在小鼠原代肝细胞测定脂肪酸氧化和脂肪生成的

摘要

从头脂肪合成和β-脂肪酸氧化构成肝关键代谢途径，被扰动在几种代谢疾病，包括脂肪肝疾病途径。在这里，我们证明了小鼠原代肝细胞的分离和描述了β-脂肪酸氧化和脂肪生成量化。

摘要

Lipid metabolism in liver is complex. In addition to importing and exporting lipid via lipoproteins, hepatocytes can oxidize lipid via fatty acid oxidation, or alternatively, synthesize new lipid via de novo lipogenesis. The net sum of these pathways is dictated by a number of factors, which in certain disease states leads to fatty liver disease. Excess hepatic lipid accumulation is associated with whole body insulin resistance and coronary heart disease. Tools to study lipid metabolism in hepatocytes are useful to understand the role of hepatic lipid metabolism in certain metabolic disorders.

In the liver, hepatocytes regulate the breakdown and synthesis of fatty acids via β-fatty oxidation and de novo lipogenesis, respectively. Quantifying metabolism in these pathways provides insight into hepatic lipid handling. Unlike in vitro quantification, using primary hepatocytes, making measurements in vivo is technically challenging and resource intensive. Hence, quantifying β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis in cultured mouse hepatocytes provides a straight forward method to assess hepatocyte lipid handling.

Here we describe a method for the isolation of primary mouse hepatocytes, and we demonstrate quantification of β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis, using radiolabeled substrates.

引言

Non-alcoholic fatty liver disease is one of the leading causes of liver disease in Westernized cultures^1,2. Lipid accumulation within the liver is associated with cell death, fibrosis, and liver failure via yet unknown mechanisms^3-6. In fatty liver disease, hepatocyte-mediated β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis are important determinants of net lipid accumulation^7,8. This article will, therefore, focus on hepatocyte isolation, followed by quantification of β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis.

Numerous methodologies have been developed to interrogate hepatocyte lipid metabolism. Though it is possible to measure metabolism of fat in vivo using stable isotopes^9,10, these methods are costly, and require large numbers of animals. Additionally, the ability to investigate the effect of exogenous chemicals is limited due to the nature of in vivo experimentation. In contrast, the isolation of primary hepatocytes from mouse liver provides an affordable avenue to pursue¹¹. Furthermore, studying hepatocytes in culture allows investigators to study the effects of varying chemicals on lipid processing while circumventing the difficulties of in vivo experimentation. Finally, isolated hepatocytes avoid any confounding from varying genetics since they are derived from the liver of a single animal.

Here we isolate and culture of hepatocytes, and we measure β-fatty acid oxidation and de novo lipogenesis, using radiolabeled palmitate. The protocol detailed below is straight forward, effective, and reproducible.

研究方案

所有的动物实验应按照当地和联邦法规和体制IACUC和辐射安全管理局批准进行。

1.准备

1. 该法的若干天前，解冻一瓶500毫升肝脏消化培养基（LDM），并重新冻结〜35毫升分装在50毫升锥形管。储存在-20℃直到需要。
2. 在试验前一天，通过高压灭菌前消毒清洁清扫工具。
3. 在测定当天，治疗的24孔培养板的必要的量与胶原蛋白。
   1. 混合1份3毫克/毫升鼠尾胶原与50份PBS中。加约500μl到一个24孔板的每个孔中，并孵育在室温下3-5分钟（RT）。取出胶原蛋白，并允许板晾干的引擎盖。重复的至少一个额外的时间。
      注意:胶原涂层可以在广告中进行长达一周万斯和板保存在4℃的保鲜膜密封。
4. LDM准备用于分析:解冻LDM和温暖至37℃，并用1N KOH调节pH值至7.4。使用过滤0.2微米的注射器过滤器并将其放置在一个循环42℃水浴。
5. 温馨25毫升肝脏灌注中，以42℃的循环水浴。
6. 准备90％的胶体二氧化硅涂有聚乙烯吡咯烷酮的解决方案:加入1毫升的10倍DPBS到9毫升胶态氧化硅涂有聚乙烯吡咯烷酮。调整使用0.1N盐酸pH值至7.4。用无菌0.2微米的注射器过滤器进行过滤。存储在RT。
7. 温暖的电镀液至37℃。

