章捷 田由 吳臻斐 黃玲莉
壞死性小腸結(jié)腸炎(necrotizing enterocolitis,NEC)是一種以腸道炎癥為主要特征的嚴(yán)重胃腸道疾病,多發(fā)于新生兒,尤其在早產(chǎn)兒、低體重兒中的發(fā)病率更高,是導(dǎo)致新生兒死亡的重要原因之一[1-2]。NEC 發(fā)病機(jī)制復(fù)雜。大量研究表明,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress,ERS)介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡與NEC 病程發(fā)展密切相關(guān),其中蛋白激酶RNA 樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase RNA- like endoplasmic reticulum kinase,PERK)/真核翻譯啟動因子2α(eukayotic translation initiation factor 2α,eIF2α)/CCAAT 增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白(CCAAT enhancer-binding protein homologous protein,CHOP)信號通路是ERS 誘導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞凋亡的重要途徑,而抑制該通路可以改善腸道損傷,延緩NEC 的發(fā)病進(jìn)程[3-4]。因此,有效調(diào)控PERK/eIF2α/CHOP 信號通路或許能為治療NEC 的新藥研發(fā)提供思路。木犀草素是一種具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用的黃酮類化合物,能有效減輕NEC 模型大鼠腸道黏膜損傷,對腸黏膜有保護(hù)作用[5-6]。木犀草素還能通過激活PERK、eIF2α、活化轉(zhuǎn)錄因子4(activating transcription factor 4,ATF4)、CHOP 等ERS 相關(guān)蛋白,進(jìn)而誘導(dǎo)人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞凋亡[7]。但木犀草素能否通過調(diào)控PERK/eIF2α/CHOP 信號通路改善NEC,目前尚不明確。因此,本研究通過建立NEC 大鼠模型和NEC 細(xì)胞模型,從大鼠體內(nèi)外水平觀察木犀草素對NEC 的影響以及對PERK/eIF2α/CHOP 信號通路的調(diào)控作用,進(jìn)而探討木犀草素改善NEC 的可能機(jī)制,為臨床應(yīng)用提供參考。
1.1 實(shí)驗(yàn)動物和細(xì)胞 無特定病原體的清潔級新生SD 大鼠30 只,雌雄不限,購自上海斯萊克實(shí)驗(yàn)動物有限責(zé)任公司。大鼠小腸上皮細(xì)胞系IEC-6(批號:iCell-r016)購自賽百慷(上海)生物技術(shù)股份有限公司。本研究經(jīng)浙江鷹旸醫(yī)藥研發(fā)有限公司實(shí)驗(yàn)動物倫理委員會審查通過(批準(zhǔn)文號:ZJEY-20221128-06)。
1.2 主要試劑與儀器 木犀草素(粉劑;規(guī)格:100 mg/瓶;批號:B20888)、PERK 抑制劑GSK2606414(粉劑;規(guī)格:25 mg/瓶;批號:S80279)、4',6-二脒基-2 苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)(批號:S19119)均購自上海源葉生物科技有限公司;蘇木素(批號:20220425)、伊紅(批號:20220417)均購自美國Sigma公司;噻唑藍(lán)(methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide,MTT)試劑盒(批號:117831320226)、原位末端轉(zhuǎn)移酶標(biāo)記(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-biotin