扁柏酚對(duì)小鼠煙曲霉菌性角膜炎的保護(hù)作用及其機(jī)制

馬淑芹 王謙 徐強(qiáng) 賀夢(mèng)婷 林靜

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院眼科，山東 青島 266003)

真菌性角膜炎(fumigatus keratitis, FK)是一種由致病真菌引起的感染性角膜疾病[1]。曲霉菌屬及鐮刀菌屬是發(fā)展中國(guó)家FK的主要致病菌[2]。目前臨床上常用的抗真菌藥物如那他霉素、伏立康唑等普遍出現(xiàn)耐藥性[3]，因此尋找治療FK安全有效的新型藥物具有重要意義。在FK的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，除真菌的毒力因子(如毒素和蛋白酶等)對(duì)角膜造成直接損傷外，真菌在角膜組織中還能誘導(dǎo)強(qiáng)烈的免疫炎癥反應(yīng)，加重角膜組織損傷[4-8]。目前臨床上抗真菌治療結(jié)合免疫調(diào)節(jié)在真菌感染性疾病治療中效果較好。扁柏酚(HK)是一種天然的卓酚酮衍生物，從柏科植物的樹(shù)干中純化而來(lái)[9]。既往研究表明，在聚肌胞苷酸刺激的人角膜上皮細(xì)胞中，HK可以抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB的核轉(zhuǎn)位和促炎炎癥因子的表達(dá)，保護(hù)角膜上皮細(xì)胞免受損傷[10]。在大腦中動(dòng)脈閉塞誘導(dǎo)的血栓栓塞性卒中大鼠中，HK可以通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡，起到神經(jīng)保護(hù)的作用[11]。HK抗真菌效果顯著，可以通過(guò)阻斷RAS信號(hào)傳遞來(lái)抑制白色念珠菌的菌絲生長(zhǎng)[12]，還能抑制念珠菌生物膜生長(zhǎng)[13]。但HK對(duì)FK的作用及其作用機(jī)制目前尚未見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道。本研究擬通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，探討HK在煙曲霉菌所致FK中發(fā)揮的保護(hù)作用及其調(diào)控機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 煙曲霉菌培養(yǎng)和HK溶液的配置

取低溫保存的煙曲霉菌標(biāo)準(zhǔn)菌株(菌株3.0772，中國(guó)微生物中心)，接種于固體瓊脂培養(yǎng)基后置于28 ℃培養(yǎng)箱孵育，待菌絲覆蓋培養(yǎng)基表面，刮取孢子，用無(wú)菌PBS調(diào)整孢子終濃度至1×1010CFU/L，分為兩份。一份儲(chǔ)存于4 ℃冰箱備用。另一份接種于裝有無(wú)菌沙氏培養(yǎng)基的錐形瓶中，28 ℃下于培養(yǎng)箱內(nèi)振蕩培養(yǎng)；待菌絲呈圓團(tuán)狀時(shí)，收集菌絲研磨離心，加入體積分?jǐn)?shù)0.75的乙醇滅活菌絲，4 ℃冰箱放置過(guò)夜；洗除乙醇后，加入DMEM培養(yǎng)液調(diào)整滅活菌絲終濃度至5×109CFU/L。取適量HK粉末溶解于DMSO并調(diào)整濃度至32 g/L后儲(chǔ)存，后續(xù)通過(guò)無(wú)菌PBS或者DMEM細(xì)胞培養(yǎng)基將HK儲(chǔ)存液稀釋至合適的工作液用于實(shí)驗(yàn)。

1.2 小鼠的分組和處理

8周齡雌性C57BL/6小鼠24只(購(gòu)于北京斯貝福生物技術(shù)有限公司)，隨機(jī)分為HK組和對(duì)照組，每組12只。小鼠以80 g/L水合氯醛0.08 mL腹腔注射麻醉，于小鼠右眼角膜基質(zhì)內(nèi)注入2 μL煙曲霉菌分生孢子混懸液(1×1010CFU/L)，左眼不做任何處理。于小鼠感染真菌后第1天，HK組小鼠給予5 μL HK(10 mg/L)點(diǎn)眼處理，對(duì)照組小鼠給予1 g/L DMSO點(diǎn)眼處理，每日3次，兩次點(diǎn)眼間隔4 h。

