李永勝,馬曉峰
(1.甘肅省人民醫(yī)院 急診科,甘肅 蘭州 730000; 2.國(guó)營(yíng)長(zhǎng)風(fēng)機(jī)器廠職工醫(yī)院 內(nèi)科,甘肅 蘭州 730000)
·論著·
烏司他丁對(duì)腸道上皮細(xì)胞屏障損傷的保護(hù)作用分析
李永勝1,馬曉峰2
(1.甘肅省人民醫(yī)院 急診科,甘肅 蘭州 730000; 2.國(guó)營(yíng)長(zhǎng)風(fēng)機(jī)器廠職工醫(yī)院 內(nèi)科,甘肅 蘭州 730000)
目的探討烏司他丁(UTI)對(duì)腸道上皮細(xì)胞屏障損傷的保護(hù)作用及其機(jī)制。方法培養(yǎng)Caco-2細(xì)胞,并建立腫瘤壞死因子α(TNF-α)誘導(dǎo)的單層上皮細(xì)胞模型,隨機(jī)分為空白對(duì)照組、TNF-α模型組、UTI低劑量組(5萬(wàn)U/kg)、UTI中劑量組(10萬(wàn)U/kg)、UTI高劑量組(20萬(wàn)U/kg)。采用Millicell電阻儀和多功能讀板儀分別測(cè)定各組上皮細(xì)胞電阻(TER)和異硫氰酸熒光素標(biāo)記的葡聚糖(FITC-dextran),酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法(ELISA)測(cè)定白細(xì)胞介素6(IL-6)、IL-10水平,流式細(xì)胞儀測(cè)定細(xì)胞凋亡率,免疫蛋白質(zhì)印記(Western blot)技術(shù)測(cè)定緊密連接蛋白閉合蛋白(occludin)和緊密黏連蛋白1(ZO-1)表達(dá)水平。結(jié)果與空白對(duì)照組相比,TNF-α模型組TER、FITC-dextran、occludin和ZO-1表達(dá)水平均明顯下降,IL-6、IL-10、細(xì)胞凋亡率明顯升高(P<0.05);與TNF-α模型組比較,經(jīng)UTI處理后,TER、FITC-dextran、occludin和ZO-1表達(dá)水平升高,IL-6、IL-10、細(xì)胞凋亡率降低(P<0.05),其中以UTI高劑量組變化最顯著(P<0.05)。結(jié)論UTI可能通過(guò)抑制炎性介質(zhì)釋放,調(diào)節(jié)緊密連接相關(guān)蛋白表達(dá),抑制TNF-α誘導(dǎo)的腸道上皮細(xì)胞屏障功能損傷。
腸;細(xì)胞屏障;腫瘤壞死因子α;烏司他?。痪o密連接蛋白
腸道上皮細(xì)胞屏障是維持腸道屏障功能的關(guān)鍵[1],腫瘤壞死因子α(TNF-α)是重要的致炎因子,可損害腸上皮細(xì)胞及其細(xì)胞間緊密結(jié)構(gòu),影響腸道屏障功能。烏司他丁(UTI)是一種廣譜酶抑制劑,可抑制中性粒細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等釋放的絲氨酸蛋白酶,具有抑制炎癥、清除氧自由基等作用[2]。最近研究表明,UTI抗炎效果確切,對(duì)小鼠腸道黏膜損傷有保護(hù)作用[3-4],但具體作用機(jī)制尚不明確。本研究通過(guò)建立TNF-α誘導(dǎo)的單層腸上皮細(xì)胞(IECs)屏障模型,從細(xì)胞功能、分子水平方面綜合評(píng)價(jià)UTI對(duì)模型細(xì)胞的保護(hù)作用,并探討作用機(jī)制,為UTI治療腸黏膜屏障損傷提供依據(jù),現(xiàn)報(bào)告如下。
1.1試劑與設(shè)備 UTI由廣東天普生化醫(yī)藥股份有限公司提供;DMEM高糖培養(yǎng)基由美國(guó)GIBCO BRl公司提供;人腸上皮細(xì)胞注射株Caco-2細(xì)胞由美國(guó)ATCC公司提供;磷酸緩沖鹽溶液(PBS)由北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司提供;兔抗occludin抗體由美國(guó)Abcam公司提供;兔抗ZO-1抗體由美國(guó)Santa Cruz公司提供;TNF-α、IL-6 ElISA檢測(cè)試劑由上海森雄生物技術(shù)公司提供;Millicell電阻儀由Millipore公司提供;二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱由美國(guó)NAPCO公司提供BD FACSCanto Ⅱ流式細(xì)胞儀由美國(guó)Becton Dickinson公司提供。
