王彪,袁海軍,袁娜,張文超,劉珺(.南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院 急診科,湖南 衡陽(yáng) 400;.南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院耳鼻喉科,湖南 衡陽(yáng) 400)
論著
野黃芩素對(duì)內(nèi)毒素血癥大鼠急性肺損傷的保護(hù)作用
王彪1,袁海軍1,袁娜1,張文超1,劉珺2
(1.南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院 急診科,湖南 衡陽(yáng) 421001;2.南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院耳鼻喉科,湖南 衡陽(yáng) 421001)
目的觀察野黃芩素對(duì)脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷的保護(hù)作用。方法將大鼠靜脈內(nèi)注射脂多糖(30mg/kg)以誘導(dǎo)急性肺損傷。1 h后分別靜脈注射不同濃度的黃芩素(0.1、0.5和1.0mmol/kg),酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)法檢測(cè)血漿中腫瘤壞死因子α,白細(xì)胞介素6和白細(xì)胞介素10的濃度;還原法檢測(cè)肺組織中亞硝酸鹽/硝酸鹽的含量;實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和蛋白免疫印跡法(W estern blot)分別檢測(cè)一氧化氮合成酶和血紅素氧合酶-1 mRNA及蛋白的表達(dá);HE染色觀察病理學(xué)改變情況。結(jié)果0.5和1.0mmol/kg的黃芩素能減少大鼠血漿中腫瘤壞死因子α和白細(xì)胞介素6含量,并能進(jìn)一步增加白細(xì)胞介素10水平。脂多糖注射后肺組織中一氧化氮合成酶蛋白表達(dá)和血漿中一氧化氮含量顯著增加,而黃芩素處理后一氧化氮合成酶和一氧化氮水平明顯減少。脂多糖能誘導(dǎo)血紅素氧合酶-1表達(dá),但黃芩素處理后能進(jìn)一步上調(diào)血紅素氧合酶-1表達(dá)水平。血紅素氧合酶-1抑制劑錫原卟啉處理后可消除黃芩素對(duì)細(xì)胞因子及一氧化氮合成酶表達(dá)的影響。此外,黃芩素還能減少肺組織水腫及中性粒細(xì)胞滲出。結(jié)論黃芩素可能通過誘導(dǎo)血紅素氧合酶-1表達(dá)來減輕脂多糖誘導(dǎo)的急性肺損傷。
野黃芩素;急性肺損傷;血紅素氧合酶1
急性肺損傷(acute lung injury,ALI)是一種以巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞過度活化為特征的臨床綜合征,病理學(xué)上表現(xiàn)為炎癥相關(guān)蛋白酶和活性氧類過度釋放以及肺內(nèi)出血而引起微血管和組織損傷、水腫和纖維蛋白沉積[1]。與急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)一樣,多種細(xì)胞因子與炎癥相關(guān)介質(zhì)參與本病的發(fā)生與發(fā)展過程,如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素1(IL-1)和白細(xì)胞介素6(IL-6),高遷移率族蛋白B1(high mobility groupbox 1 protein,HMGB1)、一氧化氮合成酶(nitric oxide synthase,iNOS)和一氧化氮(nitric oxide,NO)等[2]。血紅素氧合酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)是催化血紅素分解為Fe2+,膽綠素和一氧化碳CO的限速酶。研究表明,HO-1及其代謝產(chǎn)物對(duì)中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)具有一定的抑制作用[3]。促炎細(xì)胞因子、HMGB1以及氧化應(yīng)激均可上調(diào)HO-1表達(dá)。HO-1缺陷型小鼠中,往往伴隨有更高的氧化應(yīng)激水平與高死亡率。而給予低劑量CO誘導(dǎo)HO-1表達(dá)后,可顯著降低大鼠脂多糖(lipopolysachrides,LPS)誘導(dǎo)的肺損傷和致死性內(nèi)毒素休克。這表明HO-1對(duì)ALI的炎癥反應(yīng)與氧化應(yīng)激具有一定的負(fù)向調(diào)控作用[4]。野黃芩素(Scutellarein,SCT)是從黃芩中分離出的一種黃酮類化合物單體。體外研究表明,SCT具有一定的抗炎與抗氧化活性,并能抑制核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factorκB,NF-κB)的激活[5-6]。但SCT對(duì)ALI是否也具有保護(hù)作用目前仍不明確。本研究旨在探究LPS誘導(dǎo)的ALI動(dòng)物模型中,SCT能否調(diào)控炎癥因子與介質(zhì)的分泌,并觀察其是否與HO-1的誘導(dǎo)表達(dá)有關(guān)。
1.1材料與試劑