2.隔离主小鼠肝细胞的

1. 设置蠕动泵，管道和解剖表:通过用5毫升70％的乙醇在蒸馏水中，接着用10毫升无菌水中冲洗消毒管材。将油管肝脏灌注中，并运行泵填写油管的整个长度。
2. 通过体制认可的方法，牺牲鼠标。
3. 解剖打开腹腔:用70％乙醇宽松喷雾鼠标腹部。使用钝端剪刀，通过真皮进行中线切开腹部的长度和反映横向。做一个类似的切口，在腹膜，露出内脏。
   1. 用钝刀，轻轻地取代了肠子，露出腹部血管找到腹部下腔静脉（IVC），然后将血管下方的缝合线，远端肾静脉
4. 远端的缝合线，放置一个针头和导管插入下腔静脉，它前进超越了缝合线的水平。与针仍然就位，配合围绕导管缝合到保持在适当位置。小心取出针。如果做得正确，血液流经的导管。
5. 用移液管，填补灌注中导管的其余区域，确保没有空气存在。精雕细刻，连接管路的导管。
6. 解剖开肺腔:轻轻地反映上级肝叶，露出隔膜。仔细穿刺尖端剪刀隔膜，然后做一个横向切口，显露胸膜腔，注意避免胆囊及胸腔血管。周围放置胸下腔静脉刚好接近肝静脉牛头犬钳。
7. 切门静脉，然后打开泵在3 - 4毫升/分钟。使用约20 ml的灌注介质灌注肝灌注培养基肝5分钟。
   注:肝应立即从红色变为灰/棕褐色。如果肝脏的部分保持为红色，这可能表示灌注不良，成功分离的可能性大大降低。在灌注，要小心，以确保没有用完的媒介，而没有气泡进入管。
8. 继5分钟孵化，停止泵和管道传送到肝消化物培养基。重新启动泵和灌注肝脏另一个10 - 15分钟（直到介质是耗尽）。
9. 在灌注结束时，停止泵。肝脏应该有一个粉红色的色调，并出现一定程度的放大。切除肝经仔细解剖。取出胆囊和肝脏转移到10cm组织培养皿。
10. 在生物安全柜，加入10 ml的电镀培养基（表1）到肝脏。轻轻刮去使用或者镊子或手术刀去除肝细胞肝癌。使用100微米的细胞过滤并转移到50毫升锥形管过滤悬浮液。一个额外的10毫升电​​镀液中和池50毫升的锥形管清洗板。
11. 通过在350×g离心，4℃离心5分钟沉淀细胞。
12. 吸中期和10毫升电​​镀液中悬浮颗粒和加入10毫升90％的胶体二氧化硅涂宝lyvinylpyrrolidone。轻轻离心混合的步骤2.11。离心后，一层的死细胞将浮在混合物的顶部，同时活细胞将沉淀在底部。
13. 吸死细胞和介质。用20毫升电镀液，离心机在2.11的洗净2次。
14. 悬浮细胞在10毫升平板培养基中。计数细胞，血球和放置^9×10 4个细胞/孔在胶原处理的24-孔培养皿。孵育在37℃组织培养箱2小时。每个板可用于任一脂肪酸氧化测定法或在脂肪形成试验。
15. 或者，在37℃下改变井维护中（ 表1）和文化。细胞可培养2 - 3天没有影响检测结果。

