周義方,喻斌,徐寅,曾蓉,陳末
(1.湖南中醫(yī)藥大學(xué),湖南 長沙 410208;2.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,湖南 長沙 410208)
自幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori,HP)被發(fā)現(xiàn)以來,其生理結(jié)構(gòu)、致病特點以及相關(guān)病理機制一直是研究的熱點,目前已被眾多學(xué)者研究證實其是一種慢性且具有傳染性的致病菌,據(jù)統(tǒng)計全球范圍內(nèi)有50%以上人類感染了HP,導(dǎo)致胃黏膜慢性炎癥的發(fā)生[1-2]。HP相關(guān)性胃炎(HAG)就是HP感染后引起胃及十二指腸發(fā)生炎性變化。一些胃腸疾病的發(fā)生(如胃炎、胃潰瘍、十二指腸潰瘍等)與HP有著密切的關(guān)系,其也被證明可以大大增加胃癌的發(fā)生率[3-4]?;谝陨系奈:σ蛩兀鼿P對于治療胃腸疾病顯得非常重要。通常西醫(yī)以四聯(lián)療法根除HP為主,由于西醫(yī)四聯(lián)根除HP療法導(dǎo)致的高耐藥性、腸道菌群紊亂、高復(fù)發(fā)率等問題,以及中醫(yī)藥在HAG的防治方面有著顯著的療效,所以我們從中醫(yī)藥防治HAG角度出發(fā)開展研究。目前研究得出的結(jié)果有:在對HAG患者的中醫(yī)證型進行統(tǒng)計及分析的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)脾胃濕熱證型者最多;脾胃濕熱證與HP感染這兩者之間有著密切的關(guān)聯(lián)性;對HAG脾胃濕熱證予以具有清熱祛濕方藥進行干預(yù)治療可取得顯著療效[5-10]。前期研究明確了HAG的發(fā)病機制,從而為中醫(yī)藥防治HAG提供更多理論依據(jù)。
研究[11-12]發(fā)現(xiàn)HP可以通過多種不同的機制來誘導(dǎo)胃黏膜細(xì)胞發(fā)生凋亡;同時研究[13-15]發(fā)現(xiàn)脾胃濕熱證模型胃黏膜細(xì)胞的促凋亡蛋白呈過度表達。然而在HAG患者中又以脾胃濕熱證型為多,所以認(rèn)為HAG脾胃濕熱證與胃黏膜細(xì)胞凋亡有著密切的聯(lián)系。Fox轉(zhuǎn)錄因子的O亞家族(subfamily O of forkhead transcription factors, FoxO)在細(xì)胞周期的調(diào)控和程序化細(xì)胞死亡中起重要作用,但它在HAG脾胃濕熱證中的意義尚不清楚[16]。因此,基于HAG脾胃濕熱證的病機和FoxO的生物學(xué)功能,我們認(rèn)為胃黏膜上皮細(xì)胞凋亡是HAG脾胃濕熱證的重要病理機制,其機制與FoxO信號通路的調(diào)控作用相關(guān)。
在本課題組前期研究基礎(chǔ)上[6-10],本實驗采取復(fù)合病因的造模方法來建立HAG脾胃濕熱證小鼠模型,以FoxO信號通路參與細(xì)胞凋亡調(diào)控為基礎(chǔ),以HAG脾胃濕熱證小鼠模型為研究對象,檢測并分析FoxO信號通路相關(guān)物質(zhì)(PTEN、FoxO3a、PI3K、Akt)的表達情況,以此來分析和闡明HAG脾胃濕熱證小鼠模型胃黏膜發(fā)生的細(xì)胞損傷與FoxO信號通路調(diào)控細(xì)胞凋亡的關(guān)系。
實驗動物:60只SPF級BALB/c小鼠(雌雄各半,約8周齡,體質(zhì)量20~30 g)。實驗飼料:普通飼料和高脂飼料;高脂飼料(自制):普通飼料按等比例加入蜂蜜和豬油。HP菌株:含有細(xì)胞毒素相關(guān)基因(cag A)和空泡細(xì)胞毒素(vac A)且濃度為1×109cFU/mL的悉尼菌株。