SCT純度98%,錫原卟啉(Sn-protopor phyrin,SnPP)購(gòu)自美國(guó)Sigma-Aldrich公司,抗HO-1多克隆抗體,抗鼠β-actin購(gòu)自美國(guó)Santa Cruz公司,辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)標(biāo)記免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)抗體購(gòu)自英國(guó)Abcam公司,Bradford蛋白濃度測(cè)定試劑盒購(gòu)自美國(guó)Bio-Rad公司,腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor Alpha,TNF-α),白細(xì)胞介素 1β(interleukin-1β,IL-1β) 和白細(xì)胞介素 10(interleukin-10,IL-10)酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(enzymelinked immunosorbent assay,ELISA)檢測(cè)試劑盒購(gòu)自深圳新博盛生物科技有限公司,蛋白酶抑制劑購(gòu)自瑞士Roche公司,cDNA逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購(gòu)自美國(guó)Applied Biosystems公司,RNA提取試劑盒購(gòu)自美國(guó)GIBCO BRL公司。雄性8~10周齡SPF級(jí)Wistar大鼠[動(dòng)物許可證號(hào):SCXK(湘)2015-0001,體重260~290 g]購(gòu)自南華大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。
1.2儀器與設(shè)備
Imark酶標(biāo)儀購(gòu)自美國(guó)Bio-Rad公司,LightCycle480實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction,PCR)儀購(gòu)自瑞士Roche公司,Mini-PROTEAN電泳儀購(gòu)自美國(guó) Bio-Rad公司,Bio-Rad Trans-Blot半干轉(zhuǎn)印儀購(gòu)自美國(guó)Bio-Rad公司,F(xiàn)uji DRI-CHEM FDC 3000全自動(dòng)干式生化分析儀購(gòu)自日本Fuji Photo Film公司。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1ALI模型的建立與實(shí)驗(yàn)分組Wistar大鼠于(23±1)℃、(55±5)℃環(huán)境下給予正常飼料喂養(yǎng)。本研究符合該校實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。大鼠采用1.5 g/kg的烏拉坦腹腔內(nèi)注射麻醉后,參照參考文獻(xiàn)提供的方法建立體外ALI模型,并根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆譃?組,每組10只大鼠。①對(duì)照組:大鼠于4h內(nèi)持續(xù)頸靜脈滴注9ml生理鹽水,在滴注生理鹽水1 h后經(jīng)股靜脈注入2m l林格氏液。②LPS組:將LPS(30 mg/kg)溶解于9m l生理鹽水中,4 h內(nèi)通過頸靜脈滴入。滴注1 h后,大鼠同時(shí)給予2ml林格氏液;③SCT干預(yù)組:LPS滴入1 h后,同時(shí)滴入不同濃度SCT(0.1、0.5和1.0 mmol/kg,用林格氏液溶解);④SnPP干預(yù)組:在LPS滴入前6 h腹腔注射30mg/kg SnPP,其他同SCT干預(yù)組。
1.3.2細(xì)胞因子測(cè)定大鼠處理結(jié)束后獲取其血清,采用ELISA測(cè)定TNF-α,IL-6和IL-10濃度。根據(jù)試劑盒提供的操作步驟,在包被有相應(yīng)細(xì)胞因子抗體的微孔板中加入100μl待血清,37℃孵育2 h。經(jīng)洗滌后,按照試劑盒的步驟分別加入一抗、二抗孵育。顯色后,測(cè)定450nm處的吸光度值,并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算TNF-α,IL-6和IL-10的濃度。
1.3.3亞硝酸鹽/硝酸鹽的測(cè)定獲取處理后的大鼠血漿30μl,加入60μl 95%乙醇4℃孵育30min以去沉淀血漿蛋白。14 000 r/min離心5min隨后加入1mol/L氯化氫HCl(含0.8%氯化釩VCl3),使其將樣本中的亞硝酸鹽/硝酸鹽還原為一氧化氮NO,并用Sievers一氧化氮分析儀測(cè)量其濃度,通過與標(biāo)準(zhǔn)的硝酸鈉溶液進(jìn)行比較,從而間接反應(yīng)亞硝酸鹽/硝酸鹽的含量。
