劉雅慧,陳蘭英,周朦靜,尹 力,羅穎穎,崔亞茹
(江西中醫(yī)藥大學(xué)中藥固體制劑制造技術(shù)國(guó)家工程研究中心,江西 南昌 330006)
急性肺損傷(acute lung injury,ALI)是一種以肺水腫和急性炎癥為特征的綜合征,是重癥患者發(fā)病和死亡的重要原因之一,臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性低氧血癥和呼吸窘迫[1]。最新研究表明,在急性肺損傷的發(fā)生發(fā)展過程中炎癥反應(yīng)發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。脂多糖(LPS)是革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的主要生物活性成分,在急性肺損傷動(dòng)物模型中,機(jī)體受到LPS刺激后出現(xiàn)肺水腫和炎性細(xì)胞浸潤(rùn),炎性細(xì)胞浸潤(rùn)進(jìn)一步導(dǎo)致活性氧和炎癥因子的釋放,最終出現(xiàn)急性肺損傷病變[2]。
澤漆是大戟科植物澤漆EuphorbiahelioscopiaL.的干燥全草,其性微寒、味苦,歸肺、小腸、大腸經(jīng),具有利水消腫、消痰退熱、散結(jié)殺蟲等功效,為民間常用中草藥,被廣泛用于治療慢性阻塞性肺疾病等[3-4]。現(xiàn)代研究表明澤漆的活性成分主要為二萜、黃酮、多酚等,具有抗腫瘤、抗炎、抗菌、清除自由基等藥理作用[5]。本實(shí)驗(yàn)旨在研究澤漆在體內(nèi)外對(duì)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6及調(diào)控蛋白JNK、p38、ERK1/2的干預(yù)效應(yīng),進(jìn)一步探討澤漆防治急性肺損傷的作用機(jī)制。
1.1 動(dòng)物 SPF級(jí)雄性SD大鼠,體質(zhì)量180~220 g,共40只;SPF級(jí)雄性BALB/c小鼠,體質(zhì)量16~18 g,共50只,均購(gòu)自湖南斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司,動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào)SCXK(湘)2016-0002。本研究所涉及的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均經(jīng)江西中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科技中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn),批準(zhǔn)號(hào)為JZLLSC2018-0131。
1.2 細(xì)胞 RAW264.7細(xì)胞,購(gòu)買于中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院細(xì)胞資源中心。
1.3 試劑與藥物 實(shí)驗(yàn)用澤漆藥材購(gòu)自北京仟草中藥飲片有限公司,由江西中醫(yī)藥大學(xué)劉榮華教授鑒定為正品。醋酸地塞米松片(批號(hào)170203)購(gòu)自浙江仙琚制藥股份有限公司;脂多糖(貨號(hào)L2880)購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;蘇木素-伊紅(HE)染色試劑盒(批號(hào)517-28-2)購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司;p-ERK1/2抗體(批號(hào)GR3192740-17)、p-p38抗體(批號(hào)GR223651-16)、p38 抗體(批號(hào)GR305364-10)、ERK1/2抗體(批號(hào)GR2971047-12)、JNK抗體(批號(hào)GR32333-11)、p-JNK抗體(批號(hào)GR3187606-5)均購(gòu)自英國(guó)Abcam公司;β-tubulin抗體(批號(hào)01270/30251)、辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記的羊抗兔(批號(hào)01334/40243)、羊抗鼠二抗(批號(hào)01325/50237)、化學(xué)發(fā)光試劑盒(批號(hào)10245)均購(gòu)自北京康為世紀(jì)生物科技有限公司;小鼠細(xì)胞因子檢測(cè)試劑盒(批號(hào)741043、740136)購(gòu)自美國(guó) Biolegend 公司。
1.4 儀器 RWD510型小動(dòng)物麻醉機(jī)(深圳市瑞沃德生命科技有限公司);RM2016型輪轉(zhuǎn)式切片機(jī)(德國(guó) Leica公司);Gallios型流式細(xì)胞儀(美國(guó)Beckman公司);Spectra Max i3型酶標(biāo)儀(德國(guó)Molecular Devices公司);Chemi Doc XRS型凝膠成像儀(美國(guó)Bio-Rad公司)。
