李靜,陳泫錦,佘成燁,鄧遠雄*(1. 湖南師范大學(xué)“小分子靶向藥物研究與創(chuàng)制”湖南省重點實驗室,長沙 410013:2. 湖南師范大學(xué)“化學(xué)生物學(xué)及中藥分析”教育部重點實驗室,長沙 410081:3. 湖南師范大學(xué)醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系,長沙 410013)
動脈粥樣硬化是冠心病、腦梗死等心腦血管疾病的主要病因之一,其發(fā)病機制復(fù)雜,主要危險因素有高血脂、糖尿病、高血壓和肥胖等。動脈粥樣硬化的藥物治療包括降脂藥物、抗凝溶栓藥物、抗血小板藥物等,這些西藥如他汀類藥物具有一定的不良反應(yīng),如轉(zhuǎn)氨酶、肌酸激酶升高和肌無力等[1-2]。因此,有必要尋找替代治療方法來避免其不良反應(yīng)。在替代治療中,中藥治療是一種很好的方法。中藥特別是復(fù)方中藥具有多成分、多靶點、多效應(yīng)的特點,且毒性低、不良反應(yīng)少[3]。
千金黃連丸(QHW,又名黃連丸)是古代中醫(yī)名著《千金要方》中首次記載的中藥方劑,由黃連(Coptis chinensisFranch)和生地黃(Rehmannia glutinosa(Gaertn)Libosch)組成,含有梓醇、地黃苷A、地黃苷D 等環(huán)烯醚萜類成分以及小檗堿、黃連堿、藥根堿、巴馬汀等生物堿類成分。臨床研究表明,QHW 能通過降低血糖治療糖尿病[4]。實驗研究表明QHW 顯著降低2 型糖尿病小鼠的血糖水平,改善胰島素抵抗[5-7],顯著改善2 型糖尿病大鼠的脂質(zhì)代謝[8]。糖尿病和高血脂是動脈粥樣硬化的主要危險因素之一,QHW 可能通過調(diào)節(jié)血糖水平和脂質(zhì)代謝而有利于發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用。筆者采用給大鼠喂食高膽固醇飲食及給與過量的維生素D2(VD2)的方法誘導(dǎo)動脈粥樣硬化大鼠模型來研究QHW 的抗動脈粥樣硬化作用,然后從QHW 對泡沫細胞形成的影響來探討其抗動脈粥樣硬化作用的初步機制。
50 只雄性SD 大鼠(180±20)g[湖南斯萊克景達實驗動物有限公司,許可證號:SCXK(湘)2019-0004]。C57BL/6J 小鼠,雄性,體質(zhì)量(20±4)g [上海西普爾-必凱實驗動物中心,動物許可證號:SCXK(滬)2020-0002]。將大鼠飼養(yǎng)在恒溫(25±1)℃和恒濕(55±5)%、12 h 明暗交替、可以自由飲水的SPF 級動物房中。所有動物于實驗開始前12 h 禁食,期間可以自由飲水。
Agilent 1260 高效液相色譜儀,包括四元梯度泵、進樣器、柱溫箱和檢測器以及Agilent Lab Advisor 色譜工作站。離心機(Thermo Scientific Sorvall Sratos,德國)。超純水機(Milli-Q Gradient A 10,Milli-pore Inc.,美國)。
黃連和生地(長沙老百姓大藥房),經(jīng)湖南師范大學(xué)藥學(xué)系牟玲麗教授鑒定為正品。辛伐他?。?0 mg,上海信誼萬象藥業(yè)有限公司)。小檗堿(純度>98.0%,HPLC)和梓醇(純度>98.0%,HPLC)(對照品,中國食品藥品檢定研究院)。膽固醇(純度>98.0%,上海源葉生物技術(shù)有限公司)。磷酸二氫鈉、磷酸和 1-庚烷磺酸鈉(分析純,長沙天恒化學(xué)試劑儀器有限公司)。乙腈(色譜級,美國Tedia Co)。人血漿低密度脂蛋白(LDL,美國Sigma-Aldrich 公司)。三酰甘油(TG)、總膽固醇(TC)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)試劑盒(南京建成生物工程研究所)。高膽固醇飼料(HCD)由標準飼料(92.6%),膽固醇(2%),豬油(5%),膽酸(0.2%)和丙基硫氧嘧啶(0.2%)組成。
