郝健亨,陳 浩,高 艷,徐慧超,高玉亭,苗宇船,郝慧琴,劉 楊
山西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院, 晉中 030619
自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis,AIH)是由自身免疫反應(yīng)介導(dǎo)的慢性進行性肝臟實質(zhì)炎癥,以不同程度的血清轉(zhuǎn)氨酶升高、自身抗體陽性以及高γ-球蛋白血癥為主要臨床特征,組織學(xué)檢查可見界面性肝炎,伴有大量漿細胞、淋巴細胞浸潤[1]。該病多發(fā)于女性,且患病率存在顯著的地域差異,在歐美發(fā)達國家發(fā)病率較高。當前中國仍缺乏確切的AIH流行病學(xué)數(shù)據(jù),但國內(nèi)與AIH相關(guān)的文獻報道數(shù)量有明顯升高趨勢[2]。目前,已知環(huán)境因素、遺傳因素和飲食習(xí)慣與AIH的發(fā)病密切相關(guān),但其確切的觸發(fā)因素與發(fā)展的潛在機制尚未完全闡明[3]。當前,對AIH的治療主要是依靠免疫抑制藥物和皮質(zhì)類固醇藥,但這些方法有諸多不良反應(yīng),抗原特異性的免疫調(diào)控細胞回輸將可能發(fā)展成為治療AIH 最有價值的方法之一。柴胡皂苷d(Saikosaponin d,SS-d)是從柴胡干燥根部提取分離出來的五環(huán)三萜類齊果烷型衍生物,具有多種藥理學(xué)作用,例如抗炎、抗病毒、免疫調(diào)節(jié)和抗肝損害等[4-5]。本研究擬采用靜脈注射刀豆蛋白A(concanavalin A,ConA)的方法建立AIH小鼠模型,并采用 Agilent-085631芯片對AIH相關(guān)的差異表達基因進行篩選,同時觀察SS-d對部分差異表達基因的影響,進而對AIH的發(fā)病機制以及SS-d對AIH的治療機制進行探討,為臨床上應(yīng)用SS-d治療AIH提供實驗室依據(jù)。瑞公司合成,引物序列見表1。
表1 PCR引物序列Tab 1 Primer sequences for PCR
1.1.1 實驗動物 健康、SPF級的C57BL/6小鼠40只,鼠齡 9~10周,體質(zhì)量(20±2) g,購于北京維通利華實驗動物技術(shù)有限公司,生產(chǎn)許可證號為SCXK(京)2016-0006。將小鼠隨機分為芯片組(n=8)和SS-d治療機制組(n=32)。將芯片組隨機分為正常組和模型組(每組n=4);SS-d治療機制組隨機分為正常組、模型組、SS-d低劑量組和SS-d高劑量組(每組n=8)。小鼠常規(guī)飼養(yǎng),自由攝食,飼養(yǎng)溫度為22~25 ℃,濕度為58%左右,通風(fēng)良好。
1.1.2 主要實驗試劑 Agilent-085631芯片(歐易生物醫(yī)學(xué)科技有限公司,中國上海),SS-d、ConA(索萊寶科技有限公司,中國北京),兔抗CTLA-4多克隆抗體(愛博泰克生物科技有限公司,中國武漢),兔抗GAPDH多克隆抗體、羊抗兔IgG-HRP (博士德生物工程有限公司,中國武漢),RT Master Mix (寶日醫(yī)生物技術(shù)有限公司,中國北京),ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix(諾唯贊生物科技有限公司,中國南京)。CTLA-4mRNA、IL-10mRNA、IL-17mRNA以及mGAPDHmRNA由武漢金開
1.2.1 AIH小鼠的模型建立及分組處理 ①基因芯片組:正常組常規(guī)飼養(yǎng),模型組小鼠按15 mg/kg的劑量給予尾靜脈注射Con A;12 h后處死并提取肝組織,按Agilent-085631芯片說明書進行差異表達基因的篩選。②SS-d治療機制組:正常組常規(guī)飼養(yǎng);模型組按15 mg/kg劑量給予尾靜脈注射Con A;SS-d低劑量組和SS-d高劑量組根據(jù)相關(guān)文獻[6-7]和前期預(yù)實驗結(jié)果分別按2.5和5.0 mg/kg劑量腹腔注射SS-d,8 h后按15 mg/kg劑量給予尾靜脈注射Con A。各組小鼠于造模12 h后,先通過眶內(nèi)取血法收集小鼠血液并制備血清,后采用頸椎脫臼法處死全部小鼠,取出肝臟后經(jīng)液氮速凍,置于-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
