徐梅 汪硯雨 李曉玲 林新 王勉
1.三門峽市中心醫(yī)院 河南,三門峽 472000 2.河南科技大學(xué)第一附屬醫(yī)院 3.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院
感染性休克(septic shock,SS)是感染后由微生物及其毒素產(chǎn)物導(dǎo)致的膿毒病綜合征,可引起多器官功能損傷,甚至導(dǎo)致多器官功能衰竭,是患者主要死因之一[1-2]。腦組織耗氧量大且氧儲備量少,因此是SS易累及器官之一,一旦發(fā)生腦結(jié)構(gòu)及功能損傷,將直接影響其他器官的休克應(yīng)答[3]。研究表明,SS合并腦病時將導(dǎo)致預(yù)后不良,且急性期患者后仍表現(xiàn)出慢性神經(jīng)功能障礙[4]。因此,早期保護腦組織功能是降低SS病死率的重要途徑之一。雷公藤甲素(triptolide,TL)是衛(wèi)矛科雷公藤的主要活性成分之一,除具有抗炎、抗生育、免疫抑制、抗腫瘤等藥理作用外,其神經(jīng)功能保護作用逐步受到臨床關(guān)注。已有動物實驗證實,TL能夠延緩阿爾茨海默病大鼠模型海馬神經(jīng)元樹突棘退化,并具有神經(jīng)功能保護作用[5-6]。然而,目前關(guān)于TL對SS腦組織的保護作用及相關(guān)機制的研究尚少。本研究擬通過建立SS大鼠模型,研究TL對其腦組織的保護作用,并探討相關(guān)機制,以期為SS的臨床治療提供新的思路。
1.1 實驗動物 無特定病原體(specific pathogen free,SPF)級SD雄性大鼠80只,7周齡,體質(zhì)量200~240g,購于北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司[實驗動物生產(chǎn)許可證號碼:SCXK(京)2016-0011]。所有大鼠飼養(yǎng)于新鄉(xiāng)華蘭生物工程股份有限公司[實驗動物使用許可證號碼:SYXK(豫)2017-0003],自由進(jìn)食及飲水,維持環(huán)境相對濕度40%~60%,溫度24~26℃,12h/12h晝夜周期照明。
1.2 藥物、主要試劑和儀器 TL購于湖北省中醫(yī)藥研究院(純度>98%,批號:020122);地塞米松片購于百正藥業(yè)股份有限公司(批號:H41022763);超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)檢測試劑盒均購于南京建成生物工程研究所(批號:20060214、20060121);腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)酶聯(lián)免疫吸附檢測(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)試劑盒均購于上海江萊生物科技有限公司(批號:JL13202、JL20884);Nissl染色試劑盒購于上海碧云天生物技術(shù)有限公司(批號:C0117);兔抗鼠Toll樣受體4(Toll like receptor 4,TLR4)多抗、髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)、 核 轉(zhuǎn) 錄 因 子 -κB (nuclear transcription factor-κB,NF-κB)、 磷酸化核轉(zhuǎn)錄因子-κB(phospho-nuclear transcription factor-κB,p-NF-κB)單抗均購于美國abcam公司(批號:ab22048、ab119048、ab194726、ab194727);山羊抗兔IgG二抗購于武漢艾美捷科技有限公司(批號:A21020)。
FPMOUS-ECGenie小動物心電圖監(jiān)測儀購于孚光精儀(中國)有限公司;CX23光學(xué)顯微鏡為日本奧林巴斯株式會社產(chǎn)品;HF4500酶標(biāo)儀購于北京華安麥科生物技術(shù)有限公司;DYC-ZY2轉(zhuǎn)印電泳儀為北京東方瑞利科技有限公司產(chǎn)品;ChemiDoc XRS化學(xué)發(fā)光成像分析系統(tǒng)購于美國Bio-rad公司。
1.3 方法
