沈曉慶,王 晶,李婷君
(遼寧中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院,遼寧 沈陽(yáng) 110032)
類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)屬于一種以滑膜增生、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)及關(guān)節(jié)病變破壞為主要特征的慢性自身免疫性疾病,可導(dǎo)致骨及軟骨的不可逆損傷,嚴(yán)重影響患者的日?;顒?dòng)及生活質(zhì)量,給家人及社會(huì)造成了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)[1]。RA的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜且尚未完全闡明,其過(guò)程是集機(jī)體固有免疫、適應(yīng)性免疫及多種細(xì)胞因子共同作用的結(jié)果。NLRP3炎癥小體是一種存在于細(xì)胞漿中的多蛋白復(fù)合物,由NLRP3、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain,ASC)和半胱氨酸蛋白酶-1前體(cysteine aspartic acid specific protease-1precursor,pro-Caspase-1)組成,能調(diào)控促炎性細(xì)胞因子(包括IL-1β、TNF-α及IL-18等)的成熟,從而參與炎癥反應(yīng),與自身免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病等密切相關(guān)[2-3]。有研究表明,RA模型中炎癥小體NLRP3、Caspase-1、IL-1β及IL-18水平明顯升高,與疾病的嚴(yán)重程度呈正比,且通過(guò)抑制NLRP3活性后,RA病理?yè)p傷明顯減輕,說(shuō)明NLRP3可能為治療RA的有效靶點(diǎn)[4]。漢黃芩素為唇形科植物黃芩的主要藥理活性成分之一,屬于黃酮類化合物,具有抗炎、抗腫瘤等藥理作用[5]。最近研究發(fā)現(xiàn),漢黃芩素對(duì)RA模型具有一定的治療作用。有研究表明,漢黃芩素可顯著抑制類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎成纖維滑膜細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)其凋亡,并可顯著下調(diào)炎癥因子IL-6水平[6]。但是對(duì)NLRP3的影響未見(jiàn)報(bào)道。因此,本研究通過(guò)建立膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎大鼠(collagen induced arthritis,CIA)模型,探討漢黃芩素治療RA與NLRP3的關(guān)系,以期為明確漢黃芩素治療RA的作用機(jī)制提供一定的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物SPF級(jí)SD雄性大鼠48只,體質(zhì)量200~220 g,由遼寧長(zhǎng)生生物技術(shù)有限公司提供,許可證號(hào):SCXK(遼)2018-0001。大鼠飼養(yǎng)于遼寧中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心實(shí)驗(yàn)室,室溫20~24℃,相對(duì)濕度40%~50%,自由飲食、飲水,光照和黑夜各12 h,適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本研究中所有實(shí)驗(yàn)方案均得到遼寧中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利倫理委員會(huì)的批準(zhǔn),批準(zhǔn)號(hào):IACUC2019005。
1.2 藥物與試劑 漢黃芩素(成都普菲德生物有限公司,批號(hào):JOT-10317);弗氏完全佐劑(批號(hào):SLBT1422)、弗氏不完全佐劑(批號(hào):SLBT1714)、雞Ⅱ型膠原(批號(hào):SLBV4134)(美國(guó)Sigma公司);地塞米松注射液(遼寧成大方圓藥房,批號(hào):2006031);HE染色試劑盒(大連美侖生物有限公司,批號(hào):MB9898-Nov-21D);IL-1β ELISA試劑盒(批號(hào):20190520)、TNF-α ELISA試劑盒(批號(hào):20190408)、IL-18 ELISA試劑盒(批號(hào):20190621)(北京索萊寶生物有限公司);兔抗NRLP3一抗(批號(hào):BA-3677-2)、兔抗pro-Caspase-1一抗(批號(hào):BM-4291)、兔抗Caspase-1一抗(批號(hào):BA-2220-1)、兔抗GAPDH一抗(批號(hào):BA2913)、驢抗兔生物素(HRP)標(biāo)記二抗(批號(hào):BA-1062)(武漢博士德生物有限公司);其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。
