牛至油及其主要成分對脂多糖誘導膿毒癥小鼠心肌損傷的保護作用研究

許璐，曹宇，朱瀚朝，王四旺，湯海峰*（.空軍軍醫大學藥學系中藥與天然藥物學教研室，西安 7003；.空軍軍醫大學西京醫院心血管外科，西安 7003）

膿毒癥是指由感染引起的全身炎癥反應綜合征，其本質是宿主對感染的反應。這種反應一旦失調，將引起宿主器官功能障礙，嚴重者危及生命，全球每年已有數百萬人死于膿毒癥[1-3]。心肌功能障礙是臨床膿毒癥的主要并發癥之一，與病死率的增加密切相關，伴有心肌功能障礙的患者病死率達70%～90%，遠高于沒有心肌功能障礙的患者[4]。越來越多的證據表明，氧化應激、炎癥損傷在膿毒癥引起的心肌功能障礙的發病機制中起著關鍵作用[5-6]。

牛至油（origanum oil，ORG）是從植物牛至（Origanum vulgareL.）中提取的一種具有特殊芳香氣味的揮發油，約占全株重量的0.5%～7%；香芹酚（carvacrol，CAR）和麝香草酚（thymol，THY）是牛至油中生物活性較強的兩種成分[7-8]。牛至油及其所含香芹酚和麝香草酚可作為食品添加劑和化學香料，具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗真菌、抗癌、保肝、擴張血管等多種藥理活性[9-11]。目前，對牛至油及其所含香芹酚和麝香草酚的研究大多為體外研究，其潛在的臨床應用價值鮮見報道。本實驗采用腹腔注射脂多糖（LPS）誘導小鼠膿毒癥致心肌損傷模型，通過觀察小鼠心臟功能、心肌組織的病理變化以及炎癥細胞因子、氧化應激等的變化，探討牛至油及其所含香芹酚和麝香草酚對LPS 誘導小鼠心肌損傷的保護作用。

1 材料

1.1 實驗動物

8 ～10 周雄性C57BL/6 小鼠， 體質量20 ～25 g [空軍軍醫大學實驗動物中心，合格證號：SCXK（軍）字第2019-001 號]。動物實驗方案由空軍軍醫大學動物福利倫理委員會（中國西安）審查，批準文號：SYXK（陜）2019-001，嚴格按照實驗室動物使用指南進行。

1.2 試藥

牛至油（批號：20180404，江西省吉水縣俊達天然香料油廠）；香芹酚（批號：20170603，吉水縣益康天然香料油提煉廠）；麝香草酚（批號：20170415，上海邁坤化工有限公司）；亞胺培南（imipenem，IPM，Merck Sharp & Dohme Corp）；脂多糖（LPS，北京索萊寶科技有限公司）；異氟烷（山東科源制藥股份有限公司）；肌酸激酶同工酶（CK-MB）試劑盒（南京建成生物工程研究所）；乳酸脫氫酶（LDH）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）試劑盒（武漢伊萊瑞特生物科技有限公司）；蘇木素-伊紅（HE）染液（武漢谷歌生物科技有限公司）。

1.3 儀器

小動物超聲成像系統（加拿大Visual Sonics 公司）；熒光顯微鏡、FV 10i 激光共聚焦顯微鏡（日本Olympus 公司）；電子分析天平（德國Sartorius公司）；移液槍一套（德國Eppendorf 公司）；全自動研磨儀（賽維爾生物）；低速離心機（湖南賽特湘儀有限公司）；超純水系統（青島富勒姆科技）；－80℃超低溫冰箱（美國Thermo Fisher 公司）；酶標儀（美國Bio-TeK 公司）；電子恒溫水浴鍋（姜堰市天力醫療器械廠有限公司）。

2 方法

2.1 實驗分組及給藥

所有小鼠適應性飼養一周后，稱質量，隨機分為6 組，每組12 只，分組及給藥情況如下：正常對照組（CON），正常飲食飲水；牛至油（LPS＋ORG，50 mg·kg－1）、香芹酚[9，12]（LPS ＋CAR，40 mg·kg－1，與50 mg·kg－1牛至油中所含香芹酚等量）及麝香草酚（LPS ＋THY，5 mg·kg－1，與50 mg·kg－1牛至油中所含麝香草酚等量）、亞胺培南（陽性藥，LPS ＋IPM，120 mg·kg－1）組分別灌胃給藥，模型組灌胃與給藥組等量的生理鹽水，每日一次，連續7 d。除正常對照組動物外，其余各組小鼠末次給予試藥（第7日）后1 h 腹腔注射10 mg·kg－1LPS 誘導膿毒癥心肌損傷模型。

