周恩,朱磊,沈洪
(南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院,江蘇 南京 210029)
潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)是一種持續(xù)時間較長的慢性非特異性腸道炎癥性疾病,其臨床特征包括腹瀉、腹痛和便血,病理特征包括連續(xù)和彌漫性腸黏膜損傷,涉及結(jié)腸或直腸的黏膜和黏膜下層[1]。UC 作為難治性終身性疾病,發(fā)病率逐年升高。遺傳、環(huán)境、免疫、腸道菌群等多種因素綜合作用是UC 發(fā)病的主要機制。研究顯示,宿主與腸道菌群之間的相互作用會誘導(dǎo)機體產(chǎn)生適應(yīng)性免疫應(yīng)答[2],Th17/Treg 細(xì)胞因子表達(dá)平衡一旦被打破,便會誘發(fā)一系列免疫炎癥反應(yīng),參與UC 發(fā)病及進(jìn)展的全過程。吲哚胺2,3-雙加氧酶1(indoleamine 2,3-dioxygenase 1,IDO1)作為主要限速酶參與色氨酸沿犬尿氨酸途徑的分解代謝,IDO1是在炎癥條件下誘導(dǎo)的色氨酸分解代謝酶,可能與體內(nèi)平衡最相關(guān)[3],有助于免疫反應(yīng)[4]。因此,IDO1 可能是一個重要的分子標(biāo)記[5-6]。大量研究表明,IDO1 在炎癥性腸病、感染和憩室病中的表達(dá)增加[7-8]。通過生物信息學(xué)分析也證實了IDO1 在UC中上調(diào),主要與細(xì)胞因子分泌、免疫反應(yīng)和癌癥進(jìn)展有關(guān),其表達(dá)也在UC小鼠模型中得到證實[3]。
清腸化濕方是沈洪教授根據(jù)多年臨床經(jīng)驗、前期課題、實驗等相關(guān)研究優(yōu)化精簡而來,由黃芪、白芍、地榆、白頭翁、白芷、黃芩等6 味藥組成,具有清熱除濕、調(diào)和氣血、涼血止痢之效。課題組前期研究表明,清腸化濕方能夠修復(fù)UC 小鼠受損腸道黏膜,減輕炎癥反應(yīng),其機制可能與調(diào)節(jié)腸道菌群有關(guān)[9]。
因此,本研究通過葡聚糖硫酸鈉(dextran sulfate sodium,DSS)誘導(dǎo)的小鼠潰瘍性結(jié)腸炎模型,以期能夠發(fā)現(xiàn)Th17/Treg 細(xì)胞因子表達(dá)平衡與IDO1 的聯(lián)系,進(jìn)一步探討清腸化濕方治療UC的作用機制。
健康SPF 級C57BL6/J 小鼠,雄性,6~8 周齡,體質(zhì)量18~20 g,購于浙江維通利華實驗動物技術(shù)有限公司,合格證編號:20210526Abzz0619000328,生產(chǎn)許可證號:SCXK(浙)2019-0001。于南京中醫(yī)藥大學(xué)動物實驗中心動物房飼養(yǎng),溫度24~25 ℃,濕度50%~60%,光照時間:每日12 h 光照,12 h 避光。小鼠被允許自由采食和飲水。實驗前,小鼠至少適應(yīng)新環(huán)境7 d。
組方:生黃芪15 g,炒白芍15 g,生地榆15 g,白頭翁15 g,白芷10 g,黃芩10 g,共80 g/劑,藥物飲片購于江蘇省中醫(yī)院。稱取清腸化濕方藥物,加10 倍水浸泡1 h 后煎煮2 次,合并2 次藥液,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮,制備成濃度為1.2、2.4 g/mL的清腸化濕方水煎液。