2.1 澤漆水提物制備 取澤漆干燥全草,按1∶8的料液比,加水置于圓底燒瓶中,加熱提取2次,每次連續(xù)回流2 h,用紗布過濾合并濾液,減壓回收溶劑濃縮得稠浸膏,在真空條件下低溫干燥,即得澤漆水提物。
2.2 含藥血清制備 40只SD大鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)7 d后,按體質(zhì)量隨機(jī)分成空白血清組、地塞米松含藥血清組(1.0 mg/kg)、澤漆水提物高劑量含藥血清組(5 g/kg)和澤漆水提物低劑量含藥血清組(2.5 g/kg),每組10只[6]。每天灌胃給藥2次,灌胃劑量為10 mL/kg,灌胃給藥每次間隔12 h,連續(xù)灌胃給藥3 d,其中空白血清組灌胃等體積的生理鹽水。末次給藥前8 h,禁食不禁水。末次給藥1 h后,腹主動(dòng)脈取血,室溫靜置2 h,待血清析出后,3 000 r/min離心10 min,取上層血清,56 ℃水浴滅菌30 min,采用0.22 μm微孔濾膜過濾,-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
2.3 細(xì)胞培養(yǎng) RAW264.7細(xì)胞用含10%胎牛血清和1%青霉素、鏈霉素的DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng),放于37 ℃、5% CO2恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)。
2.4 CCK-8法檢測(cè)含藥血清毒性 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的RAW264.7細(xì)胞,細(xì)胞密度調(diào)整為2×104/mL,每孔100 μL接種在96孔板中,待細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)后,開始分組給藥,共5組,分別為正常對(duì)照組、空白血清組、地塞米松含藥血清組、澤漆水提物高劑量含藥血清組和澤漆水提物低劑量含藥血清組,其中正常對(duì)照組更換成新鮮的DMEM培養(yǎng)基,其余各組分別更換成含10%對(duì)應(yīng)血清的DMEM培養(yǎng)基。培養(yǎng)24 h后,向每孔添加10 μL CCK-8試劑,放置培養(yǎng)箱中繼續(xù)孵育1~4 h,使用酶標(biāo)儀于450 nm波長(zhǎng)處檢測(cè)吸光度,并計(jì)算細(xì)胞存活率。
2.5 RT-PCR法檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)iNOS、TNF-ɑ、IL-6、IL-1βmRNA表達(dá) 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的RAW264.7細(xì)胞,細(xì)胞密度調(diào)整為2×105/mL,待細(xì)胞貼壁生長(zhǎng)后,分組預(yù)給藥,其中空白血清組、模型組都更換成含10%空白血清的DMEM培養(yǎng)基,地塞米松含藥血清組、澤漆水提物高劑量含藥血清組、澤漆水提物低劑量含藥血清組則分別更換成含10%對(duì)應(yīng)含藥血清的DMEM培養(yǎng)基。37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),預(yù)給藥1 h后,模型組以及各含藥血清組都添加LPS(1 μg/mL)刺激細(xì)胞,共孵育18 h[7]。收集各組RAW264.7細(xì)胞,用Trizol試劑提取總RNA,檢測(cè)RNA濃度后,用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)所涉及的引物均由南京金斯瑞生物科技有限公司合成,引物序列見表1。將cDNA作為模板進(jìn)行RT-PCR反應(yīng),根據(jù)RT-qPCR試劑盒說明書,配置反應(yīng)體系,其反應(yīng)條件為95 ℃ 2 min,95 ℃ 10 s,60 ℃ 30 s,共40個(gè)循環(huán),用2-△△CT法計(jì)算iNOS、TNF-ɑ、IL-6、IL-1βmRNA相對(duì)表達(dá)量。

表1 引物序列Tab.1 Primer sequences
2.6 動(dòng)物模型復(fù)制及給藥 50只BALB/c小鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)7 d后,按體質(zhì)量隨機(jī)分為正常組、模型組、地塞米松組(1.5 mg/kg)、澤漆水提物高劑量組(7.5 g/kg)和澤漆水提物低劑量組(3.75 g/kg),每組10只。給藥組灌胃給予相應(yīng)藥物(灌胃體積10 mL/kg),每天1次,連續(xù)灌胃給藥3 d;其中正常組與模型組灌胃等體積的磷酸鹽緩沖液(PBS)[8]。末次給藥1 h后,用移液槍吸取含LPS(1 mg/kg)的PBS溶液,滴入模型組與各給藥組小鼠鼻腔內(nèi),每只50 μL,復(fù)制急性肺損傷模型;正常組則給予等量生理鹽水。鼻腔滴入LPS 12 h后,處死小鼠,收集支氣管肺泡灌洗液(BALF)和肺組織用于后續(xù)各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)[8]。
