張 澤,孟 宇,董世緣,陸 賓,黃鎮林,季莉莉
上海中醫藥大學中藥研究所,中藥標準化教育部重點實驗室,上海市復方中藥重點實驗室,上海 201203
中草藥相關肝損傷(herb-induced liver injury,HILI)是指由傳統中藥、天然藥物及其相關制劑所導致的肝損傷[1]。目前已有報道,作為天然植物性毒素的吡咯里西啶生物堿(pyrrolizidine alkaloids,PAs)廣泛存在于6 000 多種植物中[2],由于攝入不當而引起中毒的案例屢見不鮮。自1920 年以來,全球已有超過17 000 例PAs 誘導肝毒性的病例報道,而我國自1980 年以來有超過2 000 例,其中導致死亡超過200 例,PAs 導致的肝竇阻塞綜合征(hepatic sinusoidal obstruction syndrome,HSOS)已成為中藥肝損傷研究的熱點之一[3]。常見中藥如豬屎豆、野百合、千里光、土三七等均含有PAs,過量攝入易誘發HSOS、肝纖維化及肝硬化等不良后果[4-5]。
HSOS 又稱肝小靜脈閉塞癥(hepatic venoocclusive disease,HVOD),是指肝血竇、肝小葉中央靜脈和小葉下靜脈損害導致管腔閉塞或狹窄而引發的急性門脈高壓,病理特征主要是以腺泡III 區肝竇淤血和肝功能損傷[6]。HSOS 的發病機制較為復雜,發病過程較為急促,在治療藥物方面,目前僅有去纖苷被FDA 批準用于治療干細胞移植引起的HSOS,但去纖苷價格昂貴,獲得條件苛刻且有出血風險,使其臨床應用較為受限[7]。另外,我國多數HSOS 患者的發病原因是誤服含PAs 的草藥。而去纖苷對于PAs 誘導HSOS 的治療效果尚不明確,還需更多的實驗與臨床研究予以探討。因此,開發針對PAs 誘導HSOS 的治療藥物,具有重大意義。
丹參是唇形科鼠尾草屬植物丹參Salvia miltiorrhizaBge.的干燥根及根莖,首載于《神農本草經》,“味苦,微寒,主心腹邪氣,腸鳴幽幽如走水,寒熱積聚,破徵除瘕,止煩滿,益氣”,被列為上品。《中國藥典》2020 年版中記載其功效為活血祛瘀、通經止痛、清心除煩、涼血消癰,主治胸痹心痛、脘腹脅痛、癥瘕積聚、熱痹疼痛、心煩不眠、月經不調、痛經經閉、瘡瘍腫痛等[8]。丹參是國內常用的臨床大宗中藥之一,具有廣泛的生物活性,尤其是對心腦血管疾病的療效確切,故在臨床上被廣泛地應用。丹參的主要化學成分可分為以丹酚酸、丹參素為主的水溶性成分,和以丹參酮、隱丹參酮為主的脂溶性成分[9-10]。研究表明,丹參具有抗細胞凋亡、抗炎、抗癌、改善血液循環、抗肝纖維化、抗血栓形成、抗動脈粥樣硬化等多種藥理作用[11-15]。丹參以上藥理活性使其在臨床被廣泛應用,但是丹參是否可以治療HSOS,其具體機制目前鮮有報道。故本研究主要探討丹參治療PAs 誘導HSOS 的作用,并借助網絡藥理學手段與分子生物學技術探討其機制,為臨床上HSOS 治療尋求方案,也為丹參作為保肝藥物的推廣提供實驗依據。
SPF 級雄性SD 大鼠,體質量180~200 g,購自上海斯萊克實驗動物有限責任公司,動物合格證號SYXK(滬)2020-0009。動物自由飲食飲水,飼養環境恒溫恒濕,晝夜交替,溫度22~24 ℃,相對濕度30%~60%。動物實驗經上海中醫藥大學倫理委員會批準(批準號PZSHUTCM2303280001)。
丹參飲片(批號180701)購自江西普正制藥有限公司。
