樸 穎, 王重陽(yáng), 宋藝蘭, 孟慶玲, 鄭明昱,金麗娜, 李良昌, 延光海△
(1吉林省過(guò)敏性常見(jiàn)疾病免疫與靶向研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,吉林 延吉 133002;2延邊大學(xué)附屬醫(yī)院急診科,吉林 延吉 133000;3延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室,吉林 延吉 133002;4延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院朝醫(yī)教研室,吉林 延吉 133002)
過(guò)敏性哮喘是一種常見(jiàn)的由嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等多種炎性細(xì)胞參與的慢性呼吸系統(tǒng)疾病,在全世界范圍內(nèi)具有較高的發(fā)病率。由于治療困難,容易復(fù)發(fā),該病嚴(yán)重威脅公眾健康[1-2]。過(guò)敏性哮喘以慢性氣道炎癥、黏液高分泌、支氣管平滑肌高反應(yīng)性和氣道重塑為主要特點(diǎn)[3-4],其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,通常由各種過(guò)敏性物質(zhì)觸發(fā),涉及多種免疫細(xì)胞和促炎因子。最近有實(shí)驗(yàn)證實(shí)哮喘的發(fā)生發(fā)展與高遷移率族盒蛋白1(high mobility group box protein 1,HMGB1)/Toll 樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)/核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)信號(hào)通路的激活有著密切的聯(lián)系[5]。HMGB1是由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞刺激后釋放的一種高度保守的核蛋白。HMGB1 能夠激活TLR4 受體,通過(guò)靶向髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)和NF-κB 進(jìn)而導(dǎo)致下游炎癥反應(yīng)[6]。TLR4 是一種重要的免疫識(shí)別受體,能夠促進(jìn)細(xì)胞因子合成與釋放,有助于炎癥反應(yīng)的產(chǎn)生,參與哮喘的進(jìn)展[7]。目前治療哮喘的方法主要基于吸入皮質(zhì)類(lèi)固醇、β2受體激動(dòng)劑和茶堿類(lèi)藥物[8]。由于哮喘患者之間存在顯著的差異性,使得臨床治療效果仍然不理想。本課題組前期研究已證實(shí)麻黃定喘湯(Mahuang-Dingchuan decoction,MHDC)有顯著的抗炎作用,能夠有效改善哮喘的臨床癥狀[9-11]。本研究將繼續(xù)探討MHDC 抑制哮喘氣道炎癥的作用機(jī)制是否與HMGB1/TLR4/NF-κB信號(hào)通路有關(guān)。
1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 雄性清潔級(jí)無(wú)病原體豚鼠50 只,6~8 周齡,體質(zhì)量(200±30)g,由延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。實(shí)驗(yàn)前1 周,豚鼠在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件恒溫(20~22 ℃)、12 h 的光/晝循環(huán)條件下飼養(yǎng)。本研究得到延邊大學(xué)醫(yī)學(xué)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn),所有實(shí)驗(yàn)程序都嚴(yán)格遵守《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例》進(jìn)行。
