樸秀美,金恩惠,陳興華,王千潮,何普明*,屠幼英*
白茶提取物對納米SiO2誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化的抑制作用及機制
樸秀美1,金恩惠1,陳興華2,王千潮3,何普明1*,屠幼英1*
1. 浙江大學(xué)茶學(xué)系,浙江 杭州 310058;2. 福鼎市茶業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組,福建 福鼎 355200;3. 福鼎市茶業(yè)管理局,福建 福鼎 355200
硅肺是吸入SiO2粉塵引起的以肺間質(zhì)纖維化為主的全身性疾病。探討了白茶提取物對納米SiO2誘導(dǎo)大鼠肺纖維化的抑制作用及機制。54只Wistar大鼠隨機分為正常組、模型組、白毫銀針提取物組、白牡丹提取物高和低劑量組、EGCG組共6個組,每組9只大鼠。除正常組外的其余5個組采用非暴露式氣管插管方法造模納米SiO2粉塵(80?mg·mL-1),每天以灌胃方式給予藥物兩周之后,檢測肺組織中羥脯氨酸(HYP)、一氧化氮(NO)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)和谷光甘肽過氧化物酶(GSH-Px)含量以及肺組織形態(tài)學(xué)變化。結(jié)果顯示,與模型組相比,白茶提取物各處理組及EGCG組病理形態(tài)改變有不同程度的減輕,其中白毫銀針提取物組的效果最佳。白茶提取物各處理組與EGCG組的大鼠肺NO含量和炎癥因子IL-6都顯著低于模型組(<0.05),GSH-Px活力高于模型組(<0.05),高劑量白牡丹提取物對降低NO含量和升高GSH-Px活力效果最好;本研究表明,白茶提取物對于納米SiO2引起的大鼠肺纖維化氧化應(yīng)激損傷具有有效的減緩和修復(fù)作用,主要與其抗氧化作用和抑制炎癥反應(yīng)相關(guān)。
白茶提取物;納米SiO2;大鼠;肺纖維化;抑制作用;修復(fù)
納米SiO2是指超細納米級的SiO2,粒徑在1~100?nm間的物質(zhì)顆粒[1],具有分散性好、化學(xué)純度高、不溶于水、低熱導(dǎo)性、高磁阻性等[2]獨特的性質(zhì),可提高抗紫外線的光學(xué)性能、材料的抗老化、強度、耐久性,因此目前作為世界上大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)產(chǎn)量最高的納米粉體材料之一。它主要用于建筑、航空航天、醫(yī)藥、電子封裝材料、樹脂復(fù)合材料、塑料、涂料、化妝品、橡膠、陶瓷、玻璃鋼制品等。由于大規(guī)模生產(chǎn)和納米產(chǎn)業(yè)的日益發(fā)展,納米SiO2在日常生活中廣泛存在,人們接觸到納米材料的概率越來越高,以致無法避免納米SiO2通過各種不同途徑進入人體。
大量的研究證明,SiO2能導(dǎo)致呼吸道疾病硅肺。在1996年10月,國際癌癥研究機構(gòu)(International agency for research on cancer,IARC)宣布將SiO2升級為第一類人類致癌物質(zhì)。納米SiO2與微米SiO2化學(xué)組成相同,但是納米SiO2潛在更大的危害。對于納米SiO2的毒性,趙光強等[3]比較研究了微米SiO2與納米SiO2對人支氣管上皮細胞的破壞性,結(jié)果顯示,微米SiO2沒有進入細胞里,而納米SiO2可以進入細胞,并賦存細胞質(zhì)中。另有研究表明[4],納米SiO2的粒徑越小,顆粒表面能和比表面積越大,納米SiO2的反應(yīng)活性越大。高艷榮等[5]進行動物實驗表明,納米SiO2導(dǎo)致的氧化損傷比微米的更嚴重,顆粒的大小與損傷程度呈現(xiàn)一定的負相關(guān)。因此,如何通過健康生活方式降低環(huán)境中納米SiO2對人體呼吸系統(tǒng)的毒害,從而降低癌癥發(fā)病率顯得非常迫切和重要。
