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MASH GAN/AMLN-like小鼠动物模型:治疗阶段高脂高果糖饮食要不要继续
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PREFACE 00

前言

GAN、AMLN-like以及其他Western-like高脂高果糖高胆固醇饮食模型,是目前MASH临床前药效评价中较常用的一类代谢背景型模型。与胆碱缺乏或单纯肝毒性模型相比,这类模型能够同时形成肥胖、胰岛素抵抗、肝脂肪变、炎症以及逐渐进展的纤维化,更适合代谢药、肝靶向药和疾病修饰类候选药的长期评价。

但当模型完成数十周诱导、准备进入正式治疗阶段时,经常会遇到一个看似简单、实际上直接影响药效结论的问题:开始给药以后,高脂高果糖高胆固醇饮食还要不要继续?

如果继续疾病饮食,动物会在持续代谢压力下接受治疗,更接近“患者仍然存在肥胖、胰岛素抵抗和代谢危险因素时,药物能否逆转已经建立的MASH”;如果给药同时换回普通饲料,体重、肝脂、转氨酶、炎症甚至部分纤维化本身就可能随饮食改善而下降,此时最终看到的是“药物+饮食干预”的叠加结果。

因此,这个问题没有脱离研发目的的统一答案。但如果正式项目的核心目标是评价候选药对已经建立MASH的独立治疗作用,治疗阶段通常应继续维持原有MASH饮食。只有当项目本身就希望模拟“生活方式干预+药物”的临床场景,或者研究疾病消退和停药维持,换回正常饮食才应该成为实验设计的一部分。

真正需要避免的,是一边开始给药、一边把造模饮食撤掉,却仍然把全部改善都解释成候选药药效。

导读

一、GAN/AMLN-like模型为什么特别容易受到饮食切换影响 二、正式治疗性药效为什么通常应该继续MASH饮食 三、换回普通饲料以后,哪些终点会首先自行改善 四、什么情况下治疗阶段反而应该主动换饮食 五、减重药继续高脂饮食以后,为什么还需要配对摄食对照 六、抗纤维化项目为什么尤其不能轻易在治疗期撤饮食 七、不同研发目的应该怎样设置治疗阶段分组 八、治疗期继续疾病饮食时,主要终点应该怎样排序 九、哪些结果提示模型或实验设计需要进一步升级

一、GAN/AMLN-like模型为什么特别容易受到饮食切换影响

GAN和AMLN-like模型并不是单纯用高脂饲料把动物“喂胖”。其核心设计是在较高脂肪供能基础上加入果糖、蔗糖和胆固醇,通过持续的能量过剩、糖脂代谢异常和胆固醇负荷共同推动MASH形成。

以常见GAN配方为例,脂肪供能约占40%,同时含有较高比例果糖、蔗糖和约2%胆固醇。不同Western-like或AMLN-like方案在脂肪来源、果糖比例和胆固醇含量上有所不同,但共同特点都是持续给予明显高于普通饲料的代谢压力。

模型建立以后,动物通常不仅出现肝脂肪变,还伴随体重增加、脂肪组织扩张、胰岛素抵抗、肝细胞损伤、炎症和逐渐累积的胶原沉积。长期模型中,这些变化形成了一个相互维持的病理网络:脂肪组织持续提供游离脂肪酸,果糖推动肝内脂质生成,胆固醇和脂毒性加重肝细胞应激,受损肝细胞和免疫细胞进一步激活肝星状细胞。

因此,治疗阶段突然换回普通饲料并不是一个中性的“停止造模”操作,而本身就是一个强干预。

动物能量摄入和脂质负荷下降以后,体重和脂肪组织会发生变化,肝内脂质输入减少,胰岛素敏感性改善,转氨酶和肝脏炎症可以随之下降。随着时间延长,部分纤维化相关指标也可能改善。

这意味着GAN/AMLN-like模型与一些一次性化学诱导模型存在明显不同。PAN、STZ或单次毒物模型在刺激完成后可以进入治疗阶段,而代谢型MASH模型的“致病因素”就是每天持续摄入的饮食环境。如果撤掉饮食,等于同时撤掉了最核心的疾病驱动因素之一。