1.2 藥物 MHDC 由麻黃15 g、苦杏仁7.5 g、桑白皮5 g、黃芩5 g、麥冬5 g、桔梗5 g、萊菔子5 g、款冬花5 g 和白果20 枚組成。上述藥物從北京同仁堂藥店一并購(gòu)齊,藥液由延邊大學(xué)藥學(xué)院制備[12]。將9 種中藥按比例混合,在10 倍體積的純凈水中浸泡30 min,大火煮20 min 轉(zhuǎn)文火30 min;收集藥液后藥渣加10 倍體積的水同上方法繼續(xù)煎煮;將2 次提取液過(guò)濾后混勻,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮,制備成1 g/mL 的供試液備用。
1.3 試劑 卵清蛋白(ovalbumin,OVA;Sigma);氫氧化鋁溶液(Thermo);BCA 蛋白濃度測(cè)定試劑盒、HE 染色試劑盒、PAS 染色試劑盒、Masson 染色試劑盒和Diff-Quik 染色試劑盒(北京索萊寶科技有限公司);HMGB1、TLR4、MyD88、NF-κB 和β-actin 抗體(北京博奧森有限公司);辣根過(guò)氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)標(biāo)記的羊抗兔IgG 和HRP 標(biāo)記的羊抗鼠IgG(Abcam);白細(xì)胞介素4(interleukin-4,IL-4)、IL-5和IL-13 ELISA試劑盒及免疫組織化學(xué)試劑盒(長(zhǎng)春百奧生物科技有限公司);膠原酶A 和DNase I(Invitrogen)。
1.4 儀器 RM2015石蠟切片機(jī)(Leica);TXD3細(xì)胞涂片離心機(jī)(廣州瀘瑞明儀器有限公司);5415D型低溫高速多功能離心機(jī)(Eppendorf);歐姆龍壓縮式霧化吸入器(大連醫(yī)療器械廠(chǎng));小型垂直電泳儀及電泳槽(Bio-Rad);Cytation 5 多功能成像、全自動(dòng)酶標(biāo)儀(BioTek);Cyto-FLEX流式細(xì)胞儀(Beckman Coulter)。
2.1 動(dòng)物分組及模型制備 將所有豚鼠隨機(jī)分為5組:正常對(duì)照(control)組、模型組(OVA 組)、OVA+低劑量MHDC(low-dose MHDC,MHDC-L)組、OVA+高劑量MHDC(high-dose MHDC,MHDC-H)組和OVA+地塞米松(dexamethasone,DEX)組,每組10 只。參照文獻(xiàn)方法建立動(dòng)物模型[13],方案總結(jié)如下:除control 組外,其余4 組豚鼠均于第1、8 天腹腔注射100 mg OVA 生理鹽水溶解液,第16 天開(kāi)始,豚鼠進(jìn)行1% OVA 氣溶膠霧化激發(fā),每次持續(xù)2 min,隔天一次,連續(xù)2 周;control 組均用0.9%氯化鈉溶液代替。激發(fā)前1 h,MHDC-L 組5 g/kg MHDC 灌胃,MHDC-H組20 g/kg MHDC 灌胃,DEX 組0.5 mg/kg DEX 灌胃,control組和OVA組用等體積0.9%氯化鈉溶液灌胃,每天1次,持續(xù)2周。
2.2 行為學(xué)評(píng)估 最后一次OVA 霧化吸入后開(kāi)始記錄豚鼠行為學(xué)變化。觀(guān)察霧化30 min內(nèi)豚鼠抓鼻、撓癢及哮喘發(fā)作癥狀等行為學(xué)指標(biāo)并評(píng)分:無(wú)抓鼻或撓癢動(dòng)作計(jì)0分,抓鼻或撓癢出現(xiàn)1~3次計(jì)1分,4~6次計(jì)2分,7次及以上計(jì)3分;無(wú)哮喘癥狀計(jì)0分,出現(xiàn)輕微哮喘癥狀計(jì)3 分,出現(xiàn)呼吸急促、或呼吸頻率顯著加快或焦躁不安等哮喘癥狀計(jì)6分,出現(xiàn)嚴(yán)重呼吸困難如急促點(diǎn)頭、腹式呼吸等哮喘癥狀計(jì)9分。
2.3 標(biāo)本采集 末次激發(fā)24 h 后處死豚鼠,將豚鼠固定于解剖臺(tái)上,進(jìn)行氣管切開(kāi),灌注1 mL 0.9%氯化鈉溶液,反復(fù)抽吸3 次后收集支氣管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF),4 ℃冰箱保存。開(kāi)胸取豚鼠左肺下葉,放入4%甲醛中固定保存,部分右肺保存在-80 ℃冰箱備用。