將黃連50 g、生地50 g 組成的藥材切碎混合,用沸水(1∶10 然后1∶5,w/v)回流1 h,并收集濾液。合并濾液并真空干燥獲得29.6 g QHW 提取物,HPLC 法[7]測得QHW 提取物中小檗堿和梓醇的含量分別為 3.6%和 1.29%。當QHW 提取物用于動物實驗或細胞實驗時,劑量用小檗堿進行定量,使用前將提取物懸浮于0.25%的羧甲基纖維素溶液中。
SD 雄性大鼠50 只,參考文獻方法使用大劑量維生素D 加高膽固醇飼料法誘導(dǎo)動脈粥樣硬化大鼠模型[9]。將50 只大鼠隨機分為5 組[正常對照組(NCG)、動脈粥樣硬化模型組(AMG)、低劑量QHW 提取物治療組(AML)、高劑量QHW 提取物治療組(AMH)和辛伐他汀治療組(AMS)],每組10 只。低、高劑量QHW 提取物的劑量分別為0.92 和1.94 g/(kg·d)[相當于小檗堿33 和70 mg/(kg·d)]。除正常對照組大鼠外,其余所有大鼠連續(xù)3 d 口服維生素D230 000 IU/(kg·d),期間給予標準飼料。同時,給予相應(yīng)組的大鼠灌胃QHW 提取物或辛伐他汀[Sim,4 mg/(kg·d)]。從第4日起,除正常對照組外,其他組大鼠飼喂高膽固醇飼料6 周,相應(yīng)組大鼠連續(xù)給予QHW 或Sim。正常對照組大鼠一直飼喂常規(guī)飼料。
2.2.1 血清中脂質(zhì)的測定 在實驗結(jié)束時,通過眶后神經(jīng)叢從隔夜禁食的大鼠中收集血樣,測定TC、LDL-C、HDL-C、TG 水平。抗動脈粥樣硬化指數(shù)(AAI)通過以下公式計算:AAI =HDL-C/(TC-HDL-C)。
2.2.2 肝臟中脂質(zhì)的測定 取肝組織,冰生理鹽水沖洗、濾紙吸濕后稱取濕重0.3 g 左右,加入預(yù)冷的生理鹽水制成10%肝勻漿,4 ℃、4000 r·min-1離心10 min,提取上清液,采用酶法測定TC、TG 含量。
動物實驗結(jié)束時,處死所有大鼠,收集血清備用;收集主動脈弓,固定于Bouin 氏液中,脫水,石蠟包埋,切成5 mm 的薄片,用蘇木精-伊紅(HE)染色,進行動脈粥樣硬化評分[9]。評分時,重點關(guān)注層間空間中泡沫細胞的積累、內(nèi)側(cè)彈性層的直裂、膠原纖維的豐富、脂質(zhì)鈣核周圍的增殖和定向障礙平滑肌細胞。此外,根據(jù)脂滴和壞死變化將肝損傷的嚴重程度定義為重、中、輕度三個等級。
LDL(0.5 g·L-1)用磷酸鹽緩沖液(PBS,pH 7.4,0.01 mol·L-1)透析以去除 EDTA。將 CuSO4以20 μmol·L-1的終濃度添加到上述LDL 中,37℃放置 20 h。LDL 的氧化通過特征顏色從金色變?yōu)辄S色到半透明無色來指示。通過在4℃下對含有 0.5 μmol·L-1EDTA 的PBS 透析24 h 來停止氧化。最后,采用超濾去除溶液中的細菌。通過測量硫代巴比妥酸反應(yīng)性物質(zhì)(TBARS)來測定其氧化程度。
從C57BL/6J 小鼠中收集小鼠巨噬細胞,細胞以15×109/瓶(50 mL)的密度培養(yǎng),在10%胎牛血清的RPMI 1640 中,5%CO2條件下培養(yǎng)12 h。然后將巨噬細胞與氧化性低密度脂蛋白(ox-LDL)一起培養(yǎng)以誘導(dǎo)泡沫細胞。