葡聚糖硫酸鈉(DSS,M.W.= 36 000,50 000,CAS:9011-18-1)(美國MP Biomedicals 公司);HiScript ⅢRT SuperMix for qPCR(貨號:R323-01,南京諾唯贊生物科技股份有限公司);RNA 抽提液TRIZOL REAGENT[貨號:15596018,英濰捷基(上海)貿(mào)易有限公司];ChamQ SYBR qPCR Master Mix(貨號:Q711-02,南京諾唯贊生物科技股份有限公司);引物合成于上海捷瑞生物工程有限公司;BCA蛋白測定試劑盒(貨號:E112-01/02,南京諾唯贊生物科技股份有限公司);預(yù)染蛋白Marker[貨號:26617,英濰捷基(上海)貿(mào)易有限公司];ECL化學(xué)發(fā)光液(貨號:E412-02,南京諾唯贊生物科技股份有限公司);抗體IDO1(Proteintech)(貨號:13268-1-AP,南京偉沃生物科技有限公司);抗體RORγt(Proteintech)(貨號:13205-1-AP,南京偉沃生物科技有限公司);抗體Foxp3(Proteintech)(貨號:22228-1-AP,南京偉沃生物科技有限公司);內(nèi)參GAPDH(貨號:bsm-33033 m,北京博奧森生物技術(shù)有限公司);HRP 標(biāo)記山羊抗小鼠(貨號:GB23301,武漢賽維爾生物科技有限公司);HRP 標(biāo)記山羊抗兔(貨號:GB23303,武漢賽維爾生物科技有限公司);4%的多聚甲醛固定液(貨號:G1101,武漢賽維爾生物科技有限公司)。
倒置顯微鏡(型號:CKX41,日本Olympus 公司);PCR 儀(型號:EasyCycler,德國analytikjena);超微量分光光度計(型號:NANODROP 2000,美國Thermo);實時熒光定量PCR 儀(型號:LightCycler96,瑞士Roche);電泳儀(型號:PowerPac Basic,美國Bio-Rad公司);凝膠成像儀(型號:CHEMIDOC XRS+,美國Bio-Rad公司)。
將24只小鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)2周后,隨機分為空白組、模型組、清腸化濕方低劑量組和清腸化濕方高劑量組,每組6只。實驗第1~13天,空白組小鼠自由飲用純水作為對照,模型組給予0.2 mL/20 g 純水灌胃,清腸化濕方低劑量組[12 g/(kg·d)]、清腸化濕方高劑量組[24 g/(kg·d)]分別予相應(yīng)濃度中藥按0.2 mL/20 g 灌胃,實驗第4~10 天模型組、清腸化濕方低劑量組、清腸化濕方高劑量組自由飲用2.5% DSS 以制備結(jié)腸炎模型。
第14 天處死小鼠,用鑷子摘取一側(cè)眼球,取血,6 000 r/min,離心10 min,吸取上層血清,-80 ℃保存,備用。剖開小鼠腹部,充分暴露腹腔,取肛門上2 cm至盲腸的整段結(jié)腸,選取0.5 cm 結(jié)腸組織用4%多聚甲醛固定,用于HE 染色,余結(jié)腸組織放于-80 ℃?zhèn)溆谩?/p>
2.3.1 小鼠一般情況、疾病活動指數(shù)評分(DAI)及結(jié)腸長度
實驗過程中,每天觀察小鼠毛色、精神狀態(tài)等一般情況,每天記錄小鼠體質(zhì)量、糞便性狀、便血情況,進(jìn)行小鼠疾病活動指數(shù)評分(disease active index,DAI)。具體見表1。此外,實驗第14 天,剖取結(jié)腸后,用尺子量取結(jié)腸長度,以初步評價藥物治療UC的療效。
表1 小鼠DAI評分標(biāo)準(zhǔn)
DAI=(體質(zhì)量下降/%+大便性狀+血便)/3
2.3.2 小鼠結(jié)腸組織病理學(xué)檢測
造模給藥后,于第14 天處死小鼠,留取0.5 cm 小鼠結(jié)腸組織于4%福爾馬林中固定,常規(guī)石蠟包埋,切片約4~5μm,行常規(guī)HE染色,光鏡觀察。
2.3.3 RT-qPCR 檢測結(jié)腸組織RORγt、IL-17、IL-22、IL-23、Foxp3、IL-10、TGF-β、IDO1 mRNA表達(dá)水平