1.2.2 篩選基因芯片組小鼠差異表達基因 提取小鼠肝組織總RNA,按照芯片標準流程進行樣本總RNA的定量、完整性檢測、標記,芯片的雜交、洗脫,數(shù)據(jù)的掃描、收集、整理等步驟。采用Feature Extraction軟件處理原始圖像,提取原始數(shù)據(jù),利用GeneSpring GX軟件對原始數(shù)據(jù)進行“Quantile”標準化。過濾標準化后的數(shù)據(jù),且用于比較的每組樣本中至少有1組75%的樣本標記為“Detected”的探針留存,進行后續(xù)分析。利用T檢驗的倍數(shù)變化值與P值對差異基因進行篩選,篩選的標準為上調(diào)或者下調(diào)倍數(shù)變化值≥2.0且P值≤0.05。對差異基因進行KEGG富集分析,并以此判定差異基因主要影響的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。最后,用qRT-PCR技術(shù)對部分差異表達基因CTLA-4、IL-10、IL-17進行驗證。根據(jù)反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書要求,將相關(guān)試劑與10 μL總RNA均勻混合(總體積為20 μL),進行反轉(zhuǎn)錄。反應(yīng)條件:37 ℃×15 min,1次循環(huán);85 ℃×5 s,1次循環(huán)(4 ℃冰箱保存反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物)。用real-time PCR 試劑盒相關(guān)試劑與2 μL反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物混合均勻(總體積為20 μL),進行PCR擴增。反應(yīng)條件:95 ℃ ×30 s,1次循環(huán);95 ℃ ×5 s,60 ℃ ×34 s,40個循環(huán)。根據(jù)real-time PCR原始檢測結(jié)果,采用2-△△CT相對定量計算公式計算出各樣品目的基因的相對表達量。
1.2.3 蘇木精 - 伊紅(H-E)染色觀察SS-d治療機制組小鼠肝臟炎癥反應(yīng)程度 將SS-d治療組一部分小鼠肝組織經(jīng)4%多聚甲醛固定24 h后,常規(guī)梯度乙醇脫水、二甲苯透明、石蠟包埋,RM2235型石蠟切片機切片(片厚5 μm),常規(guī)H-E染色;用中性樹膠固封,并在光學(xué)顯微鏡下觀察各實驗組小鼠肝臟炎癥反應(yīng)程度。
1.2.4 微板法檢測SS-d治療機制組小鼠血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶(glutamic pyruvic transaminase,GPT)和谷草轉(zhuǎn)氨酶(glutamic oxaloacetic transaminase,GOT)含量 根據(jù)試劑盒說明書要求,采用微板法,通過SpectraMax Plus384酶標儀測定各實驗組小鼠血清GPT和GOT含量(U/L)。
1.2.5 熒光定量PCR技術(shù)檢測SS-d治療機制組小鼠肝 組 織CTLA-4mRNA、IL-10mRNA、IL-17mRNA表達 取各實驗組小鼠肝組織50 mg,通過酚 - 氯仿法提取總RNA。根據(jù)反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書要求,將相關(guān)試劑與10 μL總RNA均勻混合(總體積為20 μL),進行反轉(zhuǎn)錄。反應(yīng)條件:37 ℃×15 min,1個循環(huán);85 ℃×5 s,1個循環(huán)(4 ℃冰箱保存反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物)。用real-time PCR 試劑盒相關(guān)試劑與2 μL反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物混合均勻(總體積為20 μL),進行PCR擴增,反應(yīng)條件:95 ℃×30 s,1次循環(huán);95 ℃×5 s,60 ℃×34 s,40個循環(huán)。根據(jù)real-time PCR原始檢測結(jié)果,采用2-△△CT相對定量計算公式計算出各樣品目的基因的相對表達量。
