扁蒴藤素對肺纖維化模型小鼠肺組織形態及轉化生長因子-β1、α-平滑肌肌動蛋白表達的影響

蔣金桃 崔國良 馮小可 甘可 談文峰 張前德

摘要：目的? 觀察扁蒴藤素對肺纖維化模型小鼠肺組織形態及轉化生長因子（TGF）-β1、α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）表達的影響，探討其作用機制。方法? 采用氣管內注射博來霉素溶液制備小鼠肺纖維化模型。將32只雄性C57BL/6J小鼠隨機分為正常組、模型組、扁蒴藤素組及吡非尼酮組，每組8只。正常組和模型組給予等量生理鹽水腹腔注射，扁蒴藤素組給予1 mg/kg扁蒴藤素溶液腹腔注射，吡非尼酮組給予50 mg/kg吡非尼酮溶液腹腔注射。給藥體積10 mL/kg，每日1次，連續28 d。取肺組織行HE及Masson染色，評估小鼠肺組織病理學變化及膠原沉積;免疫組化和Western bot檢測小鼠肺組織TGF-β1及α-SMA蛋白的表達。結果? HE及Masson染色顯示，扁蒴藤素組小鼠肺泡炎及肺纖維化評分低于模型組（P<0.05，P<0.01）;免疫組化及Western blot結果顯示，與正常組比較，模型組小鼠TGF-β1及α-SMA蛋白表達明顯升高;與模型組比較，扁蒴藤素組和吡非尼酮組小鼠肺組織TGF-β1及α-SMA蛋白表達顯著下降（P<0.05，P<0.01）。結論? 扁蒴藤素可改善模型小鼠肺纖維化，其機制可能與抑制TGF-β1及α-SMA蛋白表達有關。

關鍵詞：扁蒴藤素;肺纖維化;轉化生長因子-β1;α-平滑肌肌動蛋白;小鼠

中圖分類號：R285.5? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1005-5304（2020）04-0041-05

DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.201910238

Effects of Pristimerin on Morphology of Lung Tissue and Expressions of TGF-β1

and α-SMA of Pulmonary Fibrosis Model Mice

JIANG Jintao1，2， CUI Guoliang1，2， FENG Xiaoke1，2， GAN Ke3， TAN Wenfeng1，2， ZHANG Qiande1，2

1. Institute of Integrated Medicine， Nanjing Medical University， Nanjing 210029， China;

2. The First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University， Nanjing 210029， China;

3. Nanjing University of Chinese Medicine， Nanjing 210023， China

Abstract： Objective To explore the effects of pristimerin on Morphology of lung tissue and the expressions of TGF-β1 and α-SMA of pulmonary fibrosis model mice; To explore the action mechanism. Methods A mouse lung fibrosis model was prepared by intratracheal injection of bleomycin solution. 32 male C57BL/6J mice were randomly divided into control group， model group， pristimerin group and pirfenidone group， with 8 mice in each group. The control and model groups were given the same amount of saline by intraperitoneal injection; the pristimerin group was given 1 mg/kg pristimerin by intraperitoneal injection， and the pirfenidone group was given 50 mg/kg pirfenidone by intraperitoneal injection. The administration volume was 10 mL/kg once a day for 28 consecutive days. Lung tissues were obtained by HE and Masson staining to evaluate the pathological changes and collagen deposition in the lung tissues of mice. Immunohistochemistry and Western blot were used to determine the expressions of TGF-β1 and α-SMA proteins in the lung tissues of mice. Results HE staining and Masson staining showed that alveolar inflammation and pulmonary fiber score in mice of pristimerin group were significantly lower than the model group （P<0.05， P<0.01）. The results of immunohistochemistry and Western blot showed that compared with the control group， the protein expressions of TGF-β1 and α-SMA in the model group significantly increased; Compared with the?model group， the protein expressions of TGF-β1 and α-SMA in the lung tissues of mice in the pristimerin group and pirfenidone group were significantly reduced （P<0.05， P<0.01）. Conclusion Pristimerin can relieve bleomycin- induced pulmonary fibrosis in mice， and the mechanism may be related to the down-regulation of protein expressions of TGF-β1 and α-SMA.

