楊麗萍,宋娜麗,陳 普,段小花**
(1.云南中醫(yī)藥大學(xué)云南省傣醫(yī)藥與彝醫(yī)藥重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 昆明 650500;2.云南省中醫(yī)中藥研究院 昆明 650223)
腸道黏膜是機(jī)體防御的第一道防線(xiàn),具有選擇通透性。完整的腸道屏障對(duì)維持上皮細(xì)胞通透性、機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有關(guān)鍵作用。腸道屏障功能的破壞可引起腸上皮通透性升高,導(dǎo)致腸腔內(nèi)細(xì)菌和內(nèi)毒素等通過(guò)腸上皮進(jìn)入機(jī)體造成炎癥反應(yīng),甚至可出現(xiàn)多器官功能衰竭[1]。腸屏障功能受多種細(xì)胞因子和細(xì)菌內(nèi)毒素的調(diào)控,并且與多種疾病的發(fā)生發(fā)展有關(guān),如炎癥性腸道疾病、胰腺炎、肝病以及代謝紊亂性疾病等[2]。預(yù)防和治療腸黏膜屏障功能損傷已成為當(dāng)前研究的重要課題之一[3-4]。研究發(fā)現(xiàn),腸道屏障在炎癥性腸病的病理過(guò)程中起關(guān)鍵作用,腸黏膜屏障完整性的破壞是炎癥性腸病發(fā)生和發(fā)展的基本過(guò)程,由此引發(fā)的腸道對(duì)細(xì)菌、內(nèi)毒素等的吸收增加從而導(dǎo)致機(jī)體異常免疫調(diào)節(jié)和炎癥反應(yīng),是病情進(jìn)展的核心環(huán)節(jié)[5-6]。因此,保護(hù)腸屏障的完整性在一定程度上能夠抑制炎癥性腸病的病理進(jìn)程,可作為改善炎癥性腸病臨床癥狀的潛在治療方法之一[7]。
地榆(Sanguisorbae Radix)為薔薇科植物地榆(Sanguisorba officinalis L.)或 長(zhǎng) 葉 地 榆Sanguisorba officinalis L.var. longifolia (Bert). Yü et Li的干燥根,具有涼血止血、解毒斂瘡的功效,有“痔科圣藥”之稱(chēng),常用來(lái)治療直腸炎、潰瘍性結(jié)腸炎等腸道疾病。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),地榆對(duì)潰瘍性結(jié)腸炎大鼠模型作用顯著,其作用可能與抑制炎性細(xì)胞因子有關(guān)[8-9],其單藥或復(fù)方在臨床中也常治療潰瘍性結(jié)腸炎等腸道相關(guān)疾病[10-13]。李麗等[14]研究發(fā)現(xiàn),地榆可通過(guò)調(diào)節(jié)急性潰瘍性性結(jié)腸炎大鼠腸道菌群,修復(fù)腸道屏障而發(fā)揮治療作用。但更進(jìn)一步的,地榆對(duì)腸道屏障的修復(fù)是否還與調(diào)節(jié)腸道緊密連結(jié)和細(xì)胞凋亡等有關(guān),目前暫未發(fā)現(xiàn)相關(guān)報(bào)道。
基于此,本研究利用LPS建立體內(nèi)外腸道屏障功能損傷模型,通過(guò)腸上皮細(xì)胞凋亡、緊密連結(jié)以及細(xì)胞炎癥因子等方面深入探討地榆對(duì)腸道屏障功能的作用,以期從腸道屏障的角度為地榆的臨床應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
昆明種小鼠SPF級(jí)72只,雌雄各半,體質(zhì)量(20 ±2)g,購(gòu)自四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所,生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(川)2015-030;IEC-6細(xì)胞購(gòu)自美國(guó)ATCC細(xì)胞庫(kù)。
