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        補(bǔ)肺湯通過(guò)TGF-β/Smad3信號(hào)通路抑制小鼠肺纖維化的研究*

        2020-06-18 01:50:02劉煒駱新沈靜
        醫(yī)藥導(dǎo)報(bào) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:吡非尼酮肺纖維化膠原

        劉煒,駱新,沈靜

        (1.新疆醫(yī)科大學(xué)第五附屬醫(yī)院藥學(xué)部,烏魯木齊 830011;2.新疆醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,烏魯木齊 830011)

        肺纖維化(pulmonary fibrosis)是指病因未明的彌漫性肺間質(zhì)疾病,以慢性進(jìn)行性肺間質(zhì)陽(yáng)性反應(yīng)和細(xì)胞基質(zhì)動(dòng)態(tài)沉積為主要病理特征,也可累及肺泡上皮細(xì)胞及肺血管,臨床表現(xiàn)以慢性咳嗽,低氧性呼吸衰竭[1]。近年來(lái)肺纖維化患病率逐年上升,中老年男性多發(fā),確診后平均生存時(shí)間僅為2.8~4.2年。肺纖維化的發(fā)病機(jī)制至今尚不清楚,但是成纖維細(xì)胞的活化和細(xì)胞外基質(zhì)中I型膠原蛋白的過(guò)度沉積是肺纖維化的特征性病理變化,所以α平滑肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)和I型膠原蛋白(Collagen I)是反映肺纖維化疾病進(jìn)程的常見(jiàn)指標(biāo)[2]。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)被認(rèn)為是參與肺纖維化發(fā)生發(fā)展多個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵致纖維化因子,而其功能的發(fā)揮依賴(lài)于Smad3蛋白的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),與肺纖維化的形成密切相關(guān)[3]。肺纖維化的臨床用藥以西藥,如醋酸潑尼松龍、氫化可的松、吡非尼酮等為主,其治療效果有限,副作用明顯[4]。因此,尋找療效好且副作用低的肺纖維化治療新手段迫在眉睫。

        中醫(yī)認(rèn)為肺纖維化屬于肺痿,《金匱要略》論治虛寒肺痿集中于補(bǔ)肺益氣、健脾化痰、活血化瘀等。補(bǔ)肺湯出自李仲南所著《永類(lèi)鈐方》,全方具有補(bǔ)肺健脾益腎,止咳化痰平喘、降逆止咳之功效,目前臨床多用于治療肺系疾病,療效顯著,如慢性阻塞性肺疾病、支氣管哮喘等[5-6]。但其對(duì)肺纖維化的治療作用及作用機(jī)制筆者尚未見(jiàn)報(bào)道,所以本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究補(bǔ)肺湯對(duì)肺纖維化小鼠血清中羥脯氨酸(hydroxyproline,Hyp),透明質(zhì)酸(hyaluronic acid,HA),層黏連蛋白(laminin,LN)的含量的影響,從形態(tài)學(xué)和病理組織學(xué)分析其對(duì)小鼠的肺纖維改善情況,及從調(diào)節(jié)TFG-β/Smad3信號(hào)通路的角度揭示該方對(duì)肺纖維化小鼠的治療作用及其機(jī)制,為抗肺纖維化藥物的研究提供科學(xué)的途徑。報(bào)道如下。

        1 材料與方法

        1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 無(wú)特定病原體(SPF)級(jí)雄性C57BL/6小鼠,8周齡,體質(zhì)量18~22 g,由新疆醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(新)2018-0002,動(dòng)物飼養(yǎng)環(huán)境SPF級(jí),日光燈照明,空調(diào)控溫,分籠飼養(yǎng),可自由攝食水,飼養(yǎng)溫度為(22±2)℃。

