慢性肝臟疾病以及隨之帶來的肝纖維化是普遍且日益嚴重的公共健康問題。非酒精性脂肪性肝病（NAFLD, Non-alcoholic fatty liver disease）是指除外酒精和其他明確的損肝因素所致的肝細胞內(nèi)脂肪過度沉積為主要特征的臨床病理綜合征。隨著全球肥胖和代謝疾病患者人數(shù)的增加，NAFLD逐漸成為慢性肝病的首要病因。
 

NAFLD的發(fā)展與多種病理生理學(xué)的破壞有關(guān)，其中氧化應(yīng)激是該疾病發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動力之一。肝損傷和壞死性炎癥由驅(qū)動纖維化的活性氧簇（ROS, Reactive oxidative species）介導(dǎo)。目前，由于缺乏用于監(jiān)測炎癥和肝纖維化進程的無創(chuàng)方法，肝活檢仍是臨床診斷NAFLD的金標準。
 

內(nèi)源性脂褐素（lipofusion）是ROS的副產(chǎn)物，在808nm激光激發(fā)下，能夠在近紅外（NIR, Near-infrared;700nm-1000nm）和短波紅外（SWIR, Shortware-infrared;1000-2000nm）范圍內(nèi)檢測到。本文作者通過脂褐素的紅外成像無創(chuàng)評估壞死性炎癥活動和纖維化階段，實現(xiàn)慢性肝病的無創(chuàng)監(jiān)測。
 

首先，在四氯化碳（CCl4, Carbon tetrachloride）誘導(dǎo)的肝纖維化小鼠模型中，能夠在肝臟處檢測到自發(fā)熒光信號，而正常組小鼠肝臟處則無明顯的信號。在離體的肝臟中，也呈現(xiàn)相同的情況。

圖1. （a）進行性纖維化組和對照組小鼠自發(fā)熒光 （b、c）6周后小鼠自發(fā)熒光強度 （d、e）6周后離體肝組織的自發(fā)熒光強度

隨后進行的F4/80巨噬細胞標記以及三種脂褐素/類固醇脂質(zhì)體染色劑蘇丹黑B染色（SBB, Sudan black B）、尼羅藍（NBS, Nile blue A sulfate）、高碘酸希夫糖酶（PAS-D, Periodic Acid Schiff Diastase）染色實驗進一步確定脂褐素是肝纖維化小鼠模型中，自發(fā)熒光信號的來源。

圖2. 肝纖維化小鼠肝臟免疫組織化學(xué)染色切片明場圖片和自發(fā)熒光圖片

接著，在小鼠肝纖維化消退實驗中，前3周進行CCl4肝損傷的誘導(dǎo)，后5周進行肝損傷的恢復(fù)，8周后小鼠的體內(nèi)熒光成像以及小鼠離體肝臟熒光成像顯示，肝纖維化消退組的小鼠與對照組的熒光強度無明顯的差異，而與8周CCl4誘導(dǎo)的小鼠相比，兩者的熒光強度有明顯的差異性。

圖3. （a）小鼠肝纖維化消退實驗方案示意圖 （b、c）3組小鼠體內(nèi)熒光成像 （d、e）3組小鼠離體肝臟組織熒光成像

與此同時，作者還研究了在高脂飲食小鼠模型中利用脂褐素自發(fā)熒光對NAFLD進行追蹤的實驗。通過小鼠體內(nèi)自發(fā)熒光圖像以及離體肝組織熒光圖像可以明顯的觀察到肝臟處的熒光強度逐漸增強，說明隨著造模時間的延長，肝臟處的脂褐素的濃度升高，肝纖維化的程度加深。

 圖4. （a）高脂飲食小鼠模型中，體內(nèi)肝臟處的自發(fā)熒光（b）離體肝臟的熒光成像

最后，研究人員進一步證明了非酒精性脂肪性肝炎（NASH, Non-alcoholic steatohepatitis）患者的活檢樣本也表現(xiàn)出NASH與NASH肝硬化相關(guān)的NIR-SWIR自發(fā)熒光，NIR-SWIR自體熒光可以區(qū)分非肝硬化性NASH患者和NASH肝硬化患者，從而為進一步研究慢性肝病診斷領(lǐng)域打開了大門。

圖5 （a）NASH患者樣本組織染色切片 （b）切片NIR-SWIR熒光成像

文獻來源： 

Nature Biomedical Engineering volume 4, pages801–813(2020)

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