1.2方法
1.2.1細(xì)胞培養(yǎng)及單層上皮細(xì)胞模型的建立 用DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng)人腸上皮細(xì)胞注射株Caco-2細(xì)胞,37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng),隔日換液,檢測(cè)跨上皮細(xì)胞電阻(TER)。體外上皮屏障形成判斷標(biāo)準(zhǔn):培養(yǎng)21~28天后TER明顯升高,且數(shù)值穩(wěn)定。
1.2.2Millicell電阻儀和多功能讀板儀分別測(cè)定TER和異硫氰酸熒光素標(biāo)記的葡聚糖(FITC-dextran) 將傳代至23~31代的Caco-2細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)開始后換用實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)液,由不含谷氨酰胺(Gln)和胎牛血清(FBS)的DMEM、10 nmol/L 4-羥乙基哌乙磺酸(HEPES)、10 g/L丙酮酸鈉構(gòu)成。Caco-2細(xì)胞單層以5×105/個(gè)接種于96孔板,分別在頂室與底室中加入實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)液100 μl和600 μl,隔天換液。顯微鏡下觀察細(xì)胞生長(zhǎng)情況及緊密連接的完整性。測(cè)量不同時(shí)間點(diǎn)TER值。細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)前加入無(wú)血清培養(yǎng)基饑餓12小時(shí),設(shè)置空白對(duì)照組(無(wú)TNF-α、UTI)和TNF-α處理組,TNF-α處理組分別不加入U(xiǎn)TI或加入U(xiǎn)TI低(5萬(wàn)U/kg)、中(10萬(wàn)U/kg)、高劑量組(20萬(wàn)U/kg),每組3個(gè)復(fù)孔,孵育過(guò)夜后,空白對(duì)照組更換細(xì)胞培養(yǎng)液,UTI低、中、高劑量組分別給予5萬(wàn)U/kg、10萬(wàn)U/kg,20萬(wàn)U/kg UTI繼續(xù)培養(yǎng)24小時(shí)。用Millicell電阻儀的兩電極置入小室頂側(cè)和基底側(cè)測(cè)定TER值。各Caco-2細(xì)胞處理48小時(shí),采用FITC-葡聚糖((FITC-dextran))熒光示蹤法檢測(cè)腸上皮細(xì)胞通透性。預(yù)熱D-hank液至37 ℃,清洗Transwell頂室、底室1次,分別添加FITC-葡聚糖(1 mg/ml)100 μl、D-hank液500 μl,置于96孔板內(nèi),37 ℃、5%CO2條件下孵育2小時(shí)。取底室液體,采用多功能讀板儀(芬蘭Thermo公司)檢測(cè)樣品熒光長(zhǎng)度,激光波長(zhǎng)480 nm,發(fā)生光波長(zhǎng)520 nm,重復(fù)測(cè)量5次取平均值。
1.2.3ELISA測(cè)定IL-6、TNF-α水平 將Caco-2細(xì)胞單層以5×105/L接種于24孔板,分組及干預(yù)方法同1.2.2,培養(yǎng)24小時(shí)后收集上清液,采用ElISA法測(cè)定各組IL-6、IL-10水平。
1.2.4流式細(xì)胞儀測(cè)定細(xì)胞凋亡率 將Caco-2細(xì)胞單層以每孔3×105/L各細(xì)胞接種于6孔板,培養(yǎng)過(guò)夜,分組及干預(yù)方法同1.2.2。干預(yù)24小時(shí)后吸除培養(yǎng)液,用PBS清洗細(xì)胞3次,制成單細(xì)胞懸液,并用PBS重懸,密度為1.0×106個(gè)/ml,加入FITC Annexin V和PI各5 μl,室溫下孵育15分鐘后,加入PBS 400 μl,采用流式細(xì)胞儀測(cè)定細(xì)胞凋亡率。
