呂芳芳,高陽(yáng)陽(yáng),陳錦麗,朱曉琳,宋家樂(lè),3,
(1.桂林醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院,廣西桂林 541100;2.廣西醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院,廣西南寧 530021;3.桂林醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院臨床營(yíng)養(yǎng)科,廣西桂林 541100)
炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)是一種免疫機(jī)制失衡的慢性胃腸道疾病。臨床上主要將IBD劃分為潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)和克羅恩氏病(Crohn’s disease, CD)兩類。IBD患者由于腸粘膜中存在反復(fù)的慢性炎癥造成腸上皮系統(tǒng)功能的障礙,引發(fā)胃腸道粘膜組織損傷,從而導(dǎo)致腹痛、腹瀉及便血等癥狀,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[1?2]。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查,IBD在中國(guó)的發(fā)病率急速增加[3]。然而,IBD確切的發(fā)病機(jī)制至今尚未明確,但遺傳和環(huán)境等因素是公認(rèn)的IBD主要致病因素,且與腸道免疫調(diào)節(jié)紊亂密切相關(guān)[4]。同時(shí),又因慢性IBD與結(jié)直腸癌的發(fā)生高度相關(guān),進(jìn)而成為了研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[5]。IBD的傳統(tǒng)療法有抗炎藥物、類固醇、免疫調(diào)節(jié)劑、單克隆抗體和抗生素療法。但這類療法大多數(shù)起到暫時(shí)的效果,且還存在著嚴(yán)重的并發(fā)癥和不良藥物反應(yīng)[6]。目前,一些傳統(tǒng)中草藥由于其較好的抗炎效果而引發(fā)研究者的關(guān)注[7]。
小蓬草(Conyza canadensisL.)又名小飛蓬或加拿大蓬,屬于一年生菊科屬草本植物,原產(chǎn)北美而今在全球都有發(fā)現(xiàn)[8]。近年來(lái),植物多酚黃酮類物質(zhì)因具有較好的生物活性和安全性而被重視[9],而小蓬草中主要富含黃酮類、生物堿類及揮發(fā)油類等植物化學(xué)成分,其生物活性和藥用價(jià)值研究已有相關(guān)的報(bào)道[10]。在中國(guó),小蓬草雖被視為一種分布較廣的外來(lái)入侵植物[11],但研究報(bào)道表明,小蓬草具有抗血小板凝集作用,能通過(guò)抑制血小板過(guò)度活躍改善動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病[12?13]。同時(shí),小蓬草也具有抗炎[14]、抗菌[15]、抗氧化活性[12,16]和抑制兒茶酚胺分泌的作用[17]。然而,小蓬草對(duì)于UC的抗炎作用的相關(guān)研究鮮有報(bào)道。因此,本研究擬通過(guò)利用DSS誘導(dǎo)制備UC小鼠模型,通過(guò)觀察小蓬草乙醇提取物對(duì)UC小鼠的臨床癥狀的改善作用,對(duì)小鼠結(jié)腸組織中抗氧化酶的活性的影響以及對(duì)炎性細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)的表達(dá)的影響,進(jìn)一步探討小蓬草乙醇提取物對(duì)結(jié)腸炎的抗炎作用及機(jī)制。
新鮮小蓬草 廣西桂林市建干路藥材市場(chǎng),并經(jīng)桂林醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院生藥學(xué)教研室鑒定(室溫陰干后備用);葡聚糖硫酸鈉(DSS,分子量:36000~50000 kDa) MP Biomedical公 司(Solon, OH,USA);TNF-α、IL-1β和IL-6 ELISA試劑盒(R&D system,Minneapolis,MN,USA)、Trizol試 劑、OligodT18引物、鼠maloney白血病病毒(MMLV)逆轉(zhuǎn)錄酶、辣根過(guò)氧化物酶、RNase抑制劑、溴化乙錠(EtBr)和瓊脂糖 Invitrogen Life Technologies(Carlsbad,CA,USA);總超氧化物歧化酶(SOD)活性檢測(cè)試劑盒 上海碧云天生物技術(shù)有限公司;其他所有試劑 均為國(guó)產(chǎn)分析級(jí);實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 雄性C57BL/6J小鼠,6周齡,體重16~18 g,共32只,由桂林醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,所有小鼠置于桂林醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院普通飼養(yǎng)房,室溫條件,標(biāo)準(zhǔn)光照/黑暗(12 h/12 h)循環(huán)環(huán)境飼養(yǎng)小鼠,隨意取用食物和水。