DMEM高 糖 培 養(yǎng) 基(BI,貨 號(hào) 06-1055-57-1ACS);胰蛋白酶(BI,貨號(hào) 03-050-1B);胎牛血清(BI,貨號(hào)04-001-1A);青霉素/鏈霉素(BI,貨號(hào)03-031-1B);脂多糖 LPS(sigma,貨號(hào) L2630-25MG);occludin(proteintech,貨號(hào) 27260-1-AP);Goat antirabbit secondary antibody(proteintech,貨號(hào) SA00001-2);IL-1β ELISA Kit(proteintech,貨 號(hào) KE10003);TNF-α ELISA Kit(proteintech,貨號(hào) KE10002);DLactate Assay Kit(abcam,貨號(hào)ab83429);總RNA提取試劑盒(promega,貨號(hào)LS1040);Eastep RT Master Mix(5X) 逆轉(zhuǎn)錄預(yù)混液(promega,貨號(hào) LS2050);Eastep qPCR Master Mix(2X)試劑盒(promega,貨號(hào)LS2062);Annexin V/PI試劑盒(凱基生物,貨號(hào)KGA107);二氧化碳培養(yǎng)箱(美國(guó)nuaire,NU-4750E);酶標(biāo)儀(美國(guó)Thermofisher,VariosKan Flash);倒置顯微鏡(日本尼康);流式細(xì)胞儀(德國(guó)CyFlow Cube6);熒光定量PCR儀(美國(guó)ABI,7500)。
地榆購(gòu)自云南鴻翔一心堂藥業(yè)股份有限公司,經(jīng)鑒定為質(zhì)量合格的中藥飲片。稱(chēng)取地榆藥材1 kg,用10倍70%乙醇提取3次,每次1 h,合并3次提取液,濃縮至合適的體積后-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>
2.1.1 細(xì)胞培養(yǎng)和處理
IEC-6細(xì)胞以含10%胎牛血清和1%青霉素/鏈霉素的DMEM培養(yǎng)基在37℃、5% CO2條件下培養(yǎng),等細(xì)胞融合至70%-80%進(jìn)行傳代。0.25%胰酶消化處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞并接種于96孔板中,分為空白組、LPS組、LPS+地榆不同劑量組(35,70,140,280,560 μg生藥·mL-1),每組設(shè)6個(gè)重復(fù),培養(yǎng)24 h后每組分別加入不同濃度的藥物,1 h后加入100 μg·mL-1的LPS,繼續(xù)培養(yǎng)24 h后檢測(cè)相關(guān)指標(biāo)。
2.1.2 MTT檢測(cè)細(xì)胞活力
IEC-6 細(xì)胞以 1 × 105cells·mL-1接種于 96 孔 板24 h后,換入無(wú)血清培養(yǎng)基,24 h細(xì)胞周期同步化后,分組并加入相應(yīng)藥物及含血清培養(yǎng)基,繼續(xù)培養(yǎng)24 h后進(jìn)行MTT法檢測(cè)細(xì)胞存活率,以吸光度(OD)表示細(xì)胞相對(duì)活力。
2.1.3 免疫熒光檢測(cè)occludin蛋白的表達(dá)和分布
IEC-6細(xì)胞按1 × 104接種至6孔板培養(yǎng)過(guò)夜后更換培養(yǎng)基并加入地榆提取物,1 h后加LPS(100 μg·mL-1)繼續(xù)培養(yǎng)。24 h后棄去培養(yǎng)基并用多聚甲醛固定,用0.1% Triton X 100透化并用羊血清封閉30 min,加一抗4℃過(guò)夜,PBS清洗后二抗37℃孵育30 min,封片并在熒光顯微鏡下觀(guān)察和拍照。Image J軟件進(jìn)行平均光密度(AOD)分析。
2.1.4 ELISA檢測(cè)IL-1β和TNF-α水平