1.2.6 ELISA技術(shù)檢測SS-d治療機制組小鼠血清IL-10、IL-17含量變化 根據(jù)各ELISA試劑盒說明書要求,通過SpectraMax Plus384酶標儀檢測各實驗組小鼠血清IL-10和IL-17吸光度值,并根據(jù)標準曲線計算上述指標的含量(pg/L)。
1.2.7 Western blotting檢測SS-d治療機制組小鼠肝組織細胞毒T淋巴細胞相關(guān)抗原(cytotoxic T lymphocyteassociated antigen,CTLA) -4蛋白的表達變化 常規(guī)提取肝組織總蛋白,BCA法測定總蛋白濃度。配10%膠后放入電泳槽中,分別加入蛋白樣品15 μL,接通電源先以80 V、40 min進行電泳,后改為120 V跑至膠底部停止,用濕法轉(zhuǎn)將蛋白轉(zhuǎn)至PVDF膜,轉(zhuǎn)運時長2 h。取出膜放入脫脂奶粉(濃度5%)封閉2 h,把兩張膜分別放入CTLA-4一抗(濃度1:400)與GAPDH一抗(濃度1:500)4 ℃孵育過夜;TBST洗膜5×5 min后,羊抗兔IgG-HRP二抗(濃度1:500)室溫搖床孵育1 h;TBST洗膜5×5 min后滴加顯影劑,通過c300化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)掃描顯影,并利用ImageJ軟件分析。
應(yīng)用 SPSS 25. 0 統(tǒng)計軟件進行實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析,所得數(shù)據(jù)以x—±s表示,采用單因素方差分析法,P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
芯片組小鼠共篩查差異表達基因11 512個,其中表達上調(diào)5 189個,下調(diào)6 323個。注釋到KEGG pathway基因共計1 567個,P≤0.05的信號通路共計138條(P值最小的前30條信號通路的氣泡圖見圖1);表達上調(diào)基因5 189個,注釋到KEGG pathway基因共計781個,P≤0.05的信號通路共計102條(P值最小的前30條信號通路的氣泡圖見圖1);表達下調(diào)基因6 323個,注釋到KEGG pathway基因共計789個,P≤0.05的信號通路共計77條。qRT-PCR對部分差異表達基因的驗證結(jié)果顯示,CTLA-4mRNA、IL-10mRNA、IL-17mRNA的含量變化趨勢與芯片篩選結(jié)果一致(圖2)。
圖1 芯片組小鼠差異表達基因的KEGG富集分析結(jié)果Fig 1 KEGG enrichment analysis results of differentially expressed genes in chip group
圖2 差異表達基因的qRT-PCR驗證結(jié)果Fig 2 Results of qRT-PCR verification of differentially expressed genes
圖3 SS-d治療機制組小鼠肝臟H-E染色結(jié)果Fig 3 Results of H-E staining of liver in SS-d treatment group
正常組小鼠肝細胞正常,肝小葉結(jié)構(gòu)完整清晰,肝索排列有序整齊;模型組可見肝細胞腫脹、變性、壞死,并伴有大量炎癥細胞浸潤;與模型組比較,SS-d低劑量組小鼠肝組織內(nèi)淋巴細胞浸潤減輕,肝細胞壞死程度降低;SS-d高劑量組病理變化改善更為明顯(圖3)。