        1.2試劑 注射用鹽酸博來(lái)霉素(日本化藥株式會(huì)社,批號(hào):18051511),吡非尼酮膠囊(北京康蒂尼藥業(yè)有限公司,批號(hào):151010),補(bǔ)肺湯免煎顆粒(熟地黃24 g、桑白皮9 g、人參 9 g、五味子6 g、紫菀9 g、黃芪24 g)購(gòu)買(mǎi)自四川大冢制藥有限公司。TGF-β、p-Smad3、α-SMA、Collagen I以及甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)等單克隆抗體均購(gòu)買(mǎi)自Abcam公司,山羊抗兔HRP -IgG抗體(美國(guó)Santa Cruz公司,批號(hào):69080030)。蘇木精-伊紅(HE)染色試劑盒(批號(hào):180620),Masson染色試劑盒(批號(hào):180629),電致化學(xué)發(fā)光(ECL)試劑盒(批號(hào):PH0353)均購(gòu)自北京索寶來(lái)科技有限公司。羥脯氨酸測(cè)試盒(南京建成生物工程有限公司,批號(hào):181201)。透明質(zhì)酸試劑盒(批號(hào):20181203),層黏連蛋白試劑盒(批號(hào):20180902)購(gòu)自天津九鼎醫(yī)學(xué)生物工程有限公司。

        1.3動(dòng)物分組及模型制備 小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,隨機(jī)分為正常對(duì)照組10只,造模組40只。造模前12 h均禁食不禁水。造模組小鼠以10%水合氯醛麻醉,仰臥固定頭和四肢于實(shí)驗(yàn)臺(tái),常規(guī)消毒,沿頸部正中線切口,鈍性分離頸部軟組織,暴露氣管,經(jīng)氣管軟骨環(huán)間隙緩慢注入博來(lái)霉素0.9%氯化鈉溶液5 mg·kg-1。注射后迅速將小鼠直立并旋轉(zhuǎn),使藥液在肺內(nèi)均勻分布,正常對(duì)照組小鼠麻醉后氣管內(nèi)滴注等量0.9%氯化鈉溶液。造模當(dāng)天及術(shù)后3 d 內(nèi),所有小鼠頸部縫合處噴撒青霉素粉末。

        1.4干預(yù)方法 造模后第3天,隨機(jī)將博來(lái)霉素誘導(dǎo)的40只小鼠分成4組,分別是模型對(duì)照組,吡非尼酮組,補(bǔ)肺湯小、大劑量組,每組10只,以未造模10只小鼠為正常對(duì)照組。吡非尼酮組小鼠灌胃給予吡非尼酮300 mg·kg-1。補(bǔ)肺湯小、大劑量組分別灌胃給予補(bǔ)肺湯3,12 g·kg-1。正常對(duì)照組和模型對(duì)照組小鼠給予等量0.9%氯化鈉溶液。連續(xù)給藥28 d,每天一次。

        1.5補(bǔ)肺湯對(duì)肺纖維化小鼠血清中HYP、HA、LN水平的影響 給藥28 d后,所有動(dòng)物禁食不禁水24 h,左心腔取血法處死,鼠血3000 r·min-1(r=10 cm)離心15 min,分離血清,-20 ℃凍存?zhèn)溆?。采用化學(xué)免疫法檢測(cè)各組小鼠HYP水平,放射免疫測(cè)定法檢測(cè)HA、LN水平。

        1.6肺組織形態(tài)學(xué)以及組織病理學(xué)變化 小鼠處死后,暴露胸腔以分離肺組織,攝像并分析肺形態(tài)學(xué)改變。結(jié)扎并分離右上肺,置于4%多聚甲醛中固定,乙醇逐級(jí)脫水,浸蠟包埋,病理切片行HE染色及Masson染色,肺泡炎和非纖維化評(píng)分程度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)參照Szapie評(píng)價(jià)方法[7]。右下肺保存在-80 ℃,用于檢測(cè)組織中蛋白表達(dá)。

        1.7肺組織中TGF-β、p-Smad3、α-SMA、Collagen I蛋白表達(dá)水平的檢測(cè) 蛋白免疫印跡法檢測(cè)各組小鼠肺組織中TGF-β、p-Smad3、α-SMA、Collagen I等蛋白的表達(dá)水平。取各組小鼠肺組織50 mg,加入提取液低溫勻漿裂解,12 000 r·min-1(r=10 cm)離心10 min,取上清液,部分上清液用于BCA定量總蛋白濃度,剩余蛋白加上樣緩沖液煮沸5 min。上樣等量總蛋白,Bio-Rad電泳儀恒壓70 V,100 min后,濕轉(zhuǎn)法將蛋白條帶轉(zhuǎn)移到聚偏氟乙烯(PVDF)膜上。用5% 脫脂奶粉封閉PVDF膜2 h,TBST清洗3次,每次10 min。加入TGF-β、p-Smad3、α-SMA、Collagen I的單克隆抗體,4 ℃孵育過(guò)夜,TBST清洗。加入辣根過(guò)氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)標(biāo)記的IgG二抗,室溫下振蕩孵育1 h,TBST清洗。滴加ECL顯色、暗室曝光,運(yùn)用Image 獲得灰度值。