二、正式治疗性药效为什么通常应该继续MASH饮食

如果候选药计划开发成MASH治疗药物,正式临床前研究通常希望回答的是:在肥胖、胰岛素抵抗、异常营养负荷等危险因素仍然存在的背景下,药物能不能改善已经形成的肝脏病变。

在这种情况下,更合理的设计通常是先用GAN或AMLN-like饮食建立稳定MASH,再在治疗阶段继续原来的疾病饮食,同时加入候选药。

近年的GAN DIO-MASH正式药效研究已经越来越采用这种设计。动物经过约30周甚至更长时间的疾病饮食后,部分研究进一步做治疗前肝活检,确认NAS和纤维化达到纳入标准,再随机进入给药组。进入治疗阶段以后,模型动物仍然继续GAN饮食,并进行8周、12周、16周甚至更长时间的治疗。

这种设计有三个明显优势。

第一,疾病压力保持稳定。模型组在治疗期不会因为饮食突然改善而出现快速自然恢复,因此候选药和模型组之间的差异更容易解释成真正的药效。

第二,更容易判断疾病修饰能力。如果候选药在持续高热量、高果糖和高胆固醇压力下仍然能够降低NAS、炎症和纤维化,说明它面对的是一个仍在被推动的疾病过程,而不是顺着自然恢复趋势加快一点改善。

第三,更容易比较不同机制药物。GLP-1类、FGF21类、THR-β激动剂和直接抗纤维化药物的作用方式不同,如果治疗期同时改变饮食,饮食带来的巨大代谢改善可能压缩不同候选药之间的差异。

治疗阶段设计主要回答的问题药效解释难度
继续GAN/AMLN-like饮食+给药药物能否治疗持续代谢压力下的MASH最清晰
换普通饲料+不给药单纯生活方式改善能让疾病恢复多少清晰
换普通饲料+给药药物能否在生活方式改善基础上提供增量需要额外对照
继续疾病饮食+限制摄食单纯减重能改善多少MASH适合减重机制拆分
给药同时换普通饲料,但无饮食恢复对照无法区分药物和饮食贡献不推荐

所以,对于大多数正式候选药药效项目,治疗阶段继续原来的MASH饮食通常应该作为默认方案,而不是结束造模以后自动换回普通饲料。

SECTION 01

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换回普通饲料以后,哪些终点会首先自行改善

换回普通饲料以后,不同MASH终点并不会按照完全相同的速度恢复。理解这种时间差异,对于判断“药效被饮食放大到什么程度”非常重要。

最早发生变化的通常是能量代谢和肝脂负荷。动物摄入脂肪、果糖和胆固醇减少后,体重增长会明显放缓,部分动物开始减重,肝脏甘油三酯和脂肪变也会较快下降。随后ALT、AST以及部分炎症指标往往同步改善。

肝组织活动度通常也比纤维化恢复得快。脂肪变和小叶炎症下降以后,NAS可以明显改善,但已经形成的胶原和纤维隔不会以同样速度消失。纤维化的逆转需要肝星状细胞失活、细胞外基质降解以及组织结构重新塑形,因此通常具有更长时间尺度。

这会产生一个很常见的结果:换回普通饲料几周以后,动物体重、ALT和脂肪变已经明显改善,但Picrosirius Red染色或者fibrosis stage变化仍然有限。随着观察时间进一步延长,部分纤维化定量指标才开始下降。

对于候选药项目,这种自然恢复会造成两种不同干扰。

如果药物主要改善脂肪变和炎症,换饮食本身已经具有很强的同方向作用,模型组和给药组之间的差距容易被压缩;如果药物主打抗纤维化,长期饮食恢复又可能让模型组自身的胶原逐渐下降,从而把真正的药物抗纤维化效应和自然消退混在一起。

终点换回健康饮食后的典型变化速度对药效评价的潜在影响
摄食能量/体重较快强烈干扰减重和代谢药
肝脂肪变较快容易与肝靶向降脂药重叠
ALT/AST较快至中等容易放大“肝保护”印象
胰岛素抵抗较快至中等干扰代谢类候选药
小叶炎症中等可能减少炎症药的药效窗口
α-SMA/纤维生成中等至较慢需要结合病程判断
胶原面积较慢长疗程中仍可能自然下降
Fibrosis stage最慢、离散度较大短期不一定同步改变