2.4 BALF 中炎癥細(xì)胞計(jì)數(shù) 用血球計(jì)數(shù)儀對(duì)BALF 中炎癥細(xì)胞總數(shù)進(jìn)行計(jì)算,后將BALF 于4 ℃、3000 r/min 離心5 min,沉淀細(xì)胞涂片經(jīng)Diff-Quick 染色后進(jìn)行炎癥細(xì)胞分類(lèi)及計(jì)數(shù)。
2.5 ELISA檢測(cè)細(xì)胞因子 根據(jù)相應(yīng)的ELISA試劑盒測(cè)定各組豚鼠血清及BALF 中IL-4、IL-5 和IL-13的含量,通過(guò)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算其濃度,實(shí)驗(yàn)步驟嚴(yán)格遵照說(shuō)明書(shū)操作。
2.6 流式細(xì)胞術(shù) 將小塊的小鼠肺組織放入6 孔板中,并向其中加入1 g/L 膠原酶A、1 500 U/L DNase I及0.025 mol/L CaCl2,對(duì)孵育5 h后獲得的單細(xì)胞懸液進(jìn)行流式檢測(cè)。
2.7 肺組織病理學(xué)檢查 將10%福爾馬林固定后的左肺進(jìn)行石蠟包埋,后切成0.3 μm 厚度的切片備用。分別進(jìn)行HE、PAS 和Masson 染色觀(guān)察氣道周?chē)仔约?xì)胞浸潤(rùn)情況和杯狀細(xì)胞黏液分泌情況。
2.8 免疫組織化學(xué)檢測(cè) 切片置于60 ℃烤箱熔蠟,依次進(jìn)行脫蠟、水化,然后置于加熱100 ℃的抗體修復(fù)液中修復(fù)。滴加兔抗小鼠HMGB1多克隆抗體,在4 ℃冰箱孵育過(guò)夜。次日洗滌后滴加HRP 標(biāo)記的山羊抗兔IgG,室溫孵育,DAB 顯影,蘇木素復(fù)染,中性樹(shù)脂常規(guī)封片。
2.9 Western blot 檢測(cè)肺組織蛋白表達(dá) 右肺組織用RIPA 裂解液后勻漿提取組織蛋白,BCA 試劑盒進(jìn)行蛋白定量,測(cè)定每個(gè)樣品的濃度。經(jīng)SDS-PAGE分離提取的20 μg 等量蛋白質(zhì)并通過(guò)電印跡轉(zhuǎn)移到硝酸纖維素膜上;5%脫脂牛奶常溫封閉1 h 后分別加兔抗鼠HMGB1、TLR4、MyD88和NF-κB抗體4℃孵育過(guò)夜;次日常規(guī)洗膜后加入HRP 標(biāo)記的山羊抗兔IgG,室溫孵育2 h;洗膜后,用超敏ECL 發(fā)光試劑,根據(jù)ImageJ軟件用半定量法對(duì)蛋白條帶進(jìn)行分析。
2.10 免疫熒光法檢測(cè) 切片置于60 ℃烤箱熔蠟,依次進(jìn)行脫蠟、水化,然后置于加熱100 ℃的抗體修復(fù)液中修復(fù);PBS 洗滌后滴加3%BSA 溶液封閉1 h,加入HMGB1 抗體(1∶200)4℃冰箱孵育過(guò)夜;次日洗滌后滴加羊抗鼠熒光Ⅱ抗(1∶200)孵育2 h,最后滴加DAPI染核。
采用SPSS 17.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。所有數(shù)據(jù)都以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。組間均數(shù)比較采用單因素方差分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
與control組比較,OVA 組豚鼠的抓鼻、撓癢及哮喘發(fā)作程度顯著增高(P<0.01);與OVA 組比較,OVA+MHDC-L 和OVA+MHDC-H 組豚鼠的抓鼻、撓癢及哮喘發(fā)作程度顯著減輕(P<0.01),見(jiàn)圖1A。對(duì)各組BALF 中炎癥細(xì)胞數(shù)量及分類(lèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)OVA組與control組相比,炎癥細(xì)胞總數(shù)顯著增多(P<0.05),以嗜酸性粒細(xì)胞最為明顯;與OVA 組相比,OVA+MHDC-L、OVA+MHDC-H 和OVA+DEX 組嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的增長(zhǎng)均受到抑制(P<0.01),MHDC與DEX療效相似,見(jiàn)圖1B。