IEC-6細(xì)胞按1 × 105cells·mL-1)接種于96孔板并過(guò)夜,分組并給予相應(yīng)藥物處理24 h后收集細(xì)胞上清液,3000 r·min-1離心20 min,收集上清液后按相應(yīng)的ELISA試劑盒說(shuō)明書(shū)用酶標(biāo)儀檢測(cè)IL-1β和TNF-α的水平。
2.1.5 流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡
IEC-6細(xì)胞按 1 × 105cells·mL-1接種于 6 孔板,藥物處理24 h后收集細(xì)胞,按照Annexin V/PI試劑盒說(shuō)明書(shū)的步驟處理細(xì)胞并上流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡水平。
2.2.1 動(dòng)物給藥和分組
昆明小鼠分為正常對(duì)照組、LPS組和地榆高、低劑量組,參考文獻(xiàn)建立小鼠腸道屏障損傷模型[15],正常組和LPS灌胃給予蒸餾水,剩下兩組灌胃給予不同劑量的地榆(2.25,6.75 g·kg-1),在第7天灌胃結(jié)束2 h后,對(duì)除正常組外的其余組別小鼠一次性腹腔注射5 mg·kg-1的LPS,2 h后摘眼球取血分離血清檢測(cè)相關(guān)指標(biāo),另取結(jié)腸部分于液氮中保存?zhèn)溆?,另一部分?0%福爾馬林中固定用于后續(xù)組織病理學(xué)檢測(cè)。
2.2.2 ELISA檢測(cè)小鼠血清D-乳酸水平
取小鼠血清,按ELISA試劑盒說(shuō)明書(shū),用酶標(biāo)儀檢測(cè)小鼠血清中D-乳酸水平,用來(lái)檢測(cè)腸道通透性。
2.2.3 Western Blot檢測(cè)occludin蛋白的表達(dá)
小鼠結(jié)腸用裂解液裂解后,BSA測(cè)蛋白濃度并調(diào)整濃度后采用SDS-PAGE凝膠電泳分離、轉(zhuǎn)膜并封閉后一抗孵育過(guò)夜,后用二抗孵育2 h,曝光檢測(cè),以β-actin作為內(nèi)參采用Image-J軟件對(duì)條帶進(jìn)行量化分析。
2.2.4 RT-PCR檢測(cè)小鼠結(jié)腸TNF-α mRNA和IL-1β mRNA的表達(dá)
將已取好的結(jié)腸在液氮下研磨后提取總RNA,紫外和電泳檢測(cè)RNA純度及完整度,按逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說(shuō)明書(shū)完成逆轉(zhuǎn)錄,以生成的cDNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增,擴(kuò)增程序?yàn)椋?5℃ 5 min,( 95℃,15 s)× 40,60℃ 30 s。采用2-△△CT相對(duì)定量法計(jì)算各組結(jié)腸TNF-α mRNA和IL-1β mRNA的相對(duì)表達(dá)水平。引物序列見(jiàn)表1。
采用GraphPad prim 5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差()表示,多組比較采用單因素方差分析,P< 0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
圖1結(jié)果顯示,地榆在35-560 μg·mL-1范圍內(nèi)對(duì)正常IEC-6細(xì)胞活力無(wú)顯著影響,各組間無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P> 0.05),說(shuō)明地榆在這個(gè)劑量范圍內(nèi)無(wú)明顯毒性。加入100μg·mL-1的LPS處理24 h后,可顯著抑制IEC-6細(xì)胞活力,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.01),不同濃度地榆預(yù)孵育能減弱LPS對(duì)IEC-6細(xì)胞活力的抑制效應(yīng),差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.05),說(shuō)明地榆對(duì)LPS誘導(dǎo)的IEC-6細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用。
