent blottet for den ileum-spesifikke endokrine hormon fibroblast vekst faktoren 15 (FGF15), som frigjør dets endocrinal hemming av Gallesyre syntese i leveren. I kombinasjon med økt produksjon og avskaffet reabsorpsjon av gallesyrer etter fjerning av ileum, lider musene som gjennomgikk kirurgi av galle salt overaccumulation i tarmen og tilknyttede diaré, sykelighet og dødelighet. Romanen bruk av kirurgi modellen ble introdusert i denne studien kan gi mekanistisk og funksjonelle innsikt i chymet kontroll over systemisk metabolsk regulering i fysiologi og sykdom.
Introduction
I moderne biomedisinsk forskning benyttes genetisk manipulerte dyremodeller mye for å fange opp innsikt i menneskelige sykdommer. Spesielt har vev eller cellen-spesifikke gevinst og tap funksjoner av gener blitt brukt til å studere molekylære forskrift som indusert biologiske effekter. Til tross for fremskritt i å manipulere målet gener i vivo, er det langvarig begrensninger. Første, mange celle eller vev bestemt slettinger påvirker flere organer. For eksempel vil epithelial genet sletting fjerne uttrykk i epithelia av flere vev. Videre, selv om sletting er begrenset til en bestemt vev, romlig kontroll er sjelden gjennomførbare. For eksempel i en vev som tarmen utføre forskjellige segmenter spesielle funksjoner som kan manipuleres med presisjon i vivo. I slike tilfeller anses fjernelse av genet inneholder vev å være en mer effektiv studere tilnærming til å bestemme mekanistisk og funksjonelle betydningen av vev kommunikasjon.
Ileectomy er mest brukt i pasienter med Crohns og inflammatory lidelser som involverer den distale ileum 1,2,3. Ileum produserer vanligvis flere energi lagring hormoner som fibroblast vekst faktor 15/19 (FGF15/19), peptid åå (PYY) og glukagon som peptid 1/2 (GLP1/2); disse hormonene spille viktige lokale og endokrine roller i mange biologiske funksjoner4,5,6. Blant disse hormonene, har FGF15 blitt identifisert som en robust endokrine inhibitor av Gallesyre syntese i leveren. Når innlemmet i chymet enterocytes, aktivere gallesyrer kjernefysiske reseptoren farnesoid X reseptoren (FXR) å stimulere Fgf15 uttrykk, som senere fører til tilbakemelding hemming av hepatic Gallesyre syntese 7. I en fersk studie, innførte vi mus ileectomy modell for å studere chymet kruppel-lignende faktor 15 (KLF15) –Fgf15 signalering aksen som regulerer circadian Gallesyre produksjon i leveren 8. Viktigst, introdusert vi en ny familie, kruppel-lignende faktorer, spesielt KLF15, i Gallesyre biologi. Basert på funksjonell studier inkludert ileectomy kirurgi, bestemt vi KLF15 upregulates Gallesyre syntesen via en indirekte ikke-hepatisk mekanisme. Endelig er chymet KLF15 også identifisert som den første endogene negative regulatoren av Fgf15.
Intestinal segmentene fra proksimale distale områder er ansvarlig for absorpsjon av forskjellige næringsstoffer. Ileum er store segmentet ansvarlig for Gallesyre og vitamin B12 (VB12) absorpsjon 9. En tidligere studie ansatt en musemodell av proksimale tarmen reseksjon å studere kort tarm syndrom; ulike resection lengder, dietter og Sutur typer ble foreslått å opprettholde en optimal etter surgery survival rate 10. Videre angir en nyere gjennomgang at chymet resection vanligvis resulterer i mer alvorlig sykdom enn andre gastrointestinal (GI) segmentet resections på grunn av redusert adaptive kapasiteten til de tarmkanalen 11. Dette emnet har fått intensiv interessene til grunnleggende og klinisk forskning holdene, mens forståelsen av utvinning og de effektive behandlingsmetoder er fortsatt begrenset.
Gallesyre diaré resulterer fra ubalanser i Gallesyre homeostase i enterohepatisk sirkulasjon 12,13. Det kan være en konsekvens av chymet resection, gastrointestinal sykdom eller et resultat av idiopatisk Gallesyre malabsorpsjon. Mer enn 80% av pasientene har blitt funnet for å presentere med diaré etter under chymet resection 14. Ileectomy har potensial til å være en viktig kirurgi modell for etterforskningen av Gallesyre diaré. I denne studien gir en rekke chymet resections en gradient vurdering av FGF15 mangel som intestinal galle salt malabsorpsjon, overaccumulation og giftige skader.
Protocol
Representative Results
Discussion
For å utføre en vellykket ileectomy, må overlegen hvem arterien være samskrevet på forhånd for å blokkere blodtilførselen til resecting segmentet. Iskemiske chymet segmentet blir mørk lilla etter ligatur. Chymet segmentet må da være helt resected. En vanlig blodtilførsel må sikres for beholdt endene. Dette er viktig å unngå blødning og upassende fjerning, som enkelt kan forårsake kirurgisk feil på grunn av iskemiske nekrose etter suturing. Under anastomose er det viktig å delta chymet endene sammen i d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskningen støttes av Tom Peterson Foundation og NIH gi 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 |
References
- 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).