野百合堿(批號PRF9033044)購自成都普瑞法生物;天冬氨酸氨基轉移酶(aspartate aminotransferase,AST)檢測試劑盒(批號20230318)、丙氨酸氨基轉移酶(alanine aminotransferase,ALT)檢測試劑盒(批號20230330)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)檢測試劑盒(批號20230401)購自南京建成生物工程研究所;β-actin 抗體(批號HO0705)購自杭州華安生物技術有限公司;核因子E2 相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)抗體(批號44090)購自美國GeneTex 公司;基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9,MMP-9)抗體(批號8)、核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)p65 抗體(批號8)、白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)抗體(批號1)、磷酸化NF-κB 抑制蛋白(phosphorylated inhibitor of NF-κB,p-IκB)抗體(批號15)購自美國CST 公司;谷氨酰半胱氨酸連接酶催化亞單位(catalytic subunit of glutamate-cysteine ligase,GCLC)抗體(批號5500008623)購自美國Abclonal 公司;腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)抗體(批號K0220)、血紅素氧合酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)抗體(批號b2013)購自美國Santa Cruz 公司;Lamin B1 抗體(批號F040309)、谷氨酸-半胱氨酸連接酶修飾亞基(glutamate-cysteine ligase modifier subunit,GCLM)抗體(批號F087409)購自Abways 公司;F4/80 抗體(批號1043287-2)、Ly6G 抗體(批號1001236-21)購自英國Abcam 公司;HRP 標記的山羊兔抗(批號128689)、HRP 標記的山羊鼠抗(批號RF234703)購自美國Jackson Immuno Research 公司;H2DCFDA 探針(批號CB1345A)、NE-PERTM細胞核和細胞質提取試劑盒(批號XB344872)購自美國Thermo Fisher Scientific 公司;Trizol 試劑(批號AME1160A)購自美國Life Technology 公司;ECL 化學發光試劑(批號00112876)購自美國Millipore 公司;PrimeScript?RT Master Mix(批號AL13653A)、SYBR?Premix Ex TaqTM(批號H6103060)購自日本Takara 公司;TNF、一氧化氮合酶2(nitricoxide synthase 2,NOS2)、環氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、GCLC、GCLM、醌氧化還原酶 1 (quinone oxidoreductase 1,NQO1)、HO-1、IL-1β、IL-6、β-actin引物由上海捷瑞生物工程股份有限公司合成。
DC-NSG-50L 型多功能提取濃縮機組(上海達程實驗設備有限公司);LGJ-10 型冷凍干燥機、TY002217 型NanoDrop2000c 超微量分光光度計(美國Thermo Fisher Scientific 公司);VS120 型病理切片掃描機(日本Olympus 公司);Synergy H4 型酶標儀(美國Bio-Tek 公司);042BR08871 型蛋白電泳儀、500W 型轉膜儀(美國Bio-Rad 公司);SL-Ⅱ型4 ℃層析柜(北京德天佑科技發展有限公司);XS-204 型電子分析天平(瑞士METTLER TOLEDO公司);ES-VM25 型渦旋振蕩儀[翌圣生物科技(上海)股份有限公司]、5404 型離心機(德國Eppendorf公司);超純水過濾儀(美國Millipore 公司);278861666 型QuantStudio 6 flex 實時熒光定量PCR儀(美國Life Technology 公司)。
