黃夏冰 王馨苑 李娟 陳一萍 農焦 黃德慶 (.廣西中醫藥大學第一附屬醫院急診科,南寧 500;.廣西中醫藥大學發展規劃處,南寧 500;.廣西中醫藥大學第一附屬醫院兒科,南寧 500;.廣西中醫藥大學第一附屬醫院教學部,南寧 500)
急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)是一種急性腹部急危重癥,病情進展迅速且兇險,可誘發胰腺及全身炎癥,其中肺臟是最常被累及的器官,導致的急性嚴重肺損傷是造成AP患者死亡的主要原因,盡早防治可有效提升患者生存率[1-2]。炎癥細胞因子過量分泌引發并放大的全身炎癥級聯反應是導致AP患者急性肺損傷的主要因素,減少血清淀粉酶及炎癥因子水平,進行抗炎治療能夠顯著減輕AP引發的肺損傷[3-4]。Toll樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)是脂多糖激活炎癥級聯反應必需的一種信號受體,可促進核轉錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB,NF-κB)蛋白核轉移,進而引發機體組織炎癥,在AP發生發展過程中發揮關鍵作用[5]。抑制TLR4/NF-κB通路激活可顯著減弱脂多糖誘導的肺組織炎癥,改善急性肺損傷,提示TLR4/NF-κB信號是治療AP后肺損傷的重要靶點[6-7]。五味子乙素是提取自中藥北五味子中的一種聯苯環辛烯類木脂素,具有明顯的抗感染、抗炎與抗氧化活性,可通過抑制氧化應激和炎癥反應減輕2型糖尿病大鼠腎損傷,并可抑制NF-κB信號激活,緩解膿毒癥誘發的急性肺損傷[8-9]。但五味子乙素能否通過TLR4/NF-κB信號改善AP相關肺部損傷,目前還不清楚。本文通過構建AP肺損傷大鼠模型,對此問題進行探究。
1.1 材料
1.1.1 實驗動物 SPF級雄性SD大鼠購于廣州啟特生物科技有限公司,許可證號:SYXK(粵)2021-0245。在屏障環境下分籠飼養,每籠5~6只,大鼠自由飲水、進食,飼養室溫度為23~25 ℃,相對濕度為55%~60%,照明以12 h/12 h明暗交替進行。本研究獲得武漢華聯科生物技術有限公司倫理委員會審批通過,批件號:HLK-2022107496。
1.1.2 主要試劑與儀器 五味子乙素(規格:HPLC≥98%,20 mg,貨號:S19861-20 mg)購于上海吉至生化科技有限公司;牛磺膽酸鈉(純度:HPLC≥98%,貨號:ST8040)、兔SP檢測試劑盒(貨號:SP0021)購于北京索萊寶科技有限公司;兔源MYD88一抗、大鼠IL-6 ELASA試劑盒、大鼠IL-18 ELASA試劑盒、兔源GAPDH一抗、兔源NF-κB p65一抗、兔源PCNA一抗、羊抗兔二抗(貨號:ab219413、ab234570、ab213909、ab9485、ab16502、ab92552、ab150077)購于美國Abcam公司;HE染色試劑盒、兔源TLR4一抗、RIPA裂解液、BCA蛋白測定試劑盒、兔源p-NFκB p65一抗(貨號:C0105、AF8187、P0013K、P0011、AF5875)購于上海碧云天公司。
小動物無創肺功能儀購于上海玉研科學儀器有限公司;全自動生化分析儀(型號:AU 2700)購于日本Olympus公司;血氣分析儀(型號:RAPIDPoint 500)購于德國Siemens公司;全波長酶標儀(型號:SLFAD)購于美國Bio Tek公司;生物組織包埋機(型號:YD-6D)購于浙江省金華市益迪醫藥設備廠;組織石蠟切片機(型號:1015)購于德國LEICA公司;正置顯微鏡(型號:ECLIPSE 80i)購于日本Nikon公司;組織勻漿機(型號:Precellys 24)購于法國Bertin公司;電子天平(型號:ML204)購于梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;穩壓穩流電泳儀(型號:DYY-6B)購于北京六一儀器廠;蛋白轉印系統、凝膠成像儀(型號:Trans-Blot Turbo、170-8200)購于美國Bio-Rad公司等。
1.2 方法