中國具有悠久的飲茶歷史,茶葉是重要的天然酚類抗氧化劑來源[6],其中白茶的抗氧化和殺菌效果較佳。因此,本研究以白茶提取物為研究材料,探討白茶提取物在動物體內(nèi)對納米SiO2染毒大鼠肺損傷的抑制作用和修復(fù)機理,為減少環(huán)境納米SiO2等有害物質(zhì)引發(fā)的疾病提供一定的科學(xué)方法和理論依據(jù)。
1.1.1 試驗動物
健康雄性Wistar大鼠54只,體重260~300?g,購自上海斯萊克實驗動物有限責(zé)任公司。
1.1.2 主要試劑
納米SiO2(99.5% trace metals basis,粒徑大小5~15?nm)購自美國Sigma公司;白毫銀針和白牡丹由福建鼎白茶業(yè)有限公司無償提供;EGCG(Epigallocatechin gallate)購自湖州榮凱植物提取有限公司,純度95%。SOD試劑盒、MDA含量檢測試劑盒、GSH-Px活力檢測試劑盒、NO含量檢測試劑盒、蛋白定量檢測試劑盒,羥脯氨酸堿水解法測試盒均購自南京建成生物工程研究所;白細胞介素6(IL-6)檢測ELISA試劑盒購自武漢基因美生物科技有限公司;其余均為國產(chǎn)分析純試劑。
MLS-3750高壓滅菌罐(SANYO)、JJ-12J脫水機(武漢俊杰電子有限公司)、JB-P5包埋機(武漢俊杰電子有限公司)、RM2016病理切片機(上海徠卡儀器有限公司)、JB-L5凍臺(武漢俊杰電子有限公司)、KD-P組織攤片機(浙江省金華市科迪儀器設(shè)備有限公司)、DHG-9140A烤箱(上?;厶﹥x器制造有限公司)、10212432C載玻片及蓋玻片(江蘇世泰實驗器材有限公司)、Nikon Eclipse CI正置光學(xué)顯微鏡(日本尼康)、Nikon DS-U3成像系統(tǒng)(日本尼康)、AL 104 電子天平(Mettler Toledo)。
1.3.1 白茶提取物制備
將白毫銀針和白牡丹樣品分別用粉碎機磨碎。稱取一定質(zhì)量的白茶,按1∶30,1∶20,1∶20茶水比100℃沸水分3次浸提,合并濾液,用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至約1/10之后,將濃縮液放入–20℃冰箱冷凍后,通過冷凍干燥制成凍干粉,–20℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
1.3.2 建立納米SiO2誘導(dǎo)致大鼠肺纖維化模型
Wistar大鼠造模采用非暴露式氣管內(nèi)注入法。正常組經(jīng)氣管一次性注入與造模組等量生理鹽水,其他各組經(jīng)氣管一次性灌肺80?mg·mL-1的納米SiO2懸液0.01?mL·kg-1,注藥后,立即將動物充分直立旋轉(zhuǎn),使藥物在肺內(nèi)分布均勻,等待兩周建模時間。
1.3.3 試驗動物分組及給藥
除正常對照組(NC)9只大鼠之外,其他45只大鼠造模兩周后,按體重隨機分為5組,即模型組(MC)、白毫銀針提取物組(1?000?mg·kg-1·d-1,BHYZ)、白牡丹提取物高劑量組(1?000?mg·kg-1·d-1,HBMD)、白牡丹提取物低劑量組(300?mg·kg-1·d-1,LBMD)、EGCG組(150?mg·kg-1·d-1),共6組。每組9只,分籠飼養(yǎng),每籠4~5只,自由攝食和飲水。用生理鹽水配制白茶提取物及EGCG溶液,采用灌胃的方式按分組給藥,每天1次,每次每只大鼠按體重灌胃(1?mL·kg-1)。正常組和模型組給予按體重換算的生理鹽水,分別再連續(xù)灌胃兩周。
1.3.4 大鼠肺標(biāo)本和組織處理
肺組織的采集:將大鼠用巴比妥鈉麻醉后,心臟穿刺取血收集全血,大鼠處死后,開胸取出肺組織,用預(yù)備生理鹽水清洗掉肺組織表面的血污,再以濾紙擦干水分后稱重并記錄質(zhì)量、用照相機拍照,盡量迅速進行上述操作后隨即將組織存于–80℃保存。把修塊一部分的肺組織立即放入4%多聚甲醛中保存,用于HE染色的制備。