流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果表明,和對(duì)照組相比,LPS刺激組細(xì)胞早凋和晚凋細(xì)胞數(shù)量明顯增加,細(xì)胞凋亡率明顯增加,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.01),地榆預(yù)處理后可以明顯減少LPS導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡增加(P< 0.05)(見(jiàn)圖2)。
圖3免疫熒光結(jié)果表明,正常IEC-6細(xì)胞occludin蛋白主要分布在細(xì)胞膜,呈蜂巢狀線(xiàn)性分布,在細(xì)胞周?chē)纬森h(huán)狀結(jié)構(gòu)。LPS處理后細(xì)胞膜上occludin的環(huán)狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂,熒光信號(hào)較弱。地榆預(yù)處理后occludin在細(xì)胞膜上的熒光信號(hào)相對(duì)LPS組明顯增強(qiáng),且未出現(xiàn)明顯斷裂。
表1 RT-PCR引物序列
圖1 地榆對(duì)IEC-6細(xì)胞活力的影響
圖2 地榆對(duì)LPS誘導(dǎo)的IEC-6細(xì)胞凋亡的影響
圖3 地榆對(duì)LPS誘導(dǎo)的IEC-6細(xì)胞occludin緊密連接蛋白表達(dá)的影響(400X)
圖4 地榆對(duì)小鼠血清D-乳酸水平的影響
圖4顯示,腹腔注射LPS后,小鼠血中D-乳酸水平明顯升高,說(shuō)明腸道黏膜損傷后引起腸道通透性增加(P< 0.01),地榆在6.75 g·kg-1劑量下能顯著減少小鼠血清中D-乳酸的水平(P< 0.05),表明地榆有利于LPS導(dǎo)致的小鼠腸道屏障完整性和通透性的改善。
與正常組比較,LPS組小鼠結(jié)腸occludin蛋白表達(dá)水平顯著降低(P< 0.01),與LPS組比較,地榆高劑量組結(jié)腸的occludin表達(dá)顯著升高(P< 0.01)。見(jiàn)圖5。
圖5 地榆對(duì)小鼠結(jié)腸組織occludin表達(dá)水平的影響
圖6 地榆對(duì)IL-1β和TNF-α的影響
從圖6可知,LPS組細(xì)胞上清液中IL-1β和TNF-α水平顯著增加(P< 0.01),地榆預(yù)處理后能夠明顯抑制LPS導(dǎo)致的IL-1β和TNF-α水平增高(P< 0.05),表明地榆能夠緩解LPS刺激導(dǎo)致的炎癥因子的釋放增加。RT-PCR檢測(cè)結(jié)果表明,地榆能顯著抑制LPS誘導(dǎo)后小鼠結(jié)腸中IL-1β和TNF-α的mRNA表達(dá)增加(P< 0.05),和體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
腸道作為抵御各種病原體和抗原入侵的屏障,是由完整的腸上皮細(xì)胞和相鄰細(xì)胞間的緊密連接及粘液層構(gòu)成,腸道內(nèi)的細(xì)菌、炎性物質(zhì)、內(nèi)毒素以及上皮細(xì)胞凋亡都會(huì)影響腸屏障功能[16]。當(dāng)遭受損傷時(shí),腸道內(nèi)細(xì)菌通過(guò)受損部位進(jìn)入血液循環(huán),引起一系列炎癥反應(yīng)加重腸黏膜屏障損傷,導(dǎo)致腸道通透性升高,引起腸道細(xì)菌移位和促炎因子大量釋放,進(jìn)一步破壞腸黏膜屏障的完整性,導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng),從而加重原發(fā)疾病,甚至誘發(fā)多器官功能紊亂和衰竭[17]。