2.2 小鼠一般情況觀察

觀察各組小鼠在給藥及造模前后飲食飲水，反應及活動情況。

2.3 超聲心動圖測量

造模12 h 后，各組隨機選取6 只小鼠放入麻醉箱中，異氟烷吸入麻醉，脫去胸腹部被毛，仰位固定于加熱板上（37℃），維持2%異氟烷流速以穩定小鼠麻醉狀態，胸部涂抹超聲耦合劑，將超聲探頭緊貼小鼠心臟位置，調整探頭記錄M 型超聲心動圖，獲得左室心臟活動圖像（心動圖）。使用Vevo LAB 3.1.0 軟件連續測量3 個心動周期后取平均值，計算左室射血分數（LVEF）和左室短軸縮短率（LVFS）。

2.4 心肌酶檢測

各組動物檢測心功能后，經頸動脈采集血液留存，4 ℃過夜，4000 r·min－1離心15 min，吸取上層血清保存在－80℃冰箱。各組隨機選取8 只小鼠血清，按照說明書步驟檢測血清中LDH和CK-MB 的水平。

2.5 心肌組織HE 染色

各組隨機選取4 只小鼠，心臟行多聚甲醛（PFA）灌注后剖取，固定在4% PFA 溶液中，石蠟包埋，切片；再經蘇木精-伊紅染色，光學顯微鏡下觀察心肌組織形態學變化。

2.6 小鼠血清中炎癥細胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6 的含量

各組隨機選取8 只小鼠血清，按照說明書步驟采用酶聯免疫吸附法（ELISA）檢測血清中促炎細胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6 的含量。

2.7 小鼠心肌組織中SOD、MDA 水平檢測

心臟經主動脈灌注PBS 后，立即凍存于液氮中。選取8 只小鼠心臟組織，勻漿，離心后取上清液，按照說明書步驟檢測組織中SOD 和MDA 的水平。

2.8 心臟組織活性氧（ROS）染色

選取8 只小鼠心臟組織，制作心肌冰凍切片，用DHE 染色檢測細胞內ROS 水平。奧林巴斯FV1000 激光共聚焦顯微鏡對處理過的組織切片進行檢測，平均熒光強度測定采用Image-Pro plus分析。

2.9 數據分析

所有數據使用GraphPad Prism 8.0 軟件分析，數據以±s 表示。多組間比較采用單因素方差分析（One-way ANOVA），P＜0.05 表示差異有統計學意義。

3 結果

3.1 小鼠一般情況觀察

造模前各組小鼠活動正常，飲食飲水正常。腹腔注射LPS 后，小鼠出現精神萎靡不振，毛發松亂，行動遲緩，對外界刺激反應遲鈍，飲食飲水減少，出現寒顫狀況，眼角周圍有白色分泌物產生，糞便不成形，肛門處有糞便粘連。上述情況在亞胺培南、牛至油及香芹酚用藥組中明顯較輕；麝香草酚組改善不明顯。

3.2 超聲心動圖評價心功能

LPS 注射12 h 后，采集M 型超聲，結果如表1 和圖1 所示。與正常對照組比較，模型組小鼠出現左心室功能障礙，LVEF 和LVFS 值明顯下降（P＜0.01），提示注射LPS 導致小鼠心臟收縮功能下降，心功能降低。與模型組相比，牛至油及香芹酚干預組的LVEF 和LVFS 明顯升高（P＜0.05，P＜0.001），麝香草酚組LVEF 和LVFS 值具有升高趨勢，但差異無統計學意義。牛至油和香芹酚組間差異無統計學意義。

圖1 超聲心動圖Fig 1 Cardiac function by echocardiography

表1 各組小鼠心功能相關指標比較 (x±s，n ＝6)Tab 1 Myocardial function indexes of mice in each group(x ±s，n ＝6)