采用高效液相色譜法測定細胞TC 含量和游離膽固醇(FC)水平,并采用Lowry 法測定蛋白質(zhì)[12]。并且膽固醇酯(CE)水平根據(jù)以下公式計算:CE =TC-FC。當細胞 CE/TC 大于 50% 時,細胞被認為變成泡沫細胞[13]。ox-LDL 的濃度和將巨噬細胞轉(zhuǎn)化為泡沫細胞的培養(yǎng)時間根據(jù)文獻報道確定[14]。ox-LDL 的濃度確定為 20 mg·L-1,培養(yǎng)時間確定為 72 h。
用PBS 漂洗細胞3 次, 加入0.9% NaOH溶液超聲裂解,得到細胞裂解液。將0.1 mL 5 mol·L-1NaOH 溶液加入到0.1 mL 細胞裂解液中,并在50℃下孵育1 h,使膽固醇酯轉(zhuǎn)化為游離膽固醇,得到用于測定TC 的樣品A。將0.1 mL 5 mol·L-1NaOH 溶液加入到0.1 mL 細胞裂解液中并在室溫下保持2 min,得到用于測定TC 的樣品B。將 6% 三氯乙酸(TCA)溶液加入樣品 A 或B 中以去除蛋白質(zhì),加入正己烷和異丙醇(4∶1,V/V)混合物,以 1500 r·min-1離心5 min 后渦旋 5 min。收集上清液,真空干燥處理,殘留物用甲醇溶解。取20 μL 溶液根據(jù)課題組前期建立的HPLC 法[14]測定細胞TC 含量和FC 含量。
巨噬細胞分為正常對照組(NMG)、模型組(FMG)、低(FGL,1.0×10-7mol·L-1)、中(FGM,1.0×10-6mol·L-1)、高(FGH,1.0×10-5mol·L-1)劑量QHW 提取物處理組,陽性藥物組(辛伐他汀1.0×10-6mol·L-1,F(xiàn)GS),一共6 組。除正常對照組外,所有細胞均用ox-LDL(20 mg·L-1)處理72 h。所有細胞用 PBS 沖洗3 次,給予對應(yīng)藥物共培養(yǎng)24 h 后,收集各組細胞,超聲裂解,測定膽固醇含量(TC 和FC)。
將巨噬細胞分為正常對照組、模型組、QHW高劑量含藥血清處理組,辛伐他汀血清處理組。除正常對照組外,所有細胞均用ox-LDL(20 mg·L-1)處理72 h。所有細胞用 PBS 沖洗 3 次。換新鮮培養(yǎng)液,其中含藥血清處理組以“2.3”項下QHW 含藥血清代替胎牛血清加入RPMI 1640培養(yǎng)基(含血清10%)。泡沫細胞辛伐他汀血清處理組(FMS)以“2.3”項下辛伐他汀血清代替胎牛血清加入RPMI 1640 培養(yǎng)基。正常對照組和模型組加入等體積PBS。共培養(yǎng)結(jié)束后,收集各組細胞,超聲裂解,測定膽固醇含量(TC 和FC)。
所有數(shù)據(jù)均表示為平均值和標準偏差。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用單因素方差分析(one-way ANOVA),P<0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。
QHW 提取物對實驗大鼠血脂的影響見表1。與正常對照組相比,模型組血清TC、LDL-C 水平升高,HDL-C 水平下降(P<0.01),表明動脈粥樣硬化模型誘導(dǎo)成功。QHW 提取物處理后,血脂情況明顯得到了改善。與模型組比較,低、中、高劑量QHW 提取物治療組(AMH)的TC、TG、LDL-C水平顯著下降(P<0.01)。高劑量QHW 提取物治療組的HDL-C 水平顯著升高(P<0.01)。抗動脈粥樣硬化指數(shù)(AAI)結(jié)果顯示低劑量和高劑量的QHW 提取物對AAI 都有顯著影響(P<0.01)。
