袁鵬,馬瑜璐,劉圣金*,房方,楊文國(guó),卞勇,徐晨昱,王迎,吳思澄,張志杰,奧·烏力吉
1.南京中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院/江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過(guò)程協(xié)同創(chuàng)新中心/中藥資源產(chǎn)業(yè)化與方劑創(chuàng)新藥物國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心/國(guó)家中醫(yī)藥管理局中藥資源循環(huán)利用重點(diǎn)研究室,江蘇 南京 210023;
2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院 中藥研究所,北京 100700;
3.內(nèi)蒙古民族大學(xué),內(nèi)蒙古 通遼 028000
癲癇(epilepsy,EP)是一種以反復(fù)性、持久性、具有致癇傾向?yàn)樘卣鞯穆阅X部疾病,是由腦部神經(jīng)元過(guò)度放電引起的功能障礙疾病[1]。早期針對(duì)癲癇發(fā)病的機(jī)制研究主要集中在氧化應(yīng)激、神經(jīng)遞質(zhì)水平改變、細(xì)胞凋亡等。近年來(lái),越來(lái)越多研究證實(shí)炎癥反應(yīng)與癲癇的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[2]。炎癥因子能夠影響神經(jīng)遞質(zhì)的合成釋放、神經(jīng)元間電傳遞等,異常升高的炎癥因子能夠破壞海馬結(jié)構(gòu)、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、破壞血腦屏障完整性[3],此外還能觸發(fā)自由基的形成和誘導(dǎo)谷氨酰胺神經(jīng)傳遞的改變,導(dǎo)致神經(jīng)元興奮性的增加,引起神經(jīng)元異常放電,從而促進(jìn)癲癇的發(fā)生或加劇癲癇癥狀[4]。長(zhǎng)期的炎癥因子失衡還可能造成持續(xù)性的神經(jīng)損傷,不利于大腦功能的正常發(fā)揮,從而導(dǎo)致多種神經(jīng)疾病的發(fā)生發(fā)展。本課題組前期研究中發(fā)現(xiàn),青礞石混懸液能夠顯著降低大鼠海馬區(qū)病變程度,且檢測(cè)到腦組織皮層與海馬中興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸、天冬氨酸含量顯著降低,青礞石對(duì)于癲癇有較好的治療效果[5-6]。本研究在前期藥效學(xué)研究的基礎(chǔ)上,利用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)研究礦物藥青礞石(Chloriti Lapis)對(duì)戊四氮(PTZ)點(diǎn)燃慢性癲癇大鼠血清中炎癥細(xì)胞因子表達(dá)水平的干預(yù)情況,探討青礞石可能通過(guò)影響免疫反應(yīng)參與治療慢性癲癇的作用機(jī)制。
清潔級(jí)雄性SD 大鼠55 只,體質(zhì)量180~220 g,購(gòu)于浙江省醫(yī)學(xué)科學(xué)院,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào):SCXK(浙)2019-0002。大鼠于適宜條件下適應(yīng)性喂養(yǎng)1周,自由飲食飲水,飼養(yǎng)于屏障環(huán)境中,12 h晝夜交替,室溫20~24 ℃,相對(duì)濕度50%左右。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)通過(guò)南京中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會(huì)的批準(zhǔn),批準(zhǔn)文號(hào)為20190A029。
青礞石藥材由亳州礦石專營(yíng)店提供(批號(hào):20140412),經(jīng)南京中醫(yī)藥大學(xué)中藥鑒定學(xué)教研室吳德康教授鑒定為中藥材青礞石(Chloriti Lapis),經(jīng)南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院孔慶友教授鑒定為變質(zhì)巖類黑云母片巖(Biotite Schist),樣品留存于南京中醫(yī)藥大學(xué)中藥鑒定學(xué)教研室;卡馬西平片(批號(hào):X1395,北京諾華制藥有限公司);PTZ(批號(hào):1002905179,美國(guó)Sigma 公司);白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-6 ELISA 試劑盒(杭州聯(lián)科生物技術(shù)股份有限公司);IL-2、超敏C 反應(yīng)蛋白(hs-CRP)、γ-干擾素(IFN-γ)、高遷移率族蛋白B-1(HMGB-1)ELISA 試劑盒(上海酶聯(lián)生物科技有限公司);聚乙二醇400(PEG 400,化學(xué)純,批號(hào):20170515,上海凌峰化學(xué)試劑有限公司)。
