張方,周云,吳煥淦,翁志軍,張智英,趙敏,許瓊,劉慧榮,周次利
(1.上海市針灸經(jīng)絡(luò)研究所,上海 200030;2.上海中醫(yī)藥大學(xué),上海 201203)
腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)是一種較為常見(jiàn)的慢性功能性腸道疾病,以持續(xù)存在或間歇發(fā)作的腹痛或腹部不適,伴排便習(xí)慣、大便性狀改變和排便后癥狀改善為主要臨床表現(xiàn),缺乏形態(tài)學(xué)及生物化學(xué)異常改變[1-2]。IBS作為一種消化系統(tǒng)的常見(jiàn)病和多發(fā)病,其腹痛、排便習(xí)慣改變等臨床特點(diǎn)給患者的工作和生活造成很大困擾。然而IBS的病因病機(jī)尚未研究清楚,目前認(rèn)為主要與內(nèi)臟高敏感、胃腸動(dòng)力學(xué)異常、腸道感染、精神心理、基因遺傳、腦-腸軸失調(diào)等有關(guān)[3-4],其中內(nèi)臟高敏感被認(rèn)為是 IBS的主要生理病理機(jī)制之一。
P2X受體屬于配體門控性非選擇性陽(yáng)離子通道受體,可表達(dá)于與傷害性信息傳遞有關(guān)的初級(jí)傳入神經(jīng)元的胞體、中樞端和外周端。研究表明P2X受體在疼痛的傳遞和慢性疼痛的調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用,其中主要是 P2X3及其異聚體 P2X2/3、P2X4和 P2X7受體亞型[5]。P2X3受體被 ATP激活后,在內(nèi)臟痛覺(jué)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起到重要調(diào)節(jié)作用[6-7],并且參與腸道運(yùn)動(dòng)、胃腸分泌等功能的調(diào)節(jié)。Burnstock G等[8-9]研究發(fā)現(xiàn) P2X3、P2X2/3等受體能引起傷害性信息向痛覺(jué)中樞傳遞,且在諸多疾病中得到證實(shí),如腸易激綜合征、間質(zhì)性膀胱炎等[10]。本課題組前期的臨床和基礎(chǔ)研究也證實(shí)針灸治療 IBS的有效性[11-15],且篩選出P2X受體中參與IBS內(nèi)臟痛的主要受體亞型是 P2X2、P2X3、P2X4受體[16-18],并初步闡釋了針灸治療IBS內(nèi)臟痛的部分神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制[19]。但缺乏P2X受體參與艾灸治療IBS的效應(yīng)與作用機(jī)制的研究報(bào)道,本研究主要觀察艾灸對(duì) IBS大鼠結(jié)腸相關(guān)背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglia,DRG)中 P2X3受體的調(diào)節(jié)作用,研究艾灸調(diào)節(jié)內(nèi)臟痛的外周敏化機(jī)制,以期為艾灸緩解內(nèi)臟痛效應(yīng)機(jī)制的闡釋提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
清潔級(jí)雄性SD新生大鼠(乳鼠,出生5 d),由上海中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供[動(dòng)物許可證號(hào)為SCXK(滬)2013-0016],每10只新生大鼠與1只哺乳大鼠共同飼養(yǎng),哺乳大鼠自由飲食飲水,飼養(yǎng)環(huán)境為12 h晝夜節(jié)律交替,室溫(20±2)℃,室內(nèi)濕度 50%~70%適應(yīng)性飼養(yǎng)。3 d后新生大鼠用于實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的操作和處理均符合動(dòng)物福利的基本原則。