2.7 流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)BALF中炎癥因子水平 取冷凍保存的BALF,采用小鼠細(xì)胞因子檢測(cè)試劑盒,按照說明書使用流式細(xì)胞儀檢測(cè)BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平。
2.8 HE染色觀察肺組織病理學(xué)變化 取右肺組織,置于10%中性甲醛中固定,石蠟包埋,切片,HE染色,光學(xué)顯微鏡觀察肺組織病理形態(tài)變化。參照文獻(xiàn)[8]報(bào)道方法,根據(jù)肺泡充血、出血、肺泡腔或血管壁炎性細(xì)胞浸潤(rùn)或聚集、肺泡壁增厚或透明膜形成進(jìn)行檢查,分別進(jìn)行0~4分半定量分析。0分為無(wú)病變或非常輕微;1分為輕度病病變;2分為中度病變;3分為重度病變;4分為極重度病變。
2.9 Western blot法檢測(cè)小鼠肺組織中JNK、p38、ERK1/2蛋白表達(dá) 取冷凍保存的小鼠肺組織,添加RIPA裂解液充分研磨以提取蛋白,采用BCA法檢測(cè)各組蛋白濃度,并調(diào)適至相同蛋白濃度,沸水浴加熱5 min,使其變性。參照文獻(xiàn)[9]方法操作,最后用Image J軟件統(tǒng)計(jì)分析蛋白條帶的灰度值。

3.1 含藥血清的毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果 使用空白血清及各含藥血清干預(yù)RAW264.7細(xì)胞24 h后,采用CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞活性,發(fā)現(xiàn)各組細(xì)胞存活率無(wú)明顯變化(P>0.05),見圖1。說明空白血清及各含藥血清對(duì)RAW264.7細(xì)胞均沒有毒性作用。
3.2 澤漆水提物含藥血清對(duì)RAW264.7細(xì)胞內(nèi)iNOS、TNF-α、IL-6、IL-1βmRNA表達(dá)的影響 與空白血清組比較,模型組RAW264.7細(xì)胞內(nèi)iNOS、TNF-α、IL-6、IL-1βmRNA表達(dá)均升高(P<0.05,P<0.01),表明已成功構(gòu)建RAW264.7細(xì)胞炎癥模型;與模型組比較,地塞米松含藥血清組和澤漆水提物高劑量含藥血清組RAW264.7細(xì)胞內(nèi)iNOS、TNF-α、IL-1βmRNA表達(dá)均降低(P<0.05,P<0.01),IL-6 mRNA表達(dá)也有一定的降低趨勢(shì);與模型組比較,澤漆水提物低劑量含藥血清組RAW264.7細(xì)胞內(nèi)iNOS、TNF-α、IL-6、IL-1βmRNA表達(dá)均有一定的降低趨勢(shì),見圖2。上述結(jié)果表明,澤漆水提物含藥血清能干預(yù)LPS刺激RAW264.7細(xì)胞引起胞內(nèi)炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β的異常表達(dá)。

圖1 各組細(xì)胞存活率Fig.1 Survival rate of cells in each

注:與空白血清組比較,*P<0.05,**P<0.01;與模型組比較,#P<0.05,##P<0.01。圖2 各組細(xì)胞內(nèi)iNOS、TNF-α、IL-6、IL-1β的mRNA表達(dá)Fig.2 mRNA expressions of iNOS,TNF-ɑ,IL-6 and IL-1β of cells in each
3.3 澤漆水提物對(duì)LPS誘導(dǎo)急性肺損傷小鼠BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平的影響 與正常組比較,模型組小鼠BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平均升高(P<0.01);與模型組比較,澤漆水提物高劑量組和地塞米松組小鼠BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平均降低(P<0.01);與模型組比較,澤漆水提物低劑量組小鼠BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平也有下降趨勢(shì),見表2。
3.4 澤漆水提物對(duì)LPS誘導(dǎo)ALI小鼠肺組織病理學(xué)的影響 HE染色結(jié)果顯示,正常組小鼠肺泡大小正常未見充血,肺組織未見出血,肺泡腔和血管壁無(wú)明顯的炎性細(xì)胞或紅細(xì)胞浸潤(rùn)或聚集,未見肺泡壁增厚;與正常組比較,模型組小鼠部分肺泡斷裂且未見完整肺泡結(jié)構(gòu),肺泡變小,肺泡壁增厚,肺泡腔或血管壁有大量炎性細(xì)胞和紅細(xì)胞聚集;與模型組比較澤漆水提物高劑量組與地塞米松組均得到明顯改善,澤漆水提物低劑量組也有一定的改善作用,見圖3。小鼠ALI病理評(píng)分結(jié)果顯示,與正常組比較,模型組小鼠ALI病理評(píng)分升高(P<0.01);與模型組比較,澤漆水提物高劑量組與地塞米松組ALI病理評(píng)分降低(P<0.05,P<0.01),澤漆水提物低劑量組ALI病理評(píng)分亦有一定的降低趨勢(shì),圖4。