1.3 主要儀器Ti-S型熒光倒置顯微鏡(日本尼康公司);RM2016型石蠟切片機(jī)(德國(guó)萊卡公司);SpectraMax M5型酶標(biāo)儀(美國(guó)Sigma公司);Western blotting電泳儀和轉(zhuǎn)膜儀(美國(guó)Bio-Rad公司)。
1.4 造模與分組48只大鼠中隨機(jī)選取8只作為空白組,剩余40只大鼠根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道的方法建立膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎大鼠模型[7-8]。將2 mg/mL雞Ⅱ型膠原醋酸溶液逐滴加入至等體積的弗氏完全佐劑中,邊滴加邊研磨,不斷研磨1 h。大鼠尾根部皮下散點(diǎn)注射上述弗氏完全佐劑200 μL。7 d后大鼠尾根部皮下散點(diǎn)注射含2 mg/mL雞Ⅱ型膠原的弗氏不完全佐劑200 μL??瞻捉M大鼠于同時(shí)間點(diǎn)注射等體積生理鹽水。利用關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分評(píng)價(jià)大鼠模型是否構(gòu)建成功,評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如下,0分:關(guān)節(jié)無(wú)腫脹;1分:關(guān)節(jié)輕微腫脹;2分:關(guān)節(jié)中度腫脹;3分:關(guān)節(jié)嚴(yán)重腫脹;4分:關(guān)節(jié)嚴(yán)重腫脹并潰爛[8-9]。將4個(gè)關(guān)節(jié)的評(píng)分進(jìn)行相加,累積評(píng)分≥4分表示CIA模型制備成功[10]。將造模成功的40只大鼠進(jìn)一步隨機(jī)分為模型組、地塞米松組、漢黃芩素低劑量組、漢黃芩素中劑量組、漢黃芩素高劑量組,每組8只。
1.5 實(shí)驗(yàn)給藥 漢黃芩素給藥劑量根據(jù)黃芩成人(5~10g/60 kg)臨床劑量與漢黃芩素在黃芩中的含量(25 mg/g),并按人與動(dòng)物體質(zhì)量系數(shù)換算得到;漢黃芩素低劑量為成人臨床劑量的2倍,中劑量為成人臨床劑量的4倍,高劑量為成人臨床劑量的8倍。地塞米松劑量根據(jù)體質(zhì)量60 kg的成人的臨床劑量按人與動(dòng)物體質(zhì)量系數(shù)換算得到;即漢黃芩素低、中、高劑量組大鼠分別給予漢黃芩素灌胃,50、100、200 mg/kg;地塞米松組大鼠給予地塞米松灌胃,3 mg/kg;空白組和模型組大鼠灌胃給予等體積冷開(kāi)水[11]。1次/d,連續(xù)28 d。
1.6 檢測(cè)指標(biāo)
1.6.1 關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分 分別于治療第0、7、14、21及28天對(duì)大鼠雙側(cè)后足關(guān)節(jié)進(jìn)行關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分。0分:關(guān)節(jié)無(wú)腫脹;1分:關(guān)節(jié)輕微腫脹;2分:關(guān)節(jié)中度腫脹;3分:關(guān)節(jié)嚴(yán)重腫脹;4分:關(guān)節(jié)嚴(yán)重腫脹并潰爛[8-9]。
1.6.2 炎癥因子水平 各組大鼠腹腔注射3.5%水合氯醛10 mL/kg進(jìn)行麻醉,腹主動(dòng)脈采血,3 000 r/min離心5 min,吸取上清,置于-20℃冰箱中保存,備用。利用ELISA試劑盒檢測(cè)各組大鼠血清中炎癥因子IL-1β、TNF-α及IL-18水平,步驟嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。
1.6.3 胸腺指數(shù)與脾指數(shù) 處死各組大鼠后,快速摘取完整的胸腺與脾臟,置于濾紙上吸干多余血跡,稱質(zhì)量并記錄,根據(jù)如下公式計(jì)算胸腺指數(shù)與脾指數(shù):胸腺(脾)指數(shù)=胸腺(脾)質(zhì)量/大鼠體質(zhì)量。
1.6.4 大鼠滑膜組織損傷病理觀察 剝離大鼠膝關(guān)節(jié),置于4%多聚甲醛中固定,脫鈣液脫鈣4周后,制備石蠟切片。將切片置于70%、80%、90%及100%酒精溶液中水化,二甲苯透明2次,每次15 min,蘇木素染色液染色20 min,自來(lái)水沖洗;自來(lái)水浸泡20 min反藍(lán),自來(lái)水沖洗;伊紅染色2 min,自來(lái)水沖洗;將切片置于70%、80%、90%及100%酒精溶液中脫水,二甲苯透明2次,每次5 min,晾干,中性樹(shù)膠封片。置于倒置顯微鏡下觀察各組大鼠滑膜組織病理變化。