顯微鏡,Motic;臺式高速冷凍離心機,湘儀;全自動酶標(biāo)洗板機,匯松;多功能酶標(biāo)分析儀,匯松;恒溫培養(yǎng)箱,光明;Tunel試劑盒(KGA704),凱基生物;內(nèi)源性親和素—生物素封閉試劑盒,北京雷根生物;電泳儀,美國Bio-rad;電泳槽,中國北京六一;轉(zhuǎn)膜儀,中國北京六一;旋渦混合器,中國江蘇其林貝爾;熒光定量RCP儀,Thermo;熒光PCR板,Thermo;恒溫水浴箱,河南金博;人工濕熱箱,自制。
中性樹膠,Sigma;蘇木素,Wellbio;PBS(7.2-7.6),Wellbio;枸櫞酸鹽緩沖液,Wellbio;二步法試劑盒,中杉金橋;DAB試劑盒,中杉金橋;伊紅,Wellbio;HRP goat anti-mouse IgG,美國Proteintech;RIPA裂解液,中國長沙維世爾生物;蛋白酶抑制劑,德國Merck;蛋白磷酸酶抑制劑,瑞士Roche;HRP goat anti-rabbit IgG,美國Proteintech;SuperECL Plus 超敏發(fā)光液,美國Thermo pierce;顯影液 定影液,中國WellBiology;快速尿素酶檢測試劑盒,上海國藥生物;PTEN(抗體貨號 60300-1-Ig),美國proteintech;PI3K(抗體貨號 60225-1-Ig),美國proteintech;P-AKT(抗體貨號4060s),美國CST;FOXO3a(抗體貨號10849-1-AP),美國proteintech。
將60只SPF級BALB/c小鼠隨機分成5組,每組各12只。室溫條件(20~25 ℃)下適應(yīng)性飼養(yǎng)3 d。正常對照組:正常飲食+自然環(huán)境+同步飼養(yǎng)。內(nèi)濕HP組:自然環(huán)境+HP菌液(致病因子)+肥甘飲食(內(nèi)濕)。外濕HP組:正常飲食+HP菌液(致病因子)+濕熱環(huán)境(外濕)。單純HP組:正常飲食+自然環(huán)境+HP菌液(致病因子)。復(fù)合病因造模組:肥甘食物(內(nèi)濕)+濕熱環(huán)境(外濕)+HP菌液(致病因子)。
復(fù)合病因組造模方法:開始造模的第1天即開始予以高脂飼料(即普通飼料按等比例加入蜂蜜和豬油),飼養(yǎng)至第13天后開始進行外部濕熱條件的干預(yù),將其放入自制的濕熱箱中溫度(32±2)℃,濕度95%每天6 h,至第18天的時候開始進行HP的接種,隔日感染1次,總共感染3次,接種后定植2周,種植HP及定植期間其余條件均不變。第37天取出小鼠檢測指標(biāo)。接種HP方法如下:所有BALB/c小鼠在給予HP菌液灌胃前,先禁食不禁水24 h,模型組小鼠灌注1×109cFU/mL濃度的CagA+VacA+菌株HP 菌液0.3 mL/只,灌胃后4 h給予食物和水。模型復(fù)制過程中,觀察各模型小鼠的癥狀、飲水量、飲食量、體質(zhì)量、肛溫[17-19]。
①一般狀況觀察:小鼠精神不振,嗜睡懶惰,反應(yīng)遲鈍,飲食量和飲水量減少,體質(zhì)量減輕,肛溫升高,小便黃,大便稀溏[19-21]。②胃黏膜組織快速尿素酶試驗陽性。③HE染色法觀察胃黏膜組織呈炎性改變。
脫頸處死后即迅速取胃組織,首先將小鼠以仰臥的體位固定在鼠板上,然后快速用相關(guān)實驗器械將全胃組織取出。摘下全胃,貯存于-80 ℃冰箱中。
2.5.1 胃黏膜組織病理形態(tài)及炎癥程度
第一步將制好的切片放置在60 ℃的條件下烘烤12 h;第二步切片脫蠟至水;第三步蘇木素染1 min,蒸餾水沖洗,PBS返藍(lán)后,再用伊紅染1 min,蒸餾水沖洗;最后脫水后取出置于二甲苯中2次,每次放置10 min,然后用中性樹膠封片后在顯微鏡下觀察。