戊巴比妥鈉(Merck,德國(guó));P2X3受體拮抗劑(M2979,Sigma,美國(guó));生理鹽水、液體石蠟、無(wú)水乙醇、多聚甲醛、二甲苯、中性樹(shù)膠粘合劑、十二水合磷酸氫二鈉、氯化鉀、磷酸二氫鉀(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,中國(guó));蘇木素、伊紅(南京建成生物有限公司,中 國(guó) );Anti-P2X3(ab10269,abcam,英 國(guó) );GAPDH(2118S,CST,美國(guó));羊抗兔 IgG(BA1003,博士德,美國(guó));辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記山羊抗兔 IgG(H+L)(A0208,碧云天,中國(guó));SYBRGreen PCR試劑盒(208052,QIAGEN,德國(guó));cDNA synthesis 試劑盒(K1622,Invitrogen,美國(guó));艾條(直徑0.3 cm,長(zhǎng)10 cm)(河南南陽(yáng)漢醫(yī)艾絨制品廠,中國(guó));光學(xué)顯微鏡及分析軟件(OLYMPUS公司,日本);電泳儀、轉(zhuǎn)印儀(Bio-RAD,美國(guó));ABI ViiA 7 Real Time PCR System(Applied Biosystems,美國(guó))。
按照完全隨機(jī)設(shè)計(jì)原則,將所有出生8 d的新生大鼠隨機(jī)分為正常組8只與造模組32只。正常組新生大鼠不做任何處理,造模組新生大鼠在清醒狀態(tài)下給予直結(jié)腸球囊擴(kuò)張(colorectal dilatation,CRD)刺激,操作過(guò)程參考Al-Chaer ED等[20]慢性內(nèi)臟高敏感大鼠模型制備過(guò)程。操作時(shí)先用適量液體石蠟將自制球囊表面潤(rùn)滑,然后順新生大鼠直結(jié)腸生理曲度緩緩從肛門插入,深度約2 cm,到達(dá)新生大鼠降結(jié)腸位置。用注射器給氣囊充氣0.2 mL,持續(xù)1 min后撤氣并將氣囊取出,1 h后重復(fù)1次同樣的刺激。每天刺激1次,連續(xù)14 d。刺激結(jié)束后大鼠正常飼養(yǎng),于第36天對(duì)大鼠進(jìn)行AWR評(píng)分模型鑒定。
正常組(NG)無(wú)異常,造模組在造模過(guò)程中死亡 5只。將剩余27只大鼠隨機(jī)分為模型組(MG,n=7)、艾灸組(MOX,n=7)、P2X3受體拮抗劑組(A-317491,n=7)、生理鹽水組(NS,n=6)。所有大鼠于第37天開(kāi)始干預(yù)。正常組給予與艾灸組相同的固定;模型組給予與艾灸組相同的固定;艾灸組先進(jìn)行大鼠雙側(cè)足三里穴位處剃毛備皮,然后固定好大鼠,采用特制艾條點(diǎn)燃后溫和灸大鼠雙側(cè)足三里穴[21],距離皮膚 2~3 cm,以大鼠耐受為度,每日1次,每次15 min,連續(xù)干預(yù)7 d;P2X3受體拮抗劑組在大鼠髓鞘內(nèi)注射A-317491(10μL,1μmoL/μL)[22],每日1次,連續(xù)干預(yù)7 d;生理鹽水組在大鼠髓鞘內(nèi)注射生理鹽水(10μL),每日1次,連續(xù)干預(yù)7 d。
標(biāo)本采集前禁食12 h,以2%戊巴比妥鈉(0.2 mL/100 g)腹腔注射麻醉大鼠。每只大鼠取結(jié)腸標(biāo)本1份,4%多聚甲醛固定 24 h后脫水包埋切片;取 T13-L2、L6-S2節(jié)段背根神經(jīng)節(jié)[23-25]標(biāo)本分3份,1份置于4%多聚甲醛溶液內(nèi)固定24 h后脫水包埋切片,另2份分別放入凍存管中置于﹣80℃冰箱保存,用于Western blot、RT-qPCR指標(biāo)檢測(cè)。
1.6.1 腹部撤回反射(AWR)評(píng)分