1.6.5 NLRP3信號(hào)通路蛋白表達(dá) 將膝關(guān)節(jié)滑膜組織置于液氮中進(jìn)行研磨,提取總蛋白,BCA蛋白檢測(cè)試劑盒檢測(cè)蛋白濃度,并調(diào)整蛋白濃度至一致,隨后進(jìn)行蛋白變性,行SDS-PAGE電泳(電泳條件為100 V,電泳時(shí)間為90 min)、轉(zhuǎn)膜(轉(zhuǎn)膜條件為250 mA,轉(zhuǎn)膜時(shí)間為90 min)、封閉1 h,分別孵育NRLP3、pro-Caspase-1、Caspase-1或GAPDH一抗稀釋液(1∶1000),4℃孵育過(guò)夜;次日加入二抗稀釋液(1∶1 000)室溫振蕩孵育1 h。ECL化學(xué)發(fā)光,凝膠成像儀采集圖像光密度。Image J軟件進(jìn)行分析,結(jié)果以NRLP3、pro-Caspase-1、Caspase-1蛋白與內(nèi)參蛋白GAPDH的光密度比值表示。
1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 利用SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以“均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”(x±s)表示,關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)比較利用重復(fù)測(cè)量方差分析;其余各指標(biāo)多組間比較利用單因素方差進(jìn)行分析,兩組間比較利用LSD-t檢驗(yàn)進(jìn)行分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 各組大鼠關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分比較 造模后,模型組,漢黃芩素低、中、高劑量組,地塞米松組大鼠關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性,可用于后續(xù)研究。
組內(nèi)比較:模型組大鼠于治療第7、14、21、28天后關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分均明顯高于治療前(P<0.05),漢黃芩素低劑量組大鼠僅于治療第14、21天關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分均明顯高于治療前(P<0.05);而漢黃芩素中、高劑量組大鼠于治療第7、14、21、28天后關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分與治療前比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
組間比較:治療第28天時(shí),與模型組比較,漢黃芩素低劑量組大鼠關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分明顯降低(P<0.05);治療第21、28天,與模型組比較,漢黃芩素中劑量組大鼠關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分明顯降低(P<0.05);治療第14、21、28天,與模型組比較,漢黃芩素高劑量組與地塞米松組大鼠關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分均明顯降低(P<0.05)。
分組因素與時(shí)間因素存在交互作用,變化趨勢(shì)相同,低、中、高劑量漢黃芩素治療后關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分存在劑量依賴性。
圖1 交互效應(yīng)輪廓圖
2.2 各組大鼠胸腺指數(shù)、脾指數(shù)比較 與空白組比較,模型組大鼠胸腺指數(shù)、脾指數(shù)均明顯升高(P<0.05);與模型組比較,漢黃芩素中、高劑量組及地塞米松組大鼠胸腺指數(shù)、脾指數(shù)均明顯降低(P<0.05),且漢黃芩素中、高劑量組之間存在一定的劑量依賴性。漢黃芩素低劑量組大鼠胸腺指數(shù)、脾指數(shù)與模型組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);漢黃芩素低劑量組大鼠胸腺指數(shù)高于漢黃芩素高劑量組及地塞米松組(P<0.05)。(見(jiàn)表2)
表2 各組大鼠胸腺指數(shù)與脾指數(shù)比較(±s)
表2 各組大鼠胸腺指數(shù)與脾指數(shù)比較(±s)
注:與空白組比較,aP<0.05;與模型組比較,bP<0.05;與地塞米松組比較,cP<0.05;與漢黃芩素低劑量組比較,dP<0.05