Infinite M200 PRO NANOQUANT型酶標(biāo)儀(瑞士Tecan 公司);TDL-240B 型離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)。
采用PTZ點(diǎn)燃法制備癲癇大鼠模型[5-7],用0.9%氯化鈉溶液將PTZ配成質(zhì)量濃度為0.01 g·mL-1的溶液,每日固定時(shí)間以腹腔注射方式(35 mg·kg-1)造模。持續(xù)給藥4周后,停1周,再以同劑量PTZ給藥,參照Racine 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),包括有無(wú)驚厥、面部陣攣、節(jié)律性點(diǎn)頭、前肢陣攣及跌倒等特征,以大鼠連續(xù)表現(xiàn)5 次Ⅱ級(jí)或Ⅱ級(jí)以上驚厥反應(yīng)為達(dá)到點(diǎn)燃標(biāo)準(zhǔn)。Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn):面部陣攣;Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn):面部陣攣并伴節(jié)律性點(diǎn)頭;Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn):面部陣攣、伴節(jié)律性點(diǎn)頭及前肢陣攣;Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn):面部陣攣、伴節(jié)律性點(diǎn)頭、前肢陣攣及后肢站立;Ⅴ級(jí)標(biāo)準(zhǔn):面部陣攣、伴節(jié)律性點(diǎn)頭、前肢陣攣、后肢站立并跌倒。大鼠若出現(xiàn)持續(xù)Ⅴ級(jí)無(wú)明顯間歇的癲癇發(fā)作狀態(tài),給予7%的水合氯醛1 mL緩解發(fā)作。
卡馬西平片溶于0.9%氯化鈉溶液,配制成質(zhì)量濃度為0.02 g·mL-1的卡馬西平溶液。青礞石藥材去除石英等雜質(zhì),置瑪瑙研缽中研磨成細(xì)粉,過(guò)六號(hào)篩,用PEG400為介質(zhì)配成含青礞石細(xì)粉0.5 g·mL-1的混懸液,每次給藥前超聲混勻。
實(shí)驗(yàn)動(dòng)物共分為5 組。0.9%氯化鈉溶液處理的大鼠作為對(duì)照組,10 只;造模成功的大鼠共32 只,隨機(jī)均分為4組,每組8只,分別為模型組、陽(yáng)性對(duì)照卡馬西平組、青礞石高劑量組、青礞石低劑量組。對(duì)照組和模型組大鼠給予5 mL·kg-10.9%氯化鈉溶液灌胃;卡馬西平組大鼠按100 mg·kg-1(5 mL·kg-1)劑量灌胃給藥;按青礞石臨床用量的20、5 倍(臨床等效劑量)設(shè)計(jì)給藥高、低劑量,分別為2000、500 mg·kg-1(4、1 mL·kg-1),灌胃給藥。每天固定時(shí)間給藥1 次,持續(xù)給藥4 周。每周稱量體質(zhì)量2 次,并根據(jù)體質(zhì)量變化調(diào)整劑量。
末次給藥后次日,異氟烷吸入麻醉后處死各組大鼠,腹主動(dòng)脈取血5 mL,室溫放置1 h,3000 r·min-1離心15 min(離心半徑16 cm)取上清,分裝待測(cè)。采用ELISA 試劑盒測(cè)定血清中IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、HMGB-1、hs-CRP 水平,嚴(yán)格按照試劑盒說(shuō)明書操作。
各組大鼠體質(zhì)量隨時(shí)間增加,增速相似,無(wú)明顯差異。大鼠造模1周左右毛色逐漸發(fā)黃,第2周開始出現(xiàn)Ⅱ級(jí)驚厥反應(yīng),造模第4 周,大鼠出現(xiàn)Ⅱ級(jí)及以上驚厥反應(yīng);造模測(cè)試中,大鼠多出現(xiàn)連續(xù)5次Ⅱ級(jí)或Ⅱ級(jí)以上驚厥反應(yīng),達(dá)到PTZ 點(diǎn)燃癲癇大鼠模型標(biāo)準(zhǔn),造模成功率70.0%以上。
各組間不同細(xì)胞因子表達(dá)水平見表1。單因素方差分析結(jié)果可知,IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、HMGB-1、hs-CRP表達(dá)水平在各組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)。
表1 各組大鼠血清中炎癥因子表達(dá)水平()
表1 各組大鼠血清中炎癥因子表達(dá)水平()
注:與對(duì)照組比較,**P<0.01;與模型組比較,#P<0.05,##P<0.01;與卡馬西組比較,▲P<0.05,▲▲P<0.01。