        2 結(jié)果

        2.1補(bǔ)肺湯對(duì)肺纖維化小鼠HYP、HA、LN水平的影響 檢測(cè)各組小鼠HYP、HA、LN水平,結(jié)果見(jiàn)表1。與正常對(duì)照組比較,造模成功小鼠血清中HYP、HA、LN含量顯著升高(P<0.05)。與模型對(duì)照組比較,吡非尼酮組和補(bǔ)肺湯小、大劑量組HYP、HA、LN等含量均顯著降低(P<0.05),提示吡非尼酮和小、大劑量的補(bǔ)肺湯均能改善小鼠肺纖維增生情況。

        表1 5組小鼠HYP、HA、LN水平檢測(cè)值

        Tab.1 The Levels of HYP,HA and LN in five groups of mice

        組別HYPHALN正常對(duì)照組1.19±0.1833.27±3.8952.11±2.83模型對(duì)照組2.63±0.32①72.17±4.12①126.23±4.12①吡非尼酮組1.27±0.24①②30.22±2.91①②55.84±3.62①②補(bǔ)肺湯 小劑量組1.52±0.25①②39.88±6.18①②63.15±7.12①② 大劑量組1.33±0.16①②33.12±4.73①②59.76±4.16①②

        ①與正常對(duì)照組比較,P<0.05;②與模型對(duì)照組比較,P<0.05。

        ①Compared with normal control group,P<0.05;②Compared with model control group,P<0.05.

        2.2補(bǔ)肺湯對(duì)PE小鼠肺形態(tài)學(xué)和病理組織學(xué)的影響 正常對(duì)照組小鼠肺臟外觀大體正常;模型對(duì)照組小鼠肺顏色蒼白,硬度增加且彈性差,表面呈結(jié)節(jié)性改變;補(bǔ)肺湯小劑量組肺表面呈現(xiàn)暗紅色,凹凸不平,彈性稍差;補(bǔ)肺湯大劑量組和吡非尼酮組肺外觀接近正常對(duì)照組,表面稍欠光滑,彈性較好。見(jiàn)圖1。HE染色結(jié)果顯示,正常對(duì)照組小鼠肺組織結(jié)構(gòu)輪廓完整清晰,肺泡壁薄且光滑無(wú)變形,肺泡間隔未見(jiàn)水腫和炎性細(xì)胞浸潤(rùn);模型對(duì)照組可見(jiàn)肺結(jié)構(gòu)紊亂,肺泡閉鎖、萎陷,肺泡間隔明顯增厚,實(shí)質(zhì)組織內(nèi)可見(jiàn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)聚集;與模型對(duì)照組比較,吡非尼酮和小、高劑量補(bǔ)肺湯均可顯著改善肺纖維化小鼠肺組織的病理變化,其肺泡結(jié)構(gòu)較為完整,肺泡間質(zhì)增厚不明顯,炎癥明顯減輕,膠原組織沉積減少。見(jiàn)圖1。Masson染色結(jié)果顯示,正常對(duì)照組小鼠肺泡腔透亮,肺泡壁未見(jiàn)增厚,肺泡上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整,間質(zhì)未見(jiàn)纖維蛋白沉積;模型對(duì)照組肺泡和成纖維細(xì)胞增生,可見(jiàn)大量膠原纖維增生、沉積;與模型對(duì)照組比較,補(bǔ)肺湯小、大劑量組肺組織結(jié)構(gòu)明顯完整,肺纖維蛋白顯著減少;吡非尼酮也可顯著抑制膠原沉積,改善病理變化。見(jiàn)圖1。與正常對(duì)照組比較,模型對(duì)照組肺泡炎和肺纖維化評(píng)分顯著升高(P<0.05),而補(bǔ)肺湯小、高劑量和吡非尼酮可顯著降低肺泡炎和肺纖維化評(píng)分(P<0.05)。見(jiàn)表2。