與control 組相比,OVA 組豚鼠BALF 中IL-4、IL-5 和IL-13 水平均顯著升高(P<0.05);與OVA 組相比,OVA+MHDC-L、OVA+MHDC-H 和OVA+DEX 組BALF 中的IL-4、IL-5 和IL-13 水平均顯著降低(P<0.01),見(jiàn)圖2。
如圖3 所示,與control 組相比,OVA 組豚鼠肺組織中代表Th1 型細(xì)胞因子的干擾素γ(interferon-γ,IFN-γ)水平顯著下降,代表Th2型細(xì)胞因子的IL-4水平顯著升高;與OVA 組相比,OVA+MHDC-L、OVA+MHDC-H 和OVA+DEX 組中IFN-γ 水平升高的同時(shí)IL-4水平降低。
Figure 1. Effect of Mahuang-Dingchuan decoction(MHDC)on behavior(A)and inflammatory cell count in the bronchoalveolar lavage fluid(BALF)of guinea pigs(B).DEX:dexamethasone;EOS:eosinophils;NEU:neutrophils;LYM:lymphocytes;MAC:macrophages.Mean±SD. n=10.#P<0.05,##P<0.01 vs control group;*P<0.05,**P<0.01 vs ovalbumin(OVA)group.圖1 麻黃定喘湯對(duì)豚鼠行為及BALF 中炎癥細(xì)胞計(jì)數(shù)的影響
Figure 2. Effect of Mahuang-Dingchuan decoction(MHDC)on inflammatory cytokines in the bronchoalveolar lavage fluid(BALF)of guinea pigs. DEX:dexamethasone;IL:interleukin. Mean±SD. n=10.#P<0.05 vs control group;*P<0.05,**P<0.01 vs ovalbumin(OVA)group.圖2 麻黃定喘湯對(duì)豚鼠BALF中炎癥細(xì)胞因子的影響
HE 染色結(jié)果顯示,與control 組相比,OVA 組支氣管黏膜損壞,黏膜下層可見(jiàn)大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn),氣道壁增厚明顯,MHDC 和DEX 治療明顯減輕炎癥細(xì)胞浸潤(rùn);PAS 染色結(jié)果顯示,OVA 組氣道周?chē)瓲罴?xì)胞顯著增多,黏液分泌增加,MHDC 和DEX 治療有效降低陽(yáng)性細(xì)胞計(jì)數(shù),抑制黏液高分泌;Masson 染色結(jié)果顯示,OVA 組氣道周?chē)z原蛋白沉積顯著,MHDC和DEX能顯著改善氣道膠原沉積,見(jiàn)圖4。
Figure 3. Effect of Mahuang-Dingchuan decoction(MHDC)on interferon-γ(IFN-γ)and interleukin-4(IL-4)expression in lung tissues of guinea pigs. OVA:ovalbumin;DEX:dexamethasone.圖3 麻黃定喘湯對(duì)豚鼠肺組織中IFN-γ和IL-4表達(dá)的影響
Western blot結(jié)果顯示,與control組相比,OVA組豚鼠肺組織中HMGB1、TLR4、MyD88 和NF-κB 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.05);與OVA 組相比,OVA+MHDC-L、OVA+MHDC-H 和OVA+DEX 組HMGB1、TLR4、MyD88 和NF-κB 蛋白表達(dá)均有不同程度的下降(P<0.05 或<0.01),其中OVA+MHDC-H 和OVA+DEX 組下降最為顯著,見(jiàn)圖5A。免疫組織化學(xué)染色結(jié)果可見(jiàn),HMGB1 胞質(zhì)內(nèi)陽(yáng)性表達(dá)呈棕黃色,OVA組HMGB1 蛋白在氣道周?chē)奂黠@,OVA+MHDCL、OVA+MHDC-H 和OVA+DEX 組氣道周?chē)鶫MGB1蛋白的聚集均不同程度地減少,見(jiàn)圖5B。免疫熒光結(jié)果同樣提示,與control 組相比,OVA 組HMGB1 熒光強(qiáng)度增強(qiáng),經(jīng)治療后,MHDC-L、MHDC-H 和DEX組HMGB1熒光強(qiáng)度減弱,見(jiàn)圖5C。