進(jìn)一步進(jìn)行事后多重比較分析(Post-hoc test),見表1。與對(duì)照組比較,模型組大鼠血清中IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、hs-CRP 含量均顯著升高(P<0.01)。與模型組比較,給予卡馬西平和高、低劑量青礞石混懸液后,大鼠血清中IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、HMGB-1、hs-CRP 水平呈顯著降低趨勢(shì),除卡馬西平組IL-2、IFN-γ、HMGB-1 外,其他組各細(xì)胞因子差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,P<0.01)。與卡馬西平組比較,青礞石高、低劑量組大鼠血清中HMGB-1 水平顯著降低(P<0.05,P<0.01);青礞石低劑量組大鼠血清中TNF-α水平顯著升高(P<0.05),IFN-γ水平顯著降低(P<0.05)。3 個(gè)給藥處理組間IL-1β、IL-2、IL-6、hs-CRP 水平變化差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
細(xì)胞因子IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、HMGB-1、hs-CRP 之間相關(guān)性分析見表2,可以看見各細(xì)胞因子之間呈正相關(guān),IL-1β與IL-2、IL-6、TNF-α、hs-CRP呈顯著正相關(guān)(P<0.05,P<0.01),IL-2與IL-6呈顯著正相關(guān)(P<0.05),IL-6與TNF-α、hs-CRP 呈顯著正相關(guān)(P<0.05,P<0.01),TNF-α與hs-CRP呈顯著正相關(guān)(P<0.01),IFN-γ與HMGB-1呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。
表2 血清中細(xì)胞因子相關(guān)性分析
本課題組前期對(duì)青礞石干預(yù)PTZ 點(diǎn)燃癲癇大鼠結(jié)腸腸道微生物進(jìn)行研究[8],發(fā)現(xiàn)各組大鼠的優(yōu)勢(shì)菌群主要有厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、疣微菌門(Verrucomicrobia)、變形菌門(Proteobacteria)和放線菌門(Actinobacteria),其中厚壁菌門占比最大,其次是擬桿菌門。青礞石干預(yù)后疣微菌門、變形菌門、Akkermansia菌屬豐度下降,乳桿菌屬(Lactobacillus)的相對(duì)豐度升高。結(jié)果表明,青礞石對(duì)PTZ 點(diǎn)燃癲癇大鼠腸道菌群物種組成的豐富度具有明顯的調(diào)節(jié)作用,可有效干預(yù)腸道微生態(tài)的重建。結(jié)合該研究,將血清中炎癥等細(xì)胞因子IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、HMGB-1、hs-CRP 含量與大鼠結(jié)腸中特定菌群厚壁菌門、擬桿菌門、疣微菌門、變形菌門、乳桿菌屬、Akkermansia菌屬豐度間進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果見表3。其中疣微菌門豐度與炎癥因子IL-6、TNF-α、hs-CRP 含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05);Akkermansia菌屬豐度與IL-6、TNF-α、hs-CRP 含量也呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。進(jìn)一步證實(shí)了青礞石通過(guò)干預(yù)細(xì)胞因子(IL-6、TNF-α、hs-CRP)、Akkermansia菌屬對(duì)PTZ點(diǎn)燃癲癇大鼠產(chǎn)生治療作用。
表3 血清中各細(xì)胞因子含量與結(jié)腸中特定菌群豐度相關(guān)性分析
健康狀態(tài)下的炎癥反應(yīng)能激活神經(jīng)保護(hù)及修復(fù)其所需的激活通路,但當(dāng)炎癥因子過(guò)度表達(dá)時(shí),會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重且持續(xù)的損傷,引發(fā)包括癲癇在內(nèi)的多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病[9]。大量研究證明,炎癥反應(yīng)參與癲癇的發(fā)生發(fā)展,炎癥因子能夠破壞海馬結(jié)構(gòu),誘導(dǎo)癲癇的發(fā)生[4]。Zhou 等[10]利用天麻素聯(lián)合葉酸、維生素B12治療腦卒中后癲癇患者,檢測(cè)其治療前后血清中HMGB-1、IL-2、IL-6 水平。