閆文瑞, 張常喜, 平昕翀, 趙思超
(1.寧夏醫(yī)科大學(xué)中醫(yī)學(xué)院,銀川 750004; 2.寧夏回族自治區(qū)中醫(yī)醫(yī)院暨中醫(yī)研究院,銀川 750021; 3.甘肅中醫(yī)藥大學(xué),蘭州 730000)
慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是以氣道炎癥及持續(xù)氣流受限為主要特征的呼吸系統(tǒng)疾病,病變累及氣道、肺實質(zhì)、肺血管;病情進(jìn)展呈持續(xù)性,且病程遷延反復(fù),發(fā)病率及病殘病死率均逐年增高[1],也是全球呼吸系統(tǒng)慢性疾病的主要死亡原因之一[2]?,F(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療COPD 的療效肯定,但仍然存在諸多局限性[3-4]。長期使用激素類藥物可出現(xiàn)如耐藥性、胃腸功能紊亂等情況。本課題組采用補肺納腎丸(bufeinashen pills,BFNSP)復(fù)方制劑防治COPD 及肺相關(guān)疾病,發(fā)現(xiàn)BFNSP 不僅可以改善COPD 患者臨床癥狀、提高患者生活質(zhì)量,還可改善肺功能,降低炎性因子白細(xì)胞介素-6(IL-6)、白細(xì)胞介素-8(IL-8)的表達(dá)[5-6]。香煙煙霧是COPD 發(fā)展的主要危險因素[7],且煙霧會導(dǎo)致肺部明顯的慢性炎癥,增加炎性介質(zhì)的釋放,如白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)等[8]。同時有研究[9]顯示,炎性細(xì)胞因子是加快COPD 患者病情進(jìn)展的重要因素,如IL-1β 在COPD 患者中的水平明顯升高,加重肺部炎癥的發(fā)展。COPD 病理生理學(xué)改變是外周氣道炎癥及結(jié)構(gòu)改變致氣道狹窄的相互作用過程[10],細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)是絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)之一,是包括炎癥反應(yīng)在內(nèi)的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄活性的重要介質(zhì)[11],煙霧暴露(cigarette smoke,CS)激活ERK,在慢性氣道炎癥中起重要作用[12-13]。有研究[14]表明,ERK 1/2 在COPD 模型大鼠中廣泛表達(dá)。本研究通過觀察不同濃度的BFNSP 對COPD 大鼠模型干預(yù)效果及對肺組織中ERK 1/2 蛋白的活化情況及炎性因子IL-1β 的變化,以期為BFNSP 防治COPD 的臨床實踐提供實驗依據(jù)。
SPF 級雄性SD 大鼠38 只,10~12 周齡,體質(zhì)量(200±20)g,購于成都達(dá)碩實驗動物有限公司,生產(chǎn)許可證號SCXK(川)2020-030;大鼠飼養(yǎng)造模及灌胃于四川大學(xué)華西醫(yī)院科技武侯區(qū)科園四路1 號的動物房內(nèi)。大鼠自由進(jìn)食、飲水,溫度20~26 ℃,相對濕度45%~75%,適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后進(jìn)行實驗。動物實驗經(jīng)四川大學(xué)華西醫(yī)院實驗動物倫理委員會批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號:20230625001)。后續(xù)大鼠組織實驗于寧夏回族自治區(qū)中醫(yī)醫(yī)院進(jìn)行。