        2.3肺組織中TGF-β、p-Smad3、α-SMA、Collagen I等蛋白表達(dá)水平的檢測(cè) 檢測(cè)各組小鼠肺組織中TGF-β、p-Smad3、α-SMA、Collagen I等蛋白的表達(dá)水平。與正常對(duì)照組比較,模型對(duì)照組TGF-β1、p-Smad3、α-SMA、Collagen I等蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.05)。與模型對(duì)照組比較,吡非尼酮組和補(bǔ)肺湯低、大劑量組肺組織TGF-β、p-Smad3、α-SMA、Collagen I等蛋白表達(dá)水平顯著降低(P<0.05)。見(jiàn)圖2。

        3 討論

        肺纖維化是肺間質(zhì)性疾病,目前治療尚無(wú)特效藥物,臨床多采用西藥治療,如醋酸潑尼松、吡非尼酮等,但價(jià)格昂貴,且存在著一定副作用[8]?!端貑?wèn)·痹論》認(rèn)為肺纖維屬于肺痿,乃“肺熱葉焦,則皮毛虛弱急薄,著則生痿躄也”,提出其病機(jī)為“氣虛血瘀”,嘗試以益氣活血為基本法則治療。而補(bǔ)肺湯出自李仲南《永類(lèi)鈐方》,是中醫(yī)治療肺氣虛的經(jīng)典之方,主要由人參、黃芪、熟地、五味子、紫菀、桑白皮組成,六藥合用,為益氣護(hù)陰、潤(rùn)燥止咳,顧全肺脾腎三臟之方。方中參芪以其歸脾肺經(jīng),用于補(bǔ)二者虛弱之氣。熟地滋腎填精,滋下潤(rùn)上,使肺得潤(rùn)而降。五味子酸能收斂,性溫而潤(rùn),上斂肺氣,下滋腎陰,用于肺腎兩虛之咳喘。桑白皮歸肺經(jīng)瀉肺化痰。紫菀性溫而潤(rùn),潤(rùn)肺之虛燥,止咳化痰,為久咳之圣藥。很多學(xué)者應(yīng)用補(bǔ)肺湯治療肺系疾病,療效顯著[5-6]。

        在肺纖維化發(fā)生時(shí),HYP、HA、LN的含量常用來(lái)反映膠原沉積和纖維增生的程度[9]。HYP在膠原組織中占13.4%,是機(jī)體膠原纖維所特有的氨基酸,是衡量膠原組織代謝和纖維化程度的重要指標(biāo),因此檢測(cè)肺組織中HYP含量常用來(lái)反映膠原纖維增生的情況[10]。HA是肺間質(zhì)中主要的糖胺聚糖,廣泛存在于胞外基質(zhì),為炎性細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的增生提供大量基質(zhì),加速纖維組織的形成,是重要的血清纖維化指標(biāo)[11-12]。LN主要存在于基底膜透明層中的大分子非膠原糖蛋白,能夠促進(jìn)成纖維細(xì)胞和上皮細(xì)胞合成膠原[13]。與正常對(duì)照組比較,模型對(duì)照組小鼠血清中HYP、HA、LN的含量顯著升高,說(shuō)明肺纖維化小鼠的肺纖維化程度明顯加重。與模型對(duì)照組比較,補(bǔ)肺湯小、大劑量組可顯著降低肺纖維化小鼠血清中HYP、HA、LN的水平,說(shuō)明補(bǔ)肺湯通過(guò)抑制膠原沉積和纖維增生,對(duì)博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠發(fā)揮明確療效。

        A.正常對(duì)照組;B.模型對(duì)照組;C.吡非尼酮組;D.補(bǔ)肺湯小劑量組;E.補(bǔ)肺湯大劑量組。

        A.normal control group;B.model control group;C.pifenidone group;D.low-doseBufeidecoction group;E.high-doseBufeidecoction group.