2.1.1 丹參水提物的制備 稱取丹參飲片1 kg,加入8 倍量水,回流提取2 h,濾過,制成干浸膏,減壓濃縮為丹參水提物粉末。經高效液相色譜法分析,丹酚酸B 質量分數為3.24%,丹參酮I、丹參酮IIA和隱丹參酮總質量分數為0.07%。
稱取丹參水提物粉末2.16 g,置50 mL 離心管中,加入0.5%羧甲基纖維素鈉溶液40 mL,振蕩均勻,即得54 mg/mL 丹參水提物混懸液,用于丹參高劑量組動物給藥。取該溶液10 mL,置50 mL 離心管中,加入20 mL 0.5%羧甲基纖維素鈉溶液稀釋,即得18 mg/mL 丹參水提物混懸液,用于丹參低劑量組動物給藥。根據大鼠體質量,以5 mL/kg 給藥,丹參給藥劑量分別為270、90 mg/kg。
2.1.2 野百合堿溶液的制備 稱取野百合堿粉末720 mg,以0.1 mol/L HCl 溶液溶解,以0.5 mol/L NaOH 溶液調至中性,加入超純水補足體積為40 mL,即得18 mg/mL 野百合堿溶液。根據大鼠體質量,以5 mL/kg給藥,野百合堿給藥劑量為90 mg/kg。
32 只雄性SD 大鼠適應性飼養后,根據體質量隨機分為對照組、模型組和丹參水提物低、高劑量(90、270 mg/kg)組,每組8 只。動物適應性飼養結束并首次禁食12 h 后ig 野百合堿,ig 野百合堿后的5、29 h 各組ig 相應藥物,對照組和模型組ig等體積的生理鹽水,期間不禁食。ig 野百合堿36 h后禁食12 h,禁食完畢后處死大鼠并收集血液和肝臟組織。
各組大鼠血液樣本靜置1~2 h 后,850×g離心15 min,取上清,按照試劑盒說明書檢測ALT、AST 活性。
取各組相同部位肝小葉,用10%甲醛溶液固定,石蠟包埋,切為5~6 μm 薄片,蘇木素-伊紅(HE)染色,光學顯微鏡下觀察,評估肝損傷情況。
根據TCMSP、HERB 數據庫檢索中藥丹參所含成分,根據所含成分生物利用度及其類藥性對丹參成分進行篩選,將篩選后的丹參成分導入SissTarget Prediction 數據庫中預測丹參的潛在靶點,在GeneCards 數據庫進一步獲取肝竇阻塞綜合癥的相關靶點,將丹參所得靶點和HSOS 所檢索靶點取交集獲得丹參抑制HSOS 作用靶點,將交集靶點通過STRING 數據庫進行蛋白互作分析,并通過Cytoscape 3.9.1 軟件進行蛋白質-蛋白質相互作用(protein-protein interaction,PPI)網絡構建得到核心靶點;再將所得核心靶點運用DAVID 數據庫進行基因本體(gene ontology,GO)功能及京都基因與基因組百科全書(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路富集分析,根據GO 數據庫和KEGG 數據庫分析,并將分析結果以成分-靶點-通絡的網絡氣泡圖進行展示。
準確稱取30 mg 肝組織,加入9 倍量的預冷的PBS 制成10%組織勻漿,離心棄上清,得到的沉淀用PBS 清洗2 次,加入預冷的PBS 溶液(含10 μmol/L H2DCFDA),避光孵育1 h,測得熒光值和蛋白濃度,以空白組進行標準化校準得到ROS 值。
石蠟包埋肝組織,依次以二甲苯、乙醇、水梯度洗脫,脫蠟至水;切片放入3%過氧化氫溶液,室溫避光孵育25 min,以5%牛血清白蛋白封閉;封閉后切片以F4/80 或Ly6G 抗體于4 ℃孵育過夜;孵育完成后以二抗室溫孵育1 h,洗脫二抗后加DAB 顯色液,陽性為棕黃色。