LPS是革蘭氏陰性菌內(nèi)毒素,研究表明,LPS可刺激巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞釋放炎癥介質(zhì),損傷腸上皮緊密連接,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生,增加腸道通透性,誘發(fā)炎癥反應(yīng)導(dǎo)致腸道屏障功能障礙[18-19]。當(dāng)屏障結(jié)構(gòu)受到損傷時(shí),引起腸道內(nèi)細(xì)菌、內(nèi)毒素等病原體穿過(guò)腸屏障入侵機(jī)體,引起機(jī)體的炎癥反應(yīng)等,從而危害機(jī)體健康。腸黏膜屏障在防止細(xì)菌和內(nèi)毒素易位方面起著至關(guān)重要的作用[20]。
小腸隱窩上皮細(xì)胞在腸道細(xì)胞中是一種重要的功能性細(xì)胞,腸道黏膜損傷后主要依靠隱窩上皮細(xì)胞的不斷增殖、分化來(lái)完成修復(fù),以重建腸道的屏障功能,是對(duì)抗腸道細(xì)菌、毒素的第一道防線(xiàn)[21]。IEC-6細(xì)胞來(lái)源于大鼠小腸隱窩細(xì)胞,廣泛用于腸屏障修復(fù)相關(guān)的研究[22]。研究報(bào)道LPS可抑制IEC-6細(xì)胞增殖[23-24],本文結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道一致,LPS在100 mg·mL-1濃度下能夠明顯抑制IEC-6細(xì)胞的活力,而地榆能夠明顯抑制LPS導(dǎo)致的IEC-6細(xì)胞毒效應(yīng),且在該有效濃度內(nèi)對(duì)無(wú)明顯毒性。研究表明,上皮細(xì)胞凋亡增加是腸道屏障功能障礙的原因之一[25],腸炎患者腸上皮細(xì)胞的凋亡速率增加,細(xì)胞凋亡后所留下的空隙不能被及時(shí)有效的填充,導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞屏障連續(xù)完整性破壞,腸道通透性增加,細(xì)菌和內(nèi)毒素等物質(zhì)可通過(guò)腸道入血,刺激炎性細(xì)胞因子的過(guò)度釋放[26]。本研究中細(xì)胞凋亡檢測(cè)結(jié)果顯示LPS可以誘導(dǎo)IEC-6腸上皮細(xì)胞的凋亡,地榆則可顯著降低LPS引起的細(xì)胞凋亡率,可能是保護(hù)炎癥環(huán)境下腸屏障功能的機(jī)制之一。
腸道緊密連接是一種腸黏膜上皮細(xì)胞間特殊的結(jié)構(gòu),由不同功能的蛋白質(zhì)(occludin、ZO-1等)組成并包繞在細(xì)胞腔側(cè)端,在維持腸上皮細(xì)胞通透性中起著極其重要的作用,它能夠選擇性的允許離子和小分子物質(zhì)通過(guò),阻止腸腔內(nèi)病原微生物進(jìn)入體內(nèi),緊密連接蛋白受損會(huì)引起腸道通透性改變[27-28]。D-乳酸是細(xì)菌發(fā)酵的代謝產(chǎn)物,在腸道黏膜屏障完整時(shí)不會(huì)進(jìn)入血液循環(huán),一旦腸道屏障受損,通透性增加,腸道大量D-乳酸會(huì)進(jìn)入血液中,檢測(cè)D-乳酸可以有效反映腸黏膜損害程度和腸道通透性的變化[29]。因此,D-乳酸被認(rèn)為是腸黏膜損害和通透性增加的有效預(yù)警指標(biāo)[30-31]。在LPS導(dǎo)致的小鼠腸道屏障損傷模型中,LPS組小鼠血清中D-乳酸顯著高于正常組,提示LPS引起腸道屏障受損,導(dǎo)致腸道通透性增加。地榆可顯著降低LPS導(dǎo)致的小鼠血清D-乳酸水平,結(jié)腸HE染色發(fā)現(xiàn)地榆對(duì)LPS導(dǎo)致的結(jié)腸病理?yè)p傷具有一定的改善作用。免疫熒光結(jié)果發(fā)現(xiàn),LPS可引起IEC-6細(xì)胞緊密連接蛋白o(hù)ccludin表達(dá)和分布異常,而地榆預(yù)處理后可見(jiàn)occludin的表達(dá)明顯增強(qiáng)。結(jié)果提示,地榆可以維持和保護(hù)LPS導(dǎo)致的腸道屏障功能受損。