2.5.2 胃黏膜細(xì)胞凋亡情況:TUNEL法檢測胃黏膜細(xì)胞凋亡率
60 ℃條件下烘片60 min,脫蠟至水;浸入3%H2O2溶液中,室溫條件下(15~25 ℃)12 min后用PBS漂洗3次;熱修復(fù)抗原處理;每個樣本加50 μL內(nèi)源性親和素封閉A液,孵育20 min,然后棄液用PBS漂洗3次,依上方法再加入內(nèi)源性親和素封閉B液;各樣本加入50 μL預(yù)先配置好的TdT酶反應(yīng)液,放置在37 ℃避光的條件下60 min,反應(yīng)后PBS漂洗3次,漂洗過程中需要避光處理,漂洗完后各樣本上加入50 μL標(biāo)記工作液,放置在37 ℃避光的條件下30 min,反應(yīng)后漂洗3次漂洗過程中注意避光;最后DAB顯色,各樣本上加入50 μLDAB工作液,反應(yīng)30 s~5 min;顯色后的樣本片用PBS漂洗3次,然后蘇木素復(fù)染,復(fù)染完成后沖洗干凈并進行分化,分化后立即沖洗干凈并脫水后用顯微鏡觀察。
2.5.3 Western-blot檢測PTEN、PI3K、p-Akt、Akt、FoxO3a
Western-blot檢測法:制備樣品,將經(jīng)預(yù)處理后的0.025 g組織,放置至200 μL RIPA裂解液中并進行反復(fù)研磨處理,冰上,蛋白裂解10 min,然后離心15 min,經(jīng)上處理后即檢測蛋白濃度。電泳,向10%分離膠中添加 TEMED后搖勻并灌膠,然后使其充分凝固;依照以上方法再處理4.8%的濃縮膠;得出蛋白定量的結(jié)果后即開始電泳。轉(zhuǎn)膜,分別切膠Foxo3a(72-97KD),P-AKT(60KD),PI3K(85KD),PTEN(55KD),β-actin(42KD);準(zhǔn)備好符合條件的濾紙和NC膜;濾紙,膜,膠按要求順序放好后,蓋上儀器,接通電源,轉(zhuǎn)膜300 mA,PTEN、P-AKT約75 min,PI3K、Foxo3a約100 min, β-actin 約1 h;上述步驟完成后,先用1×TBST中清洗1次,然后用麗春紅染膜后,再用1×TBST將麗春紅洗凈。將膜放入用1×TBST制好的5%脫脂奶粉中,放置在室溫下1.5 h。孵育一抗,1×TBST稀釋一抗至一定比例,然后孵育膜與一抗,在4 ℃放置一夜。孵育結(jié)束,1×TBST洗3次,每次15 min。孵育二抗,用1×TBST稀釋二抗(Proteintech),鼠抗(M)稀釋比例1∶5 000,兔抗(R)比例1∶6 000,孵育二抗與膜90 min;孵育結(jié)束,1×TBST洗3次,每次15 min??贵w孵育完成后最后借助相關(guān)儀液和設(shè)備進行顯色和曝光。
2.5.4 RT-PCR法檢測PTEN、PI3K、p-Akt、Akt、FoxO3a
RT-PCR檢測法:RNA的提取,依據(jù)相關(guān)試劑操作步驟及實驗儀器提取組織的RNA。RNA反轉(zhuǎn)錄,以mRNA為模板,逆轉(zhuǎn)錄cDNA;輕輕晃動充分搖混均勻,然后用離心機離心并取最下層的溶液;42 ℃孵育30~50 min,85 ℃孵育5 min。孵育過程完成后即短時間離心機離心,離心后用冰進行冷卻;其處理形成的產(chǎn)物可直接進行PCR反應(yīng),或保存在-20 ℃條件下。進行PCR反應(yīng),選用SYBR法,反應(yīng)結(jié)束后,短暫離心,置于冰上冷卻,β-actin作為內(nèi)參,在NCB上搜索目的基因的序列,qRT-PCR各樣本各指標(biāo)3個孔,總共30 μL體系,每孔10 μL,定量PCR擴增程序:依次95 ℃ 10 min, 95 ℃ 5 s,60 ℃ 50 s,共40個循環(huán)。以相對定量比較actin基因與目標(biāo)基因的Ct值,得出所測目標(biāo)基因相對表達量。相對mRNA表達=2-△Ct×100%,△Ct值=靶基因Ct值-actin Ct值。通過PCR儀配套軟件計算結(jié)果。