BFNSP(黃芪、肉蓯蓉、細(xì)辛、蟬蛻、防風(fēng)、續(xù)斷、白術(shù)、荊芥穗、紫蘇葉、黨參、紫蘇子、益智仁、瓜蔞、葶藶子、地龍、全蝎等)購于寧夏回族自治區(qū)中醫(yī)醫(yī)院暨中醫(yī)研究院(規(guī)格:60 g/瓶),分別制備0.125 g·mL-1、0.25 g·mL-1、0.5 g·mL-1的藥液,4 ℃保存?zhèn)溆?;脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)(批號:517 L031,規(guī)格10 mg/瓶,北京索萊寶科技有限公司);地塞米松片(批號:LB21135,浙江仙琚制藥股份有限公司)。
蘇木素染色液(G1004X,武漢賽維爾生物科技有限公司);伊紅染色液(YE2080,合肥博美生物科技有限責(zé)任公司);鹽酸(7647-01-0,成都市科隆化學(xué)品有限公司);Rat IL-1β ELISA 試劑盒(ZC-36391,上海茁彩生物科技有限公司);BCA蛋白含量檢測試劑盒(P0009,上海碧云天生物技術(shù)股份有限公司);細(xì)胞裂解液(P0013;上海碧云天生物技術(shù)股份有限公司);P-ERK 1/2 抗體(AP0974X,美國ABclonal 生物科技有限公司);鼠抗β-actin(AC026,美國ABclonal 生物科技有限公司);Goat Anti-Rabbit IgG(H+L)HRP(S0001,美國affbiotech 公司);Molpure?Cell/Tissue Total RNA Ki[t19221ES50,翌圣生物科技(上海)股份有限公司];PrimeScriptTMRT reagent Ki[tRR047A,寶日醫(yī)生物技術(shù)(北京)有限公司];TB Green?Premix Ex TaqTMⅡ(Tli RNaseH Plus)[RR820A,寶日醫(yī)生物技術(shù)(北京)有限公司]。
組織石蠟包埋機(BMJ-A,常州市郊區(qū)中威電子儀器廠)、輪轉(zhuǎn)式石蠟切片機(徠卡-2016,德國徠卡公司);數(shù)字切片掃描儀(Pannoramic 250,3DHISTECH 公司);酶標(biāo)儀(SpectraMAX Plus384,上海美谷分子儀器有限公司);實時熒光定量(RT-PCR)儀(QuantStudioTM3,美國Thermo Fisher 科技公司);垂直電泳槽(JY-SCZ4+,北京君意東方電泳設(shè)備有限公司);熒光圖像分析系統(tǒng)(5200 Multi,上海天能科技有限公司)。
除對照組外,其余大鼠采用香煙煙熏法(煙堿量15 mg,尼古丁量1.0 mg,一氧化碳量13 mg)聯(lián)合LPS 制備大鼠COPD 模型。在造模期的第1、14、28 天對大鼠進(jìn)行麻醉,當(dāng)日不熏蒸,在氣道內(nèi)滴注LPS 溶液(1 mg·kg-1);在第2~13、15~27、29~49 天將大鼠置于自制染毒箱被動吸煙,每次吸30 支香煙,每次30 min,2 次/d,兩次間隔時間12 h,共49 d。同時對照組大鼠在熏蒸箱中呼吸正??諝?,并于麻醉后第1、14、28 天用生理鹽水0.2 mL 代替LPS 溶液滴入氣道。期間,觀察大鼠呼吸狀態(tài)、毛發(fā)、進(jìn)食情況、活動度等;第50天,隨機解剖2 只大鼠進(jìn)行肺組織病理觀察,顯示COPD 建模成功。