細(xì)胞炎癥因子在腸屏障功能損傷病變中具有非常重要的作用,參與了各類(lèi)炎癥反應(yīng)的發(fā)生過(guò)程[32]。腸屏障受損時(shí),腸腔內(nèi)抗原分子移位并激活免疫細(xì)胞,產(chǎn)生大量炎性細(xì)胞因子,如IL-1β和TNF-α等,這些因子通過(guò)炎性反應(yīng)調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá),增加腸上皮屏障通透性,加劇腸屏障的損傷,導(dǎo)致惡性循環(huán)[33]。TNF-α為早期單核或巨噬細(xì)胞合成并釋放的炎性因子,在炎癥反應(yīng)中主導(dǎo)激活細(xì)胞因子級(jí)聯(lián)反應(yīng),啟動(dòng)其他一系列細(xì)胞因子的產(chǎn)生和釋放,使炎癥介質(zhì)大量過(guò)度釋放。研究表明,TNF-α是引起腸道屏障損傷的重要啟動(dòng)因子,它不僅可以通過(guò)破壞緊密連接蛋白使腸道通透性增加,而且還會(huì)誘導(dǎo)IL-1β和IL-6等細(xì)胞因子分泌,推動(dòng)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),進(jìn)一步加劇緊密連接的損傷[34-36]。IL-1β為單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的高效促炎細(xì)胞因子,研究認(rèn)為與腸道炎癥的發(fā)展有關(guān)。在感染、粘膜損傷和壓力的作用下,巨噬細(xì)胞能夠釋放IL-1β,進(jìn)而刺激T細(xì)胞增殖并觸發(fā)粘膜免疫反應(yīng),從而促進(jìn)TNF-α表達(dá)的上調(diào)[37]。研究報(bào)道IL-1β還可通過(guò)激活腸上皮細(xì)胞NF-κB通路,增加腸道通透性,降低緊密連接蛋白的表達(dá)[38]。既往研究表明,地榆可以抑制潰瘍性結(jié)腸炎大鼠血清IL-1β和腸組織中NF-κB表達(dá),升高IL-10水平[8]。本文研究結(jié)果顯示,LPS刺激后的IEC-6細(xì)胞以及小鼠均出現(xiàn)TNF-α和IL-1β表達(dá)顯著上升的現(xiàn)象,地榆可以顯著抑制LPS刺激導(dǎo)致的炎癥細(xì)胞因子釋放增加,提示地榆對(duì)腸道屏障功能的保護(hù)作用與減輕炎癥有關(guān)。
綜上所述,地榆可抑制炎癥細(xì)胞因子釋放和腸上皮細(xì)胞凋亡,促進(jìn)緊密連接恢復(fù),改善腸道通透性,從而維持和保護(hù)腸道屏障功能。通過(guò)研究結(jié)果,可推測(cè)地榆對(duì)腸道屏障的保護(hù)作用可能和其抗炎作用和抑制凋亡有關(guān)。
以往研究顯示地榆可以通過(guò)改善潰瘍性結(jié)腸炎模型大鼠的腸道菌群組成而修復(fù)腸黏膜屏障[14],本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步深入探討了地榆對(duì)腸道物理屏障關(guān)鍵指標(biāo)的影響,為地榆在臨床中治療腸道相關(guān)疾病提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
近年研究結(jié)果顯示,腸道屏障功能損傷除了和腸道相關(guān)疾病有關(guān)外,更和糖尿病、肝病、精神疾病等息息相關(guān)[39]。在后續(xù)的研究中,我們將對(duì)對(duì)地榆保護(hù)腸道屏障的作用組分或成分做進(jìn)一步的研究和探索,并對(duì)其中相關(guān)機(jī)制進(jìn)行深入研究,為保護(hù)腸道屏障功能的藥物研發(fā)提供一定參考。
世界科學(xué)技術(shù)-中醫(yī)藥現(xiàn)代化2022年12期