與正常組比較,模型組血清中 GPT和GOT顯著升高(P<0.05);與模型組比較,SS-d高劑量組GPT、GOT顯著降低(P<0.05);SS-d高劑量組與正常組比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05);SS-d低劑量組與模型組比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)(圖4)。
圖4 SS-d治療機制組小鼠血清GPT和GOT含量變化Fig 4 Serum GPT and GOT levels in SS-d treatment group
正常組小鼠肝組織中CTLA-4mRNA和IL-10mRNA表達量最高,IL-17mRNA表達量最低;模型組與正常組比較,CTLA-4mRNA和IL-10mRNA表達量顯著降低,IL-17mRNA表達量顯著升高,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);但SS-d高劑量組與正常組比較,表達差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05);相比于模型組,2個治療組CTLA-4mRNA和IL-10mRNA表達量均有不同程度的升高,而IL-17mRNA表達量均有不同程度的降低,其中SS-d高劑量組與模型組的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)(圖5)。
圖5 SS-d治療機制組小鼠肝組織 CTLA-4、IL-10和IL-17 mRNA表達量的變化Fig 5 Changes of CTLA-4, IL-10 and IL-17 mRNA in liver tissues of mice in SS-d treatment group
與正常組比較,AIH模型組血清中 IL-17含量顯著升高(P<0.05),IL-10含量顯著降低(P<0.05);與模型組比較,SS-d高劑量組IL-17含量顯著降低(P<0.05),而IL-10含量顯著升高(P<0.05);SS-d高劑量組與正常組比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05);SS-d低劑量組與模型組比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)(圖6)。
圖6 SS-d治療機制組小鼠血清IL-10和IL-17含量的變化Fig 6 Changes of serum IL-10 and IL-17 levels in SS-d treatment group
與正常組小鼠比較,模型組小鼠肝組織CTLA-4蛋白表達量顯著降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);與模型組比較,各治療組肝組織中CTLA-4蛋白表達量均有所增高(P<0.05),SS-d高劑量組增高更為明顯;但SS-d高劑量組與正常組比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05);SS-d低劑量組與模型組比較,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)(圖 7)。
圖7 SS-d治療機制組小鼠肝組織CTLA-4蛋白的表達變化Fig 7 Changes of CTLA-4 protein expression in liver tissues of mice in SS-d treatment group
AIH是一種免疫介導(dǎo)的進行性肝損傷,臨床表現(xiàn)可以從輕度或重度癥狀發(fā)展成為肝衰竭?;颊哐遛D(zhuǎn)氨酶水平升高,組織學(xué)上表現(xiàn)為界面肝炎和漿細胞的存在,血清學(xué)上表現(xiàn)為免疫球蛋白G水平升高。AIH可以影響任何年齡段人群,主要以中年女性居多,其發(fā)病率也因地域而異。當前AIH的發(fā)病機制尚不明確,有證據(jù)表明遺傳和環(huán)境因素都與其有緊密關(guān)聯(lián);同時,外周自我耐受性破壞,F(xiàn)OXP3+調(diào)節(jié)性T細胞功能受損,以及效應(yīng)細胞對組織水平抑制的抵抗在AIH免疫病理發(fā)生中起重要作用[3]。