于第36天(干預(yù)前)和第43天(干預(yù)結(jié)束后)對(duì)大鼠進(jìn)行AWR評(píng)分,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照Al-Chaer ED等[20]的實(shí)驗(yàn)操作。評(píng)分實(shí)驗(yàn)前禁食不禁水8~12 h,以減少糞便形成。CRD刺激方法:利用三通閥將自制球囊刺激儀和醫(yī)用血壓計(jì)及注射器連成一體,在大鼠清醒狀態(tài)下將球囊從肛門順直結(jié)腸生理曲度插入降結(jié)腸部位,分別進(jìn)行20、40、60、80 mmHg 4個(gè)不同壓力強(qiáng)度的結(jié)腸恒壓擴(kuò)張刺激。每只大鼠每個(gè)強(qiáng)度壓力測(cè)量3次AWR評(píng)分,每次持續(xù)約20 s,同一強(qiáng)度壓力之間間隔1 min,不同強(qiáng)度壓力之間間隔4 min,取均值作為最后評(píng)分值,評(píng)分示意圖[26]和表如圖1、表1所示。
圖1 腹壁撤回反射(AWR)評(píng)分示意圖
表1 腹壁撤回反射(AWR)評(píng)分表
1.6.2 組織病理學(xué)觀察
結(jié)腸組織切片常規(guī)脫蠟至水;蘇木素染色90 s;流水沖10 min;鹽酸乙醇分化2 s;流水沖洗5 min;伊紅染色 5 min;梯度乙醇脫水;二甲苯透明;中性樹(shù)膠封片;Olympus-BX53顯微鏡下觀察,采集圖片。
1.6.3 免疫組化檢測(cè)
DRG組織切片常規(guī)脫蠟至水;檸檬酸鹽緩沖液抗原修復(fù);PBS緩沖液沖洗5 min×3次;0.3%H2O2抑制內(nèi)源性過(guò)氧化物酶20 min(避光);雙蒸水沖洗5 min×2次;正常羊血清室溫封閉20 min;滴加Anti-P2X3一抗(1:200)4℃過(guò)夜孵育;37℃復(fù)溫45 min;PBS緩沖液沖洗5 min×3次;滴加羊抗兔IgG二抗(1:100)室溫孵育30 min;DAB顯色1~2 min;雙蒸水終止顯色;蘇木素復(fù)染2 min;流水沖10 min;鹽酸乙醇分化5 s;流水沖洗5 min;梯度乙醇脫水;二甲苯透明;中性樹(shù)膠封片;Olympus-BX53顯微鏡采集圖像,Image-Pro PLUS軟件采集數(shù)據(jù)。
1.6.4 Western blot檢測(cè)
提取DRG組織總蛋白,按0.1 g組織加入1000 μL RIPA裂解液和 10 μL PMSF蛋白酶抑制劑裂解組織,用組織勻漿機(jī)勻漿,冰浴30 min以析出蛋白,然后4℃離心,12000 rpm,5 min; BCA法測(cè)定蛋白濃度;制備上樣品取30 μg蛋白,按上樣蛋白體積與5×上樣緩沖液4:1的比例混合,99℃水浴加熱5 min,以充分變性蛋白,然后 4℃離心,12000 rpm,5 min;12%聚丙烯酰胺凝膠80 V恒壓電泳至分離膠底部;電泳結(jié)束后,將PVDF膜及凝膠固定于轉(zhuǎn)印夾中,125 V轉(zhuǎn)膜60 min;轉(zhuǎn)膜結(jié)束后,剪取 PVDF膜上的目的條帶,用 5%BSA室溫封閉45 min;將 PVDF膜浸泡于 Anti-P2X3(1:1000)、GAPDH(1:1000)抗體中4℃搖床孵育過(guò)夜;PBST洗膜4次,每次10 min;將PVDF膜浸泡于辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記山羊抗兔 IgG(H+L)(1:1000)抗體中室溫?fù)u床孵育1 h;采用凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集,ImageJ軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
1.6.5 Rt-qPCR檢測(cè)