1.3.1 模型建立及干預(yù)、分組 80只大鼠中隨機抽取15只大鼠僅剖腹,不結(jié)扎盲腸及穿孔,設(shè)為正常組;其余65只建立SS模型,隨機分為SS組(16只)、TL低劑量組(16只)、TL高劑量組(16只)和陽性藥物組(17只)。SS模型建立采用盲腸結(jié)扎穿孔法[7],大鼠戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉,頸動脈置管監(jiān)測平均動脈壓,中下腹部行3cm正中切口,將盲腸自腹腔移出,結(jié)扎血管弓內(nèi)側(cè)末端20%盲腸,20G針穿透結(jié)扎線遠(yuǎn)端闌尾根部兩側(cè)腸壁,并擠出少量腸內(nèi)容物,將內(nèi)容物涂滿腹腔,并保證穿刺孔中持續(xù)流出糞便,盲腸還納后逐層關(guān)腹。 TL低、高劑量組建模前1h分別以TL 200、400μg·kg-1灌胃[8];陽性藥物組建模前1h采用地塞米松片溶于0.9%氯化鈉溶液中灌胃,根據(jù)人、大鼠的體表面積比例換算為等效劑量10mg·kg-1;正常組與SS組均給予等量0.9%氯化鈉溶液灌胃,各組均灌胃1次。模型建立成功標(biāo)準(zhǔn):大鼠平均動脈壓降至≤基礎(chǔ)值的70%。SS組,TL低、高劑量組建模成功各15只,陽性藥物組建模成功15只。
1.3.2 取材方式 建模后12h處死大鼠,剖開頭顱,以血管鉗清除顱骨,暴露腦組織,5只用于檢測腦組織含水量;10只腦組織取出后以預(yù)冷的0.9%氯化鈉溶液洗滌,去除小腦及枕葉,其中5只用于腦組織SOD活性、MDA、TNF-α、IL-1β含量檢測,其余5只分成2份,1份按照《大鼠腦立體定位圖譜》[9]中的定位方式切取一側(cè)海馬組織,約1mm×1mm×1mm,固定于4%多聚甲醛中用于蘇木精-伊紅(hematoxylin-eosin,HE)染色及Nissl染色,1份冷凍保存用于Western blot檢測。
1.3.3 腦組織含水量檢測 采用錫箔紙盛放腦組織,測定重量(濕重),置于烘箱中100℃烤24h至重量不再變化,再次測定重量(干重),計算腦組織含水量。腦組織含水量(%)=(濕重-干重)/濕重×100%。
1.3.4 腦組織SOD活性及MDA含量檢測 取冷凍保存的腦組織,與磷酸鹽緩沖液(phosphate buffer saline,PBS)混合后勻漿,經(jīng)黃嘌呤氧化法、硫代巴比妥酸比色法分別檢測腦組織SOD活性和MDA含量。
1.3.5 腦組織TNF-α、IL-1β含量檢測 取冷凍保存的腦組織,勻漿同1.3.4,獲取勻漿組織,根據(jù)TNF-α、IL-1β ELISA試劑盒說明書要求操作。
1.3.6 HE染色觀察海馬CA1區(qū)病理變化 取4%多聚甲醛固定的腦組織,梯度乙醇脫水,透明,石蠟包埋,4μm切片,烘干,二甲苯脫蠟,梯度乙醇脫水,蒸餾水沖洗后蘇木精染液染色5min,1%鹽酸乙醇分化30s;伊紅染液染色2min,脫水,透明,晾干,中性樹膠封片,光鏡下觀察海馬CA1區(qū)病理變化。
1.3.7 Nissl染色觀察海馬CA1區(qū)神經(jīng)元形態(tài)、數(shù)量變化 取4%多聚甲醛中固定的腦組織,切片制作同1.3.6,60℃溫箱中經(jīng)1%甲苯胺藍(lán)染液染色40min,蒸餾水充分沖洗,梯度乙醇脫水,透明,封片,光鏡下觀察。
1.3.8 Western blot法檢測腦組織TLR4、MyD88、p-NF-κB p65、NF-κB p65蛋白相對表達(dá)量 取冷凍保存的腦組織60mg,研磨后移至離心管,冰上裂解,離心后采用二喹啉甲酸(bicinchoninic acid,BCA)蛋白定量試劑盒進(jìn)行蛋白定量。取50μg待測樣本,電泳、轉(zhuǎn)膜后封閉2h,加入兔抗大鼠TLR4、MyD88、p-NF-κB p65、NF-κB p65單抗 (1∶1 000),4℃搖床孵育過夜,以含吐溫的Tris緩沖鹽溶液(Tris-buffered saline and 0.1%Tween-20,TBST)充分洗滌,加入山羊抗兔IgG二抗(1∶5 000),室溫孵育2h,TBST洗滌,暗室中曝光、顯影,以凝膠成像系統(tǒng)掃描、分析,以目的條帶灰度值/內(nèi)參甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GADPH)條帶灰度值表示蛋白相對表達(dá)量。