Figure 4. Effects of Mahuang-Dingchuan decoction(MHDC)on inflammation and fibrosis of lung tissues in the guinea pigs(×200).OVA:ovalbumin;DEX:dexamethasone.圖4 麻黃定喘湯對(duì)豚鼠肺組織炎癥和纖維化的影響
過(guò)敏性哮喘是一種常見(jiàn)的由空氣過(guò)敏原如塵螨、真菌等引發(fā)的氣道炎性疾病,該病嚴(yán)重影響患者的日常生活,很多患者在接受治療后哮喘仍然反復(fù)發(fā)作,從而發(fā)展成難治性支氣管哮喘[14]。由于目前治療哮喘藥物的局限性,我們?nèi)匀恍枰剿鞲行У闹委熕幬?。朝醫(yī)學(xué)認(rèn)為,人體陰陽(yáng)屬性的不同和天稟臟理的偏頗是疾病發(fā)生的根本原因?!稏|醫(yī)壽世保元》有云“人稟臟理有四不同……肝大而肺小者,名曰太陰人”。太陰人吸入氣液之中下焦肝部發(fā)達(dá),肺部孤弱,又太陰人多喜食肥甘厚味,欲靜而不欲動(dòng),肺直而伸之功減弱,易聚濕生痰,故太陰人更易感受外邪引動(dòng)伏痰,發(fā)為哮喘。因此基于四象醫(yī)學(xué)理論,研究和開(kāi)發(fā)針對(duì)于哮喘的治療藥物有十分重要的意義。
CD4+輔助性T 淋巴細(xì)胞(Th 細(xì)胞)在免疫功能障礙中發(fā)揮關(guān)鍵作用,直接參與哮喘的發(fā)生發(fā)展過(guò)程[15]。當(dāng)機(jī)體遇到外界刺激時(shí),Th細(xì)胞被激活,形成效應(yīng)細(xì)胞亞群,主要包括Th1 和Th2 細(xì)胞,而Th1 和Th2 細(xì)胞的平衡在細(xì)胞和體液免疫應(yīng)答的調(diào)節(jié)中起主要作用。當(dāng)Th1/Th2 細(xì)胞分化平衡被打破,Th1 亞群分泌的IFN-γ 以及Th2 亞群分泌的IL-4、IL-5、IL-13 也表現(xiàn)為炎癥細(xì)胞因子分泌失衡,其中IL-4 和IL-5 調(diào)節(jié)骨髓中嗜酸性粒細(xì)胞的成熟和釋放,IL-13 促進(jìn)B 細(xì)胞分化,在氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性和黏液分泌中起主導(dǎo)作用,這些炎癥細(xì)胞因子都是哮喘發(fā)病的關(guān)鍵因素,也是導(dǎo)致持續(xù)炎癥反應(yīng)和氣道重塑的直接效應(yīng)介質(zhì)[16-17]。本研究發(fā)現(xiàn),OVA 誘導(dǎo)的哮喘豚鼠BALF 中炎癥細(xì)胞計(jì)數(shù)及IL-4、IL-5 和IL-13 水平顯著升高,流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)到OVA 誘導(dǎo)的哮喘豚鼠肺組織中IFN-γ 水平降低而IL-4 水平升高,HE、PAS 和Masson 染色可見(jiàn)豚鼠氣道炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)加劇,黏液分泌及膠原蛋白沉積增多;經(jīng)MHDC 治療后,豚鼠BALF 中炎癥細(xì)胞計(jì)數(shù)及IL-4、IL-5 和IL-13水平降低,肺組織中IFN-γ 水平升高而IL-4 水平降低,HE、PAS 和Masson 染色可見(jiàn)豚鼠氣道炎癥減輕,黏液分泌及膠原蛋白沉積減少。這些結(jié)果表明,MHDC可以有效緩解哮喘氣道炎癥的進(jìn)展。
