劉 娟,鐘相根,鄧秀蘭,李 配,齊明月,趙娜妹
北京中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院,北京 100029
COPD模型大鼠氣道黏液高分泌機制及健脾益肺化痰方干預作用*
劉 娟,鐘相根,鄧秀蘭△,李 配,齊明月,趙娜妹
北京中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院,北京 100029
目的:觀察健脾益肺化痰系列方對慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)模型大鼠的防治作用及其機制。方法:采用單純香煙煙熏法建立COPD大鼠模型。將60只Wistar雄性大鼠隨機分為正常組、模型組、健脾益肺化痰方組、健脾益肺方組、化痰方組和羧甲司坦組,每組10只。健脾益肺化痰方組、健脾益肺方組、化痰方組和羧甲司坦組大鼠分別給予相應的藥物灌胃治療,正常組和模型組灌胃等體積純凈水。用酶聯(lián)免疫測定法(ELISA)檢測各組大鼠肺泡灌洗液(BALF)中黏蛋白5AC(MUC5AC)、黏蛋白5B(MUC5B)、白細胞介素1β(IL-1β)、環(huán)氧化酶2(COX2)、轉化生長因子α(TGF-α)、前列腺素E2(PGE2)的含量。結果:與正常組比較,模型組大鼠肺泡灌洗液(BALF)中MUC5AC、MUC5B、IL-1β、COX2、TGF-α、PGE2含量顯著升高(P<0.05)。與模型組比較,健脾益肺化痰組、健脾益肺組、化痰組大鼠肺泡灌洗液(BALF)中MUC5AC、MUC5B、IL-1β、COX2、TGF-α、PGE2含量均降低(P<0.05)。結論:健脾益肺化痰系列方中以標本兼治的健脾益肺化痰方尤為突出,能降低COPD模型大鼠肺泡灌洗液中MUC5AC、MUC5B、IL-1β、COX2、TGF-α、PGE2的含量,抑制氣道黏液高分泌傳導通路,使氣道結構重塑,改善氣道通氣狀況,最終改善COPD模型大鼠肺功能。
COPD;氣道黏液高分泌;標本兼治;健脾益肺化痰系列方
慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是以氣道不完全可逆性氣流受限為特征的慢性疾病,與肺部對香煙煙霧等有害氣體或有害顆粒的異常炎癥反應有關。COPD以氣道、肺實質和肺血管的慢性炎癥為特征,同時氣道黏液高分泌是其重要的病理生理特征,可加重氣道阻塞,并致下呼吸道感染難以控制,已被認為是影響COPD病死率和預后的獨立危險因素[1]。氣管、支氣管杯狀細胞化生是黏蛋白的主要來源,也是黏液過度分泌的結構基礎。研究顯示[2],黏蛋白5AC(MUC5AC)、黏蛋白C5B(MUC5B)是構成黏液的主要低聚物黏蛋白,在COPD患者中表達明顯增加,MUC5AC存在于氣道上皮杯狀細胞,MUC5B存在于黏膜下腺體。研究表明[3-4]參與COPD對黏液分泌有作用的細胞因子和炎性介質有IL-1β、IL-4、IL-6、IL-8、IL-9、IL-13、IL-17,以 及TNF-α、EGF、前列腺素、白三烯等,且它們之間存在協(xié)同效應。目前認為杯狀細胞化生及MUC5AC基因表達的關鍵介導環(huán)節(jié)涉及白細胞介素-1β(IL-1β)和表皮生長因子受體(EGFR)信號傳導通路。
本課題在“黏液高分泌”及“痰”相關理論的指導下,采用單純香煙煙熏建立COPD大鼠模型,以健脾益肺化痰系列方藥進行干預治療,觀察發(fā)現健脾益肺化痰系列方可顯著改善COPD大鼠肺功能、血氣及肺組織病理狀況[5],本研究擬從氣道黏液高分泌角度,進一步探討健脾益肺化痰系列方防治COPD的作用機制及針對“痰”進一步辨證論治的差異性。
1.1 實驗動物SPF級健康雄性Wistar大鼠60只,體質量(180±20)g,鼠齡10~12周[購于北京維通利華實驗動物公司,動物許可證號:SCXK(京) 2012-0001],于北京中醫(yī)藥大學實驗動物中心適應性飼養(yǎng)7天。