nick end labeling,TUNEL)試劑盒(批號:11222220513)、BCA 定量試劑盒(批號:120219200721)均購自上海碧云天生物技術(shù)有限公司;大鼠TNF-α ELISA 試劑盒(批號:202211)購自泉州市睿信生物科技有限公司;大鼠IL-6 ELISA 試劑盒(批號:864895-008)購自美國Thermo公司;PERK抗體(批號:23M5315)、磷酸化PERK(p-PERK)抗體(批號:87p8121)、eIF2α抗體(批號:55h2355)、磷酸化eIF2α(p-eIF2α)抗體(批號:83H9328)、CHOP 抗體(批號:55Y1643)均購自美國Affinity 公司。Micro17R 低溫高速離心機(jī)、BB150細(xì)胞培養(yǎng)箱均購自美國Thermo 公司;TP1020 脫水機(jī)、RM2235 病理切片機(jī)均購自上海徠卡儀器有限公司;BMJ-IB 包埋機(jī)購自天津天利航空機(jī)電有限公司;Nikon Eclipse Ci-L 正置光學(xué)顯微鏡購自日本Nikon 公司;AE2000 光學(xué)顯微鏡購自中國Motic 公司;610020-9Q 化學(xué)發(fā)光儀購自上海勤翔科學(xué)儀器有限公司;BX63 電動熒光顯微鏡購自日本奧林巴斯公司。
1.3 動物實(shí)驗(yàn)
1.3.1 動物建模、分組與處理 (1)NEC 新生大鼠模型建立:取24 只新生大鼠置于含100%氮?dú)獾娜毖跸渲?0 s 后立即取出,置于4 ℃冰箱中10 min,每12 h 進(jìn)行1 次上述缺氧冷刺激,連續(xù)3 d,建立NEC 新生大鼠模型[8]。(2)動物分組:將建模后的新生大鼠按隨機(jī)數(shù)字表法分為木犀草素17.5 mg/kg 組、木犀草素35 mg/kg組、木犀草素70 mg/kg 組、模型組,每組6 只;剩余6 只新生大鼠設(shè)為正常組。(3)動物處理:用藥的3 組新生大鼠分別予相應(yīng)劑量的木犀草素(均溶于0.1 mL 0.9%氯化鈉溶液中),其余兩組新生大鼠僅予0.1 mL 0.9%氯化鈉溶液,均灌胃1 次/d,連續(xù)4 d。5 組新生大鼠均在籠中鼠乳喂養(yǎng),于第5 天予二氧化碳安樂死處理,采集大鼠眼眶血備用,剖腹取結(jié)腸組織備用。
1.3.2 大鼠腸道組織病理學(xué)變化觀察 采用HE 染色。取大鼠腸道組織,4%多聚甲醛溶液固定,石蠟包埋,5 μm 切片,脫蠟水合,HE 染色。在正置光學(xué)顯微鏡觀察采集大鼠腸道組織病理學(xué)變化并采集圖片。
1.3.3 大鼠腸道組織細(xì)胞凋亡檢測 采用TUNEL法。取大鼠腸道組織,切成5 μm 薄片,烤片30 min,脫蠟水化。滴加20 μg/mL不含DNase的蛋白酶K,在37 ℃下處理30 min。甩干后使用PBS配置的0.1%Triton在室溫下孵育組織樣本20 min。隨后滴加TdT酶、dUTP、buffer,置于37 ℃恒溫箱孵育2 h。使用PBS洗滌3次,5 min/次。移除PBS后滴加DAPI染液,置于避光室溫下孵育10 min。使用抗熒光淬滅劑封片,在熒光顯微鏡下觀察結(jié)果,利用Image-Pro Plus 6.0軟件計(jì)算細(xì)胞凋亡率。細(xì)胞凋亡率=(TUNEL陽性細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù))×100%。
1.3.4 大鼠腸道組織及血清中TNF-α、IL-6 水平檢測 采用ELISA 法。(1)取大鼠腸道組織,PBS 沖洗,剪碎,制備組織勻漿,6 711 r/min 離心5 min,取上清液檢測大鼠腸道組織中TNF-α、IL-6 水平。(2)取大鼠眼眶血,3 500 r/min 離心15 min,取上清液檢測大鼠血清中TNF-α、IL-6 水平。