表2 各組小鼠BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平Tab.2 Levels of TNF-α,IL-6 and IL-1β in BALF of mice in each

圖3 各組小鼠肺組織病理學(xué)變化(HE,×100)Fig.3 Pulmonary pathological changes of mice in each group(HE,×100)

注:與正常組比較,**P<0.01;與模型組比較,#P<0.05,##P<0.01。圖4 各組小鼠肺組織病理評(píng)分Fig.4 Pulmonary pathological scores of mice in each
3.5 澤漆水提物對(duì)LPS誘導(dǎo)ALI小鼠肺組織中JNK、p38、ERK1/2蛋白表達(dá)的影響 與正常組比較,模型組小鼠肺組織中p-JNK、p-ERK1/2、p-p38蛋白表達(dá)均升高(P<0.05,P<0.01);與模型組比較,地塞米松組與澤漆水提高劑量組小鼠肺組織中p-JNK、p-ERK1/2、p-p38蛋白表達(dá)均降低(P<0.05,P<0.01),澤漆水提低劑量組亦有一定的降低趨勢(shì),見圖5。

注:與正常組比較,*P<0.05,**P<0.01;與模型組比較,#P<0.05,##P<0.01。圖5 各組小鼠肺組織中JNK、p38、ERK1/2的蛋白表達(dá)Fig.5 Protein expressions of pulmonary JNK,p38 and ERK1/2 of mice in each
急性肺損傷是臨床上常見的重癥呼吸系統(tǒng)疾病,發(fā)病率與死亡率都較高[10],其特征是呼吸困難,間質(zhì)性水腫,活化的炎癥細(xì)胞積聚,中性粒細(xì)胞大量遷移以及彌漫性肺泡損傷[11]。澤漆具有利水消腫、消痰退熱等功效,現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn),澤漆對(duì)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷小鼠具有保護(hù)作用,但目前澤漆對(duì)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷發(fā)揮保護(hù)作用的機(jī)制尚未完全明確。因此,本實(shí)驗(yàn)從干預(yù)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β及調(diào)控蛋白JNK、ERK、p38異常表達(dá)的角度出發(fā),探討澤漆對(duì)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷發(fā)揮保護(hù)作用的可能作用機(jī)制。
在急性肺損傷期間,肺炎癥因子主要是由肺泡巨噬細(xì)胞分泌,LPS可激活肺泡巨噬細(xì)胞,釋放大量的TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥因子,從而導(dǎo)致機(jī)體細(xì)胞免疫反應(yīng)和體液免疫反應(yīng),使肺部免疫反應(yīng)過度亢進(jìn),最終導(dǎo)致急性肺損傷病變[12-13]。TNF-α、IL-1β和IL-6是急性肺損傷的重要生物標(biāo)志物[14]。其中TNF-α是腫瘤壞死因子家族重要成員,是最早參與急性肺損傷的炎癥因子,主要由單核巨噬細(xì)胞分泌,并通過模擬巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)IL-1β、IL-6等炎癥因子大量分泌。此外,TNF-α還能影響肺水腫的形成,加重肺損傷[15]。IL-6在炎癥的急性期反應(yīng)中起著重要的作用,它可以擴(kuò)大炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),促進(jìn)炎癥爆發(fā),從而加速急性肺損傷病變。IL-1β在急性肺損傷的進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用,它能增加跨肺泡-毛細(xì)血管屏障的蛋白滲透性,促進(jìn)肺泡上皮修復(fù),并能模擬其他炎癥因子的產(chǎn)生[16]。本實(shí)驗(yàn)中,由LPS誘導(dǎo)的RAW264.7細(xì)胞炎癥模型胞內(nèi)TNF-α、IL-6、IL-1β的mRNA表達(dá)升高;與模型組比較,澤漆水提物高劑量含藥血清和地塞米松含藥血清能降低TNF-α、IL-1β的mRNA表達(dá)。澤漆水提物含藥血清與地塞米松含藥血清對(duì)LPS刺激RAW264.7細(xì)胞引起的胞內(nèi)IL-6 mRNA高表達(dá)也有一定降低趨勢(shì),但無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,可能與含藥血清干預(yù)細(xì)胞的時(shí)間點(diǎn)有關(guān)。此外,iNOS被認(rèn)為是炎癥發(fā)展過程中的細(xì)胞內(nèi)信使,在炎癥反應(yīng)過程中,巨噬細(xì)胞可通過iNOS的催化作用產(chǎn)生大量的NO,而過量的NO可能會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激,從而加劇組織損傷,加速急性肺損傷病變[12]。本實(shí)驗(yàn)中,澤漆水提物含藥血清與地塞米松含藥血清均能降低LPS刺激RAW264.7細(xì)胞引起的胞內(nèi)iNOSmRNA高表達(dá)。基于上述結(jié)果,初步推斷澤漆水提物對(duì)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β的異常高表達(dá)有干預(yù)作用。