將38 只大鼠按隨機數(shù)表法分為對照組(6只)、COPD 組(8 只)、BFNSP 高劑量(BFNSP-H)組(6 只)、BFNSP 中劑量(BFNSP-M)組(6 只)、BFNSP 低劑量(BFNSP-L)組(6 只)、地塞米松組(6 只)。隨機選取COPD 組2 只大鼠解剖進(jìn)行肺組織病理觀察,顯示COPD 建模成功后,中藥給藥劑量按照成人日用量與裸鼠體表面積折算成等效劑量,對照組(6 只)和COPD 組(6 只)灌胃生理鹽水2 mL/次,1 次/d;BFNSP-H 組(6 只)灌胃(0.5 mL/100 g)、BFNSP-M 組(6 只)灌胃(0.25 mL/100 g)、BFNSP-L 組(6 只)灌胃(0.125 mL/100 g),1 次/d,地塞米松組(6 只)灌胃(0.02 mL/100 g),1 次/d;各組大鼠均連續(xù)給藥8 周。
灌胃給藥結(jié)束24 h 后,取肺臟組織以4%多聚甲醛固定24 h,經(jīng)脫水、浸蠟、包埋、切片、展片、撈片、烤片后,進(jìn)行蘇木精和伊紅染色,封片,在光鏡下觀察肺組織病理學(xué)變化。
將大鼠安樂處死,軟管氣管插管后,5 μL 預(yù)冷PBS 灌洗,重復(fù)3 次,收集其支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF),采用酶聯(lián)免疫吸附試驗測定BALF 中IL-1β 水平,操作過程嚴(yán)格按照試劑盒說明進(jìn)行。
肺組織樣本在預(yù)冷的RIPA 裂解液中均質(zhì),提取總蛋白,使用BCA 試劑盒進(jìn)行蛋白定量,并在95 ℃條件下變性5 min。通過SDS-PAGE 凝膠電泳分離蛋白質(zhì),轉(zhuǎn)膜,封閉,4 ℃條件下用特異性抗體P-ERK 1/2(1∶2 000)及內(nèi)參β-actin(1∶50 000)孵育過夜。1×TBST 洗膜3 次,每次10 min。加入山羊抗兔IgG(H+L)HRP(1∶50 000)二抗,室溫孵育2 h。1×TBST 洗滌后,最后ECL化學(xué)發(fā)光液顯影,Image J 8.0 軟件測定條帶灰度值,β-actin 作為內(nèi)參蛋白。
取-80 ℃保存肺組織標(biāo)本,用Trizol 試劑提取組織總RNA,反轉(zhuǎn)錄合成cDNA。PCR 反應(yīng)參數(shù):95 ℃預(yù)變性30 s,95 ℃變性5 s,55 ℃退火30 s,72 ℃反應(yīng)30 s,45 個循環(huán)。使用Thermo Scientific PikoReal 軟件對實驗過程中樣品的CT值進(jìn)行PCR 結(jié)果分析,以β-actin 為內(nèi)參,并使用2-ΔΔCt計算mRNA 的相對表達(dá)。ERK 1/2 引物由Sangon Biotech 設(shè)計合成。引物序列見表1。
表1 各基因PCR 引物序列
數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析,對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性及方差齊性檢驗,計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示,多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用LSD 法。P≤0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
大鼠共38 只,實驗過程中,除確認(rèn)造模隨機處死2 只COPD 大鼠外,其余各組大鼠均無死亡。實驗結(jié)束時,對照組大鼠精神狀態(tài)良好,發(fā)育正常,無咳喘等表現(xiàn);其余各組大鼠均有不同程度精神差、活動性差、飲食差、被毛脫落、咳嗽、呼吸急促、打噴嚏、鼻腔分泌物增多等表現(xiàn)。經(jīng)藥物干預(yù)后,BFNSP-L 組、BFNSP-M 組、BFNSP-H 組及地塞米松組大鼠癥狀逐漸減輕,精神及活動狀態(tài)等較COPD 組明顯改善。