1.3.5 大鼠腸道組織PERK/eIF2α/CHOP 信號通路相關(guān)因子表達(dá)水平檢測 采用Western blot 法。根據(jù)試劑盒提示步驟提取大鼠腸道組織蛋白,采用BCA 法測定樣品濃度,經(jīng)十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳后轉(zhuǎn)移至聚偏二氟乙烯膜上,封閉,孵育1.5 h,洗膜,加入一抗(PERK、p-PERK、eIF2α、p-eIF2α、CHOP),4 ℃孵育過夜,加入二抗,室溫孵育1 h,洗膜。在暗室中曝光顯影,使用Quantity One 凝膠分析軟件測定蛋白條帶灰度值,計(jì)算p-PERK 與PERK、p-eIF2α 與eIF2α、CHOP 與甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)條帶灰度值的比值。
1.4 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)
1.4.1 細(xì)胞建模與分組 (1)NEC 細(xì)胞模型建立:將大鼠腸上皮細(xì)胞系IEC-6 置于100 μg/mL 脂多糖溶液中刺激3 h[9]。(2)細(xì)胞分組:①將建模后的IEC-6 細(xì)胞接種于6 孔板,細(xì)胞濃度設(shè)為1×106個/孔,按隨機(jī)數(shù)字表法分為木犀草素5 μmol/L 組、木犀草素10 μmol/L組、木犀草素20 μmol/L 組、模型組,另取未行脂多糖處理的IEC-6 細(xì)胞設(shè)為正常組(僅予0.9%氯化鈉溶液),使用移液槍分別加入相應(yīng)藥物后,均在37 ℃、95%O2+5%CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。②另取建模后的IEC-6 細(xì)胞接種于6 孔板,細(xì)胞濃度設(shè)為1×106個/孔,分為GSK2606414 0.5 μmol/L 組、GSK2606414 1.0 μmol/L 組、GSK2606414 2.0 μmol/L 組、GSK2606414 4.0 μmol/L 組、模型組(僅予0.9%氯化鈉溶液),使用移液槍分別加入相應(yīng)藥物后,于細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。以上實(shí)驗(yàn)每組設(shè)3 個復(fù)孔,結(jié)果取平均值。
1.4.2 IEC-6 細(xì)胞存活率檢測 采用MTT法。取各組IEC-6 細(xì)胞制備成細(xì)胞懸液,經(jīng)不同濃度木犀草素或GSK2606414干預(yù)處理后,加入10 μL MTT溶液培養(yǎng)2 h;使用酶標(biāo)儀測定波長450 nm 處的吸光度值,計(jì)算細(xì)胞存活率。后續(xù)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)選擇細(xì)胞存活率最高的藥物濃度(木犀草素20 μmol/L,GSK2606414 4.0 μmol/L)作為干預(yù)濃度,增設(shè)木犀草素20 μmol/L+GSK2606414 4.0 μmol/L 組。
1.4.3 IEC-6 細(xì)胞中TNF-α、IL-6 水平檢測 采用ELISA法。取IEC-6細(xì)胞培養(yǎng)液,2 000~3 000 r/min離心20 min,取上清液檢測IEC-6細(xì)胞中TNF-α、IL-6水平。
1.4.4 EC-6 細(xì)胞中PERK/eIF2α/CHOP 信號通路相關(guān)因子表達(dá)水平檢測 采用Western blot 法。根據(jù)試劑盒提示步驟提取EC-6 細(xì)胞總蛋白,后續(xù)步驟與1.3.5所描述的基本相同。
1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 16.0 統(tǒng)計(jì)軟件和Graph-Pad Prism 9.0 軟件。計(jì)量資料以表示,若方差齊時多組間比較采用單因素方差分析的Tukey 檢驗(yàn),若方差不齊多組間比較采用Dunnett'sT3檢驗(yàn)。P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 木犀草素對NEC 大鼠腸道組織病理學(xué)變化的影響 正常組大鼠腸道組織結(jié)構(gòu)基本正常完整,無明顯損傷;模型組、木犀草素17.5 mg/kg 組大鼠腸道組織絨毛脫落嚴(yán)重,黏膜下層和(或)固有層嚴(yán)重分離,組織損傷嚴(yán)重;木犀草素35 mg/kg組大鼠腸道組織絨毛脫落分離,組織輕微損傷;木犀草素70 mg/kg 組大鼠腸道組織結(jié)構(gòu)較為完整,絨毛輕微分離,組織損傷較小,見圖1。