分別于真菌感染后第1天和第3天使用裂隙燈觀察兩組小鼠右眼角膜炎癥情況，參考相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)小鼠角膜炎癥進(jìn)行臨床評(píng)分[14]，分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，分別對(duì)應(yīng)1～4分。于感染真菌后第3天，以頸椎脫臼法處死所有小鼠。收取每組6只小鼠的右眼角膜，置于500 μL無(wú)菌PBS中研磨勻漿，取100 μL勻漿液均勻接種于沙氏固體瓊脂培養(yǎng)基中，37 ℃下孵育36 h后，計(jì)數(shù)菌落形成單位(CFU)數(shù)目，每組重復(fù)6次，依據(jù)角膜CFU數(shù)目定量分析角膜真菌負(fù)荷量。收取每組另外6只小鼠眼球，包埋于OCT包埋劑中，液氮速凍后使用冰凍切片機(jī)(-25 ℃)10 μm厚切片，切取位置為角膜中央部位。每只小鼠的切片分為3份，一份進(jìn)行HE染色，一份進(jìn)行過(guò)碘酸希夫(PAS)染色，均于光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照記錄；另外一份切片進(jìn)行巨噬細(xì)胞免疫熒光染色，使用熒光顯微鏡觀察拍照。以上實(shí)驗(yàn)步驟均嚴(yán)格按照產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū)操作。

1.3 細(xì)胞培養(yǎng)及處理

將小鼠RAW264.7巨噬細(xì)胞(購(gòu)買(mǎi)于中國(guó)科學(xué)院細(xì)胞庫(kù))置于37 ℃含體積分?jǐn)?shù)0.05 CO2的DMEM細(xì)胞培養(yǎng)液中，接種在12孔細(xì)胞培養(yǎng)皿中培養(yǎng)。待細(xì)胞密度達(dá)到約80%時(shí)，C組給予1 g/L DMSO預(yù)處理2 h，D組和E組細(xì)胞分別給予濃度8、16 mg/L的HK預(yù)處理2 h，A組和B組細(xì)胞不做預(yù)處理；上述處理完成后分別于B～E組每孔細(xì)胞中加入滅活菌絲60 μL處理8 h。然后收集各組細(xì)胞，采用Trizol法提取常規(guī)培養(yǎng)的細(xì)胞總RNA,逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,并以此為模板進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR(RT-qPCR)檢測(cè)。根據(jù)試劑盒說(shuō)明書(shū)配制反應(yīng)體系,以β-actin作為內(nèi)參照,每個(gè)樣品設(shè)置4個(gè)復(fù)孔，結(jié)果取均值，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。采用2-△△CT法計(jì)算樣本當(dāng)中IL-1β、MCP-1、CXCL-1以及Dectin-1 mRNA的相對(duì)表達(dá)水平。引物序列見(jiàn)表1。

表1 引物名稱(chēng)及序列

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。各組間比較采用單因素方差分析或重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)的方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 兩組小鼠角膜炎癥情況比較

裂隙燈圖像顯示，在煙曲霉菌感染后第1天，HK組與對(duì)照組小鼠角膜炎癥程度無(wú)明顯差別(圖1A、B)；煙曲霉菌感染后第3天，與對(duì)照組相比，HK組小鼠的角膜混濁面積明顯減少，潰瘍程度明顯減輕，角膜透明度明顯增加(圖1C、D)。HE染色結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，HK組小鼠角膜在煙曲霉菌感染后第3天炎癥細(xì)胞數(shù)量明顯減少，潰瘍程度明顯減輕(圖1E、F)。對(duì)照組和HK組小鼠第1天角膜炎癥的臨床評(píng)分分別為5.67±0.52、5.83±0.41，第3天角膜炎癥的臨床評(píng)分分別為7.67±0.52、5.33±0.52。重復(fù)測(cè)量設(shè)計(jì)的方差分析結(jié)果顯示，時(shí)間、分組以及時(shí)間和分組的交互作用對(duì)小鼠角膜炎癥的臨床評(píng)分均有明顯影響(F時(shí)間=19.29，F(xiàn)分組=22.84，F(xiàn)交互作用=53.57，P<0.05)；單獨(dú)效應(yīng)分析，第3天對(duì)照組小鼠角膜炎癥臨床評(píng)分與第1天相比明顯提高(P<0.05)，在第3天HK組小鼠角膜炎癥的臨床評(píng)分與第1天相比較無(wú)明顯變化(P>0.05)；兩組小鼠角膜炎癥臨床評(píng)分在煙曲霉菌感染后第1天無(wú)顯著差異(P>0.05)，感染第3天HK組小鼠角膜炎癥臨床評(píng)分較對(duì)照組顯著降低(P<0.05)。

A、B分別為對(duì)照組和HK組小鼠感染后第1天裂隙燈圖像，C、D分別為對(duì)照組和HK組小鼠感染后第3天裂隙燈圖像，E、F分別為感染后第3天對(duì)照組和HK組角膜組織HE染色圖像(400倍)