肺組織、肝組織勻漿的制備:按照準(zhǔn)確的比例重量,稱取肺組織或肝組織,按質(zhì)量(g):體積(mL)=1∶9的比例添加相應(yīng)體積的生理鹽水,放入勻漿器中,為了便于勻漿,首先用剪刀剪碎組織,再次在冰水浴中進行組織勻漿,4?000?r·min-1,離心10?min,取出10%勻漿上清液作為母液,配成不同稀釋濃度測定生理指標(biāo)及炎癥因子。
1.3.5 大鼠形態(tài)學(xué)觀察
HE染色后,顯微鏡下觀察各組大鼠肺組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)以及肺纖維化水平。大鼠肺纖維化采用Ashcroft評分八級分類法,具體標(biāo)準(zhǔn)如下:0級為正常肺組織;1級為肺泡或細支氣管壁輕微纖維性增厚;2級為介于1級與3級之間;3級為中度肺泡或細支氣管壁纖維性增厚,無明顯肺組織結(jié)構(gòu)破壞;4級為介于3級和5級之間;5級為纖維化增強伴有明確的組織結(jié)構(gòu)破壞,纖維束或纖維團塊形成;6級為介于5級與7級之間;7級為肺組織結(jié)構(gòu)嚴重破壞,大的纖維化區(qū)域形成,可伴蜂窩肺形成;8級為整個肺組織區(qū)域纖維性閉塞[7]。
1.3.6 肺組織生理指標(biāo)和炎癥因子檢測
SOD、MDA、GSH-Px、NO、蛋白定量、羥脯氨酸測定按照南京建成生物工程研究所提供的試劑盒方法;炎癥因子白細胞介素6(IL-6)檢測采用ELISA方法,參照武漢基因美生物科技有限公司試劑盒方法。
2.1.1 大鼠各處理組肺組織肉眼觀察結(jié)果
肺組織形態(tài)學(xué)觀察結(jié)果顯示,正常組大鼠肺組織呈粉紅色,濕潤,質(zhì)地柔軟,表面光滑,無灶性出血點(圖1-A)。而模型組大鼠有大量的小米大小的灰白色結(jié)節(jié)凸出于肺表面,并且表面粗糙,質(zhì)地變硬,可見點狀、灶狀出血,雙肺明顯腫脹。與模型組相比,所有白茶處理組和EGCG處理組的肺組織腫脹減輕,呈淡粉色,雖然可見不同程度的點狀出血以及小米大小的凸出于肺表面的結(jié)節(jié),但出血點和表面結(jié)節(jié)變小、減少,呈現(xiàn)比正常組彈性降低(圖1-B—F)。
2.1.2 大鼠各處理組肺組織重量及肺指數(shù)
不同處理組間大鼠肺指數(shù)結(jié)果顯示(表1),與模型組比,白茶提取物處理組和EGCG組肺指數(shù)均有所降低,尤其白毫銀針提取物組與模型組存在顯著性差異(<0.05),但白牡丹提取物及EGCG處理組均無顯著性差異。與正常組比,模型組及各白茶提取物處理組、EGCG組均明顯增加,且具有顯著性差異(<0.05)。說明白茶提取物和EGCG對肺損傷具有恢復(fù)的作用。
2.1.3 肺組織HE染色后顯微鏡觀察結(jié)果
大鼠肺組織HE染色結(jié)果顯示(圖2),藍色為細胞核,紅色為細胞質(zhì)。正常組大鼠的肺泡形態(tài)結(jié)構(gòu)完整,肺泡間隔清晰,未見明顯炎性細胞浸潤及纖維滲出等異常病變。模型組病變明顯,肺泡形態(tài)結(jié)構(gòu)大部分破壞,肺泡間隔增寬,肺泡壁明顯增厚,肺泡腔變薄,表現(xiàn)為不同大小的巨噬細胞、淋巴細胞浸潤和成纖維細胞增生,部分形成圓形或不規(guī)則小結(jié)節(jié),大量膠原纖維滲出。白茶提取物處理組間有所差異,白毫銀針提取物處理組HE染色結(jié)果基本接近于正常組水平,效果最好;白牡丹提取物高劑量、低劑量組和EGCG組的肺組織結(jié)構(gòu)雖然沒有完全恢復(fù)到正常組水平,但比模型組肺組織損傷有明顯減輕,肺泡結(jié)構(gòu)損傷得到一定程度恢復(fù)。
注:A:NC組,B:MC組,C:BHYZ組,D:HBMD組,E:LBMD組,F(xiàn):EGCG組
表1 白茶提取物對納米SiO2誘導(dǎo)的大鼠肺指數(shù)的影響
注:同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示在<0.05水平差異有統(tǒng)計學(xué)意義。下同