1.2.1 建立AP大鼠模型及分組給藥 制備AP模型的方法參照文獻[10]:將牛磺膽酸鈉加入生理鹽水中溶解混勻,制備為質量濃度為5%的溶液備用,SD大鼠禁食12 h后,通過腹腔注射劑量為40 mg/kg的3%戊巴比妥鈉溶液麻醉,仰臥固定后,腹部備皮、消毒、于正中切開(切口約2 cm),暴露十二指腸后夾閉近腸端和近肝門端胰膽管,向膽胰管內逆行注射1.5 ml/kg的5%牛磺膽酸鈉溶液,然后去除動脈夾,按壓并封閉穿刺孔,復位腸管后縫合切口,若觀察到大鼠胰腺出現水腫、出血癥狀,且呼吸困難急促,肺部聽診有雜音,表明模型制備成功。經隨機數表法分為模型組、五味子乙素組、TLR4過表達載體組、TLR4空載組、五味子乙素+TLR4過表達載體組,每組12只大鼠,再取12只SD大鼠僅翻動腸管不注射5%牛磺膽酸鈉,作為假手術組。
將五味子乙素加入生理鹽水中溶解混勻,制備為8 mg/ml的藥液[9],五味子乙素+TLR4過表達載體組大鼠腹腔注射10 ml/kg五味子乙素藥液(1次/d),同時靜脈注射0.5 ml腺病毒包裝的TLR4過表達載體(1×1011PFU,1次/周)[11];五味子乙素組大鼠腹腔注射10 ml/kg五味子乙素藥液(1次/d),同時靜脈注射0.5 ml生理鹽水(1次/周);TLR4過表達載體組大鼠腹腔注射10 ml/kg生理鹽水(1次/d),同時靜脈注射0.5 ml腺病毒包裝的TLR4過表達載體(1×1011PFU,1次/周);TLR4空載組大鼠腹腔注射10 ml/kg生理鹽水(1次/d),同時靜脈注射0.5 ml腺病毒包裝的TLR4空載體(1×1011PFU,1次/周);模型組和假手術組大鼠腹腔注射10 ml/kg生理鹽水(1次/d),同時靜脈注射0.5 ml生理鹽水(1次/周),共用藥2周。
1.2.2 肺功能檢測 最后1次藥物干預結束后24 h,采用無創肺功能儀測定肺功能指標:吸氣阻力(resistance inspiratory,Ri)、每分通氣量(minute ventilation,MV)、呼氣峰流值(peak expiratory flow,PEF),全身體積描記系統參數:氣泵流量2 L/min,傳感器放大500倍,采樣頻率200 Hz,輸入校準-50。
1.2.3 標本采集及大鼠動脈血氣、腹水量與肺組織W/D檢測 肺功能檢測結束后,吸入乙醚麻醉大鼠,采集頸動脈血,以血氣分析儀測定其中二氧化碳分壓(arterialpartial pressure of carbon dioxide,PaCO2)、氧分壓(arterial partial pressure of oxygen,PaO2)與氧合指數(oxygenation index,OI),OI計算公式為:OI=PaO2/FiO2(吸氧濃度),因大鼠在本實驗中均自由呼吸,FiO2為空氣中氧濃度0.21。再次采集頸動脈血1.1 ml,離心收集上清,將其分組標記后保存在-80 ℃條件下;抽取大鼠腹水并測量其體積,然后開胸取出肺臟,左右肺對半剪開,稱量右肺濕重,以烤箱烤干后稱量其干重,計算濕重/干重(W/D);左肺組織剪下約0.6 g,剪成小碎塊,加入RIPA裂解液勻漿、離心、收集上清,BCA試劑盒測定其中蛋白總濃度后,將其分組標記并保存在-80 ℃條件下;其余左肺組織經漂洗、固定、脫水、透明、包埋后切片備用。
1.2.4 肺組織病理形態檢測 1.2.3中的肺組織切片取出后,每只大鼠選3張切片,經脫蠟、水化后進行HE染色,脫水、透明、封片、鏡下觀察,拍照后以顯微鏡自帶的系統分析肺組織的病理改變情況,以如下標準進行Holfbauer評分[12]:肺組織完好,無病理損傷,計0分;25%視野出現水腫、出血、炎癥浸潤等病理改變,計1分;50%視野出現水腫、出血、炎癥浸潤等病理改變,計2分;75%視野出現水腫、出血、炎癥浸潤等病理改變,計3分;全部視野出現水腫、出血、炎癥浸潤等病理改變,計4分。
1.2.5 血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平測定 取1.2.3中的血清,凍融后采用ELISA試劑盒測定炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平,以全自動生化分析儀測定血清淀粉酶水平。
1.2.6 肺組織TLR4/NF-κB信號通路蛋白水平檢測 取1.2.3中的肺組織蛋白樣品液,凍融后每組取20 μg總蛋白變性后以電泳分離,濕轉后以5%脫脂奶粉封閉其非特異位點,將目的蛋白TLR4、PCNA、核內NF-κB p65、GAPDH自膜上剪下后,分別以相應一抗孵育,洗膜后孵育二抗,顯影后拍照,以Quantity One軟件定量各蛋白灰度值后進行統計分析,最后得到其相對表達量。