1.2.5采用免疫蛋白質(zhì)印記(western blot)技術(shù)測(cè)定緊密連接蛋白o(hù)ccludin、zo-1表達(dá)水平 將Caco-2細(xì)胞單層以1.0×105/L接種于24孔板,提取總蛋白,SDS-PAGE電泳,根據(jù)抗體實(shí)驗(yàn)說(shuō)明書推薦濃度用一抗稀釋液稀釋對(duì)應(yīng)抗體,其中兔抗occlidin抗體為1∶800,兔抗ZO-1抗體為1∶200,將封閉好的PVDF膜放入稀釋一抗中,孵育過(guò)夜,TBST溫床上洗膜3次。按照1∶3 000的比例用脫脂奶粉稀釋二抗,與PVDF膜孵育,孵育1小時(shí),TBST溫床上洗膜3次。按照發(fā)光液試劑盒說(shuō)明書吸取1 ml試劑A和試劑B,混合后滴到PVDF膜上,吸去周邊多余發(fā)光劑,測(cè)量吸光度值,重復(fù)測(cè)量3次取平均值。
1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件處理數(shù)據(jù),計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x-±s)表示,多組間比較進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn),如方差齊,采用單因素方差分析,如方差不齊采用Welah校正。組間多重比較在方差齊時(shí)選用Dunnett法檢驗(yàn),方差不齊時(shí)選用Dunnet T3檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1TER、FITC-dextran比較 與空白對(duì)照組比較,TNF-α模型組、UTI低劑量組、UTI中劑量組、UTI高劑量組TER、FITC-dextran均明顯下降(P<0.05);與TNF-α模型組比較,UTI治療后TER、FITC-dextra明顯升高(P<0.05),UTI低劑量組、UTI中劑量組、UTI高劑量組組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表1。
表1 TER、FITC-dextran比較(n=3)
注:與空白對(duì)照組比較,*P<0.05;與TNF-α模型組比較,#P<0.05;與UTI低劑量組比較,△P<0.05;與UTI中劑量組比較,▲P<0.05
2.2Caco-2細(xì)胞單層炎性水平比較 與空白對(duì)照組比較,TNF-α模型組、UTI低劑量組、UTI中劑量組、UTI高劑量組IL-6、IL-10均明顯升高(P<0.05);與TNF-α模型組比較,UTI治療后IL-6、IL-10明顯降低(P<0.05),UTI低劑量組、UTI中劑量組、UTI高劑量組組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表2。
表2 Caco-2細(xì)胞單層炎性水平比較(n=3)
注:與空白對(duì)照組比較,*P<0.05;與TNF-α模型組比較,#P<0.05;與UTI低劑量組比較,△P<0.05;與UTI中劑量組比較,▲P<0.05
2.3Caco-2細(xì)胞單層凋亡率及緊密連接蛋白Occludin、ZO-1表達(dá)比較 與空白對(duì)照組比較,TNF-α模型組、UTI低劑量組、UTI中劑量組、UTI高劑量組細(xì)胞凋亡率明顯升高(P<0.05),Occludin、ZO-1表達(dá)水平明顯下降(P<0.05);與TNF-α模型組比較,UTI治療后細(xì)胞凋亡率明顯降低(P<0.05),Occludin、ZO-1表達(dá)水平明顯增加(P<0.05);UTI低劑量組、UTI中劑量組、UTI高劑量組組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表3,見圖1,2。
表3 Caco-2細(xì)胞單層凋亡率及緊密連接蛋白Occludin、ZO-1表達(dá)的比較(n=3)
注:與空白對(duì)照組比較,*P<0.05;與TNF-α模型組比較,#P<0.05;與UTI低劑量組比較,△P<0.05;與UTI中劑量組比較,▲P<0.05
圖1Caco-2細(xì)胞單層凋亡率分析