3脂肪酸氧化测试

警告:使用放射性可能非常危险。所有的采购，仓储，装卸，以及二放射性物质的sposal应按照机构，州和联邦的条例和准则进行。

1. 16 - 20小时前的检测，洗涤细胞2次，温PBS。改变的细胞于无血清血清饥饿培养基（表1）与20nM的胰高血糖素孵育过夜，在37℃。
   注意:因为胎牛血清包含未知浓度的代谢激素（例如胰岛素，胰高血糖素），血清饥饿细胞，以消除任何混杂影响，这可能对分析。细胞是可行的血清饥饿培养基为> 24小时。胰高血糖素的治疗是用于刺激的肝细胞内的脂肪酸氧化。
2. 在测定的早晨，准备预孵化培养基:重悬棕榈酸钠适量在超纯水中，使得100mM的溶液，并加热到70℃10分钟。在此期间，准备所需量（每24孔板的0.5毫升）的DMEM用25mM HEPES，1％BSA级分V，且为20nM胰高血糖素。加热至37℃。
   1. 一旦溶解，棕榈酸酯添加到250微米到培养基中的最终浓度。改变肝细胞预孵育培养基，37℃下2小时。保留一些预孵育培养基，在37℃以备后用。
3. 在培育期间，通过蒸发干燥在氮气^{14 C-}棕榈酸适量（加入0.5uCi /孔）。
   1. 例如，为了测量24个样品在一个24孔板中，转移的0.1微居里/毫升^{14 C-}棕榈酸酯120微升到1.5ml管中。慢慢蒸发乙醇通过在从3-5厘米的距离在通风橱中的溶液吹入氮气溶剂。溶剂应当蒸发在大约30 - 40分钟，留下干^{14 C-}棕榈酸酯在管的底部。
4. 在孵育结束前大约15分钟，重悬¹⁴C-棕榈酸酯在0.1N氢氧化钠（12.5微升/微居里）。孵育在70℃下10分钟。添加三卷温暖预培养介质，并通过上下抽吸混合。
5. 25微升稀释¹⁴ C-棕榈酸酯以及穗每个。轻摇板混合并在37℃下90分钟。这就是试验板。
6. 在孵化，准备过滤纸碟（ 图1）。
   1. 从无菌24孔板取下盖子。放置一个2厘米×2厘米一片滤纸在每孔的底部。采用了一块4"×7"封口膜叠加的板块。
   2. 采用大的矩形对象，诸如移液器尖端框，擦上井的封口膜穿孔的封口膜在井孔和形成密封在所述板的剩余部分。除去封口膜的穿孔圈现已覆盖的水井。板现在应盖紧封口膜在各个领域，除了良好Øpenings。
7. 10分钟孵化结束前，加入200微升3 N的NaOH滤纸板的每个孔，确保滤纸吸收所有的液体。
   1. 任选在冷冻前，将培养基转移到新鲜的24孔板中。用PBS洗涤一次后，裂解剩余的细胞在0.1N HCl和计算通过BCA测定蛋白质含量。
8. 在孵育结束时，管理单元冷冻在液氮中的试验板。要小心，以确保每口井，然后再继续被完全冻结。
9. 加入100微升70％高氯酸的到测定板的每个孔中。立即盖上滤纸盘。将平板在轨道摇床中岩石在为80rpm轨道速度在RT 2小时。
10. 继温育后，处理该样品:
    1. 为了测量_CO 2的级分，在闪烁的滤纸方块转移到4ml液体闪烁流体小瓶和措施¹⁴ C信号。
    2. 为了测量酸可溶性材料，400微升培养基的转移到1.5ml微量离心管中。以最大速度离心10分钟。加入100微升所得上清以500微升2:1氯仿 - 甲醇（体积/体积），和涡旋简要。
       1. 再次加入250微升水到混合物中，并涡旋。离心样品在3000×g的10分钟。转移200μl的上层相的到4ml液体闪烁液的闪烁小瓶，测量¹⁴ C信号。