1.2 實驗用藥實驗用中藥材全部購自北京同仁堂醫(yī)藥藥材有限公司,經北京中醫(yī)藥大學藥用植物教研室鑒定。生藥劑量比例按原著換算,依照人單位體質量生藥量求得大鼠單位體質量生藥量,擴大10倍。各組藥物分別以純凈水煎煮30分鐘,提取2次。再合并煎液,并將所得藥液用雙層紗布過濾,水浴加熱蒸發(fā)濃縮,貯于冰箱中備用。羧甲司坦組予羧甲司坦(北京曙光藥業(yè)股份有限公司生產,批號:H11021036,規(guī)格:250 mg×12片×2板/盒)500 mg/kg灌胃,劑量參考文獻[6]。
1.2.1 健脾益肺化痰方 由四君子湯、玉屏風散、二陳湯加桔梗化裁方組成。藥物組成:黨參15 g,茯苓15 g,白術10 g,炙甘草5 g,黃芪15 g,防風6 g,半夏10 g,陳皮10 g,桔梗10 g。
1.2.2 健脾益肺方 四君子湯合玉屏風散組成。藥物組成:黨參15 g,茯苓15 g,白術10 g,炙甘草5 g,黃芪15 g,防風6 g。
1.2.3 化痰方 即二陳湯加桔?;梅?,藥物組成:半夏10 g,陳皮10 g,茯苓15 g,炙甘草5 g,桔梗10 g。
1.3 儀器與試劑大前門牌香煙(烤煙型,焦油量12 mg,煙氣煙堿量0.9 mg,煙氣一氧化碳含量14 mg);自制動物熏煙箱(60 cm×50 cm×40 cm);自動切片機、自動包埋機;溫控儀鼓風干燥箱(上海躍進醫(yī)療器械廠);高精度可調節(jié)移液器,槍頭(白槍頭、黃槍頭、藍槍頭);吸水紙(自備);電熱恒溫培養(yǎng)箱(上海益恒實驗儀器有限公司生產);TECAN全波長酶標儀(Thermo生產,Multiskan MK3);離心機(Tomy Seiko生產);試管及離心管,容量瓶,蒸餾水。
1.4 實驗方法
1.4.1 實驗分組及給藥 將60只Wistar大鼠隨機分為正常組、模型組、健脾益肺化痰方組、健脾益肺方組、化痰方組、羧甲司坦組,共6組,每組10只。模型組于吸煙造模12周后每天給予等體積純凈水灌胃,各給藥組于吸煙第13周起于每日上午吸煙前半小時給予相應藥物灌胃;正常組每天給予等體積純凈水灌胃。
1.4.2 COPD大鼠模型建立 參考文獻[7]方法,采用單純香煙煙熏法復制COPD大鼠模型。模型組及各給藥組大鼠放入自制被動吸煙玻璃熏箱,箱頂留有通氣孔,燃燒大前門牌香煙,由三通管導入煙霧。1次熏煙燃燒大前門香煙12支,每支香煙約產生煙霧1 L,煙霧濃度約5%,持續(xù)0.5小時,每日吸煙2次,上下午各1次,每周5天,連續(xù)16周。1.4.3 實驗取材 實驗大鼠在末次給藥后,禁食12小時,4%戊巴比妥鈉腹腔麻醉。隨機挑選等量的各實驗組動物,行正中切口,氣管插管,進行生理鹽水支氣管肺泡灌洗3次,5 mL/次。待注入生理鹽水后,輕輕按摩肺組織30秒,回收支氣管肺泡灌洗液(BALF),記錄回收的灌洗液量(保證回收率>80%)。將回收的BALF離心(3 000 r/min,4℃) 10分鐘,用于ELISA檢測。
1.4.4 酶聯(lián)免疫測定法(ELISA) 檢測大鼠肺泡灌洗液中MUC5AC、MUC5B、IL-1β、COX2、TGF-α、PGE2的含量。
1.4.4.1 試劑盒組成 酶標板:12條×8孔;標準品:2瓶(凍干品);生物素標記抗體:1×120 μL/瓶;辣根過氧化物酶標記親和素:1×120 μL/瓶;生物素標記抗體稀釋液:1×15 mL/瓶;辣根過氧化物酶標記親和素稀釋液:1×15 mL/瓶;樣本稀釋液:1× 50 mL/瓶;濃洗滌液:1×20 mL/瓶;底物溶液:1× 10 mL/瓶;終止液:1×10 mL/瓶;板貼:4張;密封袋:1個。