每組選15 mg結(jié)腸組織,勻漿,用Trizol試劑提取總RNA,逆轉(zhuǎn)錄成cDNA。PCR 反應(yīng)體系:cDNA 1μL,上下游引物反應(yīng)體系各1μL,DEPC 水4.5μL,2×ChamQ SYBR Qpcr Master Mix 7.5 μL。PCR 反應(yīng)程序:預(yù)變性:95 ℃30 s,進(jìn)行1 個循環(huán);退火:95 ℃10 s;60 ℃30 s,進(jìn)行40 個循環(huán);溶解曲線:95 ℃15 s,60 ℃60 s,95 ℃15 s。按照2-△△Ct計算得到相對定量結(jié)果。引物序列參照Gene Bank 數(shù)據(jù)庫中的基因序列,引物合成于上海捷瑞生物工程有限公司。引物序列見表2。
2.3.4 Western Blot 法檢測結(jié)腸組織RORγt、Foxp3、IDO1蛋白表達(dá)水平
取15 mg 組織放入勻漿管,加入200 μL 含PMSF的裂解液,勻漿,置于冰上,裂解30 min;BCA 法定蛋白,算出蛋白上樣量;12%分離膠加3%濃縮膠;電泳(濃縮膠電壓70 V 壓膠,待跑至分離膠處電壓調(diào)至110 V,條帶跑至底部即停止);濕轉(zhuǎn),恒壓100 V,60 min;轉(zhuǎn)膜后的PVDF 膜置于5%脫脂牛奶室溫封閉90 min,50 r/min;孵育一抗(1∶1 000),置于搖床4 ℃,50 r/min過夜。次日,TBST洗膜3次,100 r/min,15 min/次;孵育二抗(1∶3 000),室溫孵育1 h,轉(zhuǎn)速50 r/min;TBST洗膜3 次,100 r/min,15 min/次,顯影。采用ECL 液進(jìn)行發(fā)光及條帶分析。
實驗中的數(shù)據(jù)采用Graphpad Prism8.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計處理,數(shù)據(jù)先進(jìn)行正態(tài)分布和方差齊性檢驗,若符合正態(tài)分布及方差齊性檢驗,進(jìn)行one-way ANOVA分析;若不符合正態(tài)分布,選擇非參數(shù)檢驗;數(shù)據(jù)用±SEM表示,P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
實驗結(jié)束后,空白組小鼠一般狀況良好,毛色正常,精神活躍,飲食及二便正常;模型組小鼠在給予2.5%DSS后,體質(zhì)量下降明顯,精神漸萎靡,毛發(fā)無光澤,飲食攝入明顯減少,出現(xiàn)明顯的稀便和肉眼血便;清腸化濕方低劑量組小鼠體質(zhì)量下降與模型組相似,精神稍萎靡,飲食攝入減少,出現(xiàn)稀便及肉眼血便,但較模型組少;清腸化濕方高劑量組小鼠體質(zhì)量下降不顯,精神狀態(tài)可,毛發(fā)光澤,大便增粗,出現(xiàn)較少稀便及肉眼血便。
與空白組比較,模型組小鼠DAI 評分升高(P<0.01),結(jié)腸長度縮短(P<0.000 1)。與模型組相比,清腸化濕方低劑量組DAI評分降低,結(jié)腸長度增加,但無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。與模型組相比,清腸化濕方高劑量組DAI 評分明顯降低(P<0.05),結(jié)腸長度明顯增加(P<0.05)。見表3。
表3 各組小鼠第13天DAI評分及結(jié)腸長度(±SEM)
表3 各組小鼠第13天DAI評分及結(jié)腸長度(±SEM)
注:與空白組相比,##P <0.01,####P <0.000 1;與模型組相比,*P <0.05。
組別空白組模型組清腸化濕方低劑量組清腸化濕方高劑量組n6 6 6 6 DAI評分(分)0.000±0.000 3.500±0.500##1.889±0.729 0.833±0.601*平均結(jié)腸長度(cm)7.800±0.157 5.433±0.112####6.350±0.154 6.883±0.176*