3.3 各組小鼠血清中心肌酶及炎癥因子的比較

結果見表2，與正常對照組相比，LPS 誘導的心肌損傷小鼠血清中CK-MB、LDH、TNF-α、IL-6 和IL-1β水平明顯升高（P＜0.01）， 提示LPS 促使大量炎性因子入血。亞胺培南、牛至油及香芹酚干預組血清中CK-MB、LDH、TNF-α、IL-6 和IL-1β含量均明顯下降（P＜0.05，P＜0.01），說明亞胺培南、牛至油及香芹酚可抵抗LPS 促炎性因子釋放，從而改善心肌炎癥損傷。香芹酚組與牛至油組相比各項指標無顯著性差異。而麝香草酚組各項指標與模型組相比無明顯差異。

表2 各組小鼠血清中心肌酶及炎癥因子的比較 (x ±s，n ＝8)Tab 2 Myocardial enzymes and inflammatory factors in each group (x ±s，n ＝8)

3.4 心臟組織病理學的變化

HE 染色光鏡下觀察，心肌及心肌細胞組織形態學變化見圖2。與正常對照組相比，LPS 誘導的小鼠膿毒癥心肌損傷，其心肌纖維排列不規則，一部分橫紋模糊甚至消失；可見血管出血，炎性細胞浸潤，表明腹腔注射LPS 成功構建膿毒癥心肌損傷模型。亞胺培南、牛至油和香芹酚干預小鼠的上述病變明顯獲得保護，可見心肌細胞排列整齊，結構及邊界明顯，炎癥細胞浸潤較少。

圖2 小鼠心臟組織的病理學變化（×400，n ＝4）Fig 2 Histopathology of the heart tissues in each group（×400，n＝4）

3.5 各組小鼠心肌氧化應激水平的比較

如圖3 和表3 所示，相比于正常對照組，注射LPS 后，小鼠心肌組織中SOD 活性顯著降低，MDA 濃度顯著升高，ROS 活性顯著升高（P＜0.01）；與模型組相比，亞胺培南、牛至油和香芹酚預給藥組SOD 活性顯著升高，ROS 及MDA含量顯著降低（P＜0.05，P＜0.01）；而麝香草酚組與模型組相比差異無統計學意義。

表3 各組小鼠心臟組織SOD 和MDA 的水平(x±s，n ＝8)Tab 3 SOD and MDA levels in heart tissues of mice in each group(x±s，n ＝8)

圖3 各組小鼠心臟組織ROS 的表達（×400，n ＝4）Fig 3 Expression of ROS in heart tissues of mice in each group（×400，n ＝4）

4 討論與結論

本研究從小鼠的一般狀況、心功能、心肌損傷標志物以及組織病理學等多方面進行綜合評價，表明牛至油及其所含等劑量的香芹酚能夠減輕膿毒癥心肌損傷模型小鼠心功能障礙，顯著減緩 LPS 誘導小鼠的心肌損傷，而麝香草酚作用較為有限。膿毒癥期間的氧化應激是導致心肌功能障礙的一個關鍵因素[15]。在膿毒癥期間，過多的ROS 可激活脂質過氧化，導致細胞和線粒體膜損傷，從而引發細胞凋亡和壞死[16]，進一步引起大量內毒素的釋放，觸發一系列促炎細胞因子（TNF-α、IL-1β和IL-6 等）釋放造成嚴重且持續的炎癥反應[17-18]，誘導心肌損傷。在心肌組織中，SOD 對調控ROS 生成方面起主要作用，是體內重要的抗氧化酶[19]；MDA 是細胞膜磷脂在氧化應激損傷過程中形成的產物，可反映脂質過氧化的嚴重程度[20]。本研究結果顯示，與正常對照組相比，模型組小鼠心肌組織MDA 含量增加，SOD 活性明顯降低；而牛至油和香芹酚預處理組小鼠心肌組織MDA 含量降低，SOD 活性升高，表明牛至油和香芹酚可顯著抵抗LPS 誘發心肌組織的氧化應激反應。此外，牛至油及香芹酚明顯降低模型小鼠血清TNF-α、IL-1β和IL-6 水平，表明牛至油及香芹酚抑制了LPS 誘導的炎癥因子產生與釋放，提示其對心肌保護作用可能與抗炎作用有關。綜上，香芹酚可能是牛至油中保護LPS 誘發的膿毒癥心肌損傷的有效成分，但其發揮作用的劑量效應關系及確切分子機制尚待進一步研究。