結(jié)果顯示聯(lián)合用藥治療后,患者血清中HMGB-1、IL-2、IL-6 水平顯著下降,其中與癲癇關(guān)系密切的IL-6 減少趨勢(shì)最明顯,表明癲癇會(huì)引起相關(guān)炎癥反應(yīng),天麻素聯(lián)合用藥能一定程度上通過(guò)抑制炎癥反應(yīng)來(lái)緩解癲癇發(fā)生發(fā)展。江衛(wèi)[11]給予PTZ 點(diǎn)燃癲癇大鼠腹腔注射生理濃度內(nèi)的硫氫化鈉溶液,利用熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(qRT-PCR)和蛋白印跡法(Western blotting)檢測(cè)大鼠海馬組織中TNF-α、IL-1β、IL-6 及核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)/p65 的mRNA和蛋白相對(duì)表達(dá)量,結(jié)果顯示TNF-α、IL-1β、IL-6和NF-κB/p65 的mRNA 和蛋白相對(duì)表達(dá)量顯著降低,表明適度增加硫化氫濃度可以通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路的激活來(lái)降低炎癥反應(yīng),發(fā)揮治療癲癇的作用。
本實(shí)驗(yàn)中,PTZ 點(diǎn)燃的癲癇模型大鼠血清中各炎癥細(xì)胞因子IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、HMGB-1、hs-CRP 表達(dá)水平顯著升高,在給予陽(yáng)性藥卡馬西平和不同劑量青礞石后,這些因子水平顯著降低,其中青礞石高劑量效果一定程度上優(yōu)于低劑量。表明礦物藥青礞石可能影響癲癇發(fā)生時(shí)的炎癥反應(yīng),通過(guò)免疫途徑作用于大腦,緩解癲癇的發(fā)生發(fā)展。
在癲癇相關(guān)的炎癥反應(yīng)中,發(fā)揮主要作用的是各類細(xì)胞因子,如IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、HMGB-1、hs-CRP 等[12]。IL-1β是IL-1 家族中的一員,IL-1 家族成員是先天免疫和炎癥的中樞介質(zhì),具有多種局部和全身效應(yīng)的多效細(xì)胞因子,在多發(fā)性炎癥疾病中起關(guān)鍵作用[13]。IL-1β是一類促炎因子,其異常高表達(dá)表明機(jī)體發(fā)生了嚴(yán)重的炎癥反應(yīng),持續(xù)過(guò)度表達(dá)的IL-1β會(huì)造成更嚴(yán)重的神經(jīng)損傷。此外,Roseti 等[14]發(fā)現(xiàn)高濃度的IL-1β顯著降低了顳葉癲癇患者海馬和皮質(zhì)中的γ-氨基丁酸(GABA)電流振幅,通過(guò)減少GABA 介導(dǎo)的神經(jīng)傳導(dǎo)促進(jìn)癲癇發(fā)作。IL-6 主要由膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生,在炎性反應(yīng)中具有雙向調(diào)節(jié)性。研究表明,低劑量的IL-6 能夠有效保護(hù)神經(jīng)免受損傷,但當(dāng)IL-6 長(zhǎng)期過(guò)度暴露后會(huì)引起膠質(zhì)細(xì)胞增生,產(chǎn)生神經(jīng)毒性反而加重癲癇的發(fā)生[15]。TNF-α同IL-6 一樣針對(duì)炎性反應(yīng)具有雙向調(diào)節(jié)作用,正常生理狀態(tài)下,TNF-α參與保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞,當(dāng)其含量劇烈升高時(shí),通過(guò)TNF受體1(TNFR1)受體通路產(chǎn)生神經(jīng)毒性,促進(jìn)癲癇發(fā)生[16]。此外,癲癇發(fā)作會(huì)破壞血腦屏障完整性,從而使TNF-α入侵大腦,損傷神經(jīng)系統(tǒng),加劇癲癇的發(fā)生發(fā)展[16]。研究顯示,IL-2 可以通過(guò)調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞平衡來(lái)達(dá)到縮短癲癇潛伏期的作用,從而影響癲癇的發(fā)作[17]。HMGB-1 是腦內(nèi)重要的促炎因子,在與癲癇相關(guān)的炎癥反應(yīng)中處于關(guān)鍵位置。HMGB-1 本身會(huì)在神經(jīng)元受損后調(diào)節(jié)IL-2、IL-6、IFN-γ等炎癥因子的釋放,此外,HMGB-1 還能與腦缺血后晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)結(jié)合激活NF-κB 信號(hào)通路,調(diào)節(jié)IL-1β、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP9)的釋放;與TLR4 結(jié)合激活星形膠質(zhì)細(xì)胞;與IL-1β結(jié)合形成復(fù)合物加劇炎癥反應(yīng)。