1.3.4實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)iNOS和HO-1mRNA表達(dá)用Trizol試劑提取大鼠肺組織總RNA并測(cè)量其濃度。取2μg RNA將其逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。設(shè)計(jì)并合成HO-1,iNOS與β-actin引物,其中HO-1引物序列分別為:5'-CGTGCAGAGAATTCTGAGTTC-3'(正向引物)和5’-AGACGCTTTACGTAGTGCTG-3'(反向引物);iNOS:5'-GCAGGTTGAGGATTACTTCTT CCA-3'(正向引物)和5'-GCCCTTTTTTGCTCCATAG GAAA-3'(反向引物);β-actin:5'-CCTGTATGCCTC TGGTCGTA-3'(正向引物)和5'-CCATCTCTTGCTCG AAGTCT-3'(反向引物)。將上述cDNA產(chǎn)物置于Miniopticon實(shí)時(shí)定量PCR儀器上,設(shè)置反應(yīng)條件:95℃預(yù)變性10min,95℃變性10 s、61℃退火20 s、72℃延伸10 s,共35個(gè)循環(huán)。通過比較iNOS和HO-1和β-actin的Ct值,計(jì)算其相對(duì)倍數(shù)表示(2-ΔΔCt)。
1.3.5蛋白免疫印跡法(W estern blot)檢測(cè)蛋白表達(dá)將肺組織中加入含蛋白酶抑制劑的Cocktails并制成勻漿。采用Pierce公司提供的RAPI蛋白提取試劑盒提取總蛋白,并用Bradford法測(cè)定蛋白濃度。并獲取20μl蛋白用于SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳,隨后采用半干轉(zhuǎn)印方法將其轉(zhuǎn)印至硝酸纖維素膜上。纖維素膜用5%牛血清白蛋白室溫封閉2 h,隨后分別用相應(yīng)的一抗和二抗孵育,增強(qiáng)化學(xué)發(fā)光法顯影、拍照。
1.3.6病理組織學(xué)分析肺組織用10%福爾馬林固定,用石蠟包埋后制備成厚度為4μm的切片后用蘇木精和曙紅染色,并基于組織水腫和中性粒細(xì)胞滲出對(duì)肺組織的病理?yè)p傷進(jìn)行評(píng)分(損傷程度分為0~3級(jí))[7],最終分?jǐn)?shù)為水腫和滲出評(píng)分之和。
1.3.7乳酸脫氫酶檢測(cè)LPS處理6 h后,獲取大鼠血漿,全自動(dòng)生化儀上測(cè)定其乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)含量。
1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,計(jì)量數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差()表示,多組間比較用方差分析,組間比較用LSD-t檢驗(yàn),P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1SCT對(duì)血漿TNF-α,IL-6和IL-10水平的影響
對(duì)照組大鼠血漿中TNF-α,IL-6和IL-10濃度較低。給予LPS注射后,其含量顯著增高。同時(shí)給予不同濃度的SCT處理后,TNF-α和IL-6有所降低,而IL-10明顯增高,各組經(jīng)單因素方差分析,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)。其中,0.1mmol/kg SCT組中TNF-α與IL-6的水平,與LPS組比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.186和0.261,P=0.726和0.624);而IL-10水平與LPS組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.954,P=0.000)。若給予SnPP處理后,可顯著消除SCT對(duì)TNF-α,IL-6和IL-10的影響(與1.0 mmol/kg SCT組比較,t值分別為3.268、3.917和4.415,P=0.002,0.000和0.000)。見附表。
2.2SCT對(duì)血漿硝酸鹽/亞硝酸鹽含量及肺iNOS蛋白表達(dá)的影響
LPS注射后6 h,血漿硝酸鹽/亞硝酸鹽含量明顯增高。與LPS組比較,不同濃度SCT(0.1、0.5和1.0 mmol/kg)處理后可明顯抑制該效應(yīng)。Western blot結(jié)果顯示,對(duì)照組大鼠肺組織勻漿中iNOS蛋白表達(dá)較低,而LPS可顯著誘導(dǎo)iNOS蛋白表達(dá)。雖然SCT 0.1mmol/kg和SCT 0.5mmol/kg并不能明顯影響iNOS的表達(dá),但1.0mmol/kg SCT處理后,iNOS表達(dá)水平顯著減少。而同時(shí)給予SnPP處理后,可消除SCT對(duì)iNOS的抑制效應(yīng)。見圖1。
附表 不同濃度SCT對(duì)ALI大鼠血漿細(xì)胞因子水平的影響 ()
附表 不同濃度SCT對(duì)ALI大鼠血漿細(xì)胞因子水平的影響?。ǎ?/p>
IL-10/(pg/m l)對(duì)照組 31.5±11.7 15.5±8.1 22.3±5.2 LPS組 858.4±51.3 106.6±12.8 486.8±26.4 SCT組(0.1mmol/kg) 858.4±51.3 96.5±9.7 902.4±44.2 SCT組(0.5mmol/kg) 476.2±18.2 62.5±10.7 752.6±36.2 SCT組(1.0mmol/kg) 465.6±29.4 45.3±8.2 978.5±25.6 SnPP+SCT組(1.0mmol/kg) 85.4±33.6 78.1±6.5 589.1±37.5 F值 17.832 13.052 25.564 P值 0.000 0.000 0.000組別TNF-α/(ng/m l)IL-6/(ng/ml)