1.2.7 肺組織病理形態檢測 1.2.3中的肺組織切片取出后,每只大鼠再次選3張切片,同樣脫蠟、水化后孵育稀釋100倍的兔源TLR4一抗溶液,使用兔SP檢測試劑盒孵育二抗后,進行DAB顯色、蘇木素復染處理,最后封片觀察TLR4蛋白著色情況,每張切片隨機選6個視野拍照,通過Image J軟件分析圖片,定量細胞數后計算TLR4陽性細胞比例(%)=TLR4陽性細胞數/總細胞數×100%。
1.3 統計學分析 采用SPSS24.0軟件對實驗數據進行統計分析,以±s表示,兩組間的差異比較采用t檢驗;多組間差異比較行單因素方差分析,兩兩進一步比較采用LSD-t檢驗,P<0.05表示差異有統計學意義。
2.1 各組大鼠肺功能檢測結果 與假手術組相比,模型組大鼠MV、PEF顯著降低(P<0.05),Ri顯著升高(P<0.05)。與模型組、五味子乙素+TLR4過表達載體組分別相比,五味子乙素組大鼠MV、PEF均升高(P<0.05),Ri均降低(P<0.05);TLR4過表達載體組大鼠MV、PEF均降低(P<0.05),Ri均升高(P<0.05)。與模型組相比,TLR4空載組大鼠MV、PEF與Ri差異均無統計學意義(P>0.05)。見表1。
表1 各組大鼠肺功能指標MV、PEF與Ri水平(±s,n=12)Tab.1 Levels of pulmonary function indexes MV, PEF and Ri of rats in each group (±s,n=12)
Note:Compared with sham operation group, 1)P<0.05; compared with model group, 2)P<0.05; compared with schisandrin B+TLR4 overexpression vector group, 3)P<0.05.
Groups Sham operation Model Schisandrin B TLR4 overexpression vector TLR4 empty Schisandrin B+TLR4 overexpression vector MV/ml 7.39±0.45 3.28±0.221)6.70±0.712)3)PEF/(ml·s-1)61.47±8.29 34.66±3.951)57.58±8.122)3)Ri/(kPa·s·L-1)26.87±4.43 67.31±8.761)28.72±4.682)3)1.56±0.182)3)9.84±2.432)3)93.16±10.752)3)3.34±0.33 34.95±4.13 67.02±10.81 2.89±0.31 32.52±3.94 65.34±11.06
2.2 各組大鼠動脈血氣檢測結果 與假手術組相比,模型組大鼠PaO2、OI顯著降低(P<0.05),PaCO2顯著升高(P<0.05)。與模型組、五味子乙素+TLR4過表達載體組分別相比,五味子乙素組大鼠PaO2、OI均升高(P<0.05),PaCO2均降低(P<0.05);TLR4過表達載體組大鼠PaO2、OI均降低(P<0.05),PaCO2均升高(P<0.05)。與模型組相比,TLR4空載組大鼠PaCO2、PaO2與OI差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。
表2 各組大鼠動脈血氣相關指標PaCO2、PaO2與OI水平(±s,n=12)Tab.2 Levels of PaCO2, PaO2 and OI in arterial blood gas of rats in each group (±s,n=12)

表2 各組大鼠動脈血氣相關指標PaCO2、PaO2與OI水平(±s,n=12)Tab.2 Levels of PaCO2, PaO2 and OI in arterial blood gas of rats in each group (±s,n=12)
Note:Compared with sham operation group, 1)P<0.05; compared with model group, 2)P<0.05; compared with schisandrin B+TLR4 overexpression vector group, 3)P<0.05.