1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析,計量資料以±s表示,多樣本資料組間比較采用單因素方差分析,再以最小顯著性差異法(least significant difference,LSD)-t進(jìn)行兩兩比較。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 各組大鼠腦組織含水量比較 各組間總體比較,腦組織含水量差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。與正常組比較,SS組,TL低、高劑量組和陽性藥物組腦組織含水量均增加(P<0.05);與SS組比較,TL低、高劑量組和陽性藥物組腦組織含水量均降低(P<0.05);與TL低劑量組比較,TL高劑量組和陽性藥物組腦組織含水量均降低(P<0.05);TL高劑量組和陽性藥物組腦組織含水量比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表1。
表1 各組大鼠腦組織含水量比較(±s,%)Tab.1 Comparison of brain tissue water content in each group(±s,%)
表1 各組大鼠腦組織含水量比較(±s,%)Tab.1 Comparison of brain tissue water content in each group(±s,%)
注:與正常組比較,*P<0.05;與SS組比較,#P<0.05;與TL低劑量組比較,△P<0.05Note:Compared with normal group,*P<0.05;compared with SS group,#P<0.05;compared with TL low dose group,△P<0.05
組別n 腦組織含水量正常組 5 77.82±0.85 SS 組 5 82.01±0.95*TL 低劑量組 5 80.36±0.87*#TL 高劑量組 5 78.97±0.71*#△陽性藥物組 5 79.02±0.74*#△F值 18.714 P值 <0.001
2.2 各組大鼠腦組織SOD活性和MDA含量比較 各組間總體比較,腦組織SOD活性和MDA含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。與正常組比較,SS組,TL低、高劑量組和陽性藥物組腦組織SOD活性降低,MDA含量增加(P<0.05);與SS組比較,TL低、高劑量組和陽性藥物組腦組織SOD活性增加,MDA含量減低(P<0.05);與TL低劑量組比較,TL高劑量組和陽性藥物組腦組織SOD活性增加,MDA含量降低(P<0.05);TL高劑量組和陽性藥物組腦組織SOD活性和MDA含量比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。 見表2。
表2 各組大鼠腦組織SOD活性和MDA含量比較(±s)Tab.2 Comparison of SOD activity and MDA content in brain tissues in each group(±s)
表2 各組大鼠腦組織SOD活性和MDA含量比較(±s)Tab.2 Comparison of SOD activity and MDA content in brain tissues in each group(±s)
注:與正常組比較,*P<0.05;與SS組比較,#P<0.05;與TL低劑量組比較,△P<0.05Note:Compared with normal group,*P<0.05;compared with SS group,#P<0.05;compared with TL low dose group,△P<0.05
組別 n SOD(U·mg-1) MDA(nmol·mg prot-1)正常組 5 132.74±22.16 1.24±0.30 SS 組 5 82.54±9.73* 4.52±0.57*TL 低劑量組 5 99.02±9.86*# 3.68±0.45*#TL高劑量組陽性藥物組F值P值5 5 114.74±11.41*#△117.96±14.52*#△7.970 0.001 2.54±0.32*#△2.37±0.39*#△45.837<0.001