Leica DM4B光學(xué)顯微鏡,適配Leica DFC550 CCD相機(jī) 美國(guó)Leica Microsystems Inc;Büchi-RE111旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 瑞士Büchi Labortechnik;UV-2401PC分光光度計(jì) 日本Shimadzu;Applied Biosystems 2720熱循環(huán)儀 美國(guó)Thermo Fisher Scientific。
1.2.1 小蓬草乙醇提取物(CME)的制備 新鮮小蓬草樣本經(jīng)冷凍干燥(?80 ℃)后,研磨成細(xì)粉,加入乙醇(80%)充分?jǐn)嚢?,過(guò)夜,反復(fù)回流三次,合并回流液,4號(hào)濾紙(Whatman International Ltd.,Maidstone,UK)過(guò)濾。濾液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中于50 ℃真空濃縮,制備得到CME,儲(chǔ)存于?20 ℃環(huán)境中待用。
1.2.2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn) 所有小鼠隨機(jī)分為正常組、模型組、低劑量與高劑量CME組共4組,每組8只。整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)正常組小鼠自由飲水,其余三組小鼠均予2%DSS溶液自由飲用誘導(dǎo)結(jié)腸炎7 d。模型組,低劑量與高劑量CME組于第1~7 d分別予0.9%生理 鹽 水,50 mg·kg?1CME和200 mg·kg?1CME灌胃。本研究所使用研究方案已由桂林醫(yī)學(xué)院動(dòng)物倫理委員會(huì)審批通過(guò)(審查編號(hào):GLMC201604002)。
1.2.3 動(dòng)物疾病活動(dòng)指數(shù)(DAI)評(píng)估 每日監(jiān)測(cè)所有小鼠體重、糞便稠度和糞便隱血。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下[18]:體重減失評(píng)分,體重未減輕:0分; 減輕1%~5%:1分;減輕5%~10%:2分;減輕10%~20%:3分;減輕20%以上:4分。糞便稠度評(píng)分,正常:0分;稀便:2分;水樣腹瀉:4分。糞便隱血程度評(píng)分,隱血陰性:0分;隱血陽(yáng)性:2分;隱血強(qiáng)陽(yáng)性:4分。DAI分?jǐn)?shù)的范圍為0~12分。
1.2.4 結(jié)腸病理組織學(xué)觀察 實(shí)驗(yàn)周期結(jié)束后,用CO2窒息處死所有實(shí)驗(yàn)小鼠(處死前禁食12 h),取整段結(jié)腸組織,經(jīng)生理鹽水清洗,吸水紙吸干表面液體,測(cè)量結(jié)腸長(zhǎng)度并稱重記錄。取部分結(jié)腸組織用10%的甲醛溶液固定,其余結(jié)腸組織置于?80 °C冰箱儲(chǔ)存待用。前者在乙醇中脫水并包埋在石蠟中,石蠟切片(4 μm)進(jìn)行HE染色,使用Leica DM4B顯微鏡觀察組織標(biāo)本并記錄圖像。
1.2.5 髓過(guò)氧化物酶(MPO)活性測(cè)定 取結(jié)腸組織50 mg置于預(yù)冷的含有0.5%十六烷基三甲基溴化銨(hexadecyl trimethyl ammonium bromide,HTAB)的磷酸鹽緩沖鹽水(PBS,80 mmol·L?1,pH5.4)中均質(zhì)化,離心(4 ℃,12000×g,20 min)后取上清,加入150 μL的3, 3', 5, 5'-四甲基聯(lián)苯胺(2 mmol·L?1),50 μL的H2O2(300 mmol·L?1)和250 μL PBS(pH5.4,80 mmol·L?1)后混勻并置于25 ℃溫育30 min后立即測(cè)定混合物在450 nm下的吸光度(A1)。約5 min后加入2.5 mL 的H2SO4(200 mmol·L?1)終止反應(yīng),使用UV-2401 PC分光光度計(jì)測(cè)量所得混合物在450 nm下的吸光度(A2)。依據(jù)公式:MPO活性單位=(A1?A2)/5,計(jì)算MPO活性單位,并以組織內(nèi)總蛋白量做校正[19]。
1.2.6 脂質(zhì)過(guò)氧化水平(MDA)測(cè)定 取結(jié)腸組織100 mg置于冷卻的PBS中勻漿。二辛可寧酸(bicinchoninic acid,BCA)測(cè)定法測(cè)定總蛋白質(zhì)。勻漿液與1 mL硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)(0.67%,mg·L?1)和1 mL三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCA)(25%, mg·L?1)混合,加熱(45 min,95 ℃),離心(4 ℃,10715 r·min?1,20 min),取上清液。使用UV-2401 PC分光光度計(jì)測(cè)量復(fù)合物在535 nm下的光密度值后計(jì)算MDA水平[20]。