對各組小鼠結(jié)腸組織進(jìn)行HE 染色,結(jié)果顯示,空白組小鼠結(jié)腸結(jié)構(gòu)完整,隱窩結(jié)構(gòu)完整,無潰瘍形成,未見炎性細(xì)胞浸潤;模型組小鼠可見大片黏膜上皮破壞,隱窩結(jié)構(gòu)破壞,潰瘍形成,黏膜及黏膜下層大量炎性細(xì)胞浸潤;清腸化濕方低劑量組杯狀細(xì)胞和隱窩部分存在,但黏膜層較多炎癥細(xì)胞浸潤。清腸化濕方高劑量組,炎性細(xì)胞浸潤減少,黏膜損傷較少,結(jié)構(gòu)趨于正常,提示清腸化濕方低、高劑量組均能夠減輕結(jié)腸炎癥,減輕結(jié)腸組織損傷,但高劑量組效果更好。見圖1。
3.4.1 清腸化濕方對UC 小鼠腸道RORγt 及相關(guān)細(xì)胞因子IL-17、IL-22、IL-23 mRNA表達(dá)的影響
與空白組相比,模型組UC 小鼠RORγt、IL-17、IL-22、IL-23 mRNA 表達(dá)水平明顯升高(P<0.01)。與模型組相比,清腸化濕方低劑量組IL-17、IL-22、IL-23 mRNA 表達(dá)水平降低(P<0.05)。與模型組相比,清腸化濕方高劑量組RORγt、IL-17、IL-22、IL-23mRNA 表達(dá)水平下降趨勢明顯(P<0.01,P<0.001)。見表4。
表4 各組小鼠結(jié)腸組織RORγt、IL-23、IL-17、IL-22 mRNA表達(dá)的比較(±SEM)
表4 各組小鼠結(jié)腸組織RORγt、IL-23、IL-17、IL-22 mRNA表達(dá)的比較(±SEM)
注:與空白組相比,##P <0.01;與模型組相比,*P <0.05,**P <0.01,***P <0.001。
組別空白組模型組清腸化濕方低劑量組清腸化濕方高劑量組n4 4 4 4 RORγt 1.014±0.095 2.300±0.349##2.000±0.149 0.793±0.050***IL-17 1.275±0.549 12.276±3.305##4.160±0.423*2.794±0.366**IL-22 1.136±0.261 30.495±7.669##9.465±1.530*6.620±1.362**IL-23 1.051±0.187 13.006±3.645##4.647±0.728*2.258±0.308**
3.4.2 清腸化濕方對UC 小鼠腸道Foxp3 及相關(guān)細(xì)胞因子IL-10、TGF-β mRNA影響
與空白組相比,模型組UC 小鼠Foxp3 mRNA 表達(dá)降低,清腸化濕方低劑量組IL-10、TGF-β mRNA 水平升高(P<0.01,P<0.001)。與模型組相比,清腸化濕方高劑量組Foxp3、IL-10、TGF-β mRNA 表達(dá)水平升高明顯(P<0.05,P<0.01)。見表5。
表5 各組小鼠結(jié)腸組織Foxp3、IL-10、TGF-β mRNA表達(dá)的比較(±SEM,n=4)
表5 各組小鼠結(jié)腸組織Foxp3、IL-10、TGF-β mRNA表達(dá)的比較(±SEM,n=4)
注:與空白組相比,##P <0.01,###P <0.001;與模型組相比,*P <0.05,**P <0.01。
組別空白組模型組清腸化濕方低劑量組清腸化濕方高劑量組Foxp3 1.029±0.143 0.348±0.116 1.469±0.602 1.963±0.331*IL-10 1.138±0.347 3.402±0.467 2.068±0.144###11.949±2.699**TGF-β 1.001±0.025 1.950±0.077 1.479±0.146##6.196±1.468**
3.4.3 清腸化濕方對UC小鼠腸道IDO1 mRNA影響
與空白組相比,模型組UC 小鼠IDO1 mRNA 表達(dá)顯著升高(P<0.01)。與模型組相比,清腸化濕方低劑量組IDO1 mRNA 表達(dá)水平降低(P<0.05)。與模型組相比,清腸化濕方高劑量組IDO1 mRNA 表達(dá)下降明顯(P<0.01)。見表6。