Keywords： pristimerin; pulmonary fibrosis; TGF-β1; α-SMA; mice

肺間質纖維化是硬皮病等多種結締組織病的常見并發癥[1]，患者通常伴有進行性呼吸困難和肺功能惡化，目前臨床上對肺纖維化治療手段匱乏，預后較差，死亡率高。轉化生長因子（TGF）-β1是目前研究最為廣泛的促纖維化因子之一，被認為在肺纖維化進程中起到至關重要的作用[2]。TGF-β1會導致肌成纖維細胞的異常活化、過度表達α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）并導致細胞外基質（ECM）過量產生，最終導致肺組織結構重塑、肺功能受損[3]。靶向抑制TGF-β1信號傳導途徑是改善肺纖維化的有效治療策略[4]。盡管美國食品藥品管理局批準的吡非尼酮和尼達尼布可減緩肺纖維化病程進展[5]，但其治療成本較高、不良反應大[6]，不能從根本上解決問題。因此，尋找新的治療藥物并證明其功效是肺纖維化患者的首要需求。

扁蒴藤素（Pristimerin）是衛矛科南蛇藤的主要活性成分，屬醌甲基三萜類化合物，具有廣譜抗腫瘤、抗炎、抗氧化等藥理活性[7]。最新研究顯示，扁蒴藤素可通過抑制相關纖維化基因阻斷多柔比星誘導的心肌纖維化[8]。為驗證扁蒴藤素在肺纖維化中的作用，本實驗觀察扁蒴藤素對博來霉素誘導的肺纖維化模型小鼠肺組織形態及TGF-β1、α-SMA表達的影響，并初步探討其可能的作用機制。

1? 實驗材料

1.1? 動物

SPF級雄性C57BL/6J小鼠32只，20～25 g，8～10周齡，購于南京市江寧區青龍山動物繁殖中心，動物許可證號SCXK（蘇）2017-0001。飼養于南京醫科大學峨眉嶺實驗動物中心SPF級動物房，溫度20～24 ℃，相對濕度（50±5）%，常規自由飲食。動物實驗均在南京醫科大學峨眉嶺實驗動物中心完成。所有實驗研究均遵循實驗動物護理指南原則，并通過南京醫科大學動物實驗倫理審查委員會審查批準（IACUC-1708005-1）。

1.2? 藥物

扁蒴藤素，美國Sigma公司，批號066M4623V;注射用鹽酸博來霉素，日本化藥株式會社，批號2019460;吡非尼酮，大連美侖生物技術有限公司，批號J1001A。

1.3? 主要試劑及儀器

生理鹽水（美國HyClone公司，批號AD23987292），水合氯醛（國藥集團化學有限公司，批號20150630），TGF-β1一抗（Affinity Biosciences，批號20r6523），α-SMA一抗（武漢三鷹，批號00075696），HRP標記的羊抗兔二抗（Jackson，批號128689），改良Masson三色染色液試劑盒（北京索萊寶科技有限公司，批號20190117），多聚甲醛（Servicebio公司，批號XS190206），BCA蛋白測定試劑盒（Thermo公司，批號SF249044）。高速冷凍離心機（德國Eppendorf公司），-80 ℃超低溫冰箱（日本SANYO公司），AE240型電子分析天平（蘇州市三豐劑量科技有限公司），脫水機（武漢俊杰電子有限公司），包埋機（武漢俊杰電子有限公司），病理切片機（上海徠卡儀器有限公司），載玻片及蓋玻片（江蘇世泰實驗器材有限公司），正置光學顯微鏡（日本尼康公司），成像系統（日本尼康公司），電泳儀（美國Bio-RAD公司），7號腰穿針（揚州市江洲醫療器械有限公司），1 mL無菌注射器（美國BD公司）。

2? 實驗方法

2.1? 分組

小鼠適應性喂養1周后，隨機分為正常組、模型組、扁蒴藤素組和吡非尼酮組，每組8只。

2.2? 造模及給藥

參照文獻[9]方法造模。小鼠給予4%水合氯醛（100 U/10 g）腹腔注射麻醉，仰臥固定于操作臺，頸部脫毛膏脫毛后酒精消毒，沿頸正中縱行切開皮膚，鈍性分離暴露氣管，用磨鈍后7號腰穿針緊貼舌根中央部緩慢插入氣管中，進針深度約2.5 cm，緩慢注入博來霉素溶液（5 U/kg，約0.05 mL）。正常組在相同條件下注入等體積無菌生理鹽水，隨后迅速將小鼠直立前后左右輕輕擺動，使藥液均勻分布肺組織，縫合頸部傷口，酒精消毒手術切口及周圍皮膚。造模后次日，扁蒴藤素組腹腔注射1 mg/kg扁蒴藤素溶液進行干預處理，吡非尼酮組腹腔注射50 mg/kg吡非尼酮溶液，模型組腹腔注射注射等體積生理鹽水。給藥體積10 mL/kg，每日1次，連續28 d。第29日小鼠麻醉處死，所有小鼠均取右肺下葉，置于4%多聚甲醛中固定。其余肺組織置2 mL凍存管中，于液氮快速冷凍后移至-80 ℃超低溫冰箱保存備用。