DRG組織總RNA抽提,組織勻漿,采用Trizol法提取總RNA,檢測(cè)濃度、純度、完整性,取相等量的總RNA,采用SYBRGreen PCR試劑盒、cDNA synthesis試劑盒逆轉(zhuǎn)錄 cDNA,所用引物序列由 ABI公司的 Primer Express Software v2.0設(shè)計(jì),由華大基因公司合成。P2X3-F,ACCCCACCCCAGAATGAAGA;P2X3-R,AGCTGTAGTTC ACGCAGCGG;GAPDH-F,GGCAAGTTCAACGGCACAGT;rGAPDHR,ATGACATACTCAGCACCGGC。數(shù)據(jù)采用儀器自帶軟件ABI Prism 7500 SDS Software分析。
采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 21.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。若數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布,用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,若不符合正態(tài)分布,用中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示。若數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布且方差齊時(shí),采用One-way ANOVA分析,進(jìn)一步采用最小顯著差法LSD進(jìn)行兩兩比較;若數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布但方差不齊時(shí),采用One-way ANOVA分析,則進(jìn)一步采用Games-Howell法進(jìn)行兩兩比較;若數(shù)據(jù)既不服從正態(tài)分布,方差也不齊,則采用Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)分析,進(jìn)一步采用Nemenyi法進(jìn)行兩兩比較。以P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
第36天(干預(yù)前)進(jìn)行20、40、60、80 mmHg不同壓力強(qiáng)度CRD刺激下的AWR評(píng)分,與正常組大鼠比較,造模組大鼠結(jié)腸敏感性增高(P<0.05),從行為學(xué)的角度提示IBS內(nèi)臟痛大鼠模型制作成功。然后將納入實(shí)驗(yàn)的內(nèi)臟痛大鼠隨機(jī)分為模型組、艾灸組、P2X3受體拮抗劑組、生理鹽水組。第43天(干預(yù)結(jié)束后)的AWR評(píng)分可見(jiàn),與正常組比較,模型組大鼠在各個(gè)強(qiáng)度壓力下的AWR評(píng)分均顯著增加(P<0.01),從行為學(xué)角度說(shuō)明新生大鼠直結(jié)腸 CRD刺激后慢性內(nèi)臟痛敏形成;與模型組比較,艾灸組、P2X3受體拮抗劑組大鼠在各個(gè)強(qiáng)度壓力下的AWR評(píng)分均顯著下降(P<0.01),生理鹽水組大鼠在各個(gè)強(qiáng)度壓力下的 AWR評(píng)分均無(wú)明顯變化,說(shuō)明艾灸能降低 IBS大鼠的內(nèi)臟高敏感性,髓鞘內(nèi)注射 A-317491通過(guò)阻斷外周 P2X3受體的途徑降低了內(nèi)臟痛敏,而髓鞘內(nèi)注射生理鹽水并未改變模型大鼠的內(nèi)臟痛敏。詳見(jiàn)圖2。
圖2 干預(yù)前后大鼠行為學(xué)變化
新生大鼠直結(jié)腸CRD刺激誘導(dǎo)的IBS慢性內(nèi)臟痛動(dòng)物模型不以局部炎性為結(jié)腸病理表現(xiàn),主要體現(xiàn)在行為學(xué)方面,結(jié)腸病理染色可見(jiàn),各組大鼠結(jié)腸黏膜完整,腺體排列整齊,固有層內(nèi)有少量嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn),間質(zhì)有輕微水腫,各組間無(wú)明顯差異。詳見(jiàn)圖3。