1.2.7 谷胱甘肽水平(GSH)測(cè)定 取結(jié)腸組織100 mg置于冷卻的PBS中勻漿。取0.5 mL勻漿與0.5 mL 10%的TCA充分混合,離心(5000×g,5 min),取0.1 mL上清液與1.7 mL磷酸鉀緩沖液(0.1 mol·L?1,pH8.0)和0.1 mL Ellman's試劑混合,反應(yīng)5 min,使用UV-2401 PC分光光度計(jì)測(cè)量混合物在412 nm處的光密度后計(jì)算GSH水平[21]。
1.2.8 超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定 取結(jié)腸組織100 mg置于冷PBS(5 mL,0.1 mol·L?1,pH7.4)中均質(zhì)化,離心(4 ℃,5000×g,10 min)后,按總SOD活性檢測(cè)試劑盒說(shuō)明書要求,取適量上清液與試劑盒內(nèi)反應(yīng)試劑混合。37 ℃孵育30 min后,使用UV-2401 PC分光光度計(jì)測(cè)量混合物在560 nm下的吸光度后根據(jù)說(shuō)明書要求進(jìn)行SOD活性的計(jì)算。
1.2.9 結(jié)腸組織中TNF-α、IL-1β和IL-6水平的測(cè)定 取結(jié)腸組織置于3 mL PBS(0.1 mol·L?1,pH7.4)在4 ℃環(huán)境下均化,離心(4 ℃,10000×g,5 min)。根據(jù)ELISA試劑盒說(shuō)明書,分別測(cè)定結(jié)腸組織中TNF-α、IL-1β和IL-6水平。
1.2.10 結(jié)腸組織中TNF-α、IL-1β、IL-6、iNOS和COX-2的mRNA表達(dá) 用Trizol試劑分離得到總RNA,加入氯仿,離心(25 ℃,13000×g,15 min)。取上清液,以1:1的比例將異丙醇與上清液充分混合,離心(13000×g,15 min)沉淀RNA。棄上清液,加入乙醇洗滌沉淀后,加入經(jīng)焦碳酸二乙酯(diethy pyrocarbonate,DEPC)處理的無(wú)RNase的水充分溶解RNA,使用UV-2401 PC分光光度計(jì)測(cè)量在260 nm下的吸光度,定量。制備1×逆轉(zhuǎn)錄酶緩沖液,dNTPs(1 mmol·L?1),OligodT18引物(500 ng),MMLV逆轉(zhuǎn)錄酶(140 U)和RNA酶抑制劑混合物(40 U),取1 μg RNA加入等量混合物中進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄,放入自動(dòng)熱循環(huán)儀進(jìn)行PCR,25~30個(gè)循環(huán)(94 ℃30 s,55 ℃ 30 s和72 ℃ 40 s)后,72 ℃下延伸8 min。PCR產(chǎn)物以2%瓊脂糖凝膠電泳分離,EtBr染色,β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)為內(nèi)參。
數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用Duncan's的多重范圍測(cè)試,通過(guò)單因素方差分析評(píng)估各組之間平均值的差異,P<0.05表示統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著差異。SAS v9.1統(tǒng)計(jì)軟件包(SAS Institute Inc.,USA)用于分析實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)。
DSS溶液誘導(dǎo)結(jié)腸炎模型是目前應(yīng)用最為廣泛的實(shí)驗(yàn)方法之一,模型的臨床癥狀、病理學(xué)表現(xiàn)和病變部位與人類UC最為相似,即出現(xiàn)典型的體重減輕,結(jié)腸短縮和腸壁增厚,并出現(xiàn)腹瀉和血便等特點(diǎn)[22?23]。與正常組小鼠相比,模型組能夠顯著引起結(jié)腸炎小鼠的體重減輕、結(jié)腸縮短(5.7 cm)、結(jié)腸重量/長(zhǎng)度比以及總DAI指數(shù)顯著升高(P<0.05)(表1)。表明自由飲用DSS溶液能引起小鼠出現(xiàn)相應(yīng)的UC臨床癥狀。經(jīng)CME劑量組干預(yù)后,劑量組小鼠的各項(xiàng)指標(biāo)較模型組小鼠均具有顯著差異性,并呈現(xiàn)出劑量效應(yīng)關(guān)系(P<0.05)(表1)。相較于模型組,CME劑量組小鼠體重呈現(xiàn)上升趨勢(shì);小鼠結(jié)腸縮短現(xiàn)象得到有效抑制,低劑量組和高劑量組結(jié)腸長(zhǎng)度分別恢復(fù)至7.5、8.6 cm(P<0.05);小鼠的結(jié)腸重量/長(zhǎng)度比以及總DAI指數(shù)呈現(xiàn)顯著的下降趨勢(shì)(P<0.05)。表明CME能有效改善結(jié)腸炎小鼠體重減輕、結(jié)腸縮短和腸壁增厚的現(xiàn)象,緩解結(jié)腸炎小鼠的癥狀。