1.4.4.2 操作步驟 1)將各種試劑移至室溫(18~25℃)平衡至少30分鐘,按各自試劑配制方法配制試劑以備用;2)加樣:分別設標準品孔、待測樣本孔。每孔分別加標準品或待測樣本100 μL,輕輕晃動混勻,覆上板貼,37℃溫育2小時;3)棄去液體,甩干,不用洗滌;4)每孔加生物素標記抗體工作液100 μL,覆上新的板貼,37℃溫育1小時;5)棄去孔內液體,甩干,洗板3次。每次浸泡2分鐘,200 μL/孔,甩干;6)每孔加辣根過氧化物酶標記親和素工作液100 μL,覆上新的板貼,37℃溫育1小時;7)棄去孔內液體,甩干,洗板5次。每次浸泡2分鐘,200 μL/孔,甩干;8)依序每孔加底物溶液90 μL,37℃避光顯色15~30分鐘;9)依序每孔加終止液50 μL,終止反應;10)在反應終止后5分鐘內用酶標儀在450 nm波長依序測量各孔的光密度。
1.5 統(tǒng)計學方法數據采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件分析,計量資料以(±s)表示,多組樣本間均數的比較采用單因素方差分析,P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。
模型組大鼠肺泡灌洗液中MUC5AC、MUC5B、IL-1β、COX2、TGF-α、PGE2的含量均顯著升高,與正常組比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。健脾益肺化痰組、健脾益肺組、化痰組大鼠肺泡灌洗液中MUC5AC、MUC5B、IL-1β、COX2、TGF-α、PGE2的含量均降低,與模型組比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。3組中藥給藥組之間比較,健脾益肺化痰組(標本兼治組)COPD模型大鼠炎癥因子IL-1β、TGF-α的含量下降較明顯,化痰組(治標組)次之,健脾益肺組(治本組)COPD模型大鼠IL-1β、TGF-α含量下降最低。健脾益肺化痰組(標本兼治組)COPD模型大鼠炎癥因子COX2、PGE2的含量下降較明顯,健脾益肺組(治本組)次之,化痰組(治標組)COPD模型大鼠COX2、PGE2含量下降最低,見表1—2。
表1 各組大鼠肺泡灌洗液中MUC5AC、MUC5B的含量(±s) pg/mL
表1 各組大鼠肺泡灌洗液中MUC5AC、MUC5B的含量(±s) pg/mL
注:*表示與正常組比較,P<0.05;#表示與模型組比較,P<0.05;☆表示與健脾益肺組比較,P<0.05;△表示與化痰組比較,P<0.05。
組別 只數 MUC5AC MUC5B正常組 10 142.2±23.8 87.8±49.5模型組 10 782.1±93.2*1972.9±551.2*健脾益肺化痰組 10 402.5±55.6#△760.4±111.9#△健脾益肺組 10 495.1±83.1#1905.4±453.0#化痰組 10 629.8±48.6#☆1919.7±286.8#☆羧甲司坦組 10 556.5±86.9 1445.9±255.4
表2 各組大鼠肺泡灌洗液中IL-1β、COX2、TGF-α、PGE2的含量(±s) pg/mL
表2 各組大鼠肺泡灌洗液中IL-1β、COX2、TGF-α、PGE2的含量(±s) pg/mL
注:*表示與正常組比較,P<0.05;#表示與模型組比較,P<0.05;☆表示與健脾益肺組比較,P<0.05;△表示與化痰組比較,P<0.05。
組別 只數 IL-1β COX2TGF-α PGE2正常組 10 65.53±7.36 82.79±13.50 260.15±51.05 5.38±3.95模型組 10 164.43±34.97*128.36±10.45*397.21±102.84*28.76±4.38*健脾益肺化痰組 10 96.30±15.26#96.69±18.04#205.56±43.48#△☆11.33±5.34#健脾益肺組 10 152.73±24.79#△115.83±25.66#356.24±68.22 12.16±2.54#化痰組 10 101.05±23.51#117.48±26.97 341.30±64.60 12.21±3.75#羧甲司坦組 10 117.55±8.99 95.09±36.00 242.70±70.07 10.04±6.58