2.3 各組大鼠腦組織TNF-α、IL-1β含量比較 各組間總體比較,腦組織TNF-α、IL-1β含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。 與正常組比較,SS組,TL低、TL高劑量組和陽性藥物組腦組織TNF-α、IL-1β含量均增加(P<0.05);與SS組比較,TL低、高劑量組和陽性藥物組腦組織TNF-α、IL-1β含量降低(P<0.05);與TL低劑量組比較,TL高劑量組和陽性藥物組腦組織TNF-α、IL-1β含量降低(P<0.05);TL高劑量組和陽性藥物組腦組織TNF-α、IL-1β含量比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。 見表3。
表3 各組大鼠腦組織TNF-α、IL-1β含量比較(±s,pg·mg-1)Tab.3 Comparison of TNF-α and IL-1β contents in brain tissues in each group(±s,pg·mg-1)
表3 各組大鼠腦組織TNF-α、IL-1β含量比較(±s,pg·mg-1)Tab.3 Comparison of TNF-α and IL-1β contents in brain tissues in each group(±s,pg·mg-1)
注:與正常組比較,*P<0.05;與SS組比較,#P<0.05;與TL低劑量組比較,△P<0.05Note:Compared with normal group,*P<0.05;compared with SS group,#P<0.05;compared with TL low dose group,△P<0.05
組別 n TNF-α IL-1β正常組 5 2.78±0.34 0.14±0.03 SS 組 5 4.91±0.52* 0.37±0.04*TL 低劑量組 5 4.16±0.50*# 0.28±0.03*#TL高劑量組陽性藥物組F值P值5 5 3.47±0.41*#△3.42±0.43*#△16.695<0.001 0.20±0.02*#△0.19±0.03*#△43.245<0.001
2.4 各組大鼠海馬CA1區(qū)病理變化比較 HE染色結(jié)果顯示,正常組海馬CA1區(qū)細(xì)胞形態(tài)完好、排列整齊、邊界清晰,無核固縮,細(xì)胞核為藍(lán)色;SS組細(xì)胞體積縮小、數(shù)量減少、排列紊亂、突起結(jié)構(gòu)模糊或消失,多數(shù)細(xì)胞發(fā)生空泡樣改變及死亡,表現(xiàn)為核破裂、核固縮;TL低、高劑量組和陽性藥物組多數(shù)細(xì)胞邊界清晰,排列較為整齊,少數(shù)細(xì)胞發(fā)生萎縮、深染、空泡變性。見圖1。
圖1 各組大鼠海馬CA1區(qū)病理變化(HE染色,200×)Fig.1 Pathological changes of hippocampal CA1 area in each group(HE staining,200×)
2.5 各組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元形態(tài)數(shù)量比較 Nissl染色結(jié)果顯示,正常組海馬CA1區(qū)細(xì)胞形態(tài)正常,邊緣明顯,染色清晰,排列緊密,細(xì)胞核大且圓,核仁明顯,胞質(zhì)中尼氏體數(shù)量豐富;SS組細(xì)胞排列稀疏,邊緣模糊,染色淺,神經(jīng)元數(shù)目減少,且發(fā)生核固縮、胞質(zhì)深染,胞質(zhì)中尼氏體數(shù)量明顯減少;TL低、高劑量組和陽性藥物組神經(jīng)元數(shù)量增加,染色較清晰,胞質(zhì)中尼氏體數(shù)量較SS組增加。見圖2。
圖2 各組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元形態(tài)數(shù)量變化(Nissl染色,400×)Fig.2 Neutron morphology and quanting changes of hippocampal CA1 area in each group(Nissl staining,400×)