表6 各組小鼠結(jié)腸組織IDO1 mRNA表達(dá)的比較(±SEM)
表6 各組小鼠結(jié)腸組織IDO1 mRNA表達(dá)的比較(±SEM)
注:與空白組相比,##P <0.01;與模型組相比,*P <0.05,**P <0.01。
組別空白組模型組清腸化濕方低劑量組清腸化濕方高劑量組n4 4 4 4 IDO1 1.051±0.192 5.916±1.595##1.355±0.451*1.107±0.246**
與空白組相比,模型組UC小鼠結(jié)腸組織RORγt蛋白表達(dá)增加。與模型組相比,清腸化濕方低劑量組及高劑量組RORγt 蛋白表達(dá)降低(P<0.05)。與空白組相比,模型組小鼠結(jié)腸組織Foxp3 蛋白表達(dá)降低明顯。與模型組相比,清腸化濕方低劑量組Foxp3蛋白表達(dá)升高,高劑量組Foxp3蛋白表達(dá)升高明顯(P<0.05)。與空白組相比,模型組結(jié)腸組織中IDO1蛋白表達(dá)顯著升高。與模型組相比,清腸化濕方低劑量組IDO1蛋白表達(dá)水平降低,清腸化濕方高劑量組IDO1蛋白表達(dá)水平降低明顯(P<0.05)。見圖2、圖3和表7。
表7 RORγt、Foxp3、IDO1蛋白相對表達(dá)量(±SEM,n=6)
表7 RORγt、Foxp3、IDO1蛋白相對表達(dá)量(±SEM,n=6)
注:與模型組相比,*P <0.05。
組別空白組模型組清腸化濕方低劑量組清腸化濕方高劑量組RORγt/GAPDH 0.685±0.034 0.763±0.044 0.564±0.026*0.565±0.051*Foxp3/GAPDH 0.835±0.034 0.669±0.062 0.973±0.078 1.165±0.117*IDO1/GAPDH 0.212±0.056 0.407±0.106 0.165±0.044 0.064±0.025*
UC 作為臨床難治性疾病之一,我國UC 的發(fā)病率呈快速上升趨勢[10-11]。根據(jù)其臨床特點,將其歸屬于“久痢”“腸澼”“泄瀉”“便血”等范疇,病機多為濕熱蘊腸、氣血失調(diào)[12]。清腸化濕方集“白頭翁湯”“芍藥湯”“黃芩湯”于一體,方中白頭翁清熱止痢、解毒涼血,白芍健脾柔肝、調(diào)氣和血,黃芩清腸化濕、止痢涼血,白芷排膿消腫,地榆斂瘡涼血,黃芪益氣健脾,共奏清熱除濕、調(diào)和氣血、止痢涼血之效[13]。
目前,UC 的病因尚不清楚,但多項研究顯示,UC的發(fā)病與免疫失調(diào)相關(guān)[14-16]。在UC 的發(fā)展過程中,Th17 細(xì)胞的數(shù)量通常會增加,而Treg 細(xì)胞的數(shù)量會減少,因此,結(jié)腸固有層中的CD4+T細(xì)胞常被認(rèn)為是潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病的關(guān)鍵因素[1]。Th17 細(xì)胞作為CD4+T 細(xì)胞亞群,不僅可以通過保持免疫微環(huán)境的平衡來保護(hù)腸黏膜,還可以通過促炎細(xì)胞因子IL-17、IL-22 和IL-23等加劇腸道炎癥反應(yīng)[14]。RORγt是Th17特有的轉(zhuǎn)錄因子,其表達(dá)控制Th17細(xì)胞的分化及功能變化[17]。Treg細(xì)胞是CD4+T細(xì)胞的另一個亞群,發(fā)揮負(fù)免疫調(diào)節(jié)作用,主要通過分泌抗炎細(xì)胞因子,如TGF-β 和IL-10,抑制免疫細(xì)胞的活性,從而控制炎癥,參與各種免疫疾病[18],維持免疫耐受和平衡[14]。Foxp3 是Treg關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,控制Treg細(xì)胞的發(fā)育和功能,其表達(dá)水平對于Treg 的功能變化有直接影響[19]。