2.2 兩組小鼠角膜真菌負(fù)荷比較

結(jié)果顯示，煙曲霉菌感染后第3天，對(duì)照組和HK組小鼠角膜CFU計(jì)數(shù)分別為329.00±28.76、98.17±6.77，兩組比較差異具有顯著的意義(F=366.23，P<0.05)。角膜組織切片的PAS染色結(jié)果顯示，在感染后第3天，對(duì)照組角膜基質(zhì)層可見(jiàn)較多煙曲霉菌菌絲(圖2A)，HK組角膜基質(zhì)層菌絲含量較對(duì)照組顯著減少(圖2B)。

A、B分別為對(duì)照組和HK組小鼠感染后第3天PAS染色結(jié)果(400倍)，其中右下角圖為放大的角膜基質(zhì)(800倍)，白色箭頭指示煙曲霉菌菌絲

2.3 兩組小鼠角膜組織中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)情況比較

小鼠角膜組織的巨噬細(xì)胞免疫熒光染色結(jié)果顯示，煙曲霉菌感染后第3天，兩組小鼠角膜基質(zhì)中均有大量巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，與對(duì)照組相比，HK組角膜組織中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)數(shù)量顯著減少(圖3)。其中圖中綠色圖像為使用F4/80-FITC標(biāo)記的巨噬細(xì)胞，藍(lán)色圖像為使用DAPI標(biāo)記的細(xì)胞核，Merge指示巨噬細(xì)胞在角膜組織中的定位。

A、B分別代表感染后第3天對(duì)照組、HK組小鼠角膜巨噬細(xì)胞免疫熒光染色結(jié)果(400倍)

2.4 各組細(xì)胞IL-1β、MCP-1、CXCL-1和Dectin-1 mRNA表達(dá)水平比較

RT-qPCR檢測(cè)的結(jié)果顯示，各組細(xì)胞IL-1β、MCP-1、CXCL-1及模式識(shí)別受體Dectin-1 mRNA的相對(duì)表達(dá)水平進(jìn)行比較，差異具有顯著意義(F=90.80～370.57，P<0.05)，其中B組顯著高于A組(P<0.05)，B組與C組間比較沒(méi)有明顯差異(P>0.05)，D、E組明顯低于B組(P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 各組細(xì)胞IL-1β、MCP-1、CXCL-1和Dectin-1 mRNA表達(dá)水平比較

3 討 論

FK是由致病真菌引起的一種高度致盲的感染性眼病[15]。致病真菌的侵襲性強(qiáng)、毒力大，可介導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生各種趨化因子及炎癥因子，招募炎癥細(xì)胞向感染部位聚集[16]。過(guò)度的免疫炎癥反應(yīng)，常常會(huì)造成嚴(yán)重的角膜損傷，嚴(yán)重者可導(dǎo)致角膜穿孔[17-18]。HK是一種在柏科植物中發(fā)現(xiàn)的天然卓酚酮類(lèi)衍生物，具有廣泛的抗真菌及抗炎作用[19]。

本研究結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，HK處理煙曲霉菌感染的小鼠角膜3 d后，角膜混濁面積減少，潰瘍程度減輕，角膜透明度增加，臨床評(píng)分顯著降低。HE染色結(jié)果也顯示HK處理的小鼠角膜炎癥細(xì)胞數(shù)量減少，潰瘍程度減輕。提示HK能夠減輕煙曲霉菌致角膜炎的炎癥反應(yīng)，降低角膜損傷。煙曲霉菌在侵襲角膜的過(guò)程中，可以通過(guò)其黏附素黏附于角膜上皮基底膜、膠原等成分上，其分泌的磷脂酶可造成宿主上皮細(xì)胞膜損傷，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞腫脹、壞死[20]。因此，降低角膜真菌負(fù)荷量能夠減輕角膜炎癥程度。體外實(shí)驗(yàn)研究顯示，HK對(duì)白色念珠菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌均有顯著抑菌作用[12-13,21]。HK可以顯著降低肺炎鏈球菌肺炎模型小鼠肺部細(xì)菌負(fù)荷[22]。在本研究中，使用HK處理煙曲霉菌感染的小鼠角膜，在感染后第3天小鼠角膜真菌殘存量顯著降低。提示HK能有效抑制煙曲霉菌的生長(zhǎng)，從而減輕角膜煙曲霉菌感染癥狀。