2.6 各組大鼠腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量p-NF-κB p65/NF-κB p65比較 各組間總體比較,腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量、p-NF-κB p65/NF-κB p65差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。 與正常組比較,SS組,TL低、高劑量組和陽性藥物組腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量、p-NF-κB p65/NF-κB p65升高(P<0.05);與SS組比較,TL低、高劑量組和陽性藥物組腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量、p-NF-κB p65/NF-κB p65降低(P<0.05);與TL低劑量組比較,TL高劑量組和陽性藥物組腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量、p-NF-κB p65/NF-κB p65降低(P<0.05);TL高劑量組和陽性藥物組腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量、p-NF-κB p65/NF-κB p65比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。見表4、圖3。
表4 各組大鼠腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量、p-NF-κB p65/NF-κB p65比較(±s)Tab.4 Comparison of the relative expression of TLR4 and MyD88 proteins,p-NF-κB p65/NF-κB p65 in brain tissues in each group(±s)
表4 各組大鼠腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量、p-NF-κB p65/NF-κB p65比較(±s)Tab.4 Comparison of the relative expression of TLR4 and MyD88 proteins,p-NF-κB p65/NF-κB p65 in brain tissues in each group(±s)
注:與正常組比較,*P<0.05;與SS組比較,#P<0.05;與TL低劑量組比較,△P<0.05Note:Compared with normal group,*P<0.05;compared with SS group,#P<0.05;compared with TL low dose group,△P<0.05
組別 n TLR4 MyD88 p-NF-κB p65/NF-κB p65正常組 5 0.09±0.01 0.18±0.03 0.11±0.02 SS 組 5 0.59±0.06* 0.98±0.09* 0.38±0.04*TL 低劑量組 5 0.43±0.05*# 0.51±0.06*# 0.29±0.03*#TL 高劑量組 5 0.25±0.04*#△ 0.28±0.04*#△ 0.20±0.03*#△陽性藥物組 5 0.23±0.03*#△ 0.25±0.03*#△ 0.18±0.02*#△F值 108.391 176.242 65.298 P 值 <0.001 <0.001 <0.001
圖3 各組大鼠TLR4、MyD88、p-NF-κB p65、NF-κB p65蛋白相對表達(dá)量Fig.3 The relative expression of TLR4,MyD88,p-NF-κB p65,NF-κB p65 protein in each group
微循環(huán)障礙是SS進(jìn)程中重要的病理生理基礎(chǔ),由于微循環(huán)障礙導(dǎo)致腦組織缺血、缺氧,通過連鎖反應(yīng)分泌大量氧自由基,造成脂質(zhì)過氧化,由于神經(jīng)細(xì)胞膜上多價不飽和脂肪酸含量豐富,極易發(fā)生氧化應(yīng)激損傷,細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器如線粒體作為氧化應(yīng)激靶標(biāo)容易受到氧自由基攻擊,最終引發(fā)海馬區(qū)錐體細(xì)胞死亡[10]。SS后腦損傷以精神狀態(tài)改變、譫妄、昏迷等為主要表現(xiàn),部分表現(xiàn)為神經(jīng)電生理及腦部影像學(xué)異常,可能與氧化應(yīng)激導(dǎo)致的炎癥反應(yīng)、腦水腫、血腦屏障損傷及神經(jīng)元功能損傷有關(guān)[11-12]。盡管西藥治療可在一定程度上保護SS后腦損傷,但可能出現(xiàn)較為嚴(yán)重的副作用,安全性有待提升,因此相對安全的中藥治療具有廣闊的應(yīng)用前景。