本實驗結(jié)果表明,AIH的發(fā)病過程非常復(fù)雜,系多條信號通路的活性發(fā)生改變的共同作用結(jié)果。本次實驗選用的是ConA誘導(dǎo)的小鼠肝損害模型,ConA作為一種植物血凝素,能有效刺激T細胞并迅速誘導(dǎo)T細胞的活化和浸潤[8-11]。H-E染色結(jié)果顯示,經(jīng)尾靜脈注射ConA后,AIH小鼠肝臟內(nèi)門管區(qū)及肝小葉中央靜脈可見大量淋巴細胞浸潤,肝小葉內(nèi)部分肝細胞變性、腫脹、壞死,同時伴有血清GPT和GOT的顯著升高,均提示ConA可通過誘導(dǎo)淋巴細胞活化攻擊自身肝組織,進而促進AIH的發(fā)生和發(fā)展。因此,本次實驗選擇T細胞受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及Th17細胞分化信號通路的部分差異表達基因(CTLA-4、IL-10和IL-17)作為后續(xù)驗證AIH發(fā)病機制以及SS-d治療機制的靶點。
Th17細胞是代表T輔助淋巴細胞的特殊子集,不僅參與黏膜和上皮屏障的抗微生物免疫,而且還是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵細胞成分,參與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[12-13]。同時,Th17細胞是免疫應(yīng)答的正調(diào)節(jié)因子。一方面,它能產(chǎn)生包括IL-17A、IL-17F和IL-22在內(nèi)的多種促炎細胞因子,這些細胞因子的產(chǎn)生不僅促進免疫細胞(如中性粒細胞和淋巴細胞)在炎癥部位的積累,而且還可以引起組織病理學(xué)改變[14]。另一方面,Th17細胞可有效促進Treg的擴增和表型穩(wěn)定[15]。Th17細胞與AIH發(fā)病機制密切相關(guān)。有研究[16]證實:AIH患者的血清IL-17水平和肝內(nèi)Th17細胞的頻率顯著高于健康對照者,并且AIH患者肝臟中IL-17+淋巴細胞浸潤(主要表現(xiàn)為CD4+表型)明顯增加,肝臟IL-17+細胞浸潤程度與AIH患者的肝臟纖維化和炎癥程度呈正相關(guān);同時,IL-17也被證明通過肝細胞中的絲裂原活化蛋白激酶途徑誘導(dǎo)IL-6表達。多種證據(jù)[17]表明,Th17細胞增殖是AIH發(fā)病的關(guān)鍵觸發(fā)因素,Th17細胞與肝細胞之間的正反饋回路加劇炎癥過程。Th17細胞特征在于IL-17大量產(chǎn)生,IL-17通過介導(dǎo)T細胞和炎癥細胞在組織中的浸潤,與干擾素γ(IFN-γ)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等細胞因子協(xié)同發(fā)揮作用,促進T細胞的活化,進而產(chǎn)生炎癥性破壞并放大靶器官的免疫反應(yīng),參與AIH等多種免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展[18]。Th17細胞和IL-17信號通路在AIH的發(fā)病機制中有重要作用。Treg是免疫耐受和炎癥反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)因子,主要通過下調(diào)機體的免疫應(yīng)答維持自身耐受。一方面,它產(chǎn)生抗炎細胞因子如IL-10來抑制免疫反應(yīng);另一方面,它可以通過表達CTLA-4(在小鼠中具有從APC反式內(nèi)吞CD80/CD86的能力),從而防止APC 激活和效應(yīng)T細胞擴增[15]。同時,Treg還可以在體外和體內(nèi)促進Th17細胞的分化,從而增強Th17細胞的功能性后果(對宿主防御的保護作用,以及對炎癥和腫瘤生長的不利作用)。Treg細胞組成性地表達CTLA-4。CTLA-4是T細胞應(yīng)答的重要負調(diào)節(jié)因子,主要通過下調(diào)T細胞活化維持機體組織器官的免疫耐受。CTLA-4的表達或功能異常參與AIH的發(fā)病過程。IL-10是一種具有強抗炎作用的細胞因子,在限制宿主對病原體的免疫反應(yīng),從而防止對宿主的損害和維持正常組織穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮著核心作用。IL-10的失調(diào)與AIH發(fā)展風(fēng)險的增加有關(guān)[19]。CTLA-4和IL-10作用機制類似[20]。研究[21]證實,IL-10的抑制作用與CTLA-4和B7分子結(jié)合發(fā)揮負向免疫調(diào)節(jié)作用有密切關(guān)系。