巨噬細(xì)胞是FK感染過(guò)程中免疫應(yīng)答的重要成分，其能夠識(shí)別并吞噬病原體，誘導(dǎo)ROS、一氧化氮等抗真菌物質(zhì)的產(chǎn)生，從而直接殺傷真菌，還可以誘導(dǎo)各種炎癥因子的產(chǎn)生，介導(dǎo)免疫細(xì)胞的進(jìn)一步活化[23-24]。巨噬細(xì)胞所產(chǎn)生的這些抗真菌物質(zhì)在清除真菌的同時(shí)，也能溶解角膜基質(zhì)，導(dǎo)致角膜組織壞死和膿腫發(fā)生[25]。既往研究表明，在銅綠假單胞菌感染性角膜炎小鼠模型中，向角膜內(nèi)注射乳膠微?；罨奘杉?xì)胞后，小鼠角膜炎癥程度顯著加重，過(guò)量的巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)還會(huì)導(dǎo)致角膜穿孔[26]。本研究對(duì)真菌感染的小鼠角膜給予HK處理后，檢測(cè)巨噬細(xì)胞在角膜基質(zhì)中的浸潤(rùn)程度，結(jié)果顯示HK組小鼠角膜基質(zhì)中巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)數(shù)量較對(duì)照組明顯減少，提示HK抑制了巨噬細(xì)胞在角膜組織中的募集，從而在FK中發(fā)揮抗炎作用。為了觀察HK能否調(diào)控巨噬細(xì)胞中炎癥相關(guān)因子的產(chǎn)生，本研究分別使用DMSO和不同濃度的HK預(yù)處理RAW264.7巨噬細(xì)胞，再加入煙曲霉菌滅活菌絲刺激上述細(xì)胞，檢測(cè)各組細(xì)胞炎癥因子和趨化因子表達(dá)的變化。結(jié)果示HK預(yù)處理組RAW264.7細(xì)胞中IL-1β、MCP-1、CXCL-1的表達(dá)水平與對(duì)照組比較明顯降低，提示HK能抑制煙曲霉菌誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中炎癥因子和趨化因子的表達(dá)，從而進(jìn)一步減少免疫細(xì)胞的募集。LU等[27]研究顯示，HK通過(guò)抑制肝組織中炎癥因子的表達(dá)，可有效防止出血性休克及復(fù)蘇后的肝損傷。LEE等[28]研究顯示，HK能通過(guò)抑制脂多糖誘導(dǎo)的原代人角質(zhì)形成細(xì)胞中TNF-α、IL-6 mRNA和蛋白的表達(dá)水平，從而減輕皮膚炎癥損傷。上述研究與本研究結(jié)果一致。在FK中，Dectin-1受體的激活可以誘導(dǎo)大量炎癥因子和趨化因子，進(jìn)而促進(jìn)巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的進(jìn)一步激活以及ROS的產(chǎn)生，加速炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[29]。為了進(jìn)一步探究HK在FK中發(fā)揮抗炎作用的機(jī)制，本研究檢測(cè)了煙曲霉菌感染后RAW264.7巨噬細(xì)胞中Dectin-1的表達(dá)。結(jié)果顯示HK預(yù)處理組Dectin-1的基因表達(dá)較對(duì)照組明顯降低。提示當(dāng)角膜受到煙曲霉菌感染時(shí)，HK可通過(guò)抑制Dectin-1 mRNA表達(dá)及其介導(dǎo)的下游炎癥反應(yīng)來(lái)抑制過(guò)度炎癥反應(yīng)的發(fā)生。

綜上所述，本研究結(jié)果顯示,HK在煙曲霉菌性角膜炎中具有抗真菌和抑制炎癥的作用，其作用機(jī)制為，一方面HK可減少角膜真菌負(fù)荷量，另一方面HK能夠抑制巨噬細(xì)胞募集以及Dectin-1受體介導(dǎo)的下游炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)。本研究結(jié)果為進(jìn)一步探索HK針對(duì)FK的臨床試驗(yàn)提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。

ConflictsofInterest：All authors disclose no relevant conflicts of interest.

倫理批準(zhǔn)和動(dòng)物權(quán)利聲明：本研究涉及的所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均已通過(guò)青島大學(xué)附屬醫(yī)院動(dòng)物倫理委員會(huì)的審核批準(zhǔn)(文件號(hào)QYFYWZLL-26776)。所有實(shí)驗(yàn)過(guò)程均遵照美國(guó)眼科和視覺(jué)研究協(xié)會(huì)(ARVO)關(guān)于在眼科和視覺(jué)研究中動(dòng)物使用的原則和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

EthicsApprovalandAnimalRight：All experimental animal protocols in this study were reviewed and approved by The Ethics Committee on Experimental Animals of The Affiliated Hospital of Qingdao University(Approval Letter No.QYFYWZLL26776), and all experimental animal protocols were carried out by The Guidelines of The Association for Research in Vision and Ophthalmology(ARVO)State-ment for The Use of Animals in Ophthalmic and Visual Research.

作者貢獻(xiàn)：馬淑芹、賀夢(mèng)婷、林靜參與了研究設(shè)計(jì)；馬淑芹、王謙、徐強(qiáng)參與了論文的寫(xiě)作和修改。所有作者均閱讀并同意發(fā)表該論文。

Contributions：The study was designed byMAShuqin,HEMengting, andLINJing.The manuscript was drafted and revised byMAShuqin,WANGQian,andXUQiang.All the authors have read the last version of the paper and consented submission.