所有數(shù)據(jù)均輸入計算機,用SPSS 22.0 Windows軟件進行處理。各檢測指標(biāo)統(tǒng)計數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,檢測符合正態(tài)分布后選用方差分析法進行比較,方差齊時選擇LSD法,方差不齊時則選擇Tamhane法,設(shè)置P<0.05為有統(tǒng)計學(xué)意義。
各模型表現(xiàn)為不同程度的倦怠、納呆、便溏、飲食水量減少,肛溫不同程度升高等表現(xiàn),然后每組隨機取2只小鼠(1雌1雄)綜合評價是否造模成功。取胃黏膜組織進行快速尿素酶實驗(試劑由黃變紅為陽性),正常對照組結(jié)果為陰性,各模型組均為陽性。HE染色法顯微鏡下觀察到模型組胃黏膜組織存在炎性改變。結(jié)合模型組癥狀表現(xiàn),胃黏膜組織快速尿素酶試驗陽性以及HE染色觀察結(jié)果,與脾胃濕熱證模型相符,說明造模成功。
顯微鏡下,正常對照組胃黏膜上皮細(xì)胞排列整齊,呈單柱狀,固有層內(nèi)有密集排列的腺體,極少部位可見少量淋巴細(xì)胞。模型組胃黏膜炎癥程度重,其中以復(fù)合病因組最為明顯,其次分別為內(nèi)濕HP組、外濕HP組、單純HP組。胃黏膜炎癥程度越重,胃黏膜上皮細(xì)胞排列越紊亂,固有層內(nèi)淋巴細(xì)胞,嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等炎性細(xì)胞浸潤越多,甚至炎癥細(xì)胞可侵及黏膜下層。見圖1。
圖1 各實驗組胃黏膜組織病理形態(tài)及炎癥 HE染色(×400)
3.2.1 各實驗組胃黏膜細(xì)胞凋亡情況
顯微鏡下陽性染色為核染成棕(黃)色或褐色染色,正常組圖片示陽性率較低,提示細(xì)胞凋亡率較低;模型組圖片示陽性率較高,其中以復(fù)合病因組陽性率最高,其次分別為內(nèi)濕HP組、外濕HP組,且均高于單純HP組。由此可得出HAG脾胃濕熱模型細(xì)胞凋亡增多,且以復(fù)合病因組細(xì)胞凋亡率最高。結(jié)果見圖2。
圖2 各實驗組胃黏膜細(xì)胞凋亡(×400)
3.2.2 各實驗組 FoxO信號通路相關(guān)物質(zhì)蛋白表達結(jié)果
PTEN、FoxO3a表達情況:單純HP組與正常對照組對比,PTEN、FoxO3a表達水平無顯著差異,無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05);余模型組與正常對照組對比,PTEN、FoxO3a表達水平升高,且統(tǒng)計有顯著差異(P<0.01),其中以復(fù)合病因組升高更為顯著。復(fù)合病因組分別與單純HP組、內(nèi)濕HP組、外濕HP組對比,PTEN表達水平升高最多,且比較均有顯著性差異(P<0.01)。復(fù)合病因組與單純HP組,F(xiàn)oxO3a表達水平升高,比較有顯著差異(P<0.01),而與內(nèi)濕HP組、外濕HP組對比,F(xiàn)oxO3a表達水平無顯著差異(P>0.05)。結(jié)果見表1,圖3。
表1 western blot法檢測胃黏膜組織PTEN、FoxO3a蛋白表達情況
PI3K、p-Akt表達情況:與正常對照組對比,各模型組PI3K、p-Akt表達水平均下降,比較有顯著性差異(P<0.01),以復(fù)合病因組下降最為顯著。復(fù)合病因組分別于內(nèi)濕HP組、外濕HP組、單純HP組比較,PI3K、p-Akt表達水平降低最多,其中與內(nèi)濕組比較有差異(P<0.05),與外濕HP組、單純HP組比較有顯著差異(P<0.01)。結(jié)果見表2,圖3。