總之,IL-17、CTLA-4和IL-10三者都是調(diào)節(jié)免疫功能活性所必需的,與AIH的發(fā)病機制有緊密關(guān)聯(lián)。本實驗結(jié)果顯示,相較于正常組,AIH模型組小鼠肝組織中CTLA-4蛋白表達水平顯著降低,CTLA-4 mRNA和IL-10 mRNA表達量明顯下降,模型組血清中IL-10含量降低,表明CTLA-4和IL-10共同參與AIH在小鼠體內(nèi)發(fā)病過程,即通過參與免疫反應(yīng)的負調(diào)節(jié)來維持機體的免疫自穩(wěn)。對比正常組,模型組血清中IL-17含量明顯升高,IL-17 mRNA表達量增高。由此可推測,Th17和Treg的平衡可能與AIH發(fā)病有關(guān),其中CTLA-4、IL-10和IL-17表達的變化在AIH發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵的作用。
中藥柴胡始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》,主要入藥部位在根部,有解郁疏肝、解表泄熱、升陽氣的作用,目前已廣泛用于治療亞洲國家的幾種肝病。SS-d是從柴胡中提取的三萜皂苷,并被認為是從柴胡中分離出的各類柴胡皂苷中最活躍的一種,具有抗腫瘤、抗過敏、抗凋亡和免疫調(diào)節(jié)活性等多種藥理學(xué)作用;此外,SS-d還具有明顯的抗炎活性。在細胞因子水平上,SS-d能抑制促炎細胞因子,包括TNF-α和IL-6等;同時,可以提高抗炎細胞因子的表達,如轉(zhuǎn)化生長因子β1和IL-10等[22]。既往研究[23]表明,SS-d對T細胞有絲分裂原具有調(diào)節(jié)T細胞功能和抑制淋巴細胞增殖的作用。之后,有研究[24]表明,SS-d不僅能抑制OKT3/CD28共刺激的人T細胞增殖,而且在體外抑制PMA、PMA/Ionomycin和Con A誘導(dǎo)的小鼠T細胞活化,SS-d對PMA誘導(dǎo)的T細胞活化的抑制作用與通過抑制IKK和Akt活性而下調(diào)NF-κB信號有關(guān)。本次實驗結(jié)果顯示AIH模型組CTLA-4 mRNA和IL-10 mRNA表達量最低,IL-17 mRNA表達量最高。相較于AIH模型組,SS-d低劑量組和SS-d高劑量組CTLA-4 mRNA和IL-10 mRNA表達量隨劑量加大有上升趨勢,而IL-17 mRNA表達量則逐步下降;并且,H-E染色結(jié)果顯示,2個治療組小鼠肝組織炎癥反應(yīng)不同程度減輕,肝細胞壞死情況得到不同程度改善。相較于模型組,SS-d低劑量組和SS-d高劑量組CTLA-4蛋白表達水平隨劑量加大逐步升高;并且對比模型組,治療組中血清GPT、GOT和IL-17水平有不同程度降低,IL-10呈逐步升高趨勢。以上結(jié)果說明SS-d治療AIH的作用機制與CTLA-4、IL-10和IL-17的表達變化有關(guān),它通過刺激肝細胞內(nèi)CTLA-4和抑炎因子IL-10的表達,降低T細胞的活化程度,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用,并通過抑制促炎因子IL-17的表達降低炎癥反應(yīng)對肝臟的損害作用。
綜上所述,在AIH早期,各種致病因素可以導(dǎo)致T細胞受體信號通路活性發(fā)生變化,引起T細胞的異常激活,從而誘發(fā)肝臟損害;而SS-d可通過調(diào)節(jié)T細胞受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以及Th17細胞分化信號通路中部分基因如IL-10、CTLA-4、IL-17的表達,抑制炎癥反應(yīng)對肝臟的損害,改善AIH小鼠肝功能。