表1 QHW 提取物對動脈粥樣硬化大鼠血脂及AAI 的影響Tab 1 Effect of QHW extract on the serum lipids and AAI of atherosclerotic rats
QHW 提取物對動脈粥樣硬化大鼠肝臟脂質(zhì)的影響見表2。與正常組相比,模型組肝臟TC、TG水平顯著升高。QHW 提取物處理后,肝臟脂質(zhì)明顯得到了改善。與模型組比較,高劑量QHW 提取物治療組、陽性對照組的肝臟脂質(zhì)TC 和TG 水平均顯著改善(P<0.01)。
表2 QHW 提取物對動脈粥樣硬化大鼠肝臟脂質(zhì)的影響Tab 2 Effect of QHW extract on the liver lipids of atherosclerotic rats
3.2.1 主動脈病變的改變 光鏡下,正常對照組大鼠未見明顯主動脈病變(見圖1A),而在動脈粥樣硬化模型大鼠中,發(fā)現(xiàn)了顯著的動脈粥樣硬化特征,例如內(nèi)膜增厚、層間間隙中泡沫細胞增多、內(nèi)側(cè)彈性層的破裂、膠原纖維豐富、脂質(zhì)鈣核周圍的平滑肌增生以及平滑肌細胞方向雜亂(見圖1B)。QHW 提取物處理后,發(fā)現(xiàn)內(nèi)膜完整,無脂質(zhì)沉積、泡沫細胞,無平滑肌增生,細胞外基質(zhì)無增加,中膜無鈣化(見圖1C),可以看出,經(jīng)大劑量QHW 提取物治療后血管壁中鈣核和泡沫細胞消失。并且還發(fā)現(xiàn)陽性對照辛伐他汀對動脈粥樣硬化大鼠產(chǎn)生相似的作用(見圖1D)。動脈粥樣硬化評分見圖2,與模型組相比,中、高劑量QHW 提取物治療組的動脈粥樣硬化評分均明顯降低,表明高劑量QHW 提取物和辛伐他汀均能有效改善大鼠實驗性動脈粥樣硬化。
圖1 動脈粥樣硬化大鼠主動脈形態(tài)結(jié)構(gòu)(HE 染色,400×)Fig 1 Morphological structure of aorta in atherosclerotic rats(HE staining,400×)
圖2 QHW 提取物對動脈粥樣硬化大鼠病理評分的影響。Fig 2 Effect of QHW extract on the pathological scores of atherosclerotic rats.
3.2.2 肝臟病變及肝臟指數(shù) HE 染色病理切片顯示正常對照組(NCG)肝臟未見異常(見圖3A),模型組大鼠肝臟有嚴重的脂滴和細胞凋亡變化(見圖3B),高劑量QHW 提取物治療后,這些病變略有減輕(見圖3C)。陽性對照藥辛伐他汀對動脈粥樣硬化大鼠產(chǎn)生相似的作用(見圖3D)。通過分析肝臟指數(shù),進一步發(fā)現(xiàn) QHW 提取物對動脈粥樣硬化大鼠肝臟的影響。與正常對照組相比,模型組的肝臟指數(shù)顯著升高,而高、低劑量QHW 提取物治療組的肝臟指數(shù)明顯降低,說明高低劑量組的QHW 提取物治療顯著改善了動脈粥樣硬化大鼠的肝損害。與模型組相比,陽性藥物組的肝臟指數(shù)也明顯降低,表明辛伐他汀對動脈粥樣硬化大鼠表現(xiàn)出相似的作用(見圖4)。
圖3 動脈粥樣硬化大鼠肝臟形態(tài)結(jié)構(gòu)(HE 染色,200×)Fig 3 Morphological structure of liver in atherosclerotic rats(HE staining,200×)
圖4 QHP 提取物對動脈粥樣硬化大鼠肝臟指數(shù)的影響。Fig 4 Effect of QHP extract on the liver index of atherosclerotic rats.