        Fig.1 Pulmonary histomorphology and pathology in five groups of mice(×100)

        表2 5組小鼠肺組織病理學(xué)評(píng)分

        組別肺泡炎評(píng)分肺纖維化評(píng)分正常對(duì)照組0.00±0.000.00±0.00模型對(duì)照組2.59±0.63①2.77±0.29①吡非尼酮組0.83±0.79①②0.91±0.27①②補(bǔ)肺湯 小劑量組1.38±0.32①②1.73±0.61①② 大劑量組1.14±0.57①②1.38±0.42①②

        ①與正常對(duì)照組比較,P<0.05;②與模型對(duì)照組比較,P<0.05。

        ①Compared with normal control group,P<0.05;②Compared with model control group,P<0.05.

        TGF-β是最直接的促纖維化細(xì)胞因子,通過(guò)促進(jìn)間質(zhì)細(xì)胞增殖、分化來(lái)誘導(dǎo)細(xì)胞外基質(zhì)沉積,抑制肺間質(zhì)細(xì)胞外基質(zhì)降解,從而產(chǎn)生纖維化,被認(rèn)為是是肺纖維化發(fā)生的誘導(dǎo)和啟動(dòng)因子[14]。Smad3是TGF-β的下游受體調(diào)節(jié)型蛋白,活化后形成p-Smad3,從而調(diào)節(jié)膠原等基因的表達(dá),誘導(dǎo)并促進(jìn)成纖維轉(zhuǎn)化成肌成纖維細(xì)胞,從而增強(qiáng)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積,誘發(fā)肺組織纖維化樣改變[15-16]。α-SMA是活化的成纖維細(xì)胞即肌成纖維細(xì)胞的標(biāo)志,參與合成Collagen I等細(xì)胞外基質(zhì)成分,促進(jìn)纖維化的發(fā)生[17]。Collagen I是細(xì)胞外基質(zhì)中膠原的主要成分,占正常人肺中總間質(zhì)膠原的60%~70%,隨著肺纖維化病程的進(jìn)展,Collagen I的表達(dá)上調(diào),在肺間質(zhì)中沉積,使得肺組織結(jié)構(gòu)紊亂而發(fā)生肺纖維化[18]。蛋白免疫印跡法結(jié)果顯示,模型對(duì)照組中TGF-β、p-Smad3、α-SMA和Collagen I表達(dá)明顯升高。TGF-β、p-Smad3的蛋白表達(dá)上調(diào)意味著TGF-β/Smad3信號(hào)通路的激活,而下游α-SMA以及Collagen I蛋白表達(dá)的上調(diào)標(biāo)志著成纖維細(xì)胞的活化和膠原纖維的大量沉積。這說(shuō)明肺纖維化小鼠TGF-β/Smad3信號(hào)通路被激活后,能引起成纖維細(xì)胞大量活化轉(zhuǎn)化成肌成纖維細(xì)胞,從而促進(jìn)膠原纖維的大量聚集,纖維化進(jìn)程加快。而補(bǔ)肺湯小、大劑量組以及吡非尼酮組中TGF-β、p-Smad3、α-SMA和Collagen I表達(dá)均顯著下降,說(shuō)明補(bǔ)肺湯通過(guò)抑制TGF-β/Smad3信號(hào)通路,對(duì)成纖維細(xì)胞的形成和膠原沉積發(fā)揮抑制作用。

        A.正常對(duì)照組;B.模型對(duì)照組;C.吡非尼酮組;D.補(bǔ)肺湯小劑量組;E.補(bǔ)肺湯大劑量組。①與正常對(duì)照組比較,P<0.05;②與模型對(duì)照組比較,P<0.05。

        A.normal control group;B.model control group;C.pifenidone group;D.low-doseBufeidecoction group;E.high-doseBufeidecoction group;①Compared with normal control group,P<0.05;②Compared with model control group,P<0.05.

        綜上所述,本研究結(jié)果表明補(bǔ)肺湯可通過(guò)抑制TGF-β/Smad3信號(hào)通路,下調(diào)血清纖維化指標(biāo)HYP、HA、LN的含量,抑制成纖維細(xì)胞的活化和Collagen I的表達(dá),從而改善其肺組織纖維化和肺泡炎情況,抑制小鼠的肺纖維化的進(jìn)展。

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