取適量肝組織加Trizol 制成勻漿液,置冰上5 min,靜置后加入氯仿200 μL 振蕩15 s 混勻,4 ℃、12 000×g離心15 min 后,取上層液體轉入新的預冷離心管;轉移后的液體中加入等量異丙醇上下顛倒搖勻,靜置10 min 后4 ℃、12 000×g離心10 min 后輕柔吸去上清留底部沉淀,加入預冷的由DEPC 水配制的75%乙醇輕柔搖晃,4 ℃、7 600×g離心5 min 后吸去乙醇,將離心管的蓋子打開置于超凈工作臺上通風晾干;根據所得沉淀的量加入適量體積的DEPC 水充分溶解,即為RNA 溶液,?80 ℃保存備用。肝組織RNA 根據PrimeScript?RT Master Mix 試劑盒說明書步驟逆轉錄為cDNA,得到的cDNA 按照SYBR green premix 試劑盒說明進行操作;在實時熒光定量PCR 儀上進行Real-time PCR 擴增。目標基因的相對表達量用β-actin標準化,采用2?ΔΔCt法進行數據計算,引物序列見表1。

表1 引物序列Table 1 Primer sequences
精密稱取一定量的肝組織,加入10 倍量的含蛋白酶抑制劑和磷酸酶抑制劑的裂解液,冰上勻漿2 min,冰上靜置10 min,4 ℃、7 000×g離心10 min,取上清,用BCA 試劑盒測定蛋白濃度,加入上樣緩沖液,99 ℃加熱10 min 使蛋白變性,于?20 ℃保存。蛋白樣品經十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳,轉至PVDF 膜,于5%牛血清白蛋白中封閉1 h,放入含有相應一抗的TBST 緩沖液中,4 ℃孵育過夜;洗脫未結合的一抗,將PVDF 膜放入含有相應二抗的TBST 緩沖液中室溫孵育1 h,洗脫未結合的二抗后,置于凝膠成像儀中用ECL 顯影液顯色。
如圖1-A、B 所示,野百合堿可誘導大鼠血清ALT、AST 活力顯著升高(P<0.01),而不同劑量(90、270 mg/kg)丹參水提物可顯著抑制野百合堿誘導升高的ALT、AST 活力(P<0.05、0.01)。病理切片(圖1-C)觀察結果顯示,模型組大鼠中央靜脈內皮脫落,肝小葉實質細胞大面積壞死、炎性細胞浸潤,且肝竇出血明顯,出血區域覆蓋III 區與II 區,并延伸至I 區(匯管區)周圍,但不同劑量丹參水提物均可抑制以上肝臟病理變化,其中高劑量組藥效更為顯著;給予高劑量丹參水提物后,大鼠中央靜脈內皮完整,無明顯炎性浸潤與實質細胞壞死,肝竇出血區域面積減少,僅III 區(中央靜脈區)周圍有小部分肝竇出血。MMP-9 可通過降解細胞外基質導致肝竇內皮細胞脫落,在HSOS 的發生發展過程中具有重要作用[16]。如圖1-D 所示,高劑量丹參水提物可顯著降低野百合堿升高的肝臟MMP-9 蛋白表達水平(P<0.05)。以上結果說明丹參水提物具有抑制野百合堿誘導的HSOS 的作用。

圖1 丹參水提物抑制野百合堿誘導的大鼠HSOS (±s , n = 3~5)Fig.1 S.miltiorrhiza water extract inhibits monocrotaline-induced HSOS in rats (±s , n = 3—5)
通過TCMSP、HERB 數據庫檢索丹參所含化合物,并根據所含化合物的生物利用度和類藥性對丹參成分進行篩選,將篩后的丹參成分導入Swiss TargetPrediction 數據庫得到丹參的潛在靶點103個,從GeneCards 數據庫獲取HSOS 潛在靶點383個,將化合物靶基因和疾病靶基因取交集獲得丹參抑制HSOS 的作用靶點共計38 個(圖2-A);進一步將上述靶點導入STRING 數據庫進行PPI 分析,并通過Cytoscape 3.9.1 軟件進行PPI 網絡構建得到核心靶點(圖2-B、C);運用DAVID 數據庫進行GO 分析和KEGG 通路分析,得到關鍵信號通路(圖2-D、E)。綜合網絡藥理學結果分析可知,氧化應激和炎癥相關反應在丹參水提物抑制野百合堿誘導的HSOS 起重要調控作用。

圖2 基于網絡藥理學對丹參-HSOS 生信分析Fig.2 Bioinformatics analysis of S.miltiorrhiza-HSOS based on network pharmacology