因此,治疗期间是否继续疾病饮食,不能只看“模型还能不能维持”,还取决于项目最重要的终点位于哪一个病理层级。

SECTION 02

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什么情况下治疗阶段反而应该主动换饮食

继续疾病饮食是评价独立药物疗效的常用方案,但并不意味着所有项目都必须如此。如果研究问题本身就是“生活方式改变以后,候选药还能提供多少增量”,治疗期换饮食反而是合理设计。

1、产品定位本身就是“药物+生活方式干预”

临床MASH患者通常会接受饮食、运动和减重建议。如果候选药后续的临床开发明确建立在生活方式管理基础上,那么临床前也可以增加“健康饮食+候选药”组,模拟这种组合场景。

但这时候必须同时设置“健康饮食+Vehicle”组。

只有比较这两个组,才能回答在相同生活方式改善基础上,候选药究竟增加了多少额外获益。如果只把给药组换饮食,而模型Vehicle组继续GAN饮食,得到的差异几乎无法解释。

2、研究疾病消退机制

如果课题重点本身就是MASH regression,例如研究肝星状细胞如何失活、巨噬细胞如何参与胶原降解,换回普通饲料可以作为主动诱导疾病消退的手段。

这类实验的研究问题已经不是“药物治疗持续MASH”,而是“撤除代谢损伤以后疾病如何恢复”。模型设计逻辑完全不同。

3、评价停药后的维持效果

某些候选药长期治疗后可能进入停药观察。此时可以设计停止药物并改善饮食,观察此前的疾病获益是否维持,或者不同治疗组进入相同健康饮食后,残留纤维化是否存在差异。

这种设计适合后期机制和耐久性研究,不适合作为首轮正式药效的唯一方案。

4、明确研究药物和饮食是否存在协同作用

可以采用2×2设计,把疾病饮食/健康饮食与Vehicle/候选药两个因素完全拆开。

组别饮食给药能回答的问题
模型对照GAN/AMLN-likeVehicle持续疾病自然进展
药物组GAN/AMLN-like候选药独立药物作用
饮食改善组普通饲料Vehicle单纯生活方式作用
联合组普通饲料候选药药物+饮食的联合或增量效应

这种设计动物数量会明显增加,但如果项目本身需要回答生活方式和药物相互作用,价值要明显高于简单增加一个候选药剂量组。

SECTION 03

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减重药继续高脂饮食以后,为什么还需要配对摄食对照

治疗期继续GAN或AMLN-like饮食,并不能自动解决GLP-1、GIP/GLP-1、GCGR、胰淀素以及其他强减重药物的全部解释问题。

原因在于这些药物虽然面对的是同样的高热量饲料,但动物可能主动少吃很多。

例如候选药治疗以后摄食量下降,体重减少20%,模型组仍然自由摄食。随后给药组肝脂、ALT、炎症和纤维化全部改善。这个结果具有临床价值,但如果研究进一步宣称候选药具有独立于减重的直接肝保护作用,就还缺少一层关键证据。

近年的GAN研究已经直接表明,仅通过限制GAN饮食摄入,使对照动物达到与干预组相似的体重下降,本身就能够明显改善MASH组织学和代谢终点。

因此,对于强减重药,最理想的机制拆分不是停止GAN饮食,而是在继续同一种GAN饮食的前提下增加配对摄食或者体重匹配组。

例如:

模型组自由摄食GAN饮食;候选药组自由摄食GAN饮食;体重匹配组不给候选药,但限制GAN饮食摄入,使其体重下降幅度尽量接近候选药组。

如果候选药组和体重匹配组都减重20%,但候选药组NAS、炎症或者纤维化改善明显更多,才更支持存在独立于减重的额外肝脏作用。

同时,摄食量最好持续记录。仅看最终体重并不足够,因为两个动物都下降15%体重,一个可能来自明显食欲抑制,另一个可能来自能量消耗增加,其代谢过程并不一样。

结果组合更合理的解释
候选药组≈体重匹配组主要肝脏获益可能来自减重
候选药组明显优于体重匹配组支持减重之外的额外肝脏药效
候选药减重更少,但肝病理改善更多更支持直接肝脏/代谢机制
摄食下降明显,但体重变化有限需要考虑能量消耗和吸收变化
体重快速下降,纤维化短期无明显改变可能只是治疗周期不足