表2 western blot法檢測胃黏膜組織PI3K、p-Akt蛋白表達情況
圖3 western blot法檢測胃黏膜組織PI3K、p-Akt蛋白表達情況
3.2.3 FoxO信號通路相關(guān)物質(zhì)基因含量比較結(jié)果
PTEN、FoxO3a含量:各模型組與正常對照組對比,PTEN、FoxO3a含量升高,比較有顯著差異,有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01),其中以復(fù)合病因組升高更為顯著。復(fù)合病因組分別與單純HP組、內(nèi)濕HP組、外濕HP組對比,復(fù)合病因組PTEN、FoxO3a含量升高最多,且比較均有顯著差異(P<0.01)。結(jié)果見表3。
PI3K、Akt含量:與正常對照組對比,各模型組PI3K、Akt含量降低,且差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01),其中以復(fù)合病因組降低更為顯著。復(fù)合病因組分別與單純HP組、內(nèi)濕HP組、外濕HP組對比,復(fù)合病因組PI3K、Akt含量降低最多,且比較均有顯著差異(P<0.01)。結(jié)果見表4。
表3 RT-PCR法檢測胃黏膜組織PTEN、FoxO3a表達情況
表4 RT-PCR法檢測胃黏膜組織PI3K、Akt表達情況
HP感染在脾胃濕熱證形成、發(fā)展過程中發(fā)揮很大作用,脾胃濕熱證與HP感染存在很大關(guān)聯(lián)性。脾胃濕熱與HP兩者相互影響,濕熱環(huán)境為HP的生長繁殖提供有利條件,而HP持續(xù)感染可進一步導(dǎo)致脾胃濕熱證癥狀的加重。HP可以通過多種不同的機制來誘導(dǎo)胃黏膜細(xì)胞凋亡。HP產(chǎn)生的各種細(xì)菌毒性因子,如脂多糖、空泡化細(xì)胞毒素(Vac A)、γ谷氨酰胺轉(zhuǎn)肽酶等可以直接誘導(dǎo)胃黏膜細(xì)胞凋亡。除了HP產(chǎn)生的細(xì)菌毒性因子誘導(dǎo)胃黏膜細(xì)胞凋亡,還可以通過HP相關(guān)的宿主炎性反應(yīng)來誘導(dǎo)胃黏膜細(xì)胞凋亡[22-23]。
在臨床觀察和實驗研究基礎(chǔ)上[13-14],發(fā)現(xiàn)在各種中醫(yī)證型中,脾胃濕熱證胃黏膜細(xì)胞凋亡最為明顯(胃黏膜炎癥程度重,促細(xì)胞凋亡的相關(guān)蛋白水平呈過度表達)。實驗研究發(fā)現(xiàn)脾胃濕熱證模型組胃黏膜炎癥程度、凋亡蛋白Fas、p53表達水平、胃黏膜細(xì)胞凋亡指數(shù)明顯高于正常對照組。并且用具有清熱祛濕法功效的中藥方劑干預(yù)后,脾胃濕熱證動物模型的炎癥程度,F(xiàn)as、p53的表達水平以及凋亡細(xì)胞指數(shù)均明顯降低。
本實驗檢測各模型組胃黏膜細(xì)胞凋亡率呈不同程度升高,胃黏膜炎癥程度呈不同程度變化,凋亡率高低變化與炎癥程度變化相一致,其結(jié)果與前期研究結(jié)果相符,證明了HAG脾胃濕熱證小鼠模型存在胃黏膜細(xì)胞凋亡增多。
細(xì)胞凋亡中Fox轉(zhuǎn)錄因子的O亞家族(subfamily O of fork head transcription factors,FoxO)發(fā)揮著很重要的作用。FoxO的合成場所是細(xì)胞質(zhì),在細(xì)胞質(zhì)中合成后的FoxO可直接激活其NLS模體與importin(IMP)結(jié)合,從而進入細(xì)胞核中,DBD(DNA結(jié)合模體)與DNA結(jié)合誘導(dǎo)細(xì)胞的死亡;如果FoxO被其他物質(zhì)磷酸化就無法進入細(xì)胞核中,從而失去對細(xì)胞凋亡的調(diào)控,細(xì)胞存活[24]。在人體許許多多復(fù)雜的信號通路中,PTEN/PI3K/Akt/FoxO信號通路對細(xì)胞的凋亡有著重要的調(diào)控作用[25]。