Groups Sham operation Model Schisandrin B TLR4 overexpression vector TLR4 empty Schisandrin B+TLR4 overexpression vector PaCO2/mmHg 38.92±1.53 52.83±2.041)40.17±2.122)3)PaO2/mmHg 98.76±1.12 63.54±1.911)94.35±5.032)3)OI 470.29±8.13 302.57±5.791)449.28±7.962)3)61.95±2.782)3)47.82±3.282)3)227.71±9.522)3)53.04±2.35 64.03±2.25 304.90±5.81 50.29±3.16 60.37±3.14 287.48±6.08
2.3 各組大鼠腹水量與W/D檢測結果 與假手術組相比,模型組大鼠腹水量與W/D顯著升高(P<0.05)。與模型組、五味子乙素+TLR4過表達載體組分別相比,五味子乙素組大鼠腹水量與W/D均降低(P<0.05);TLR4過表達載體組大鼠腹水量與W/D均升高(P<0.05)。與模型組相比,TLR4空載組大鼠腹水量與W/D差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。
表3 各組大鼠腹水量與W/D(±s,n=12)Tab.3 Ascites volume and W/D of rats in each group(±s, n=12)

表3 各組大鼠腹水量與W/D(±s,n=12)Tab.3 Ascites volume and W/D of rats in each group(±s, n=12)
Note:Compared with sham operation group, 1)P<0.05; compared with model group, 2)P<0.05; compared with schisandrin B+TLR4 overexpression vector group, 3)P<0.05.
Groups Sham operation Model Schisandrin B TLR4 overexpression vector TLR4 empty Schisandrin B+TLR4 overexpression vector Ascites volume/ml 0.35±0.11 10.81±1.341)1.74±0.572)3)14.96±1.862)3)10.32±1.53 W/D 4.26±0.41 6.47±0.731)4.53±0.502)3)8.24±0.642)3)6.59±0.61 9.48±0.95 6.12±0.52
2.4 各組大鼠肺組織病理形態檢測結果 假手術組肺組織形態正常完好,無病理損傷,Holfbauer評分為0。模型組大鼠肺泡縮小塌陷,間隔變寬,肺組織出現水腫、出血及炎癥細胞大量浸潤等病理損傷,Holfbauer評分相較于假手術組顯著升高(P<0.05)。與模型組、五味子乙素+TLR4過表達載體組分別相比,五味子乙素組大鼠肺組織上述病理損傷改變程度均減輕,Holfbauer評分均降低(P<0.05);TLR4過表達載體組大鼠肺組織上述病理損傷改變程度均加重,Holfbauer評分均升高(P<0.05)。與模型組相比,TLR4空載組大鼠肺組織上述病理損傷程度無明顯改變,Holfbauer評分差異無統計學意義(P>0.05)。見表4、圖1。

圖1 HE染色觀察各組大鼠肺組織病理形態(×200)Fig.1 Pathological morphology in lung tissue of rats in each group was observed by HE staining (×200)
表4 各組大鼠肺組織Holfbauer評分(±s,n=12)Tab.4 Holfbauer score of rats lung tissue in each group(±s,n=12)

表4 各組大鼠肺組織Holfbauer評分(±s,n=12)Tab.4 Holfbauer score of rats lung tissue in each group(±s,n=12)
Note:Compared with sham operation group, 1)P<0.05; compared with model group, 2)P<0.05; compared with schisandrin B+TLR4 overexpression vector group, 3)P<0.05.