圖1 木犀草素對壞死性小腸結(jié)腸炎大鼠腸道組織病理學(xué)變化的影響
2.2 木犀草素對NEC 大鼠腸道組織細(xì)胞凋亡率的影響 與正常組比較,模型組大鼠腸道組織細(xì)胞凋亡率明顯較高(P<0.05);與模型組比較,木犀草素17.5 mg/kg 組、木犀草素35 mg/kg 組、木犀草素70 mg/kg組大鼠腸道組織細(xì)胞凋亡率均明顯較低(均P<0.05),見圖2(封三)。
圖2 木犀草素對壞死性小腸結(jié)腸炎大鼠腸道組織細(xì)胞凋亡率的影響
2.3 木犀草素、GSK2606414 對IEC-6 細(xì)胞存活率的影響 木犀草素5 μmol/L 組、木犀草素10 μmol/L 組、木犀草素20 μmol/L 組、模型組、正常組細(xì)胞存活率分別為(53.29±3.59)%、(68.70±4.55)%、(83.42±6.39)%、(43.39±2.80)%、(100.00±6.35)%,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);其中模型組細(xì)胞存活率較正常組明顯下降(P<0.05),木犀草素5 μmol/L 組、木犀草素10 μmol/L 組、木犀草素20 μmol/L 組細(xì)胞存活率均較模型組明顯升高(均P<0.05),且以木犀草素20 μmol/L組最高(均P<0.05)。GSK2606414 0.5 μmol/L組、GSK2606414 1.0 μmol/L 組、GSK2606414 2.0 μmol/L組、GSK2606414 4.0 μmol/L 組、模型組細(xì)胞存活率分別為(66.72± 6.44)% 、(74.61± 7.39)% 、(80.15±7.42)%、(85.57±7.51)%、(52.52±5.17)%,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);其中GSK2606414 0.5 μmol/L 組、GSK2606414 1.0 μmol/L 組、GSK2606414 2.0 μmol/L 組、GSK2606414 4.0 μmol/L 組細(xì)胞存活率較模型組均明顯升高(均P<0.05),且以GSK2606414 4.0 μmol/L 組最高(均P<0.05)。故后續(xù)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)選擇細(xì)胞存活率最高的藥物濃度(木犀草素20 μmol/L,GSK2606414 4.0 μmol/L)作為干預(yù)濃度。
2.4 木犀草素對NEC 大鼠腸道組織、血清及IEC-6 細(xì)胞中TNF-α、IL-6 水平的影響 與正常組比較,模型組大鼠腸道組織及血清中TNF-α、IL-6 水平均明顯較高(均P<0.05);與模型組比較,木犀草素35 mg/kg 組、木犀草素70 mg/kg 組大鼠腸道組織中TNF-α、IL-6 水平明顯較低(均P<0.05),木犀草素17.5 mg/kg 組、木犀草素35 mg/kg 組、木犀草素70 mg/kg 組大鼠血清中TNF-α、IL-6 水平均明顯較低(均P<0.05),見表1。與正常組比較,模型組IEC 細(xì)胞中TNF-α、IL-6 水平均明顯較高(均P<0.05);與模型組比較,木犀草素20 μmol/L 組IEC 細(xì)胞中TNF-α、IL-6 水平均明顯較低(均P<0.05),見表2。
表1 木犀草素對壞死性小腸結(jié)腸炎大鼠腸道組織及血清中TNF-α、IL-6 水平的影響(ng/L)
表2 木犀草素對IEC-6細(xì)胞中TNF-α、IL-6水平的影響(ng/L)