圖3 結(jié)腸組織HE染色
背根神經(jīng)節(jié)內(nèi) P2X3受體主要表達(dá)于神經(jīng)元中[27]。采用免疫組化法觀察 P2X3受體陽(yáng)性分布情況,發(fā)現(xiàn)P2X3受體在中、小直徑DRG神經(jīng)元中分布廣泛,染色較淡。通過(guò)半定量分析結(jié)果顯示,與正常組比較,新生大鼠直結(jié)腸 CRD刺激能夠上調(diào) P2X3受體蛋白表達(dá),染色較深,呈陽(yáng)性或者強(qiáng)陽(yáng)性反應(yīng)(P<0.01);與模型組比較,艾灸和髓鞘內(nèi)注射A-317491能夠下調(diào)新生大鼠直結(jié)腸CRD刺激誘發(fā)的P2X3受體陽(yáng)性表達(dá),染色較淡,呈陽(yáng)性或者弱陽(yáng)性反應(yīng)(P<0.01);髓鞘內(nèi)注射生理鹽水沒(méi)有明顯改變新生大鼠直結(jié)腸CRD刺激誘發(fā)的P2X3受體陽(yáng)性表達(dá),染色較深,呈陽(yáng)性或者強(qiáng)陽(yáng)性反應(yīng)。詳見(jiàn)圖4A-B。
與正常組比較,新生大鼠直結(jié)腸 CRD刺激能夠上調(diào)正常大鼠結(jié)腸相關(guān)DRG中P2X3受體蛋白和mRNA表達(dá)(P<0.01);與模型組比較,艾灸組能夠下調(diào)內(nèi)臟痛大鼠結(jié)腸相關(guān)DRG中P2X3受體蛋白和mRNA表達(dá)(P<0.01),髓鞘內(nèi)注射 P2X3受體拮抗劑 A-317491也能下調(diào)內(nèi)臟痛大鼠結(jié)腸相關(guān) DRG中 P2X3受體蛋白和 mRNA表達(dá)(P<0.01),而髓鞘內(nèi)注射生理鹽水對(duì)內(nèi)臟痛大鼠結(jié)腸相關(guān)DRG中P2X3受體蛋白和mRNA表達(dá)沒(méi)有明顯影響,與干預(yù)后AWR評(píng)分檢測(cè)結(jié)果一致。詳見(jiàn)圖4C-E。
中醫(yī)學(xué)中沒(méi)有腸易激綜合征這一病名,但從腹痛、腹瀉或便秘等臨床癥狀來(lái)看,歸屬于“痛泄”“泄瀉”“便秘”等病證范疇。本病病因多為外感時(shí)邪、飲食失宜、情志失調(diào)、臟腑虛弱、稟賦不足、久病體虛等,病位在腸,主病臟腑為脾胃,與肝相關(guān),病久累及心、腎。中醫(yī)治療本病具有一定優(yōu)勢(shì),方法眾多,療效較好,且安全性高[28-29]。艾灸是一種具有中醫(yī)臨床特色的診療手段,有溫經(jīng)散寒、行氣通絡(luò)、升陽(yáng)舉陷等功效,方法簡(jiǎn)便易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,無(wú)毒性和副作用[30]。足三里穴為足陽(yáng)明胃經(jīng)合穴,胃之下合穴,艾灸足三里在治療消化系統(tǒng)疾病方面有著良好療效,可通過(guò)調(diào)節(jié)神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)來(lái)改善胃腸道功能,通過(guò)降低內(nèi)臟敏感性,提高患者的痛閾而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[31]。
感覺(jué)神經(jīng)節(jié)是痛覺(jué)通路的第一站,DRG是感覺(jué)神經(jīng)節(jié)中的主要類型,支配機(jī)體包括內(nèi)臟的大部分部位。感覺(jué)神經(jīng)節(jié)中神經(jīng)元致敏是慢性疼痛外周敏化的一個(gè)重要促成因素[32]。P2X3受體高度選擇性地表達(dá)于外周初級(jí)感覺(jué)傳入神經(jīng)的中、小直徑DRG神經(jīng)元中,外周端與軀體和內(nèi)臟直結(jié)腸神經(jīng)纖維末梢相連,中樞端與傷害性信息有關(guān)的脊髓背角相連,在疼痛信號(hào)的傳導(dǎo)及其痛覺(jué)敏化的發(fā)生、發(fā)展和維持中起著重要作用[33-34]。