HMGB-1 通過(guò)上述多種方式誘發(fā)炎癥反應(yīng),參與癲癇的發(fā)生發(fā)展過(guò)程[18]。hs-CRP 是由于炎癥反應(yīng)刺激產(chǎn)生的急性蛋白,在臨床中也常用作檢測(cè)炎癥發(fā)生的標(biāo)志物。張敏等[19]通過(guò)檢測(cè)115 例癲癇患者腦電圖放電情況和血hs-CRP 含量,發(fā)現(xiàn)具癲癇樣放電患者體內(nèi)hs-CRP 含量更高,說(shuō)明癲癇發(fā)生可能與炎癥的發(fā)生具有相關(guān)性,為hs-CRP 臨床用于驗(yàn)證癲癇發(fā)作后腦損傷程度提供了一定依據(jù)。研究顯示,這些炎癥相關(guān)細(xì)胞因子常協(xié)同參與癲癇發(fā)生發(fā)展過(guò)程。HMGB-1 與IL-2、IL-6 表達(dá)水平呈正相關(guān),HMGB-1 的釋放促進(jìn)分泌IL-2、IL-6,IL-2、IL-6 的增加又會(huì)促進(jìn)釋放HMGB-1[20];TNF-α也能促進(jìn)IL-2、IL-6 等炎癥因子的釋放,這些炎癥因子的級(jí)聯(lián)作用會(huì)加劇炎癥反應(yīng),提高神經(jīng)元興奮性,誘導(dǎo)并且加重癲癇發(fā)生[21]。本實(shí)驗(yàn)中對(duì)于炎癥等細(xì)胞因子IL-1β、IL-2、IL-6、TNF-α、IFN-γ、HMGB-1、hs-CRP 間進(jìn)行了相關(guān)性分析,結(jié)果顯示各因子間呈正相關(guān),也反映了各因子間可相互協(xié)同,促進(jìn)癲癇的發(fā)生發(fā)展。
“腦-腸軸”學(xué)說(shuō)提出,腸道菌群與中樞神經(jīng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙向交流的其中一條途徑是免疫途徑[22]。腸道菌群在生命初期就會(huì)刺激先天免疫,塑造初期免疫系統(tǒng),促進(jìn)相關(guān)淋巴系統(tǒng)的成熟[23]。無(wú)菌小鼠表現(xiàn)為先天免疫系統(tǒng)缺失,易于觸發(fā)焦慮、抑郁等神經(jīng)精神疾病,當(dāng)接收來(lái)自健康小鼠的糞便移植后,這些癥狀會(huì)得到一定程度的緩解[24]。腸道菌群能夠活化T 細(xì)胞分化造成局部炎癥反應(yīng)或識(shí)別自身抗原,抑制調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(Treg)表達(dá),從而影響外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)[25]。Toll樣受體(TLR)會(huì)與腸道菌群表面相關(guān)受體結(jié)合,血腦屏障受損后TLR4 能夠穿過(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦引起炎癥反應(yīng)[26]。腸道菌群及其代謝物質(zhì)如脂多糖、短鏈脂肪酸也會(huì)參與免疫反應(yīng)的發(fā)生,促進(jìn)促炎因子的產(chǎn)生,或直接刺激迷走神經(jīng),或通過(guò)血腦屏障直接影響大腦[27]。Dou等[28]給予膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎(CIA)大鼠口服姜黃素2周,結(jié)果可見CIA 大鼠腸道、大腦內(nèi)膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶和乙酰膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)顯著增加,迷走神經(jīng)元興奮性顯著提高,但切斷迷走神經(jīng)后姜黃素的恢復(fù)作用消失,表明姜黃素具有調(diào)節(jié)膽堿能系統(tǒng)的功能,通過(guò)“腦-腸軸”減弱CIA 發(fā)生。本研究中,結(jié)腸中特定菌群與炎癥因子相關(guān)性結(jié)果顯示腸道菌群與細(xì)胞因子間存在一定相關(guān)性,表明一些特定腸道菌群可能通過(guò)影響炎癥因子表達(dá)水平,參與炎癥反應(yīng)的發(fā)生,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)癲癇發(fā)生發(fā)展的干預(yù)。
雖然大量研究均顯示癲癇的發(fā)生與炎癥反應(yīng)有關(guān),本實(shí)驗(yàn)中對(duì)于治療癲癇有明確作用的青礞石也能顯著降低炎癥因子表達(dá)水平,但關(guān)于癲癇與炎癥免疫之間的具體作用機(jī)制仍需要更深入的研究。本研究為從減輕炎癥反應(yīng)緩解癲癇發(fā)生發(fā)展角度治療癲癇提供基礎(chǔ)理論依據(jù)。