為進(jìn)一步探討澤漆水提物對(duì)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β的影響及其潛在機(jī)制,本實(shí)驗(yàn)在動(dòng)物水平上展開驗(yàn)證。有研究報(bào)道,急性肺損傷患者中,BALF中TNF-α、IL-1β、IL-6的濃度均升高,并且與不良預(yù)后有關(guān)[17]。本實(shí)驗(yàn)中,模型組小鼠BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平升高,與文獻(xiàn)結(jié)果相一致;而澤漆水提物組和地塞米松組小鼠BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平均降低,與之前的體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。這表明,澤漆水提物能改善LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β的異常表達(dá),減輕LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷的炎癥反應(yīng)。
JNK蛋白在各種組織中廣泛表達(dá),調(diào)控細(xì)胞對(duì)外來刺激所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)。當(dāng)受到LPS刺激后,JNK磷酸化并轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核內(nèi),調(diào)控AP-1的活性,使其下游細(xì)胞細(xì)胞因子TNF-α、iNOS等表達(dá)異常[18-19]。有研究發(fā)現(xiàn),在急性肺損傷病變過程中,JNK活化還增加了急性肺損傷小鼠血清中IL-6的表達(dá),加重急性肺損傷模型小鼠肺水腫[20]。p38作為MAPK家族中調(diào)控炎癥反應(yīng)的最主要成員,在急性肺損傷發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用。在急性肺損傷病變過程中,p38磷酸化,導(dǎo)致TNF-α、IL-6、IL-1等炎癥因子異常高表達(dá),增加肺內(nèi)皮細(xì)胞通透性并形成肺水腫[21-23]。ERK1/2與細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、分化、遷移和存活密切相關(guān),其激活后從胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核,作用于核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子,調(diào)節(jié)細(xì)胞各種生命活動(dòng)。有研究發(fā)現(xiàn),在 LPS 誘導(dǎo)的急性肺損傷模型中,下調(diào)TLR4表達(dá)可以抑制ERK1/2活化,從而減少TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥因子釋放,減輕炎癥反應(yīng)[24]。本實(shí)驗(yàn)中,模型組肺組織中JNK、ERK、p38磷酸化蛋白表達(dá)均升高,BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β炎癥因子水平也隨著升高。這表明,急性肺損傷模型組小鼠肺組織中JNK、ERK、p38被激活,活化的JNK、ERK、p38蛋白上調(diào)下游炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β的表達(dá)。而澤漆水提物高劑量和地塞米松均能下調(diào)小鼠肺組織中JNK、ERK、p38磷酸化蛋白表達(dá),降低BALF中TNF-α、IL-6、IL-1β水平。這表明澤漆水提物可能通過下調(diào)JNK、ERK、p38蛋白表達(dá),進(jìn)而抑制炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β的異常分泌,減輕LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷肺部炎癥反應(yīng),改善肺損傷。
綜上所述,本實(shí)驗(yàn)主要揭示了澤漆水提物可以通過干預(yù)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6及調(diào)控蛋白JNK、p38、ERK1/2的異常表達(dá)從而保護(hù)LPS誘導(dǎo)的急性肺損傷的作用機(jī)制,為其成為防治急性肺損傷藥物的研發(fā)提供了新思路。