對照組肺臟組織表面被覆漿膜,未見明顯水腫、炎性浸潤或纖維結(jié)締組織增生;各級支氣管結(jié)構(gòu)完整清晰,支氣管上皮細(xì)胞形態(tài)正常,無明顯變性、壞死或脫落;肺泡上皮細(xì)胞形態(tài)較為正常,未見明顯變性、壞死,間質(zhì)未見明顯炎性細(xì)胞浸潤及纖維組織增生。COPD 組少量肺泡上皮細(xì)胞脫落于肺泡腔內(nèi),見少量肺泡上皮細(xì)胞變性、壞死,壞死細(xì)胞胞質(zhì)溶解,胞核固縮崩解,亦見不同程度的肺泡腔擴張,肺泡腔體積擴大,肺泡隔斷裂,周圍肺泡腔被擠壓、皺縮;間質(zhì)內(nèi)見不同程度炎性細(xì)胞浸潤,主要為分葉核或桿狀核的中性粒細(xì)胞,并伴有極少量纖維組織增生,可見核呈長橢圓形的成纖維細(xì)胞,見組織內(nèi)血管瘀血,可見紅細(xì)胞蓄積。BFNSP 低中高劑量組、地塞米松組病理改變較模型組均有不同程度的改善,在不同濃度BFNSP 處理組中,以高劑量組肺組織病理改善最為明顯,見圖1。
圖1 BFNSP 減輕COPD 大鼠肺組織損傷(HE×200)
與對照組比較,COPD 組大鼠肺泡灌洗液中IL-1β 含量升高(P<0.05)。與COPD 組比較,BFNSP-L 組、BFNSP-M 組、地塞米松組、BFNSP-H組大鼠肺泡灌洗液中IL-1β 含量依次降低(P 均<0.05);BFNSP-H 組肺泡灌洗液中IL-1β 含量較地塞米松組降低(P<0.05);BFNSP 不同劑量組內(nèi)比較,以高劑量組肺泡灌洗液中IL-1β 含量降低最明顯(P<0.05),見表2。
表2 ELISA 檢測BFNSP 對COPD 大鼠支氣管BALF 中IL-1β 含量的影響(±s)
表2 ELISA 檢測BFNSP 對COPD 大鼠支氣管BALF 中IL-1β 含量的影響(±s)
與對照組比較*P<0.05;與COPD 組比較△P<0.05;與地塞米松組比較#P<0.05;與BFNSP-L 組比較○P<0.05。
組別nIL-1β/(pg·mL-1)對照組62.858±0.687 COPD 組67.811±0.744*BFNSP-H 組63.696±0.267△#○B(yǎng)FNSP-M 組65.219±0.823△BFNSP-L 組66.323±0.799△地塞米松組65.067±0.403△
與對照組比較,COPD 組肺組織中P-ERK 1/2 表達(dá)升高(P<0.05);與COPD 組比較,BFNSP-L組、BFNSP-M 組、地塞米松組、BFNSP-H 組大鼠肺組織中P-ERK 1/2 表達(dá)依次降低(P 均<0.05);且BFNSP-H 組肺組織中P-ERK 1/2 表達(dá)較地塞米松組降低(P<0.05);BFNSP 不同劑量組內(nèi)比較,以高劑量組肺組織中P-ERK 1/2 表達(dá)降低最明顯(P<0.05)。見圖2、表3。
圖2 免疫印跡法檢測BFNSP 對COPD 大鼠P-ERK 1/2 表達(dá)的影響(n=3)
表3 BFNSP 對COPD 大鼠肺組織中P-ERK 1/2 相對表達(dá)量的影響(±s)
表3 BFNSP 對COPD 大鼠肺組織中P-ERK 1/2 相對表達(dá)量的影響(±s)
與對照組比較,*P<0.05;與COPD 組比較,△P<0.05;與地塞米松組比較,#P<0.05;與BFNSP-L 組比較,○P<0.05。
組別n蛋白相對表達(dá)量對照組30.805±0.433 COPD 組37.298±1.862*BFNSP-H 組31.636±0.891△○B(yǎng)FNSP-M 組33.006±0.739△○B(yǎng)FNSP-L 組35.069±1.022△#地塞米松組32.895±0.413△
與對照組比較,COPD 組肺組織中ERK 1/2 mRNA 表達(dá)量升高(P<0.05);與COPD 組比較,BFNSP 高、中劑量組及地塞米松組肺組織中ERK 1/2 mRNA 表達(dá)量均降低(P 均<0.05);與地塞米松組比較,BFNSP-H 組肺組織中ERK 1/2 mRNA 表達(dá)量明顯降低(P<0.05);不同濃度BFNSP組內(nèi)比較,以BFNSP-H 組肺組織中ERK 1/2 mRNA 表達(dá)量降低最明顯(P<0.05),見表4。