2.3SCT對(duì)肺HO-1mRNA和HO-1蛋白表達(dá)的影響
與對(duì)照組比較,大鼠注射LPS后肺HO-1mRNA表達(dá)增高。不同濃度SCT處理后HO-1mRNA水平進(jìn)一步(P<0.05),HO-1蛋白表達(dá)與qPCR結(jié)果類似。見圖2。
2.4SCT對(duì)肺組織病理變化的影響
LPS所致的ALI以水腫和炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)為主要特征。光學(xué)顯微鏡結(jié)果表明,肺臟正常組織學(xué)評(píng)分為1。注射LPS后不僅引起肺泡間質(zhì)彌漫性水腫,同時(shí)引起肺泡含氣空間明顯減少,其組織學(xué)評(píng)分為5。1.0mmol/kg SCT處理LPS大鼠后,肺組織學(xué)評(píng)分降低至3分。見圖3。
2.5SCT對(duì)LPS誘導(dǎo)所致細(xì)胞損傷的影響
LPS處理6h后,血漿中LDH的水平顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。而0.1、0.5和1.0mg/kg劑量SCT處理后,可顯著降低血漿LDH的水平增加(P<0.05),但不同劑量SCT對(duì)LDH的影響差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而SnPP預(yù)處理后可逆轉(zhuǎn)SCT對(duì)LDH的抑制效應(yīng)(P<0.05)。見圖4。
圖1 SCT對(duì)血漿硝酸鹽/亞硝酸鹽含量及肺iNOS蛋白表達(dá)的影響
圖2 SCT對(duì)肺HO-1 m RNA和HO-1蛋白表達(dá)的影響
圖3 SCT對(duì)肺組織病理變化的影響 (×200)
圖4 SCT對(duì)LPS誘導(dǎo)所致細(xì)胞損傷的影響
ALI和ARDS一樣,其病理生理學(xué)改變是廣泛性肺泡毛細(xì)血管損傷,導(dǎo)致其透性增加而引起肺水腫和中性粒細(xì)胞滲出,從而導(dǎo)致呼吸功能受損和低氧血癥發(fā)生。因此,抑制肺部炎癥反應(yīng)強(qiáng)度是治療ALI的重要途徑。有研究表明,SCT具有多種藥理學(xué)活性,包括抗炎、抗氧化應(yīng)激損傷等效應(yīng)[5]。本研究采用不同濃度SCT處理ALI大鼠后,發(fā)現(xiàn)它能降低ALI大鼠血漿中IL-6的濃度,同時(shí)也能增加IL-10的水平。IL-6是一種促炎細(xì)胞因子,它在啟動(dòng)炎癥反應(yīng)和休克早期高凝狀態(tài)發(fā)揮至關(guān)重要作用。而IL-10對(duì)炎癥具有抑制作用,它能負(fù)向調(diào)控微生物所致的感染性休克[8-9]。本研究結(jié)果也顯示,SCT能下調(diào)巨噬細(xì)胞中iNOS的表達(dá)與TNF-α的分泌。iNOS是催化L-精氨酸為NO的限速酶,是一種誘導(dǎo)型酶類。生理?xiàng)l件下細(xì)胞內(nèi)iNOS活性很低。LPS、細(xì)胞因子等因素可顯著上調(diào)其表達(dá)水平,并產(chǎn)生高濃度的NO。NO可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量cGMP,后者對(duì)血管平滑肌細(xì)胞具有舒張作用,同時(shí)NO也能影響血管對(duì)其他活性分子的敏感性,從而進(jìn)一步降低血壓、加重休克的發(fā)生[10]。此外,NO可產(chǎn)生過氧亞硝酸鹽,它具有細(xì)胞毒性[11]。本研究也發(fā)現(xiàn),SCT處理后,細(xì)胞內(nèi)亞硝酸鹽含量也明顯減少,這表明SCT能明顯抑制由LPS誘導(dǎo)的亞硝酸鹽/硝酸鹽形成,最終抑制NO的產(chǎn)生。
IL-10的另一個(gè)重要生物學(xué)作用是能上調(diào)HO-1的表達(dá)。HO-1是催化血紅素降解為一氧化碳CO、鐵離子Fe2+和膽綠素的限速酶,它在機(jī)體的炎癥反應(yīng)與氧化應(yīng)激中發(fā)揮細(xì)胞保護(hù)作用[12]。HO-1主要是通過其代謝產(chǎn)物來發(fā)揮作用。CO和膽綠素不僅可抑制巨噬細(xì)胞中iNOS的轉(zhuǎn)錄表達(dá)和TNF-α生成,同時(shí)也能增加抗炎癥細(xì)胞因子IL-10的表達(dá),形成正反饋而調(diào)控炎癥反應(yīng)。如有研究顯示給予HO-1誘導(dǎo)劑CoPP能明顯抑制TNF-α和HMGB11的表達(dá),從而緩解LPS所致ALI的病情[13]。此外,HO-1缺陷型小鼠IL-10水平降低,但I(xiàn)L-6產(chǎn)生增加,并且對(duì)內(nèi)毒素的敏感性大大增強(qiáng)[14]。這些結(jié)果證明HO-1能負(fù)向調(diào)節(jié)IL-6、正向調(diào)節(jié)IL-10的分泌,從而減少內(nèi)毒素所致器官損傷。本研究也證實(shí),SCT處理后,大鼠肺組織中HO-1的表達(dá)水平明顯增高,而采用其抑制劑SnPP處理后,可明顯消除SCT對(duì)細(xì)胞因子分泌以及iNOS和LDH的抑制作用,這表明SCT最終可能通過上調(diào)HO-1的表達(dá)而參與其對(duì)ALI的保護(hù)作用。