Groups Sham operation Model Schisandrin B TLR4 overexpression vector TLR4 empty Schisandrin B+TLR4 overexpression vector Holfbauer/point 0 2.67±0.371)0.75±0.242)3)3.67±0.282)3)2.58±0.42 2.25±0.50
2.5 各組大鼠血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平檢測結果 與假手術組相比,模型組大鼠血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平顯著升高(P<0.05)。與模型組、五味子乙素+TLR4過表達載體組分別相比,五味子乙素組大鼠血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平均降低(P<0.05);TLR4過表達載體組大鼠血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平均升高(P<0.05)。與模型組相比,TLR4空載組大鼠血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平差異無統計學意義(P>0.05)。見表5。
表5 各組大鼠血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平(±s,n=12)Tab.5 Levels of serum amylase and inflammatory cytokines IL-6 and IL-18 in each group (±s,n=12)

表5 各組大鼠血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平(±s,n=12)Tab.5 Levels of serum amylase and inflammatory cytokines IL-6 and IL-18 in each group (±s,n=12)
Note:Compared with sham operation group, 1)P<0.05; compared with model group, 2)P<0.05; compared with schisandrin B+TLR4 overexpression vector group, 3)P<0.05.
Groups Sham operation Model Schisandrin B TLR4 overexpression vector TLR4 empty Schisandrin B+TLR4 overexpression vector Amylase/(U·L-1)1 026.53±50.195 2 934.16±72.841)11 1 057.72±58.732)3)5 3 894.64±91.652)3)16 2 921.92±74.3211 2 901.23±70.5710 IL-6/(ng·L-1)3.24±6.36 4.83±15.621)8.95±5.682)3)IL-18/(μg·L-1)0.39±0.08 1.17±0.131)0.43±0.072)3)8.47±20.142)3)1.85±0.162)3)6.52±16.17 1.19±0.12 9.21±20.13 1.12±0.20
2.6 各組大鼠肺組織TLR4/NF-κB信號通路蛋白表達檢測結果 與假手術組相比,模型組大鼠肺組織TLR4陽性細胞比例、TLR4與MYD88蛋白表達、p-NF-κB p65/NF-κB p65水平顯著升高(P<0.05)。與模型組、五味子乙素+TLR4過表達載體組分別相比,五味子乙素組大鼠肺組織TLR4陽性細胞比例、TLR4與MYD88蛋白表達、p-NF-κB p65/NF-κB p65水平均降低(P<0.05);TLR4過表達載體組大鼠肺組織TLR4陽性細胞比例、TLR4與MYD88蛋白表達、p-NF-κB p65/NF-κB p65水平均升高(P<0.05)。與模型組相比,TLR4空載組大鼠肺組織TLR4/NF-κB信號通路蛋白表達差異無統計學意義(P>0.05)。見圖2、圖3、表6。

圖2 免疫組化染色檢測各組大鼠肺組織TLR4蛋白表達(×200)Fig.2 Expression of TLR4 protein in lung tissue of rats in each group was detected by immunohistochemical staining (×200)

圖3 免疫印跡檢測各組大鼠肺組織TLR4/NF-κB通路相關蛋白表達Fig.3 TLR4/NF-κB signaling pathway proteins expressions in lung tissue of rats in each group were detected by Western blot
表6 各組大鼠肺組織TLR4/NF-κB信號通路蛋白相對表達(±s,n=12)Tab.6 Relative expressions of TLR4/NF-κB signaling pathway proteins in lung tissue of rats in each group (±s, n=12)

表6 各組大鼠肺組織TLR4/NF-κB信號通路蛋白相對表達(±s,n=12)Tab.6 Relative expressions of TLR4/NF-κB signaling pathway proteins in lung tissue of rats in each group (±s, n=12)
Note:Compared with sham operation group, 1)P<0.05; compared with model group, 2)P<0.05; compared with schisandrin B+TLR4 overexpression vector group, 3)P<0.05.