HMGB1 是一種重要的內(nèi)源性促炎因子,廣泛存在于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中,當(dāng)發(fā)生感染時(shí),HMGB1 刺激單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞分泌炎癥介質(zhì),在炎性疾病的發(fā)病過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用[18]。TLR4 是TLR 家族成員之一,是HMGB1 誘導(dǎo)炎癥的重要受體,HMGB1 通過(guò)與TLR4 結(jié)合發(fā)揮其促炎作用[19]。TLR4 主要由富含亮氨酸的胞外段、跨膜段及含有Toll/IL-1 受體(Toll/IL-1 receptor,TIR)結(jié)構(gòu)域的胞內(nèi)段三部分組成,多在T 細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)。TLR4能夠直接識(shí)別外源性的病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular pattern,PAMP)和內(nèi)源性的損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular pattern,DAMP)[20]。當(dāng)TLR4 由脂多糖、透明質(zhì)酸等一系列配體觸發(fā)后,通過(guò)MyD88 依賴(lài)性和非依賴(lài)性方式激活NF-κB,誘導(dǎo)免疫和炎癥反應(yīng)[21]。Meng 等[22]發(fā)現(xiàn),脂多糖誘導(dǎo)的過(guò)敏性氣道炎癥通過(guò)激活肥大細(xì)胞中的TLR4 而介導(dǎo)Th2 應(yīng)答。TLR4 能夠激活下游NF-κB 通路,促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄和多種炎癥介質(zhì)表達(dá)。NF-κB 的激活能夠促進(jìn)Th2 細(xì)胞浸潤(rùn)及增加炎癥細(xì)胞的沉積,同時(shí)釋放多種炎癥細(xì)胞因子[23]。本研究結(jié)果顯示,OVA 誘導(dǎo)肺組織HMGB1、TLR4、MyD88 和NF-κB 蛋白表達(dá)上調(diào);使用MHDC治療后,肺組織中HMGB1、TLR4、MyD88和NF-κB蛋白表達(dá)下調(diào)。
Figure 5. Effects of Mahuang-Dingchuan decoction(MHDC)on the protein expression levels of high mobility group box protein 1(HMGB1),Toll-like receptor 4(TLR4),myeloid differentiation factor 88(MyD88)and nuclear factor-κB(NF-κB)in lung tissues of the guinea pigs. A:Western blot was used to detect the protein expression of HMGB1,TLR4,MyD88 and NF-κB;B:the expression of HMGB1 protein detected by immunohistochemistry(×200);C:the expression of HMGB1 protein detected by immunofluorescence(×200). DEX:dexamethasone. Mean±SD. n=10.##P<0.01 vs control group;*P<0.05,**P<0.01 vs ovalbumin(OVA)group.圖5 麻黃定喘湯對(duì)豚鼠肺組織HMGB1、TLR4、MyD88和NF-κB蛋白表達(dá)的影響
綜上所述,MHDC 能有效降低哮喘豚鼠肺內(nèi)炎癥細(xì)胞總數(shù)和炎癥因子水平,緩解肺內(nèi)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn),抑制杯狀細(xì)胞增生,逆轉(zhuǎn)膠原蛋白沉積并減輕哮喘豚鼠氣道炎癥,其作用機(jī)制可能與抑制HMGB1/TLR4/NF-κB信號(hào)通路有關(guān)。