脂激酶家族磷酸肌醇-3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)的作用是將磷脂酰肌醇磷酸化。PI3K在細(xì)胞膜內(nèi)被激活后,將磷脂酰肌醇-2-磷酸(PIP2)轉(zhuǎn)變?yōu)榱字<〈?3-磷酸(PIP3),而PIP3的作用是與Akt的N端PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合,PIP3與Akt相結(jié)合后,Akt就可以從細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上,轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上的Akt將與3-磷酸肌醇依賴性蛋白(3-phosphoinositid-dependent protein kinase-1, PDK1)相結(jié)合,從而進一步使下游的許多底物活化并磷酸化,從而發(fā)揮相應(yīng)作用[26]。
第10號染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10, PTEN)的主要作用是抑制細(xì)胞生長、促進細(xì)胞凋亡、參與細(xì)胞周期調(diào)控[27]。研究表明PTEN具有拮抗PI3K的作用,PI3K被拮抗后導(dǎo)致PIP3量減少,從而促進細(xì)胞凋亡,所以PTEN是通過抑制PI3K表達,下調(diào)PIP3的水平來發(fā)揮對細(xì)胞凋亡起調(diào)控作用的[28]。叉頭轉(zhuǎn)錄因子O亞家族FoxOs是PTEN/PI3K/Akt/FoxO信號通路中重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子[29],在細(xì)胞凋亡過程中起著重要作用。當(dāng)PI3K/Akt信號途徑在機體內(nèi)環(huán)境各種因子的刺激下被激活時將FoxO3a磷酸化。被磷酸化的FoxO3a失去了轉(zhuǎn)錄活性,然后將從細(xì)胞核內(nèi)排出,最終在細(xì)胞質(zhì)中被降解,從而無法調(diào)控細(xì)胞凋亡。
綜上所述,各模型組胃黏膜炎癥程度重,細(xì)胞凋亡率高,其中復(fù)合病因模型組胃黏膜炎癥程度以及細(xì)胞凋亡率最高,其與本課題組前期研究相符。在各模型組中,復(fù)合病因模型組其PTEN、FoxO3a蛋白表達檢測和基因含量檢測值最大,PI3K、Akt蛋白表達檢測和基因含量檢測值最小,結(jié)合各實驗組綜合比較,從而發(fā)現(xiàn)炎癥程度及細(xì)胞凋亡率與PTEN、FoxO3a呈正相關(guān)變化,與PI3K、Akt呈負(fù)相關(guān)變化。依據(jù)PTEN/PI3K/Akt/FoxO信號通路調(diào)控細(xì)胞凋亡的機制,其細(xì)胞凋亡程度情況與其信號通路各因子變化情況相符,由此我們得知HP相關(guān)性胃炎脾胃濕熱證胃黏膜細(xì)胞凋亡的機制與PTEN/PI3K/Akt/FoxO信號通路有關(guān),可能是激活其通路來對細(xì)胞凋亡進行調(diào)控,從而為中醫(yī)辨證選方用藥及中醫(yī)藥防治HP相關(guān)性胃炎提供更多理論依據(jù)。