杯狀細胞化生和黏液高分泌過度分泌是COPD氣道慢性炎癥的重要病理改變,過度分泌的黏液潴留于氣道,加重了已經狹窄氣道的阻塞,加速了肺功能的下降進程,容易導致氣道內感染的發(fā)生,病情惡化。COPD氣道黏液高分泌的結構基礎是杯狀細胞化生/增生,而IL-13、IL-1β、TNF-α信號通路參與刺激誘導了杯狀細胞的化生/增生。此外,EGFR信號轉導通路是諸多刺激因子誘導MUC5AC基因表達的共同通路,多種刺激物可通過NE/TNF-α/TGF-α/EGFR等信號途徑,上調MUC5AC基因轉錄和MUC5AC生成[8]。IL-1β激活COX2/PGE2;經MAPK激活細胞外信號調節(jié)激酶1/2(extracellular signal-regulated kinasel1/2,ERK1/2)和p38-MAPK途徑,激活環(huán)磷酸腺苷(cAMP)反應元件結合蛋白(CREB),從而誘導MUC5AC基因的表達[9 ]。
COPD屬中醫(yī)學“肺脹”“咳嗽”“喘證”“痰飲”范疇,在對其病證病機的認識中,始終重視痰的作用[10-13];在治療過程中,也積極化痰,大多以益氣健脾化痰法為原則[14]。中醫(yī)學認為“脾為生痰之源,肺為貯痰之器”,肺脾氣虛,津液不化,痰濁潴留,伏痰形成;外邪引動伏痰,引發(fā)COPD。結合現代醫(yī)學與中醫(yī)學對本病進行較為全面的研究[15],認識到現代醫(yī)學的“氣道黏液高分泌”就是中醫(yī)學的“痰”。相關臨床研究[16-18]表明,健脾益肺化痰系列方治療穩(wěn)定期COPD患者,具有減輕臨床癥狀,減少急性發(fā)作頻率,改善呼吸功能等作用。藥理研究[19]表明,健脾益肺化痰系列方具有增強機體免疫功能、抗變態(tài)反應、抗菌抗病毒、抗纖維化、增強腎上腺皮質功能等功效。臨床上通過抑制黏液高分泌或化痰,可以有效緩解COPD的發(fā)?。?0-21]。本實驗選用健脾益肺化痰方及其拆方,從氣道黏液高分泌角度探討其作用機制,并著重對比分析“健脾益肺化痰標本兼治”的干預作用。
綜上所述,健脾益肺化痰系列方中以標本兼治的健脾益肺化痰方尤為突出,可以通過抑制COPD氣道上皮杯狀細胞化生及黏液高分泌信號轉導,從而抑制氣道黏液高分泌,使氣道結構重塑,改善氣道通氣狀況,最終改善COPD模型大鼠肺功能。這可能是健脾益肺化痰標本兼治法改善COPD大鼠肺功能的效應機制之一,可為臨床使用健脾益肺化痰系列方防治COPD提供了部分實驗依據。
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Airway Mucus Hypersecretion Mechanism in Rat with COPD Model and Intervention Process of Tonifying the Spleen and Nourishing the Lung as well as Eliminating Phlegm
LIU Juan,ZHONG Xianggen,DENG Xiulan△,LI Pei,QI Mingyue,ZHAO Namei College of Basic Medical Sciences,Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China
A
1004-6852(2016)11-0011-04
2016-01-14
國家自然科學基金資助項目(編號81173314,81473666);國家中醫(yī)藥管理局中醫(yī)藥重點學科基本科研項目(編號2013-ZDXKKF-03)。
劉娟(1987—),女,在讀碩士研究生。研究方向:呼吸系統(tǒng)疾病的中醫(yī)藥防治。
△通訊作者:鄧秀蘭(1963—),女,碩士學位,副教授。研究方向:呼吸系統(tǒng)疾病的診治。