圖2緊密連接蛋白Occludin、ZO-1表達(dá)A、B、C、D、E分別為空白對(duì)照組、TNF-α模型組、UTI低劑量組、UTI中劑量組、UTI高劑量組
完整的腸道上皮細(xì)胞屏障是維持腸道屏障功能重要的一環(huán),可阻止腸內(nèi)大分子毒素、細(xì)菌等穿過(guò)腸壁,預(yù)防全身炎癥反應(yīng)(SIRS)、多器官功能障礙綜合征(MODS)等發(fā)生。腸黏膜上皮細(xì)胞緊密連接完整與否直接影響腸道上皮屏障功能,一旦上皮緊密連接缺失或變異,細(xì)胞間隙通透性明顯增加,腸道屏障功能被破壞[5]。緊密連接主要位于上皮細(xì)胞頂端,包括Occludin、ZO-1、claudin-2蛋白等,其中Occludin是一種擴(kuò)膜蛋白,通過(guò)Occludin蛋白封閉細(xì)胞間隙,與ZO-1蛋白共同形成緊密連接的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),可調(diào)控物質(zhì)的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)途徑,是目前研究最多的緊密連接功能蛋白;ZO-1是ZO異構(gòu)體最為主要的部分,可將縫隙連接(GJ)、黏附連接(AJ)連接在一起,在維持腸黏膜上皮細(xì)胞緊密連接完整性中起重要作用[5]。臨床研究發(fā)現(xiàn),炎性介質(zhì)、腸道內(nèi)細(xì)菌、細(xì)胞因子等均會(huì)導(dǎo)致Occludin、ZO-1等緊密連接蛋白表達(dá)異常,增加腸黏膜通透性,影響腸道屏障功能[7]。故本研究選取Occludin、ZO-1作為觀察指標(biāo)。
TNF-α是重要的致炎性因子之一,可通過(guò)激活肌球蛋白輕鏈激酶(MlCK)所接介導(dǎo)的肌球蛋白輕鏈激酶化,導(dǎo)致緊密連接蛋白重組,破壞腸道屏障功能,一般阻斷TNF-α后,腸道屏障功能會(huì)有所恢復(fù)[8-9]。多數(shù)研究指出,TNF-α?xí)黾幽c黏膜通透性[10-11]。本實(shí)驗(yàn)中,我們?cè)赥ranswell的上下室均加入TNF-α,以保證Caco-2單層細(xì)胞頂部和基底部均可接觸到TNF-α,結(jié)果顯示TER、FITC-dextra均下降,說(shuō)明TNF-α?xí)茐腃aco-2細(xì)胞單層屏障功能,增加細(xì)胞通透性增加,與Coskun等[12]研究結(jié)果一致。另外,本實(shí)驗(yàn)中,TNF-α模型組Occludin、ZO-1蛋白較空白對(duì)照組明顯降低,提示Occludin、ZO-1蛋白表達(dá)異常,可能影響腸黏膜上皮細(xì)胞緊密連接完整性。劉行等[13]研究指出,緊密連接蛋白重新分布是TNF-α損害腸道上皮細(xì)胞功能的重要機(jī)制之一,本研究結(jié)果與其一致。
UTI主要來(lái)源于人尿的相對(duì)分子質(zhì)量為67 000的糖蛋白,對(duì)絲氨酸蛋白酶、透明質(zhì)酸梅、纖溶酶等多種酶有抑制作用,還可抑制白細(xì)胞釋放TNF-α、IL-6等炎性介質(zhì),降低細(xì)胞毒性作用,減輕腸黏膜充血,降低腸道通透性,預(yù)防腸道細(xì)菌、內(nèi)毒素移位[14-15]。Shikimi等[16]研究發(fā)現(xiàn),UTI可抑制炎性介質(zhì)(如TNF-α、IL-6等)釋放,減輕其對(duì)器官功能的損害。周玉坤等[17]研究發(fā)現(xiàn),UTI對(duì)急性重癥膽囊炎所致腸黏膜損傷有保護(hù)作用,能改善緊密連接相關(guān)蛋白表達(dá)異常情況。常瑞明等[18]研究指出,UTI可通過(guò)降低炎性介質(zhì)釋放、降低腸黏膜Caspase-3等保護(hù)心肺復(fù)蘇后大鼠受損腸黏膜。因此,我們考慮UTI可改善TNF-α誘導(dǎo)的Caco-2細(xì)胞屏障功能障礙。為證實(shí)這一猜想,本實(shí)驗(yàn)組中,加入不同劑量的UTI,結(jié)果表明加入U(xiǎn)TI后可改善TNF-α引起的TER、FITC-dextran下降,且治療后IL-6、IL-10明顯降低,Occludin、ZO-1表達(dá)水平上調(diào),呈現(xiàn)出劑量依賴性,說(shuō)明UTI可上調(diào)緊密連接蛋白表達(dá),降低腸黏膜通透性。