表4 BFNSP 對COPD 大鼠肺組織中ERK 1/2 mRNA表達(dá)量的影響(±s)
表4 BFNSP 對COPD 大鼠肺組織中ERK 1/2 mRNA表達(dá)量的影響(±s)
與對照組比較*P<0.05;與COPD 組比較△P<0.05;與地塞米松組比較#P<0.05;與BFNSP-L 組比較○P<0.05。
組別nERK 1/2 mRNA 表達(dá)量對照組30.730±0.242 COPD 組38.446±0.787*BFNSP-H 組31.466±0.151△#○B(yǎng)FNSP-M 組36.237±3.794△BFNSP-L 組34.920±0.582地塞米松組34.238±3.147△
COPD 是慢性呼吸系統(tǒng)疾病,慢性氣道炎癥和氣道重塑是COPD 的重要表現(xiàn),且氣道重塑是COPD肺部病理核心[15],尤其在小氣道(內(nèi)徑<2 mm)更為明顯[16];由于COPD 患者長期反復(fù)受氣道炎癥刺激,引起氣道損傷后非正常修復(fù),導(dǎo)致一系列氣道壁、結(jié)構(gòu)壁改變等病理狀態(tài),包括氣道上皮細(xì)胞增生、網(wǎng)狀基底膜(RBM)增厚、膠原蛋白沉積、氣道上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、支氣管平滑肌增厚纖維化等病理改變[17]。這與多種細(xì)胞因子及細(xì)胞信號通路存在密切關(guān)系。目前認(rèn)為,COPD 發(fā)病機制與氣道炎癥[18]、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化[19]、蛋白酶—抗蛋白酶失衡[20]、氧化應(yīng)激等有關(guān)[21]。吸煙被公認(rèn)為是導(dǎo)致COPD 發(fā)展的重要危險因素[22],同時大量煙霧刺激氣道促炎細(xì)胞因子的募集(如IL-1β),研究顯示[18],IL-1β 在COPD 大鼠血清中水平增高,IL-1β 可刺激單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞介導(dǎo)對中性粒細(xì)胞的趨化,也可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞活化直接參與炎性反應(yīng),由此發(fā)生呼吸道反復(fù)炎癥并加重氣道阻塞[23-24];從本研究各組大鼠的一般情況及組織病理形態(tài)可以看出,COPD 造模大鼠在模型制備期間出現(xiàn)咳嗽、打噴嚏、氣喘、鼻腔分泌物增多、精神狀態(tài)差等癥狀,與患者臨床表現(xiàn)一致,且HE 染色結(jié)果發(fā)現(xiàn),COPD 大鼠的支氣管壁存在大量炎性細(xì)胞,肺泡腔擴大融合,與慢性阻塞性肺疾病的主要病理特征相似,證明本研究模型制備成功。同時,COPD 大鼠模型BALFIL-1β 含量升高,且不同濃度BFNSP 干預(yù)組能顯著下調(diào)COPD 大鼠中IL-1β 的含量,說明BFNSP 能夠緩解COPD 大鼠模型中性粒細(xì)胞的聚集,從而抑制相關(guān)炎性因子的釋放,減輕炎癥反應(yīng),緩解COPD進(jìn)展。結(jié)合本實驗HE 染色病理結(jié)果,不同濃度BFNSP 藥物組及地塞米松組大鼠肺組織形態(tài)等各方面均較COPD 組大鼠明顯改善,BFNSP-H組肺組織中IL-1β 含量較地塞米松組降低明顯,且BFNSP 高、中、低劑量組內(nèi)比較,高劑量組降低顯著。這提示BFNSP 可能在慢性阻塞性肺疾病的治療過程中具有積極的意義。