如圖3 所示,與對照組比較,模型組大鼠肝組織ROS 以及MDA 水平均顯著升高(P<0.01);與模型組比較,丹參水提物各劑量組ROS 水平均顯著降低(P<0.01),丹參水提物高劑量組肝組織MDA水平顯著降低(P<0.05)。以上結果提示丹參水提物可顯著抑制野百合堿誘導的肝臟氧化應激損傷。

圖3 丹參水提物抑制野百合堿誘導的大鼠肝臟氧化應激損傷 (±s , n = 5)Fig.3 S.miltiorrhiza water extract inhibits monocrotaline-induced liver oxidative stress injury in rats (±s , n = 5)
根據網絡藥理學分析結果,Nrf2 信號通路對丹參水提物抑制HSOS 具有重要作用。Western blotting結果顯示,高劑量丹參水提物可逆轉野百合堿引起的Nrf2 核轉位減少(P<0.05,圖4-A);同時,Nrf2下游抗氧化基因表達檢測結果(圖4-B)顯示,與模型組比較,丹參水提物各劑量組肝組織GCLC、GCLM以及NQO1基因表達水平均顯著升高(P<0.05、0.001),丹參水提物高劑量組HO-1基因表達水平顯著升高(P<0.01)。Western blotting(圖4-C)結果顯示,高劑量丹參水提物可逆轉野百合堿引起的GCLC、GCLM 與HO-1 蛋白表達水平下降(P<0.05、0.001)。

圖4 丹參水提物促進野百合堿誘導的大鼠肝臟Nrf2 核轉位激活 (±s, n =3)Fig.4 S.miltiorrhiza water extract induces activation of Nrf2 nuclear translocation in liver of monocrotaline-induced rats(±s, n = 3)
F4/80 和Ly6G 分別是巨噬細胞和中性粒細胞的細胞表面標志物。如圖5 所示,野百合堿誘導大鼠肝臟F4/80 和Ly6G 陽性細胞數顯著增加(P<0.05),而各劑量丹參水提物可顯著抑制肝臟細胞的炎性浸潤(P<0.05、0.01)。以上結果提示丹參水提物可抑制野百合堿誘導產生的肝臟炎性損傷。

圖5 丹參水提物抑制野百合堿誘導的大鼠炎癥損傷 (±s , n = 3)Fig.5 S.miltiorrhiza water extract inhibits monocrotaline-induced inflammatory damage in rats (±s , n = 3)
根據網絡藥理學分析結果,NF-κB 以及TNF 信號通路在HSOS 形成過程中具有重要作用。Western blotting 結果顯示,野百合堿可誘導NF-κB p65 核轉位顯著增加(P<0.001,圖6-A),而各劑量丹參水提物可抑制野百合堿引起的p65 核轉位情況(P<0.001)。NF-κB 下游炎性因子基因表達(圖6-B)結果顯示,各劑量丹參水提物均顯著抑制野百合堿誘導的COX-2、NOS2、TNF、IL-6以及IL-1β基因表達(P<0.05、0.001);此外,Western blotting 結果(圖6-C)也顯示,不同劑量丹參水提物可顯著降低TNF-α、IL-1β 以及p-IκB 的蛋白表達水平(P<0.05、0.001)。以上結果提示丹參水提物通過調控NF-κB信號軸抑制野百合堿誘導的肝臟炎性損傷。

圖6 丹參水提物減少NF-κB 入核并抑制其下游炎性因子表達 (±s , n = 3)Fig.6 S.miltiorrhiza water extract reduces NF-κB entering nucleus and inhibits downstream inflammatory factor expressions (±s , n = 3)