綜上所述,TNF-α與腸道上皮細(xì)胞屏障損傷密切相關(guān),UTI對(duì)TNF-α誘導(dǎo)的腸道上皮細(xì)胞屏障損傷有保護(hù)作用,其機(jī)制可能為抑制IL-6、IL-10炎性介質(zhì)釋放、上調(diào)緊密連接蛋白;另外,UTI對(duì)腸道上皮細(xì)胞屏障損傷的保護(hù)作用呈具有劑量依賴性。
[1] 王惠凌, 姜源濤, 張紅, 等. 重癥腦卒中患者腸粘膜屏障功能的變化[J]. 臨床薈萃, 2015, 30(5): 529-532.
[2] 張濤, 李孝建, 鄧忠遠(yuǎn), 等. 烏司他丁對(duì)燒傷患者凝血功能及全身炎癥反應(yīng)的影響[J]. 西部醫(yī)學(xué), 2016, 28(2): 201-203.
[3] 葉小玲, 陶珮, 陳月娥, 等. 烏司他丁對(duì)膿毒癥大鼠小腸粘膜屏障功能的保護(hù)作用[J]. 中華臨床感染病雜志, 2015, 8(6): 549-553.
[4] Shu X, Zhang J, Wang Q, et al. Glutamine decreases intestinal mucosal injury in a rat model of intestinal ischemia-reperfusion by downregulating HMGB1 and inflammatory cytokine expression[J]. Exp Ther Med, 2016, 12(3):1367-1372.
[5] Rodríguez-Feo JA, Puerto M, Fernndez-Mena C, et al. A new role for reticulon-4B/NOGO-B in the intestinal epithelial barrier function and inflammatory bowel disease[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2015, 308(12): G981-993.
[6] Tian S, Guo R, Wei S, et al. Curcumin protects against the intestinal ischemia-reperfusion injury: involvement of the tight junction protein ZO-1 and TNF-α related mechanism[J]. Korean J Physiol, 2016, 20(2):147-152.
[7] Ma J, Wang P, Liu Y, et al. Krüppel-like factor 4 regulates blood-tumor barrier permeability via ZO-1, occludin and claudin-5[J]. J Cell Physiol, 2014, 229(7): 916-926.
[8] Watson AJ, Hughes KR. TNF-α-induced intestinal epithelial cell shedding: implications for intestinal barrier function[J]. Ann Y Acad Sci, 2012, 1258(1): 1-8.
[9] Du X, Meng Q, Sharif A, et al. Surfactant proteins SP-A and SP-D ameliorate pneumonia severity and intestinal injury in a murine model of staphylococcus aureus pneumonia[J]. Shock, 2016, 46(2):164-172.
[10] Moran GW, O'Neill C, Mclaughlin JT. GlP-2 enhances barrier formation and attenuates TNFα-induced changes in a Caco-2 cell model of the intestinal barrier[J]. Regul Pep, 2012, 178(1-3): 95-101.