2.3? 肺組織病理學評估

小鼠肺組織置于4%多聚甲醛固定24 h后常規脫水、石蠟包埋、切片后行HE染色;嚴格按照改良Masson三色染色液試劑盒說明書進行Masson染色。根據文獻[10]方法，肺組織病理切片HE染色，鏡下觀察并進行肺泡炎癥評分，0分：無肺泡炎;1分：輕度肺泡炎，受累面積小于全肺面積20%;2分：中度肺泡炎，受累面積占全肺面積20%～50%;3分：重度肺泡炎，受累面積超過全肺50%。參照文獻[11]方法，肺組織病理切片Masson染色，鏡下觀察并進行纖維化評分。0分：肺組織結構特征正常;1分：肺泡部分擴大，肺泡間隔輕度增厚（≤正常3倍），受累面積小于全肺面積20%;2分：肺泡間隔中度增厚（>正常3倍），但無肺結構損毀;3分：肺泡間隔中度增厚（>正常3倍），纖維組織增多;4分：纖維組織團塊形成面積小于鏡下視野10%，伴有輕度肺結構損害;5分：纖維組織團塊形成面積占鏡下視野的10%～50%，伴有肺結構損害;6分：纖維組織團塊形成面積大于鏡下視野的50%，伴有明顯肺結構損害;7分：嚴重肺結構損毀，大片纖維化區域，蜂窩肺;8分：滿視野纖維組織。

2.4? 免疫組化檢測肺組織轉化生長因子-β1和α-平滑肌肌動蛋白表達

取肺組織切片，二甲苯和梯度乙醇常規脫蠟，PBS沖洗，滴加H2O2阻斷內源性過氧化氫酶，檸檬酸鹽緩沖液進行抗原修復，滴加山羊血清覆蓋組織，分別滴加一抗TGF-β1（1∶200）及α-SMA（1∶500），放入濕盒，4 ℃過夜。PBS沖洗后分別滴加反應增強液、二抗，DAB染色，蘇木精復染，飽和碳酸鋰返藍，中性樹脂封片。于正置顯微鏡200倍鏡下觀察TGF-β1及α-SMA表達，拍照并記錄。使用全自動ImagePro- Plus 6.0計算軟件對免疫組化染色結果進行分析。

2.5? Western blot檢測轉化生長因子-β1和α-平滑肌肌動蛋白表達

稱取肺組織20 mg，加入300 μg蛋白裂解液，勻漿后抽提總蛋白，BCA法測定蛋白濃度，按30 μg/孔上樣，進行SDS-PAGE電泳，電泳結束后將凝膠移至PVDF膜上。5%脫脂奶粉40 mL室溫封閉2 h，TBST洗膜3次×10 min。按抗體說明書分別配制TGF-β1一抗（1∶1000）及α-SMA一抗（1∶1000），4 ℃孵育過夜。TBST洗膜3次×10 min。加入HRP標記二抗，室溫慢搖孵育2 h。TBST洗膜3次×10 min。化學發光試劑曝光蛋白印跡條帶，Image Lab軟件分析實驗結果，以GAPDH為內參，計算蛋白相對表達量。

3? 統計學方法

采用GraphPad Prism 5.0統計軟件進行分析。實驗數據以—x±s表示，多組比較用方差分析。P<0.05表示差異有統計學意義。

4? 結果

4.1? HE染色結果

正常組小鼠肺組織結構清晰，肺泡形態正常，肺泡壁纖細，肺間質無炎癥細胞浸潤;模型組小鼠肺泡結構破壞嚴重，肺泡大量塌陷融合壞死，實變區肺泡壁增厚，有大量炎性細胞浸潤;扁蒴藤素組和吡非尼酮組小鼠肺泡結構基本完整，較少見肺泡塌陷或實變，肺泡腔可見少量炎性細胞浸潤。見圖1。肺泡炎評分結果顯示，與正常組比較，模型組小鼠肺泡炎評分明顯增加，差異有統計學意義（P<0.01）;與模型組比較，扁蒴藤素組和吡非尼酮組小鼠肺泡炎評分均明顯下降，差異有統計學意義（P<0.01）。見圖2。

4.2? Masson染色結果

正常組小鼠肺組織肺泡結構規則、整齊，有極少淡藍色細絲狀纖維沉積;模型組小鼠肺組織可見大量藍色膠原沉積于肺泡間隔及肺間質;扁蒴藤素組和吡非尼酮組較模型組小鼠肺組織藍色膠原沉積均明顯減輕。見圖3。肺纖維化評分結果顯示：與正常組比較，模型組小鼠肺組織纖維化評分明顯增加，差異有統計學意義（P<0.01）;與模型組比較，扁蒴藤素組和吡非尼酮組小鼠肺組織纖維化評分均明顯下降，差異有統計學意義（P<0.01）。見圖4。