HO-1的調(diào)控機(jī)制非常復(fù)雜,絲裂原活化蛋白激酶、核轉(zhuǎn)錄因子Nrf2以及活性氧類均是誘導(dǎo)其表達(dá)的重要因素[12,15]。有研究顯示,SCT可以影響絲裂原活化蛋白激酶的活性[16],因此它可能參與HO-1表達(dá)的調(diào)控,但這仍有待進(jìn)一步研究。此外,在本研究當(dāng)中筆者使用的SCT劑量范圍相對(duì)較窄。大劑量SCT或整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中持續(xù)輸注SCT可能更為有效??傊?,本研究證實(shí)SCT能有效改善LPS所致的ALI,其細(xì)胞保護(hù)作用可能歸因于其抑制TNF-α、IL-6的分泌以及iNOS的表達(dá),以及促進(jìn)IL-10和HO-1表達(dá)有關(guān)。
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(張蕾編輯)
Protective effect of scutellarein on acute lung injury in endotoxem ic rats
BiaoWang1,Hai-jun Yuan1,Na Yuan1,Wen-chao Zhang1,Jun Liu2
(1.Department of Emergency,the Second Affiliated Hospital of Nanhua University,Hengyang,Hunan 421001,China;2.Departmentof Otorhinolaryngology,the First Affiliated Hospital of Nanhua University,Hengyang,Hunan 421001,China)
Objective To observe the protective effect of scutellarein on acute lung injury(ALI)in endotoxem ic rats.M ethods Rats were administered LPS(30 mg/kg)by intravenous infusion to induce ALI.Scutellarein(0.1,0.5 and 1.0 mmol/kg)was given 1 h after LPS initiation.Levels of TNF-α,IL-6 and IL-10 in serum and levels of nitrite/nitrate production weremeasured by ELISA and reduction method respectively.Expression of the mRNA and protein of iNOSand HO-1 were detected by qPCR and Western blot,respectively.The tissue injury was analyzed by histopathology.Results Scutellarein(0.5 and 1.0mmol/kg)attenuated plasma levels of TNF-αand IL-6 caused by LPS,and increased IL-10 levels compared with the LPS group.At 6 h after LPS initiation,the expression of iNOS protein in lung and the lever of NO in plasma weremarkedly increased,which were reduced by scutellarein(1.0 mmol/kg).LPS caused a significant HO-1 induction,whereas administration of scutellarein(1.0 mmol/kg)significantly induced higher HO-1 expression compared with the LPSgroup.The beneficial effects of scutellarein on cytokines and iNOS expression were reversed with HO-1 inhibitor SnPP.The edema and infiltration of neutrophils into lungs was reduced by scutellarein.Conclusions Scutellarein may induce the expression of HO-1 to alleviate LPS-induced ALI.
scutellarein;acute lung injury;hemeoxygenase-1
R 453.9;R-332
A
10.3969/j.issn.1005-8982.2016.12.004
1005-8982(2016)12-0015-06
2016-03-28
劉珺,E-mail:liujunusc@sina.com;Tel:13786431102