[11] 馬遠(yuǎn)航, 楊松巍, 孫禮剛, 等. SIRT1在TNF-α介導(dǎo)的腸上皮屏障破壞中的作用及機(jī)制研究[J]. 重慶醫(yī)學(xué), 2014, 43(16): 1969-1971.
[12] Coskun M. Involvement of CDX2 in the cross talk between TNF-α and Wnt signaling pathway in the colon cancer cell line Caco-2[J]. Carcinogenesis, 2014, 35(5): 1185-1192.
[13] 劉行, 王鳳君. 緊密連接蛋白與燒傷后腸道屏障功能障礙研究進(jìn)展[J]. 中華燒傷雜志, 2010, 26(5): 351-353.
[14] Feng M, Shu Y, Yang Y, et al. Ulinastatin attenuates experimental autoimmune encephalomyelitis by enhancing anti-inflammatory responses[J]. Neurochem Int, 2014, 64(1): 64-72.
[15] Deng W, Abliz A, Xu S, et al. Severity of pancreatitis-associated intestinal mucosal barrier injury is reduced following treatment with the NADPH oxidase inhibitor apocynin[J]. Mol Med Rep, 2016, 14(4):3525-3534.
[16] Shikimi T, Kaku K, Uegaki J, et al. Serum contents of the free forms of alpha(1)-microglobulin and ulinastatin: relation to diseased states in patients with mood disorders[J]. Neuropsychobiology, 2001, 43(3): 145-149.
[17] 周玉坤, 李剛強(qiáng). 烏司他丁對(duì)急性重癥膽管炎所致肝屏障損傷的作用和影響[J]. 肝膽胰外科雜志, 2015, 27(3): 209-213.
[18] 常瑞明, 常建星, 江志鵬, 等. 烏司他丁對(duì)心肺復(fù)蘇后大鼠腸屏障的保護(hù)作用[J]. 中華急診醫(yī)學(xué)雜志, 2015, 24(11): 1234-1238.
Protectiveeffectofulinastatinonintestinalepithelialcellbarrier
Li Yongsheng1, Ma Xiaofeng2
1.DepartmentofEmergency,GansuProvincialHospital,Lanzhou730000,China; 2.DepartmentofMedicine,GansuNationalChangfengMachineryFactoryHospital,Lanzhou730070,China
LiYongsheng,Email:zf26892@126.com
ObjectiveTo investigate the protective effect and mechanism of ulinastatin (UTI) on intestinal epithelial cell barrier.MethodsCaco-2 cells were cultured, epithelial cells monolayer models induced by tumor necrosis factor-α(TNF-α ) were established and were randomly divided into blank control group, TNF-α model group, low-dose UTI group (50 000 U/kg), middle-dose UTI group (100 000 U/kg) and high-dose UTI group (200 000 U/kg). The transepithelial electrical resistance (TER) and fluoresce in isothiocyanate marked dextran FITC-dextran in all groups were determined by Millicell electrical resistance meter and multifunctional plate reader. Interleukin 6 (IL-6) and IL-10 were determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ElISA). The apoptosis rate was measured by flow cytometry, and the expression of tight junction protein occludin and ZO-1 were measured by Western blot.ResultsThe expression of TER, FITC-dextran, occludin and ZO-1 were significantly lower in TNF-α model group than those in blank control group, while IL-6, IL-10 and apoptosis rate were significantly higher (P<0.05). After UTI treatment, TER, FITC-dextran, occludin and ZO-1 were significantly higher than those in TNF-α model group, while IL-6, IL-10 and apoptosis rate were significantly lower (P<0.05). UTI change in high-dose group was the most significant (P<0.05).ConclusionUTI may protect the intestinal epithelial cell barrier injury induced by TNF-α through inhibiting the release of inflammatory mediators and regulating the expression of tight junction associated proteins.
intestines; cell mucosal barrier; tumor necrosis factor-alpha; ulinastatin; tight junction protein
李永勝,Email: zf26892@126.com
R322.45
A
1004-583X(2017)11-0953-04
10.3969/j.issn.1004-583X.2017.11.009
2017-05-31 編輯:張衛(wèi)國(guó)