HSOS 雖發病率低,但仍由于其危重性和復雜性受到各界廣泛關注。HSOS 的誘因主要包括大劑量的放化療藥、干細胞移植,以及誤服含PAs 的藥物或食物,在我國最常見的誘因主要是由于誤服土三七等有毒中藥導致[16-18]。野百合堿是一種典型的PAs,其次堿部分具有C-1,2 位不飽和雙鍵,PAs 本身不具有肝毒性,但經過代謝后的吡咯卻會導致強烈的肝毒性[19]。野百合堿誘導的大鼠模型具有臨床HSOS 患者的典型特征,如中央靜脈內皮脫落、肝竇出血、實質細胞壞死以及竇周纖維化等,因此被廣泛地應用于各類實驗研究。通過檢測大鼠血清生化指標,肝臟MMP9 蛋白表達以及肝臟病理切片觀察,證實丹參水提物具有良好的抑制HSOS 的藥效。
HSOS 的發生始動因素是肝竇內皮細胞(hepatic sinusoidal endothelial cell,HSEC)受損;PAs進入體內后被肝臟細胞色素氧化酶 P450(cytochrome P450,CYP450)代謝活化形成脫氫吡咯生物堿(dehydro-pyrrolizidine alkaloids,DHPAs);DHPAs 隨即與細胞內蛋白質、DNA 以及RNA 形成復合物,造成細胞死亡,內皮細胞受損脫落后導致肝竇內皮完整性破壞,使紅細胞進入Disse 間隙,以機械力進一步破壞肝竇內皮,并活化凝血系統,使肝竇形成淤阻,進一步造成實質細胞缺氧壞死[20]。不僅如此,炎性反應也隨之發生。課題組前期研究發現,受損的肝竇內皮細胞可通過釋放損傷相關分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs),激活Toll 樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)/NFκB 信號通路,介導肝炎癥損傷從而加劇HSOS[21]。中藥天然活性成分如表兒茶素、甘草素與甘草苷等可通過減少DAMPs 釋放,抑制TLR4/NF-κB 信號通路,發揮改善HSOS 的藥效[22-23]。已有研究表明,丹參預防給藥可以抑制NF-κB 信號通路,減少下游炎性介質釋放,降低炎性損傷,從而抑制土三七誘導HSOS[24]。以上研究提示丹參可預防HSOS 發生,但丹參對HSOS 是否具有治療作用尚未可知。本實驗中,網絡藥理學篩選結果也提示NF-κB 信號通路是丹參水提物改善HSOS 的關鍵通路,實驗結果表明,丹參水提物可抑制NF-κB 核轉位,降低促炎細胞因子的表達,緩解炎癥,從而抑制野百合堿誘導的HSOS。
除炎性反應以外,氧化應激損傷也在HSOS 的形成中具有重要調控作用[23]。研究表明,DHPAs 可通過與細胞內谷胱甘肽(glutathione,GSH)共價結合而外排,但是當GSH 被過度消耗之后,活躍的DHPAs 導致肝臟嚴重氧化應激受損[25]。課題組前期研究發現,綠原酸、黃芩素、槲皮素、兒茶素及表兒茶素等中藥活性成分均能通過激活Nrf2 抗氧化信號通路,緩解氧化應激損傷,從而抑制HSOS[24,26-28],激活Nrf2 不僅抵御氧化應激損傷,還可通過減少DAMPs 的釋放而緩解炎癥,因此Nrf2 是治療HSOS的重要靶點[24]。研究顯示,丹參水提物可通過調控Nrf2/HO-1 信號通路,抵御氧化應激損傷,從而發揮抗心血管血瘀綜合征的藥效[29]。以上結果提示丹參水提物可能有激活Nrf2 的作用,本研究發現丹參水提物可以降低野百合堿誘導升高的ROS、MDA含量,并逆轉野百合堿誘導的Nrf2 核易位減少,以及下游GCLC、GCLM、NQO1 以及HO-1 等抗氧化酶的表達降低現象,從而抵抗氧化應激損傷。以上結果提示丹參水提物可通過激活Nrf2 核轉位,緩解氧化應激,改善HSOS。
綜上,丹參水提物能夠有效地抑制野百合堿誘導的HSOS,其機制和調控氧化應激、抑制炎癥有關。本研究為丹參治療HSOS 提供了實驗依據。
利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突