結(jié)腸相關(guān)DRG神經(jīng)元中P2X3受體過(guò)表達(dá)是IBS內(nèi)臟痛大鼠外周敏化的重要因素[35]。課題組以往研究發(fā)現(xiàn)P2X2、P2X3、P2X4受體介導(dǎo) IBS慢性內(nèi)臟痛,其中P2X3受體在內(nèi)臟痛的外周敏化中具有重要作用,并發(fā)現(xiàn)針刺緩解內(nèi)臟痛有P2X3、P2X4等亞型的參與[16-18]。
圖4 結(jié)腸相關(guān)DRG中P2X3蛋白和mRNA表達(dá)
本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)艾灸能夠調(diào)節(jié)IBS內(nèi)臟痛大鼠結(jié)腸相關(guān)DRG中異常增高的P2X3受體蛋白及mRNA表達(dá),可能是艾灸緩解IBS大鼠內(nèi)臟痛外周敏化的作用機(jī)制。以機(jī)械性CRD刺激新生大鼠模擬的腸易激綜合征內(nèi)臟高敏感,在大鼠成年后內(nèi)臟高敏感性仍然存在。本實(shí)驗(yàn)新生大鼠直結(jié)腸CRD刺激誘導(dǎo)的IBS慢性內(nèi)臟痛動(dòng)物模型不以結(jié)腸炎性為病理表現(xiàn),主要體現(xiàn)在行為學(xué)方面,與以往研究報(bào)道一致[20]。本實(shí)驗(yàn)中結(jié)腸組織病理染色顯示各組大鼠結(jié)腸黏膜完整,腺體排列整齊,符合臨床IBS無(wú)形態(tài)學(xué)改變的結(jié)腸病理表現(xiàn)。鞘內(nèi)注射P2X3選擇性拮抗劑A-317491抑制外周P2X3活性,能夠明顯降低IBS大鼠AWR評(píng)分,從行為學(xué)角度證明了P2X3在IBS內(nèi)臟痛中發(fā)揮重要作用,而艾灸足三里穴也能夠緩解 IBS內(nèi)臟高敏感狀態(tài),提示 P2X3受體可能參與艾灸緩解IBS內(nèi)臟痛外周敏化的調(diào)節(jié)機(jī)制。本研究對(duì)結(jié)腸相關(guān)DRG神經(jīng)元胞體中P2X3受體蛋白和mRNA進(jìn)行檢測(cè),發(fā)現(xiàn)IBS大鼠結(jié)腸相關(guān)DRG中P2X3受體蛋白和mRNA表達(dá)均上調(diào),艾灸干預(yù)能夠下調(diào)結(jié)腸相關(guān)DRG中P2X3受體蛋白與mRNA的表達(dá),而A-317491同樣抑制了結(jié)腸相關(guān)DRG中P2X3受體蛋白和mRNA的表達(dá),可見(jiàn)艾灸對(duì)P2X3受體蛋白及其mRNA的下調(diào)作用與A-317491抑制作用類似,說(shuō)明艾灸能夠調(diào)節(jié)內(nèi)臟痛效應(yīng)器官腸感覺(jué)神經(jīng)外周端 P2X3受體的表達(dá),與本課題組以往研究發(fā)現(xiàn)P2X3受體參與電針緩解IBS內(nèi)臟高敏感的外周神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制的結(jié)果相似[18]。以上實(shí)驗(yàn)為結(jié)腸相關(guān)DRG感覺(jué)神經(jīng)元中P2X3受體參與艾灸緩解IBS大鼠內(nèi)臟痛的作用機(jī)制提供了分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù),但仍存在一些未能解決的問(wèn)題需要進(jìn)一步研究,比如外周和中樞其他部位的P2X3受體是否參與艾灸緩解IBS大鼠內(nèi)臟痛的作用機(jī)制,以及 P2X3受體通過(guò)什么途徑參與艾灸緩解 IBS內(nèi)臟痛的分子機(jī)制仍不明確,還有待于在今后的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步探索。