Note: The values within a column followed by different lowercase letters show statistically significant differences at the 0.05 probability level. The same as follow
注:A:NC組,B:MC組,C:BHYZ組,D:HBMD組,E:LBMD組,F(xiàn):EGCG組
2.1.4 肺纖維化半定量Ashcroft評分比較
如表2所示,與正常組相比,模型組、白茶提取物處理組、EGCG組的Ashcroft評分值均升高,且具有顯著性差異(<0.05),尤其模型組的評分顯著升高,表示建立肺纖維化大鼠模型十分成功;與模型組相比,白茶提取物處理組、EGCG組的Ashcroft評分值均降低,且有顯著性差異,其中白毫銀針提取物的評分值最低,最接近正常組,顯著優(yōu)于白牡丹提取物高劑量組和白牡丹提取物低劑量、EGCG組,白牡丹提取物低劑量組與EGCG組間無顯著性差異(表2)。
2.2.1 對納米SiO2誘導(dǎo)的大鼠肺組織氧化應(yīng)激的影響
大鼠造模后,模型組大鼠較正常組的肺組織羥脯氨酸含量顯著增高(<0.05)(表3),各白茶提取物組大鼠肺組織羥脯氨酸含量與模型組比較均有顯著差異(<0.05),尤其白毫銀針提取物組達到了正常組的水平,其余的白茶處理組雖然未達到正常組的水平,但與模型組相比,羥脯氨酸含量均有顯著降低(<0.05)。
表2 各處理組大鼠肺纖維化的Ashcroft評分
表3 白茶提取物對纖維化大鼠肺組織羥脯氨酸含量的影響
2.2.2 對納米SiO2誘導(dǎo)的大鼠肺組織氧化應(yīng)激的影響
大鼠各組肺勻漿液中NO、SOD、MDA、GSH-Px的指標(biāo)分析結(jié)果如表4所示。與正常組相比,模型組在納米SiO2刺激后肺組織NO含量明顯升高,GSH-Px活力明顯下降,差異均達到顯著水平(<0.05);與正常組比較,模型組肺組織中SOD、MDA表達水平分別略有降低和略有提高,但結(jié)果無顯著差異(>0.05);與模型組相比,白茶提取物處理組大鼠肺組織中NO、GSH-Px水平均有顯著差異(<0.05),SOD和MDA水平與模型組相比,具有輕微的變化,未有顯著差異(>0.05);EGCG和白茶提取物灌胃大鼠后,其肺組織NO含量極顯著降低,且低于正常組,其中白牡丹提取物高劑量組的效果最佳;所有白茶提取物處理組大鼠肺組織GSH-Px活力均有增加效果,白牡丹提取物和EGCG對GSH-Px活力促進作用較強,高于正常組水平,其中高劑量白牡丹提取物的作用最強;從各藥物組大鼠肺組織SOD、MDA水平與正常組有輕微的變化,其水平無顯著差異(>0.05)。
2.2.3 對納米SiO2誘導(dǎo)的大鼠炎癥因子的影響
如表5所示,模型組肺組織的炎癥因子IL-6濃度顯著高于正常組(<0.05),白茶提取物處理后肺組織的IL-6濃度均有不同程度下降,白毫銀針提取物組肺組織IL-6的濃度雖然未達到正常組水平,但是與模型組相比具有顯著性差異(<0.05),白牡丹提取物高劑量組、白牡丹提取物低劑量組和EGCG組都達到正常組的水平。上述結(jié)果清楚說明,白茶提取物處理納米SiO2誘導(dǎo)的大鼠,對肺組織炎癥有顯著抑制作用,可以降低肺纖維化水平。
納米SiO2是主要無機納米顆粒材料之一,其粒徑小,除了藥物攝入人體外,還可以懸浮在空氣中,顆粒被吸入肺組織和其他組織中將會導(dǎo)致機體組織損傷。納米SiO2進入肺組織將會導(dǎo)致肺泡巨噬細胞和中性粒細胞釋放多種活性氧物質(zhì),致使細胞內(nèi)的活性物質(zhì)水平提高,超過細胞內(nèi)抗氧化物質(zhì)的清除能力,因而,導(dǎo)致肺組織的損傷[8]。
肺成纖維細胞是肺內(nèi)膠原的主要合成細胞,膠原纖維是肺纖維化的基礎(chǔ),而羥脯氨酸為膠原纖維化所特有,占膠原蛋白成分的13%。因此,通過測定羥脯氨酸含量可以間接反映膠原含量,可作為衡量膠原代謝的重要指標(biāo),用來分析肺纖維化的程度[9]。本試驗結(jié)果顯示,模型組的肺組織中的羥脯氨酸含量明顯高于正常對照組,白茶提取物處理組肺組織羥脯氨酸含量明顯降低,表明白茶提取物可以抑制納米SiO2誘導(dǎo)的肺纖維化大鼠肺組織中羥脯氨素含量。