4.脂肪生成分析

1. 傍晚开始前测定，用温热的PBS洗涤细胞2次。改变肝细胞血清饥饿培养基与100纳米胰岛素。孵育过夜，在37℃。
   注:由于胎牛血清含有未知浓度的代谢激素（ 如胰岛素，胰高血糖素），血清饥饿细胞，以消除任何混杂影响，这可能对分析。细胞是可行的血清饥饿培养基为> 24小时。胰岛素是用在该测定刺激脂肪生成。
2. 使脂肪生成介质:血清饥饿培养基用100nM胰岛素，10μM冷醋酸和0.5微居里³ H-醋酸每口井。改变细胞脂肪生成培养基孵育在37℃下2小时。包括感兴趣的任何化合物进行测试。
3. 培养结束后，洗涤细胞2次，用PBS。裂解细胞刮中120微升0.1N盐酸。储备10微升的蛋白质检测（通过BCA法评估），并转移100微升至1.5 ml离心管中。
4. 提取脂质，通过加入500微升2:1氯仿 - 甲醇（体积/体积）。短暂涡旋并在室温下孵育5分钟。加入250微升水，涡旋并在室温下孵育另外5分钟。样品离心在3000 XG，室温10分钟。小心在闪烁瓶中下层相转移到4ml液体闪烁流体，并测量³ H活性。

结果

肝细胞隔离通常会导致1 - 3×10 ⁷个细胞。过夜温育后，将细胞会出现六角形，其中许多将双核（图2）。健康的细胞中不应有肉芽或泡，这是指示细胞死亡的。

在一般情况下，脂肪酸氧化法是运行在每个测试化合物，三时五十七重复。计数的_CO 2的样品是大约五分之一的那些从酸可溶性物质衍生的。我们通常计算_的 CO 2与酸可溶性材料作为完...

讨论

从牺牲灌注时间应小于3分钟的理想灌注和肝脏的胶原酶消化。一旦灌注灌注中启动，肝应立即改变外观，从红色到浅。经过与LDM大约10分钟的潜伏期，会使肝脏出现浮肿和粉红色。倘灌注不足，肝脏可能不表现出这些变化，而这通常会导致较低的肝细胞的产率。

以下的洗涤步骤后，分离的肝细胞可以在电镀之前被存储数小时悬浮液在冰上。一旦镀金，培养肝细胞需要几个小?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Liver Perfusion Medium	Life Technologies	17701038
Liver Digest Medium	Life Technologies	17703034	Aliquot and store at -20 °C
PBS	Corning	21-040-CV
10X DPBS	Corning	46-013-CM
DMEM	Corning	10-017-CV
FBS	Life Technologies	26140079
Collagen	Life Technologies	A1048301
Colloidal silica coated with polyvinylpyrrolidone	GE Life Sciences	17-0891-01
Sodium Pyruvate	Cellgro	25-000-CI
Penicillin / Streptomycin	Cellgro	30-001-CI
Insulin	Sigma	I0516-5ML
Dexamethasone	Sigma	D2915-100MG
Albumin (BSA), Fraction V	MP Biomedicals	103703
24-Well Culture Dish	Corning Falcon	353047
Tygon S3 Tubing	Cole Parmer	06460-34
Male Leur Lock to 200 Barb Connectors	Cole Parmer	45518-00
24 G x 3/4" Catheter	SurFlo	SROX2419CA
Perma-Hand Silk Suture	Ethicon	683G
Cell Strainer	Corning Falcon	08-771-2
IsoTemp 3013HD Recirculating Water Bath	Fisher	13-874-3
MasterFlex C/L Peristaltic Pump	MasterFlex	HV-77122-24
Microclamp	Roboz	RS-7438	Pre-sterilize in autoclave
5” Straight, Blunt-Blunt Operating Scissors	Roboz	RS-6810	Pre-sterilize in autoclave
24 mm Blade Straight, Sharp-point Microdissecting Scissors	Roboz	RS-5912	Pre-sterilize in autoclave
4” 0.8 mm Tip Microdissecting Forceps	Roboz	RS-5130	Pre-sterilize in autoclave
4” 0.8 mm Tip Full Curve Microdissecting Forceps	Roboz	RS-5137	Pre-sterilize in autoclave
60 ml Syringe	Becton Dickinson	309653
50 ml conical tubes	Corning Falcon	352070
BCA Protein Assay	Thermo Scientific	23225
Biosafety Cabinet
CO2 Incubator
Serological pipets
1,000, 200, 20 μl pipet and tips