表1 CME對(duì)結(jié)腸炎小鼠最終體重、結(jié)腸長(zhǎng)度、結(jié)腸重量長(zhǎng)度比和總DAI指數(shù)的影響Table 1 Effects of CME on the final body weight, colon length,ratio of colon weight to lengthand total DAI index of colitis mice
大量炎癥細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)浸潤(rùn)結(jié)腸組織,能夠誘導(dǎo)粘膜破裂和潰瘍,最終引起結(jié)腸炎性腹瀉和出血[24]。如圖1A所示,正常組小鼠結(jié)腸組織切片中上皮完整,隱窩腺、基質(zhì)和粘膜下層結(jié)構(gòu)未受破壞。相反,模型組小鼠的組織切片顯示明顯扭曲的隱窩上皮、廣泛的粘膜損傷和大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)(圖1B)。經(jīng)CME劑量組處理能夠減輕DSS所致結(jié)腸上皮損傷,抑制炎性細(xì)胞浸潤(rùn),維持腸上皮和隱窩腺的完整(圖1C和D)。MPO是主要存在于嗜中性粒細(xì)胞的溶酶體蛋白,其活性是作為中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)組織和急性炎癥的重要生物標(biāo)志物之一[25]。模型組小鼠結(jié)腸中MPO酶活性較正常組小鼠顯著升高(P<0.05)。而高劑量CME組處理則顯著抑制了結(jié)腸炎小鼠的結(jié)腸組織中的MPO蓄積(圖1E)(P<0.05)。結(jié)腸組織中MPO酶活性的降低代表著的中性粒細(xì)胞積聚得到抑制[26]。
圖1 CME對(duì)結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織學(xué)改變(A~D;HE,×100)及結(jié)腸中MPO(E)的影響Fig.1 Effects of CME on colonic histological changes (A~D;HE,×100) and MPO (E) in colon of colitis mice
中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞浸潤(rùn)結(jié)腸組織是結(jié)腸炎的典型特征,局部炎癥反應(yīng)能刺激活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的產(chǎn)生,引起生物膜上不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng),從而導(dǎo)致組織氧化應(yīng)激損傷的發(fā)生[27?28]。丙二醛(MDA)是脂質(zhì)過(guò)氧化終產(chǎn)物,是反映機(jī)體氧化應(yīng)激的重要指標(biāo)之一。此外,腸道抗氧化防御系統(tǒng)失衡與UC的發(fā)病機(jī)制有關(guān),過(guò)量的ROS/RNS顯著破壞氧化劑/抗氧化劑平衡,如降低結(jié)腸組織中非酶性抗氧化物GSH含量和內(nèi)源性抗氧化酶SOD活性,減弱了對(duì)自由基的清除能力,加速結(jié)腸組織的炎癥反應(yīng)和損傷[28?29]。
如表2所示,模型組小鼠結(jié)腸組織中的MDA水平較正常組小鼠顯著升高(P<0.05)。經(jīng)CME劑量組處理后,低劑量組和高劑量組小鼠結(jié)腸組織中MDA水平較模型組分別降低19.5%和36.3%(P<0.05)。與正常組小鼠相比,模型組小鼠結(jié)腸組織中的GSH和SOD水平顯著降低(P<0.05),這一結(jié)果與劉志龍等[30]的研究結(jié)果相似。而經(jīng)CME劑量組處理后,結(jié)腸組織中GSH和SOD水平顯著升高(P<0.05),低劑量組和高劑量組GSH水平分別是模型組的1.8倍和2.3倍;SOD水平分別是模型組的1.4倍和1.7倍。結(jié)果提示小蓬草是一種良好的自由基清除劑,具有較好的抗氧化活性[12,16]。
表2 CME對(duì)結(jié)腸炎小鼠的結(jié)腸組織中MDA、GSH和SOD水平的影響Table 2 Effects of CME on the levels of MDA, GSH and SOD in colon tissue of colitis mice
TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8等促炎細(xì)胞因子分泌水平異常升高是導(dǎo)致結(jié)腸組織炎性損傷的主要原因之一[31]。如表3所示,較正常組小鼠相比,模型組小鼠的結(jié)腸組織中TNF-α、IL-1β和IL-6分泌水平顯著提高(P<0.05)。高劑量CME組干預(yù)處理后,能顯著抑制結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中TNF-α、IL-1β和IL-6的異常分泌(P<0.05)。低劑量組和高劑量組能使TNF-α水平分別較模型組降低7.0%和19.7%;IL-1β水平分別降低20.4%和32.5%;IL-6水平分別降低10.1%和24.3%。表明CME能夠抑制促炎因子的釋放,減輕結(jié)腸炎的炎性反應(yīng)。
表3 CME對(duì)結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中TNF-α、IL-1β和IL-6水平的影響Table 3 Effects of CME on the levels of TNF-α, IL-1β and IL-6 in colon tissue of colitis mice
結(jié)腸黏膜組織中炎性細(xì)胞因子異常表達(dá)在IBD的病理過(guò)程中起著重要作用。單核-巨噬細(xì)胞分泌的TNF-α是炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)中主要的促炎因子之一,能通過(guò)募集并激活中性粒細(xì)胞,釋放炎性因子,導(dǎo)致UC患者結(jié)腸粘膜炎性損傷[31?32]。IL-1β和IL-6也是UC炎癥進(jìn)展的關(guān)鍵因子,抑制IL-1β不僅能減輕結(jié)腸炎癥狀,且還能抑制IL-6的過(guò)度表達(dá)[33]。如圖2所示,與正常組相比,DSS處理能引起小鼠結(jié)腸組織中的TNF-α,IL-1β和IL-6的mRNA表達(dá)顯著增強(qiáng)(P<0.05)。經(jīng)低劑量和高劑量的CME干預(yù)后能顯著降低結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中的TNF-α、IL-1β和IL-6的mRNA表達(dá)(P<0.05)。而抑制結(jié)腸組織中炎性細(xì)胞因子的過(guò)度表達(dá)對(duì)IBD防治具有重大意義[34]。
圖2 CME對(duì)結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中TNF-α、IL-1β和IL-6的mRNA表達(dá)的影響Fig.2 Effects of CME on the mRNA expression of TNF-α,IL-1β and IL-6 in colon tissue of colitis mice
iNOS和COX-2是炎癥信號(hào)通路中的經(jīng)典酶,其過(guò)度表達(dá)與UC的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[35]。腸粘膜中iNOS和COX-2的異常活化能分別促進(jìn)炎性介質(zhì)NO和PGE2的釋放,加劇UC癥狀[36]。如圖3所示,模型組小鼠結(jié)腸組織中的iNOS和COX-2的mRNA表達(dá)水平較正常組顯著上升(P<0.05)。而高劑量CME組干預(yù)后,結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中iNOS和COX-2的mRNA表達(dá)水平顯著低于模型組(P<0.05)。抑制iNOS和COX-2的過(guò)度表達(dá)能有效減輕腸黏膜中炎癥水平,控制IBD的發(fā)展[37]。表明CME對(duì)結(jié)腸炎可能具有較好的抗炎作用。
圖3 CME對(duì)結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中iNOS和COX-2的mRNA表達(dá)的影響Fig.3 Effects of CME on the mRNA expression of iNOS and COX-2 in colon tissue of colitis mice
本研究利用DSS誘導(dǎo)構(gòu)建UC小鼠模型來(lái)研究CME對(duì)結(jié)腸炎小鼠的抗炎作用效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示,CME能有效改善結(jié)腸炎小鼠體重減輕、結(jié)腸縮短和腸壁增厚的現(xiàn)象,緩解結(jié)腸炎小鼠的癥狀。通過(guò)提高結(jié)腸組織中抗氧化物質(zhì)GSH和SOD的活性,進(jìn)一步減輕結(jié)腸粘膜中的氧化應(yīng)激損傷。同時(shí),CME還能明顯抑制結(jié)腸組織中MPO酶活性以及抑制結(jié)腸組織中炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β和IL-6)的異常分泌和炎性介質(zhì)(TNF-α、IL-1β、IL-6、iNOS和COX-2)的過(guò)度表達(dá)。綜上所述,CME對(duì)結(jié)腸炎可能具有較好的抗炎作用,能夠修復(fù)結(jié)腸炎的炎癥反應(yīng),故可進(jìn)一步為小蓬草的開發(fā)利用及結(jié)腸炎的臨床研究提供支持。