表4 白茶提取物對纖維化大鼠肺組織抗氧化能力的影響
表5 白茶提取物對大鼠肺組織炎癥因子IL-6濃度的影響
GSH-Px、SOD等抗氧化酶組成了機體抗氧化防御系統(tǒng)[9]。一旦機體氧化損傷和抗氧化損傷失衡,就會引起炎癥、細胞毒性、代謝異常及免疫功能降低,發(fā)生生物膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng),造成大面積細胞損傷導(dǎo)致組織器官纖維化。MDA是主要細胞膜脂質(zhì)過氧化反應(yīng)的終產(chǎn)物,在脂質(zhì)過氧化作用下產(chǎn)生,具有細胞毒性。因此,測定機體組織中的MDA指標(biāo)變化,可以有效地預(yù)測纖維化程度和發(fā)病趨勢。本研究結(jié)果顯示,經(jīng)過納米SiO2造模后,大鼠肺組織中SOD、GSH-Px活力顯著降低,MDA含量增加,因為SiO2直接引發(fā)產(chǎn)生大量的自由基,導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng),也說明本試驗成功建立肺纖維化模型。該模型中給予兩周的白茶提取物后,對大鼠肺組織起到了不同程度的抗氧化作用,不僅提高了抗氧化酶SOD、GSH-Px的活力,而且降低了纖維化時升高的MDA濃度,減少細胞毒性,證實白茶具有一定的阻止肺纖維化的進程。
NO是一種多功能的生物介質(zhì),具有細胞毒性作用,可視為氧化指標(biāo)之一,肺組織的各種細胞都具有生成NO的功能,其代謝紊亂會促進肺纖維化的發(fā)生發(fā)展。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),在納米SiO2所致大鼠肺纖維化中NO含量均顯著高于對照組,即NO代謝紊亂促進了肺纖維化的發(fā)生發(fā)展,與文獻報道結(jié)果相似[10-11]。并且白茶提取物對肺纖維化具有很好的抗氧化效果,達到正常大鼠水平甚至優(yōu)于正常大鼠水平,說明白茶提取物具有清除納米SiO2產(chǎn)生的NO自由基能力。
納米SiO2引起的肺纖維化不僅有氧化應(yīng)激作用,也導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。本研究通過測定炎癥因子IL-6水平,發(fā)現(xiàn)白茶對納米SiO2引起炎癥起到抑制作用。IL-6是一種具有廣泛生物學(xué)活性的多肽類物質(zhì),可作用于多種靶細胞而參與免疫和炎癥過程。經(jīng)IL-6抗體對大鼠過敏性肺炎的纖維化抑制作用試驗證明,IL-6具有致炎致纖維化的作用,因而,認為IL-6在肺部炎癥及肺纖維化的發(fā)生發(fā)展過程中也發(fā)揮著一定的作用[12]。本研究結(jié)果表明,白茶提取物可以顯著降低因納米SiO2所致的肺組織IL-6水平,推測白茶提取物不僅可以通過抗氧化作用抑制肺纖維化,而且能通過抗炎作用或者抗炎抗氧化協(xié)同作用修復(fù)和延緩肺纖維化的病情。
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The Inhibitory Role and Mechanism of White Tea Extracts on Pulmonary Fibrosis Induced by Nano-sized SiO2in Rats
PARK Soomi1, KIM Eunhye1, CHEN Xinghua2, WANG Qianchao3, HE Puming1*, TU Youying1*
1. Department of Tea Science, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Organization Group of Fuding Tea Industry Development, Fuding 355200, China; 3. Fuding Tea Industry Bureau, Fuding 355200, China