氧自由基大量釋放、氧化應(yīng)激反應(yīng)激活是SS后腦組織損傷的重要病理環(huán)節(jié),并通過與炎癥介質(zhì)的連鎖反應(yīng)參與SS發(fā)生、發(fā)展[13]。研究顯示,SS后機體TNF-α、IL-1β等炎癥介質(zhì)呈“瀑布樣”釋放,誘導(dǎo)組織及器官損傷[14]。本研究中,SS組,TL低、高劑量組腦組織含水量,MDA、TNF-α、IL-1β含量依次降低,SOD活性依次升高,病理變化依次減輕,神經(jīng)元數(shù)量及胞質(zhì)中尼氏體數(shù)量依次增加,提示TL可減輕腦組織水腫、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及病理變化,保護神經(jīng)元功能。地塞米松作為腎上腺皮質(zhì)激素類藥物,是治療SS的常用藥物,本研究采用其作為陽性對照藥物,結(jié)果顯示TL與地塞米松整體療效相當(dāng),進(jìn)一步說明TL應(yīng)用于SS治療效果滿意。TL是中藥雷公藤中活性最強的環(huán)氧化二萜內(nèi)酯化合物,關(guān)于其腦組織損傷保護作用,目前通常從以下幾方面進(jìn)行闡述:抑制炎癥反應(yīng)及小膠質(zhì)細(xì)胞的活化;減少細(xì)胞中鈣累積,減輕氧化應(yīng)激反應(yīng);抑制神經(jīng)元凋亡,從而減輕腦組織損傷[15]。Zhu等[16]采用TL治療脊髓損傷時發(fā)現(xiàn),HE染色及Nissl染色結(jié)果顯示神經(jīng)細(xì)胞死亡數(shù)量明顯減少,且機體運動功能明顯改善,證實了TL在神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療中的潛力。于勝國等[17]研究顯示,TL具有腦損傷保護作用,可有效減輕脂多糖誘導(dǎo)的大鼠腦組織氧化應(yīng)激反應(yīng),抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡。本研究結(jié)果與其相似,再次證實了TL的腦損傷保護作用。
TLR是重要的先天性免疫模式識別受體,在天然免疫中有較高的參與度,對病原相關(guān)分子模式具有特異性識別作用,也是固有免疫與天然免疫的連接橋梁[18]。TLR4主要通過MyD88依賴、非依賴兩種途徑進(jìn)行信號轉(zhuǎn)導(dǎo),MyD88位于TLR4下游,包含N端死亡區(qū)、Toll區(qū)、與轉(zhuǎn)位緊密黏附素受體(translocated intimin receptor,TIR)結(jié)合的C末端3個功能區(qū)域,其中N端死亡區(qū)通過結(jié)合白介素-1R(interleukin-1R,IL-1R)相關(guān)激酶的死亡結(jié)構(gòu)域,導(dǎo)致其磷酸化,誘導(dǎo)NF-κB激活及轉(zhuǎn)位,激活TNF-α、IL-1β等炎癥介質(zhì)釋放,最終導(dǎo)致機體的炎癥反應(yīng)[19]。呂鵬等[20]采用槲皮素干預(yù)SS大鼠時發(fā)現(xiàn),槲皮素能夠抑制肺組織TLR4信號通路相關(guān)蛋白表達(dá),從而減輕肺損傷,提示TLR4信號通路在SS發(fā)生、發(fā)展中的作用。王華柱等[21]研究發(fā)現(xiàn),使用脂多糖建立膿毒性休克大鼠模型后1、6、24h,TLR4蛋白表達(dá)及腦細(xì)胞凋亡數(shù)量呈增加趨勢,且各個時間段均高于健康大鼠,表明TLR4在SS大鼠腦組織中呈異常高表達(dá),且與重要臟器組織的細(xì)胞凋亡有關(guān)。本研究結(jié)果顯示,SS組,TL低、高劑量組腦組織TLR4、MyD88蛋白相對表達(dá)量,p-NF-κB p65/NF-κB p65依次降低,提示TL對SS腦組織的保護作用可能與抑制TLR4/MyD88信號通路有關(guān)。
綜上所述,本研究證實TL可減輕SS大鼠腦組織水腫,抑制氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng),減輕腦組織病理變化,保護神經(jīng)元,其作用機制可能與抑制TLR4/MyD88信號通路相關(guān)蛋白表達(dá)有關(guān)。