对于这类候选药,pair-fed或weight-matched设计通常比“换普通饲料”更适合拆分药物和减重,因为它保留了相同疾病饮食组成,只改变总能量摄入。

SECTION 04

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抗纤维化项目为什么尤其不能轻易在治疗期撤饮食

如果候选药主打直接抗纤维化,治疗阶段饮食设计比代谢类项目更加重要。

抗纤维化项目真正需要证明的通常不是“胶原最终比较少”,而是候选药能否改变已经建立的纤维化进程。要回答这一点,需要首先确认治疗开始时动物已经具有稳定纤维化,然后在持续疾病压力下观察候选药是否减少新的纤维生成、促进既有胶原消退或者阻止纤维化继续进展。

因此,近年来更严格的GAN DIO-MASH研究会在长期疾病饮食以后先进行肝活检。只有达到预设NAS和纤维化程度的动物才进入正式治疗,再根据活检得到的PSR胶原面积或fibrosis stage进行分层随机。治疗阶段仍然继续GAN饮食。

这种设计最大的优势,是能够真正比较“治疗前”和“治疗后”。

如果模型组从基线F1进一步发展,而候选药组维持F1,说明药物可能主要阻止纤维化进展;如果候选药组治疗后PSR面积低于自己的治疗前基线,则更支持已有纤维化开始消退。

反过来,如果给药同时换回普通饲料,两组动物都可能进入不同程度的自然消退,此时很难判断候选药到底阻止了多少纤维化、逆转了多少纤维化。

还需要注意,fibrosis stage和定量纤维化指标并不总是同步。近期长期GAN研究已经显示,治疗可以明显降低α-SMA、COL1A1和PSR定量面积,但fibrosis stage未必在同样时间范围内出现一致下降。

因此,正式抗纤维化项目最好同时保留:

治疗前肝活检;终点fibrosis stage;PSR或Sirius Red定量;α-SMA等纤维生成指标;COL1A1等ECM指标;循环纤维化标志物;必要时增加胶原合成和降解相关指标。

这几层共同使用,才能区分“减少新胶原生成”和“真正让已有瘢痕消退”。

SECTION 05

05

不同研发目的应该怎样设置治疗阶段分组

治疗阶段饮食是否继续,最终要跟候选药的研发问题绑定。

1、普通代谢或肝靶向候选药

如果目的只是回答药物在已建立MASH中的独立治疗作用,最简洁的核心框架如下:

组别治疗阶段饮食处理
正常对照普通饲料Vehicle
MASH模型GAN/AMLN-likeVehicle
阳性参照GAN/AMLN-likeReference
候选药低剂量GAN/AMLN-likeLow dose
候选药中剂量GAN/AMLN-likeMiddle dose
候选药高剂量GAN/AMLN-likeHigh dose

这类正式药效没有必要为了“治疗期”把饮食切回普通饲料。

2、强减重候选药

建议在基础框架之外增加体重匹配或配对摄食组。

组别饮食特殊设计
MASH模型GAN自由摄食
候选药GAN自由摄食+给药
体重匹配组GAN限制摄食,使体重匹配候选药组

如果需要证明候选药独立于减重的肝脏作用,这一组通常比额外增加第四个剂量更有价值。

3、生活方式联合治疗项目

如果明确研究“药物+健康饮食”,建议采用完整的2×2框架,不能只在给药组换饮食。

4、直接抗纤维化项目

建议增加治疗前基线活检组或采用同一动物治疗前后肝活检,并继续GAN/AMLN-like饮食。对于强抗纤维化候选物,如果普通GAN纤维化程度不足,还可以考虑延长造模时间,或者根据研发需求升级到GAN联合低剂量CCl4等更强纤维化模型,而不是通过治疗期换饮食制造一个更容易改善的结果。