2.5 木犀草素對NEC 大鼠腸道組織及IEC-6 細(xì)胞中PERK/eIF2α/CHOP 信號通路相關(guān)因子表達(dá)水平的影響 與正常組比較,模型組大鼠腸道組織中p-PERK/PERK、p-eIF2α/eIF2α、CHOP 表達(dá)水平均明顯較高(均P<0.05);與模型組比較,木犀草素17.5mg/kg組、木犀草素35mg/kg組、木犀草素70mg/kg組大鼠腸道組織中p-PERK/PERK、p-eIF2α/eIF2α、CHOP表達(dá)水平均明顯較低(均P<0.05),見圖3A。與正常組比較,模型組IEC-6細(xì)胞中p-PERK/PERK、p-eIF2α/eIF2α、CHOP表達(dá)水平均明顯較高(均P<0.05);與模型組比較,木犀草素20μmol/L組IEC-6細(xì)胞中p-PERK/PERK、p-eIF2α/eIF2α、CHOP表達(dá)水平均較低(均P<0.05);與木犀草素20μmol/L組比較,木犀草素20μmol/L+GSK26064144.0μmol/L組IEC-6細(xì)胞中p-PERK/PERK、p-eIF2α/eIF2α、CHOP表達(dá)水平均明顯較低(均P<0.05),見圖3B。
NEC 發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜,早期以腸道炎癥為主要特征,隨疾病發(fā)展,可導(dǎo)致小腸上皮細(xì)胞凋亡、壞死,嚴(yán)重時可引發(fā)多器官衰竭和全身膿毒血癥,最終造成死亡[10-11]。因此,抑制腸道炎癥、減少小腸上皮細(xì)胞凋亡對于有效治療NEC 尤為重要。但目前對于NEC 的治療方法以外科手術(shù)治療和內(nèi)科保守治療為主,前者易導(dǎo)致多種并發(fā)癥,后者往往療效不佳且不良反應(yīng)較多,目前尚無統(tǒng)一有效的臨床治療措施[12-13]。本研究使用的木犀草素源于多種藥用植物的活性成分,具有抗炎和調(diào)節(jié)免疫的生物活性,可有效改善NEC 模型大鼠腸道損傷,緩解其發(fā)病進(jìn)程[5-6]。相關(guān)研究表明,木犀草素具有減輕組織損傷、減少細(xì)胞凋亡和增強(qiáng)細(xì)胞活性的作用[14]。本研究以缺氧冷刺激法建立NEC 大鼠模型,HE 染色結(jié)果顯示,與模型組比較,木犀草素35 mg/kg 組、木犀草素70 mg/kg 組大鼠腸道組織絨毛分離減少,組織損傷明顯改善,這說明木犀草素對腸道組織結(jié)構(gòu)和功能具有顯著改善作用。TUNEL 染色結(jié)果顯示,與模型組比較,不同濃度木犀草素干預(yù)后的NEC 大鼠腸道組織細(xì)胞凋亡率均明顯下降,說明木犀草素可抑制腸道組織細(xì)胞凋亡。同時,本研究采用脂多糖刺激法建立NEC 細(xì)胞模型,MTT 結(jié)果顯示,與模型組比較,木犀草素5 μmol/L 組、木犀草素10 μmol/L 組、木犀草素20 μmol/L 組IEC 細(xì)胞存活率均明顯升高,其中木犀草素20 μmol/L 組作用最顯著,說明木犀草素能夠提高小腸上皮細(xì)胞存活率。以上研究結(jié)果與Vukelic 等[14]研究結(jié)果相符。
炎癥反應(yīng)在NEC 的發(fā)生、發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。多項(xiàng)研究表明,TNF-α、IL-6 水平與NEC 早期診斷和預(yù)后評估有關(guān)[15]。TNF-α 是體內(nèi)重要的核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,在感染、腹瀉等多種應(yīng)激源的誘導(dǎo)下轉(zhuǎn)導(dǎo)到細(xì)胞核中,可介導(dǎo)多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,參與炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)[16]。Schreurs 等[17]研究表明,胎兒CD4 效應(yīng)記憶T 細(xì)胞可通過分泌TNF-α 細(xì)胞因子在生命早期介導(dǎo)嚴(yán)重的細(xì)胞炎癥,進(jìn)而引發(fā)NEC。