如表3 所示,當巨噬細胞與ox-LDL(20 mg·L-1)一起孵育72 h 時,細胞轉(zhuǎn)化為泡沫細胞,模型組的CE/TC 為67.3%。當細胞與 QHW提取物共培養(yǎng)時,巨噬細胞中的膽固醇酯含量明顯降低(P<0.01),脂質(zhì)沉積減少。QHW 提取物對泡沫細胞中膽固醇酯含量的影響呈劑量依賴性。尤其是高劑量組的CE/TC 下降至51.4%,幾乎接近巨噬細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榕菽毎呐R界點。表明QHW 提取物和辛伐他汀均能改善泡沫細胞中的膽固醇酯含量,抑制泡沫細胞的形成。
表3 QHP 提取物對巨噬細胞源性泡沫細胞的影響Tab 3 Effect of QHP extract on the foam cell derived from macrophage
如表4 所示,當巨噬細胞與ox-LDL(20 mg·L-1)一起孵育72 h 時,細胞轉(zhuǎn)化為泡沫細胞,CE/TC 為67.3%(FMG 組)。當泡沫細胞與QHW 含藥血清共培養(yǎng)時,細胞中的膽固醇酯含量明顯降低(P<0.01),CE/TC 為48.7%,已經(jīng)非泡沫細胞(泡沫細胞的判斷標準是CE/TC 超過50%)。同時,陽性藥物組的CE/TC 降低到52.2%。表明QHW 含藥血清和辛伐他汀含藥血清均能顯著降低泡沫細胞中的膽固醇酯含量,抑制泡沫細胞的形成。
表4 QHP 含藥血清對巨噬細胞源性泡沫細胞的影響Tab 4 Effect of rats serum treated with QHP extract on the foam cell derived from macrophage
千金黃連丸(QHW)由黃連與生地組成,黃連為君藥,生地為臣藥,兩者相須為用,發(fā)揮滋陰清熱的功效,主治消渴(糖尿?。?。目前其主要用于治療2 型糖尿病及其并發(fā)癥。2 型糖尿病與動脈粥樣硬化及其并發(fā)癥(如心肌梗塞和外周血管疾?。┑陌l(fā)生風(fēng)險增加密切相關(guān)[15-16]。研究QHW 的抗動脈粥樣硬化作用可以為擴大QHW的臨床適應(yīng)癥范圍提供實驗依據(jù)。
本文采用大鼠動脈粥樣硬化模型研究了QHW提取物的抗動脈粥樣硬化作用。與模型組大鼠相比,在用低劑量或高劑量 QHW 提取物處理組的大鼠主動脈中很少發(fā)現(xiàn)典型的動脈粥樣硬化的形態(tài)學(xué)改變,如內(nèi)膜增厚、泡沫細胞形成、內(nèi)膜脂質(zhì)沉積和中膜鈣化。尤其是作為動脈粥樣硬化大鼠主動脈壁的特征之一,泡沫細胞在QHW 治療后全部消失。因此推測QHW 提取物可能通過抑制泡沫細胞的形成而發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用,抑制泡沫細胞的形成可能是QHW 抗動脈粥樣硬化的機制和靶點之一。
在動脈粥樣硬化病變中,來源于巨噬細胞的泡沫細胞是早期損傷的特征細胞和最早的病理細胞,其形成與ox-LDL 及其他修飾的低密度脂蛋白有關(guān)[12]。巨噬細胞清道夫受體(SR)如 SR-A和 CD36 發(fā)揮ox-LDL 的內(nèi)化作用,并促進巨噬細胞中膽固醇的積聚以形成泡沫細胞[17-18]。巨噬細胞來源的泡沫細胞在內(nèi)皮下的積累在動脈粥樣硬化的發(fā)生和發(fā)展中起著非常重要的作用。