Groups TLR4/GAPDH Sham operation Model Schisandrin B TLR4 overexpression vector TLR4 empty Schisandrin B+TLR4 overexpression vector 0.54±0.12 1.21±0.181)0.59±0.072)3)1.96±0.252)3)1.19±0.20 MYD88/GAPDH 0.45±0.10 1.18±0.121)0.51±0.082)3)1.83±0.242)3)1.17±0.23 p-NF-κB p65/NF-κB p65 0.48±0.09 1.30±0.231)0.53±0.082)3)2.04±0.172)3)1.32±0.26 1.16±0.19 1.11±0.22 1.25±0.20
AP作為一種常見的急診科重癥疾病,近年來患病人數處于上升趨勢,大多數患者會因全身炎癥出現急性肺損傷,造成肺功能衰竭,是導致患者住院時間延長甚至死亡的重要因素[12-14]。本研究以膽胰管內逆行注射5%牛磺膽酸鈉的方法誘導建立AP模型,結果顯示,造模大鼠血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平明顯升高,誘發了全身炎癥,造成腹水及肺部水腫,導致肺泡縮小塌陷,間隔變寬,肺組織出現水腫、出血及炎癥細胞大量浸潤等病理損傷,損害了肺功能,使MV、PEF、PaO2、OI顯著降低,Ri、PaCO2顯著升高,揭示AP肺損傷模型構建成功。
AP不僅可損害胰腺組織,還可誘發全身炎癥,進而造成肺組織損傷,抑制機體炎癥是防治AP所致肺損傷的有效方法[15-16]。五味子乙素是一種天然抗炎化合物,可抑制炎癥因子表達,減輕脂多糖引起的肺上皮細胞炎癥,并可通過提高組織抗氧化活性減輕肺組織氧化應激損傷,延緩肺纖維化[17-18]。本研究以五味子乙素處理AP肺損傷大鼠,可明顯降低其血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平,抑制炎癥,減輕肺組織病理損傷改變,緩解腹水與肺組織水腫,提高MV、PEF、PaO2、OI,降低Ri、PaCO2,修復肺功能,表明五味子乙素可顯著改善AP引發的肺組織損傷,具有明顯的肺保護作用。
TLR4/NF-κB是啟動炎癥級聯反應的重要信號通路,參與介導AP的發病與病情進展過程,下調TLR4蛋白表達可抑制NF-κB蛋白的核轉移,減弱氧化應激和炎癥,并可抵抗胰腺巨噬細胞炎性激活,緩解AP病理癥狀,并減輕脂多糖引發的急性肺損傷[7,19-20]。本研究以TLR4過表達載體處理AP大鼠,可提升血清淀粉酶與炎癥細胞因子IL-6、IL-18水平,加重肺組織水腫及腹水癥狀,并促使肺部炎癥進展,進一步損害肺功能,表明TLR4/NF-κB通路參與介導AP引發的肺損傷過程,與上述提及的既往研究結果相似,而本研究結果顯示五味子乙素可降低AP大鼠肺組織中TLR4陽性細胞比例,下調其TLR4/NF-κB通路蛋白表達,減輕大鼠肺部炎癥損傷,表明TLR4/NF-κB通路在五味子乙素對AP引發肺損傷的治療過程中發揮重要調控作用;另外,當五味子乙素與TLR4過表達載體合用時,TLR4過表達載體可減弱五味子乙素的抗炎作用,并拮抗其對肺部炎癥損傷的改善作用,最終逆轉五味子乙素的肺功能修復功效,表明五味子乙素改善AP大鼠肺部損傷并修復肺功能是通過下調TLR4/NF-κB信號通路實現的。
綜上所述,本研究證實五味子乙素可以下調TLR4蛋白表達,抑制NF-κB磷酸化,抵抗AP引起的肺部炎癥,緩解肺損傷,減輕腹水與肺部水腫癥狀,促使肺功能恢復,下調TLR4/NF-κB信號通路是其起到上述藥理功效的作用機制之一,為AP提供了新的治療思路,并對五味子乙素的臨床推廣應用做出了一定貢獻。