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2.3 各組大鼠膝關(guān)節(jié)病理?yè)p傷情況 空白組大鼠膝關(guān)節(jié)組織結(jié)構(gòu)正常,滑膜細(xì)胞增生、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、血管翳形成等病理改變不可見(jiàn),關(guān)節(jié)軟骨表面光滑;而模型組大鼠膝關(guān)節(jié)組織細(xì)胞排列紊亂,滑膜細(xì)胞增生、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)等病理?yè)p傷明顯,可見(jiàn)血管翳形成和大量變性壞死的軟骨細(xì)胞;漢黃芩素低劑量組大鼠膝關(guān)節(jié)組織細(xì)胞排列較紊亂,可見(jiàn)滑膜細(xì)胞增生、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)等病理?yè)p傷,血管翳形成、變性壞死的軟骨細(xì)胞多見(jiàn);漢黃芩素中、高劑量組及地塞米松組大鼠與模型組比較,膝關(guān)節(jié)組織細(xì)胞排列較為整齊,滑膜細(xì)胞增生、血管翳形成、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)等病理?yè)p傷明顯減輕,變性壞死的軟骨細(xì)胞明顯減少,改善情況從強(qiáng)至弱依次為地塞米松組、漢黃芩素高劑量組、漢黃芩素中劑量組。(見(jiàn)圖2)
表1 各組大鼠關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分比較(±s,分)
表1 各組大鼠關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分比較(±s,分)
注:與治療前比較,aP<0.05;與模型組比較,bP<0.05;F時(shí)間主效應(yīng)=10.912,P時(shí)間主效應(yīng)=0.000;F分組主效應(yīng)=182.258,P分組主效應(yīng)=0.000;F交互效應(yīng)=2.375,P交互效應(yīng)=0.004
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圖2 各組大鼠膝關(guān)節(jié)病理?yè)p傷情況比較(HE,×400)
2.4 各組大鼠炎癥因子表達(dá)比較 與空白組比較,模型組大鼠血清中IL-1β、TNF-α及IL-18表達(dá)水平明顯升高(P<0.05);與模型組比較,漢黃芩素中、高劑量組及地塞米松組大鼠血清中IL-1β、TNF-α及IL-18表達(dá)水平明顯降低(P<0.05),且漢黃芩素低、中、高劑量組及地塞米松組之間比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);漢黃芩素低劑量組大鼠血清中IL-1β、TNF-α及IL-18表達(dá)水平與模型組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。(見(jiàn)表3)
表3 各組大鼠炎癥因子表達(dá)比較(±s,pg/mL)
表3 各組大鼠炎癥因子表達(dá)比較(±s,pg/mL)
注:與空白組比較,aP<0.05;與模型組比較,bP<0.05
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2.5 各組大鼠NLRP3信號(hào)通路相關(guān)蛋白比較 與空白組比較,模型組大鼠滑膜組織NRLP3、pro-Caspase-1及Caspase-1蛋白相對(duì)表達(dá)量明顯升高(P<0.05);與模型組比較,漢黃芩素中、高劑量組及地塞米松組大鼠滑膜組織NRLP3、pro-Caspase-1及Caspase-1蛋白相對(duì)表達(dá)量明顯降低(P<0.05),且漢黃芩素低、中、高劑量組及地塞米松組之間比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);漢黃芩素低劑量組大鼠滑膜組織NRLP3、pro-Caspase-1及Caspase-1蛋白相對(duì)表達(dá)量與模型組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。(見(jiàn)圖3)
圖3 各組大鼠NLRP3信號(hào)通路相關(guān)蛋白比較(±s,n=8)
RA屬中醫(yī)學(xué)中“痹證”“歷節(jié)”“白虎病”等范疇?!饵S帝內(nèi)經(jīng)》曰:“風(fēng)寒濕三氣雜至,合而為痹也”;“所謂飲食居處,為其病本”,首次闡明了痹證的病因與外邪入侵人體有關(guān)?,F(xiàn)代醫(yī)家認(rèn)為RA病機(jī)為邪實(shí)正虛,虛實(shí)夾雜,且邪氣痹阻經(jīng)脈為其根本病機(jī),病變多累及筋骨、肌肉、關(guān)節(jié)甚至累及臟腑器官等[12]。黃芩為唇形科植物黃芩的干燥根,始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,已經(jīng)有兩千多年的應(yīng)用史。黃芩具有清熱燥濕、瀉火解毒、止血安胎等功效,主治溫?zé)岵?、肺炎、痢疾、咳血、胎?dòng)不安、高血壓、癰腫癤瘡等[13]?,F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明,黃芩對(duì)大鼠類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎具有一定的緩解作用,能夠抑制炎癥介質(zhì)的釋放,從而緩解炎癥反應(yīng)[14]。