為此,本研究采用ox-LDL 誘導(dǎo)的泡沫細胞模型研究QHW 抗動脈粥樣硬化的初步機制。泡沫細胞經(jīng)低劑量或高劑量QHW 提取物處理后,其膽固醇酯含量都顯著降低,泡沫細胞特征改善。含藥血清對泡沫細胞作用和QHW 提取物對泡沫細胞的作用相似,而且含藥血清對泡沫細胞的效果更好,甚至能將泡沫細胞逆轉(zhuǎn)。QHW 由黃連和生地組成,黃連中含有黃連素(小檗堿)。研究表明,小檗堿可以通過激活 AMPK-SIRT1-PPAR-γ通路和減少 ox-LDL 的攝取來抑制泡沫細胞的形成[19]。Lee 等[20]報道小檗堿通過增強 LXRa-ABCA1 依賴性膽固醇流出顯著抑制ox-LDL 介導(dǎo)的脂質(zhì)積累和泡沫細胞的形成。然而,Guan 等[12]報道小檗堿可以通過抑制LOX-1 的表達和促進巨噬細胞來源的泡沫細胞中SR-BI 的表達來抑制泡沫細胞的形成,而對 SR-A 或ABCA1 表達沒有影響。此外,Yang 等[17]證明小檗堿通過抑制AP-1 活性和激活 Nrf2/HO-1 通路來降低巨噬細胞泡沫細胞中的膽固醇積累。總之,小檗堿可以通過多種分子機制來抑制泡沫細胞的形成,作為QHW 提取物的主要成分之一,小檗堿可能通過抑制泡沫細胞的形成從而發(fā)揮抗動脈粥樣硬化的作用。
據(jù)報道動脈粥樣硬化與高脂血癥和高膽固醇血癥密切相關(guān)[21]。本研究中,動脈粥樣硬化模型大鼠的TC、LDL-C 和TG 水平顯著升高,而HDL-C 水平顯著降低,表明動脈粥樣硬化的形成與高水平的LDL-C 和TG 有關(guān),高水平的 LDL-C 和低水平的HDL-C 都意味著較差的 AAI,高 LDL-C 和低 HDL-C水平更可能導(dǎo)致動脈粥樣硬化。動脈粥樣硬化通常是由負載有脂質(zhì)的巨噬細胞(即泡沫細胞)的積聚引起的[22]。巨噬細胞吞噬過量的脂質(zhì),如 ox-LDL(來自 LDL-C),以形成泡沫細胞。因此,可以推測調(diào)節(jié)血脂有利于防止動脈粥樣硬化。在本研究中,低劑量或高劑量的QHW 提取物治療動脈粥樣硬化大鼠后,其TC,LDL-C 和TG 水平明顯降低,而HDL-C 水平明顯升高。生地黃中所含有的梓醇是一種環(huán)烯醚萜類成分,可以通過降低TC、TG 和LDL-C 的水平并提高HDL-C 的水平來減輕動脈粥樣硬化病變[23]。此外,黃連中含有的小檗堿也具有調(diào)脂作用[24]。因此,QHW 發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用的另一個機制可能是QHW 中所含的小檗堿和梓醇的調(diào)脂作用。
此外,QHW 的調(diào)脂作用也有益于對動脈粥樣硬化大鼠的肝臟的保護。動脈粥樣硬化模型大鼠肝臟出現(xiàn)嚴重的脂滴和形態(tài)結(jié)構(gòu)上的凋亡改變,外觀上出現(xiàn)肝腫大。低劑量或高劑量QHW提取物治療后,肝臟損傷得到改善,形態(tài)結(jié)構(gòu)損傷較少,肝臟輕度受損,并表現(xiàn)為大鼠肝指數(shù)降低。QHW 處理后動脈粥樣硬化大鼠肝臟脂滴和細胞凋亡的改善可能由于QHW 提取物的血脂調(diào)節(jié)作用。肝臟是機體脂質(zhì)代謝的主要器官之一,QHW 對動脈粥樣硬化大鼠肝臟的保護反過來改善其體內(nèi)脂質(zhì)代謝,降低LDL,從而降低泡沫細胞的形成,進一步發(fā)揮抗動脈粥樣硬化作用。
綜上所述,中藥QHW 對高膽固醇飲食誘導(dǎo)的動脈粥樣硬化大鼠具有顯著的抗動脈粥樣硬化作用。QHW 具有抑制泡沫細胞形成和調(diào)節(jié)血脂(降低TC、TG 和LDL-C 水平,升高HDL-C 水平)的作用,可能是通過抑制泡沫細胞的形成和調(diào)節(jié)血脂發(fā)揮抗動脈粥樣硬化的作用,但確切的分子機制和靶點有待進一步探索。