Fifty-four Wistar rats were randomly divided into six groups: control group, model group, white silver needle extract group, high and low dose white peony extracts and EGCG group, with 9 rats in each group. The other five groups except the control group were treated with nano-sized SiO2dust (80?mg·mL-1) by non-exposed endotracheal intubation. After two weeks of intragastric administration, the contents of hydroxyproline(HYP), nitric oxide (NO), superoxide dismutase (SOD), malondialdehyde (MDA), glutathione peroxidase (GSH-Px) and the morphological changes of lung tissues were detected. The results show that compared with the model group, the pathological changes of each white tea extract treatment group and EGCG group were alleviated in varying degrees, and the effect of white silver needle extract group was the best. The content of NO and inflammatory factor IL-6 in lung of rats treated with white tea extract and EGCG were significantly lower than those of model group (<0.05), GSH-Px activity was higher than that of model group (<0.05). High-dose white peony extract group had the best effect on reducing NO content and increasing GSH-Px activity. This study shows that white tea extract had a significant effect on oxidative stress injury of lung fibrosis induced by nano-sized SiO2in rats. The slow and repairing effects are mainly related to the antioxidant effect and the inhibition of inflammatory reaction.
white tea extract, nano-sized SiO2, wistar albino rat, pulmonary fibrosis, inhibition, recovery
TS272.2;Q52
A
1000-369X(2020)02-157-08
2019-02-28
2019-05-24
2016福鼎市政府項目(KH20170151)
樸秀美,女,博士研究生,主要從事食品功能性成分的研究。*通信作者:pmhe@zju.edu.cn,youytu@zju.edu.cn
投稿平臺:http://cykk.cbpt.cnki.net