4.3? 免疫組化檢測結果

正常組小鼠僅支氣管黏膜上皮細胞和成纖維細胞有少量TGF-β1呈弱陽性表達，模型組小鼠肺泡上皮細胞、成纖維細胞、支氣管黏膜上皮細胞廣泛表達TGF-β1;與模型組比較，扁蒴藤素組和吡非尼酮組小鼠肺組織TGF-β1表達明顯降低（P<0.05）。α-SMA蛋白主要表達于氣管周圍，以棕黃色染色為陽性表達。與正常組比較，模型組小鼠肺組織α-SMA蛋白表達明顯升高（P<0.01）;與模型組比較，扁蒴藤素組和吡非尼酮組小鼠肺組織α-SMA蛋白表達明顯降低（P<0.05）。見圖5～圖8。

4.4? Western blot檢測結果

與正常組比較，模型組小鼠肺組織TGF-β1和α-SMA蛋白表達顯著升高（P<0.01）;與模型組比較，扁蒴藤素組和吡非尼酮組小鼠肺組織TGF-β1和α-SMA蛋白表達明顯降低（P<0.05，P<0.01）。見圖9、圖10。

5? 討論

肺間質纖維化是結締組織病的常見并發癥，其主要臨床表現為剌激性干咳和呼吸困難，發病機制目前尚不明確，最關鍵的病理特征被認為在于成纖維細胞的異常增殖、成纖維細胞轉分化為肌成纖維細胞失調以及ECM大量沉積，最終導致肺功能衰竭[12-13]。近年來對肺纖維化機制的深入研究表明，TGF-β1在肺纖維化動物模型及肺纖維化患者中的表達顯著升高[14]，被認為是肺纖維化發病及治療中的關鍵分子。TGF-β1作為促纖維化因子，可引起成纖維細胞過度增殖活化，大量肌成纖維細胞產生，ECM過度沉積，最終導致肺部組織結構重塑、肺功能受損[15]。研究表明，α-SMA是肌成纖維細胞活化的標記，胞漿中α-SMA表達使其具有收縮性，其與組織纖維化密切相關，同時其表達強度與肺纖維化程度呈正相關[16-17]。因此，α-SMA的表達水平可作為判定纖維化程度的一個間接指標，抑制TGF-β1和α-SMA的表達，可改善肺纖維化的程度[18]。

扁蒴藤素目前已成為治療腫瘤、自身免疫及炎癥性疾病的有效藥物[19]。同時有文獻報道，扁蒴藤素可通過下調TGF-β1等相關纖維化基因改善心肌纖維化[8]。鑒于其在心肌纖維化中的作用，本實驗采用小鼠氣管內注射博來霉素方法模擬具有肺纖維化病理特點的動物模型，觀察并探討扁蒴藤素對肺纖維化小鼠的干預作用及其可能的作用機制。病理結果顯示，模型小鼠肺組織結構破壞嚴重，肺泡間隔增厚，伴有大量炎性細胞浸潤和膠原纖維增生，表明小鼠肺纖維化模型構建成功。經扁蒴藤素或吡非尼酮干預后，肺泡炎和纖維化評分均明顯下降，提示扁蒴藤素可在一定程度上改善博來霉素誘導的小鼠肺纖維化，其作用效果與吡非尼酮相似。免疫組化及Western blot結果顯示，與正常組比較，模型組小鼠TGF-β1和α-SMA蛋白表達明顯升高，這與既往研究報道[20]相一致，提示肺纖維化小鼠模型成功建立。經扁蒴藤素及吡非尼酮干預后，TGF-β1和α-SMA蛋白表達較模型組均不同程度降低，且差異有統計學意義，提示扁蒴藤素改善博來霉素誘導的小鼠肺纖維化可能是通過抑制TGF-β1和α-SMA蛋白表達實現的。

目前臨床應用吡非尼酮治療肺纖維化雖具有一定的療效，但尚未普遍推廣。本研究發現扁蒴藤素與吡非尼酮具有相似的抗纖維化作用，但具體機制及相關不良反應還有待進一步研究。

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（收稿日期：2019-10-16）

（修回日期：2019-11-11;編輯：華強）

基金項目：國家自然科學基金面上項目（81774104、8197532）;國家自然科學基金青年基金（81403240）

通訊作者：張前德，E-mail：zhangqiande@njmu.edu.cn