SECTION 06

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治疗期继续疾病饮食时,主要终点应该怎样排序

持续GAN/AMLN-like饮食能够让模型保持疾病压力,但并不意味着所有指标都应该作为同等级终点。不同候选药应根据产品定位提前确定主要终点。

1、代谢/减重类候选药

首先要区分“动物瘦了多少”和“肝脏病理改善多少”。

层级建议终点
能量代谢体重曲线、摄食量、体脂、脂肪垫重量
糖脂代谢空腹血糖、胰岛素、HOMA-IR、OGTT、TC、TG
肝损伤ALT、AST、肝重
MASH活动度脂肪变、小叶炎症、气球样变、NAS
纤维化Fibrosis stage、PSR、α-SMA、COL1A1

如果候选药主要通过减重起效,不需要强行证明“独立肝效应”;但如果产品定位本身强调直接作用于肝脏,就必须加入体重匹配设计。

2、肝靶向脂质代谢药

这类产品应进一步增加肝组织药物暴露、肝TG/TC以及靶点PD。肝脂下降以后,再向NAS和纤维化传递。

如果血浆暴露很低、肝组织暴露充分,同时在体重变化很小的情况下明显改善肝脂和组织病理,会更加符合肝靶向产品定位。

3、直接抗炎药

不能只看ALT和Galectin-3。还需要区分脂肪变有没有变化,并确认炎症下降究竟是独立效应还是因为肝脂减少造成的继发结果。必要时可以在组织学分析中对脂肪面积进行校正。

4、直接抗纤维化药

最重要的不是把NAS全部做成阳性,而是确认纤维生成和胶原终点。对于这类药,体重和肝脂不明显改善并不意味着药效失败,只要在疾病压力保持的情况下真正降低了纤维生成或阻止了纤维化进展。

SECTION 07

07

哪些结果提示模型或实验设计需要进一步升级

治疗期继续疾病饮食以后,如果候选药仍然出现非常好的药效,并不意味着项目已经不需要继续判断模型边界。

第一种情况是候选药几乎只改善体重和脂肪变,对纤维化作用很弱。此时如果产品定位就是代谢改善,可以接受;如果项目要进一步主张抗纤维化,则需要延长治疗周期。近期GAN模型中,部分代谢药在12周时已经明显改善体重、ALT和NAS,但较稳定的定量纤维化改善往往需要16周甚至更长时间。

第二种情况是模型纤维化太轻,候选药缺少足够窗口。如果治疗开始时多数动物仍然只有非常轻的F1病变,短时间内很难评价真正的纤维化逆转。这时更应该延长疾病诱导、增加治疗前活检筛选,或者升级模型,而不是在统计上继续增加大量纤维化指标。

第三种情况是候选药直接命中GAN配方中的某一个强刺激因素。例如药物主要抑制胆固醇吸收或胆汁酸相关通路,而GAN/AMLN-like配方本身含有较高胆固醇。这种情况下得到显著药效具有合理性,但也可能存在“模型—靶点耦合”放大。进入下一阶段后,可以增加胆固醇含量更接近生理背景的Western-like模型,判断结果是否具有普适性。

第四种情况是候选药主要改善气球样变,而当前GAN体系中气球样变本身较轻、重复性有限。即使其他MASH指标稳定,模型也未必适合这个具体研发主张。此时应该选择能够更稳定形成肝细胞损伤和气球样变的第二模型,而不是勉强把GAN中的轻微变化作为主要终点。

第五种情况是候选药面向合并重度2型糖尿病的MASH人群。普通GAN DIO-MASH虽然能够形成肥胖和胰岛素抵抗,但并不一定达到明显糖尿病水平。此时可以进一步增加更强糖尿病背景的第二模型,验证药效在严重代谢异常下是否仍然成立。

所以,治疗阶段是否继续高脂高果糖高胆固醇饮食,本质上不是一个饲养细节,而是决定实验最终回答什么问题的核心设计变量。如果目的是评价候选药治疗已经建立MASH的独立药效,最稳妥的方案通常是继续维持原有疾病饮食;如果目的是研究生活方式改善,则应该把饮食切换本身作为一个正式干预因素设置独立对照。

真正高质量的GAN/AMLN-like药效研究,需要把“疾病饮食”“总能量摄入”“体重变化”和“候选药作用”四个因素尽量拆开。只有这样,体重下降、肝脂改善、炎症消退和纤维化变化之间的因果关系才不会被混在一起,后续的剂量选择、机制判断和第二模型升级也会更加清晰。

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