其主要藥理活性成分為黃酮類化合物,其中漢黃芩素屬于黃芩根特異性黃酮,具有較好的抗炎及抗腫瘤等藥理作用[15]。有研究表明,漢黃芩素能夠通過(guò)靶向NF-κB/MAPK信號(hào)通路改善CIA大鼠的RA樣病理?yè)p傷[11];漢黃芩素還可通過(guò)激活p38MAPK信號(hào)通路以誘導(dǎo)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎成纖維樣滑膜細(xì)胞凋亡,抑制其增殖,緩解RA[16]。本研究通過(guò)建立CIA大鼠模型評(píng)價(jià)漢黃芩素對(duì)其治療作用,結(jié)果表明中、高劑量的漢黃芩素可明顯降低CIA大鼠的關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分,降低胸腺指數(shù)和脾指數(shù),改善滑膜組織病理?yè)p傷,改善炎癥浸潤(rùn),對(duì)CIA大鼠具有一定的治療作用,與文獻(xiàn)報(bào)道一致[11];且漢黃芩素中、高劑量組與地塞米松組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。而低劑量漢黃芩素對(duì)CIA大鼠的治療作用不明顯,說(shuō)明其治療CIA存在劑量依賴性。
目前的研究認(rèn)為,炎癥因子大量釋放與RA的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān)。炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)入滑膜組織內(nèi),可造成滑膜增生與基質(zhì)破壞,從而加速RA的發(fā)展進(jìn)程并加重其病理?yè)p傷,因此抑制炎癥因子產(chǎn)生與釋放是防治RA的重要環(huán)節(jié)[17-18]。IL-1β、TNF-α及IL-18是機(jī)體內(nèi)重要的促炎性細(xì)胞因子,具有調(diào)節(jié)機(jī)體固有免疫與細(xì)胞免疫的作用,在RA等自身免疫性疾病中具有重要的調(diào)節(jié)作用[19]。IL-1β不僅能通過(guò)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)黏附因子、基質(zhì)細(xì)胞釋放趨化因子,還能夠誘導(dǎo)環(huán)氧酶2或者NO合成酶,從而加強(qiáng)機(jī)體炎癥反應(yīng)[20]。IL-18能與淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及成纖維樣滑膜細(xì)胞上的IL-18受體結(jié)合,發(fā)揮刺激作用[21]。本研究結(jié)果顯示,中、高劑量漢黃芩素可明顯抑制CIA大鼠血清中炎癥因子IL-1β、TNF-α及IL-18的水平,且與地塞米松組比較,差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,結(jié)果說(shuō)明漢黃芩素可降低CIA大鼠的炎癥反應(yīng)水平。此外,由于IL-1β與IL-18為NLRP3炎癥小體的下游效應(yīng)分子,因此推測(cè)漢黃芩素抑制CIA大鼠炎癥反應(yīng)與調(diào)控NLRP3炎癥小體有關(guān)。
NLRP3炎癥小體在RA的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用,其是機(jī)體固有免疫的重要組成部分,可通過(guò)模式識(shí)別受體(pattern recognition receptor,PRR)識(shí)別內(nèi)源性或者外源性刺激因素,從而聚集Caspase-1并使其激活,并剪切IL-1β及IL-18的活性前體pro-IL-1β及pro-IL-18,促進(jìn)其成熟,產(chǎn)生成熟的細(xì)胞因子并釋放,最終導(dǎo)致RA過(guò)程中的一系列炎癥反應(yīng)[22-23]。為了驗(yàn)證漢黃芩素抑制CIA大鼠炎癥反應(yīng)是否與調(diào)控NLRP3炎癥小體有關(guān),我們利用Western blotting檢測(cè)了NRLP3、pro-Caspase-1及Caspase-1蛋白表達(dá)。結(jié)果顯示中、高劑量的漢黃芩素能抑制CIA大鼠滑膜組織中NRLP3、pro-Caspase-1及Caspase-1蛋白表達(dá),說(shuō)明漢黃芩素減輕CIA大鼠炎癥反應(yīng)可能與抑制NLRP3炎癥小體有關(guān)。
綜上所述,漢黃芩素能夠降低CIA大鼠的關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)分,降低胸腺指數(shù)和脾指數(shù),改善滑膜組織RA樣病理?yè)p傷,并抑制NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)來(lái)緩解RA的進(jìn)展,為闡明漢黃芩素治療RA的作用機(jī)制提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù),但是具體作用機(jī)制與作用靶點(diǎn)仍需要進(jìn)一步深入研究。