細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶是MAPKs 信號通路的關(guān)鍵調(diào)控因子,ERK 的上游蛋白會磷酸化ERK,活化后的P-ERK 作用于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)多種信號分子,同時也會進(jìn)入細(xì)胞核,進(jìn)而作用于轉(zhuǎn)錄因子,對基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控[25],促進(jìn)細(xì)胞增殖、分化、凋亡等過程[26],同時也參與炎性反應(yīng)的調(diào)控,可以促進(jìn)炎性細(xì)胞因子和趨化因子的釋放[27]。ERK 信號通路可被多種炎性介質(zhì)激活,包括CS[28]。研究[29-30]表明,在COPD 病程進(jìn)展中,ERK 激活產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子,如TNF-α、IL-1β、IL-6 等,加重肺部炎癥。也有研究[31-32]表明,ERK 在氣道平滑肌細(xì)胞中廣泛表達(dá),參與COPD 細(xì)胞增殖與氣道重塑。有報道[33]顯示,香煙提取物可通過P-ERK 1/2 上調(diào)線粒體自噬及溶酶體活性,進(jìn)而誘導(dǎo)氣道平滑肌細(xì)胞增殖惡化,導(dǎo)致COPD 支氣管的組織損失和結(jié)構(gòu)重塑。有研究[34]表明,HDAC6 可通過抑制ERK 1/2 表達(dá)發(fā)揮抑制膠原合成及COPD 患者氣道和血管重塑的支氣管平滑肌細(xì)胞和肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖。本研究的Western blot 及RT-qPCR 結(jié)果顯示,COPD 大鼠肺組織中ERK 1/2 mRNA 表達(dá)增加,ERK 1/2 蛋白被激活,P-ERK 1/2 增加,經(jīng)過不同濃度BFNSP 中藥干預(yù)后,肺組織中ERK 1/2 mRNA 表達(dá)及ERK 1/2 磷酸化可被抑制,與西藥地塞米松組比較,BFNSP-H 組肺組織中ERK 1/2 mRNA表達(dá)及ERK 1/2 磷酸化表達(dá)降低,BFNSP 高、中、低劑量組內(nèi)比較,以BFNSP-H 組作用最佳。
中醫(yī)學(xué)根據(jù)反復(fù)咳、痰、喘的臨床特點,COPD 多屬中醫(yī)肺脹、喘證等范疇。《靈樞·脹論》日:“肺脹者,虛滿而喘咳”。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為肺主肅降,其認(rèn)為本病多因長期反復(fù)咳喘氣逆發(fā)作,久病肺虛在此基礎(chǔ)上,痰、飲、瘀阻為其病理因素,且貫穿疾病始終[35]。肺氣虛證是痰瘀互結(jié)的基石,痰瘀互結(jié)、氣道澀滯則是導(dǎo)致肺氣受阻不能斂降而成肺脹的基礎(chǔ)[36]。以此為依據(jù),研制出寧夏回族自治區(qū)中醫(yī)醫(yī)院暨中醫(yī)研究院院內(nèi)制劑BFNSP,由黃芪、黃精、肉蓯蓉、細(xì)辛、蟬蛻、防風(fēng)、續(xù)斷、白術(shù)、荊芥穗、紫蘇葉、黨參、紫蘇子、益智仁、瓜蔞、葶藶子、地龍、全蝎等17 味藥物組成。諸味藥聯(lián)合運用,共奏調(diào)補肺腎、止咳平喘、化痰祛瘀之效。
綜上所述,BFNSP 對COPD 大鼠肺組織形態(tài)結(jié)構(gòu)及氣道炎癥均有一的定改善作用;并可抑制肺組織中ERK 1/2 mRNA 及蛋白表達(dá),其機制可能與ERK 1/2 信號通路有關(guān),但其具體干預(yù)機制仍需進(jìn)一步研究。