IL-6 是人體重要的促炎介質(zhì),能誘導(dǎo)許多炎癥細(xì)胞和炎癥介質(zhì)的釋放,是導(dǎo)致炎癥級聯(lián)反應(yīng)和平衡障礙的關(guān)鍵因素之一。Guo等[18]研究表明,IL-6 水平與腸道生理和病理狀態(tài)密切相關(guān)。本研究結(jié)果顯示,與模型組比較,經(jīng)不同濃度木犀草素干預(yù)處理后的NEC 大鼠腸道組織、血清以及IEC 細(xì)胞中TNF-α、IL-6 水平均明顯下降,說明木犀草素可通過抑制炎癥介質(zhì)TNF-α、IL-6 的釋放來減輕組織炎癥,進(jìn)而延緩疾病進(jìn)程,這可能與木犀草素能夠通過調(diào)控促炎介質(zhì)、調(diào)節(jié)促炎基因表達(dá)以及調(diào)節(jié)炎癥小體發(fā)揮抗炎作用等有關(guān)[19]。
ERS 是機(jī)體面對多種刺激因素和損傷因子進(jìn)行適應(yīng)環(huán)境的自我調(diào)整,在NEC 的發(fā)病過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,其增加會引起小腸上皮細(xì)胞凋亡或壞死,最終導(dǎo)致NEC 的發(fā)生[20]。當(dāng)發(fā)生ERS 時,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)通過未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)維持其正常功能并促進(jìn)細(xì)胞存活,但是如果刺激過強(qiáng)或持續(xù)過久,UPR 不能恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的穩(wěn)態(tài),則會啟動凋亡途徑,損害組織器官[20]。PERK/eIF2α/CHOP 信號通路是ERS誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的重要通路之一。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中存在較多未折疊蛋白時,葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白會與PERK 分離,從而激活PERK,隨后eIF2α 通過磷酸化阻斷蛋白質(zhì)合成,但持續(xù)的應(yīng)激會增加ATF4 的翻譯,促進(jìn)CHOP 的表達(dá),進(jìn)而激活PERK/eIF2α/CHOP 信號通路,介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[3-4,21]。本研究MTT 結(jié)果顯示,與模型組比較,給予GSK2606414 干預(yù)后的IEC 細(xì)胞存活率明顯升高,其中GSK2606414 4.0 μmol/L 組作用最顯著,提示抑制PERK 蛋白可提高小腸上皮細(xì)胞活性,木犀草素可能通過調(diào)控PERK 蛋白來減少細(xì)胞凋亡,并增加細(xì)胞活性。Western blot 檢測結(jié)果顯示,與模型組比較,經(jīng)木犀草素干預(yù)處理后的NEC 大鼠腸道組織、血清以及IEC 細(xì)胞中p-PERK/PERK、p-eIF2α/eIF2α、CHOP 表達(dá)水平均明顯降低,而加入GSK2606414 后木犀草素對PERK/eIF2α/CHOP 信號通路的抑制作用進(jìn)一步加強(qiáng),進(jìn)一步說明木犀草素可通過抑制PERK/eIF2α/CHOP 信號通路來減少NEC 腸道組織細(xì)胞的凋亡、壞死。
綜上所述,木犀草素可有效改善新生大鼠NEC,其作用機(jī)制可能與下調(diào)TNF-α、IL-6 以及p-PERK/PERK、p-eIF2α/eIF2α、CHOP 表達(dá)水平進(jìn)而抑制炎癥反應(yīng)有關(guān),這為臨床NEC 的治療提供理論參考。