Th17 細(xì)胞促進(jìn)組織炎癥,Treg細(xì)胞抑制自身免疫。因此,Th17/Treg細(xì)胞平衡至關(guān)重要。本研究發(fā)現(xiàn),模型組UC 小鼠結(jié)腸中RORγt,及相關(guān)促炎因子IL-17、IL-22、IL-23 mRNA 表達(dá)升高,F(xiàn)oxp3 mRNA 表達(dá)下降,同時通過Western Blot 驗證了在模型組小鼠結(jié)腸組織中RORγt 蛋白表達(dá)升高,F(xiàn)oxp3 蛋白表達(dá)下降,提示抑炎因子降低而促炎因子升高,說明Th17/Treg 平衡被打破,Th17/Treg 及相關(guān)細(xì)胞因子對維持UC 免疫耐受和平衡密切相關(guān)。與模型組比較,清腸化濕方低、高劑量組均降低了RORγt 及相關(guān)促炎因子IL-17、IL-22、IL-23 mRNA 表達(dá)情況,但尤以清腸化濕方高劑量組下調(diào)明顯。與模型組比較,清腸化濕方高劑量組顯著上調(diào)了Foxp3 及抑炎因子IL-10、TGF-β mRNA 表達(dá),清腸化濕方低劑量組上調(diào)不明顯。同時與模型組相比,清腸化濕方低劑量組Foxp3 蛋白表達(dá)升高,RORγt 蛋白下降。與模型組相比,清腸化濕方高劑量組能有效降低UC 小鼠結(jié)腸組織RORγt 蛋白表達(dá)情況,升高Foxp3 蛋白表達(dá),提示清腸化濕方能夠有效激活UC 小鼠的Treg 細(xì)胞,抑制Th17 細(xì)胞,從而改善Th17/Treg 細(xì)胞因子表達(dá)平衡,抑制炎癥免疫反應(yīng),其中尤以清腸化濕方高劑量組效果顯著。
IDO1是一種由先天免疫系統(tǒng)細(xì)胞表達(dá)的酶,充當(dāng)與適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的界面[20]。通過色氨酸的分解代謝和犬尿氨酸代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生,IDO1在黏膜免疫耐受中發(fā)揮重要作用[21]。IDO1 是Treg 細(xì)胞分化的促成因素之一[22]。這種酶對調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)至關(guān)重要[23]。本實驗發(fā)現(xiàn),模型組小鼠結(jié)腸組織中IDO1 mRNA 表達(dá)水平升高,清腸化濕方低、高劑量組IDO1 mRNA 表達(dá)水平較模型組降低;模型組UC 小鼠IDO1 蛋白表達(dá)水平顯著升高,清腸化濕方低劑量組IDO1蛋白表達(dá)水平較模型組降低,清腸化濕方高劑量組IDO1蛋白表達(dá)水平較模型組明顯降低,表明IDO1 的激活與UC 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),而清腸化濕方能夠明顯下調(diào)UC 小鼠結(jié)腸組織中的IDO1 mRNA水平及蛋白表達(dá)水平。
綜上所述,清腸化濕方能促進(jìn)UC 小鼠恢復(fù),降低UC 小鼠DAI 評分,改善病理損傷,尤以清腸化濕方高劑量組治療作用顯著,其作用機制可能是通過下調(diào)IDO1表達(dá),下調(diào)RORγt及相關(guān)促炎因子IL-17、IL-22和IL-23,上調(diào)Foxp3及相關(guān)抑炎因子IL-10、TGF-β,維持Th17/Treg 細(xì)胞因子表達(dá)平衡,從而達(dá)到治療作用。本次研究也存在不足之處,如相關(guān)研究顯示犬尿氨酸/色氨酸是腸道中IDO1 激活的指標(biāo)[24],因此,本研究還應(yīng)當(dāng)評估各組小鼠血漿中犬尿氨酸及色氨酸濃度,以進(jìn)一步證明IDO1被激活等。