王艷天,顧欣,王帆,朱夢(mèng)婷,徐墜成,徐藝
(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院,江蘇 南京 210029;2.南京中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,江蘇 南京 210023;3.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,江蘇 南京 210023)
腸易激綜合征(Irritable bowel syndrome,IBS)是一種以反復(fù)發(fā)作的腹痛、排便習(xí)慣改變和糞便性狀異常等為臨床表現(xiàn)的胃腸道疾病,根據(jù)臨床表現(xiàn)分為4種亞型,分別為便秘型、腹瀉型、混合型及未定型。IBS的患病率高,病程遷延難愈,嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。IBS的病理生理學(xué)機(jī)制尚不明確,近年來的研究發(fā)現(xiàn),腸道菌群紊亂及其引起的內(nèi)源性物質(zhì)代謝紊亂,尤其是膽汁酸、短鏈脂肪酸等,與其病程遷延密切相關(guān)[1],其中在腹瀉型腸易激綜合征(Diarrhea-predominant irritable bowel syndrome,IBS-D)患者中,其胃腸道還會(huì)伴隨著局部的低度炎癥以及胃腸道通透性增加、緊密連接蛋白或mRNA表達(dá)減少。
膽汁酸(BAs)作為體內(nèi)內(nèi)源性的信號(hào)分子,它的合成和代謝主要發(fā)生在腸道菌群-腸-肝軸。許多疾病都與膽汁酸代謝失調(diào)相關(guān),當(dāng)膽汁酸合成的嚴(yán)格反饋調(diào)節(jié)受到破壞時(shí),膽汁酸可以影響免疫細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞以及肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞的正常生理功能[2]。膽汁酸成分可通過在腸上皮細(xì)胞中激活法尼酯X受體(FXR),誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-19(FGF-19)的轉(zhuǎn)錄,發(fā)揮其對(duì)脂質(zhì)代謝、炎癥、免疫調(diào)節(jié)等方面的調(diào)控作用。近期的一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn)[3],約20%的IBS-D患者具有特發(fā)性膽汁酸腹瀉型的臨床表現(xiàn)。提示膽汁酸與IBS,尤其是IBS-D的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān),因此,從膽汁酸代謝輪廓角度評(píng)價(jià)相關(guān)藥物的藥效、探討其潛在作用機(jī)制[4],已成為目前的研究熱點(diǎn)。
在中醫(yī)理論中,IBS-D相當(dāng)于中醫(yī)“泄瀉”[5]范疇,病位在于肝脾,久則損及于心。全國(guó)名老中醫(yī)單兆偉在治療IBS-D方面臨床經(jīng)驗(yàn)頗豐,認(rèn)為IBS-D當(dāng)從肝脾心論治,采用疏肝理氣、健脾止泄等方法,自擬柴參解郁湯治療IBS-D患者。藥用柴胡10 g,黨參15 g,炒白術(shù)15 g,炒白芍15 g,防風(fēng)10 g,茯苓12 g,炒薏苡仁15 g,蓮子10 g,合歡皮12 g,炙甘草4 g。諸藥合用可補(bǔ)其虛,除其濕,行其滯,調(diào)其氣和脾胃,則諸癥自除。因此,本研究前期研究基礎(chǔ)之上[6],采用靶向代謝組學(xué)的方法,進(jìn)一步探究柴參解郁湯對(duì)IBS-D模型小鼠糞便膽汁酸代謝輪廓改變的作用,在此基礎(chǔ)上探討柴參解郁湯治療IBS-D的作用機(jī)制。
SPARK 10M多功能酶標(biāo)儀(瑞士Tecan公司),AB SCIEX Triple TOFTM 5500質(zhì)譜儀(美國(guó)AB Sciex公司),5200全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光成像分析系統(tǒng)(瑞士Tecan公司),Micro21R高速冷凍離心機(jī)(美國(guó)Thermo Fisher公司),CFX Connect實(shí)時(shí)熒光定量PCR系統(tǒng)(美國(guó)Bio-Rad公司)。
石膽酸(LCA,貨號(hào):HE28)、牛磺熊去氧膽酸(TUDCA,貨號(hào):FH26)購(gòu)自上海旭碩生物科技有限公司;甘氨鵝去氧膽酸(GCDCA,貨號(hào):Y29M9K57235)、?;敲撗跄懰?(TDCA,貨號(hào):B26J9J53831)、甘氨豬去氧膽酸(GHDCA,貨號(hào):Y23N9K75826)、甘氨熊去氧膽酸(GUDCA,貨號(hào):B03D9K76539)購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司;脫氧膽酸(DCA,貨號(hào):D1928157)、甘氨膽酸(GCA,貨號(hào):J1808126)、熊去氧膽酸(UDCA,貨號(hào):E1715044)購(gòu)自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;脫氫膽(Dehydro-CA,貨號(hào):C10389731)、豬去氧膽酸(HDCA,貨號(hào):C0026119),?;悄懰?TCA,貨號(hào):C10452445)購(gòu)自上海麥克林生化科技有限公司,膽酸 CA,貨號(hào):MK710311)、鵝去氧膽酸(CDCA,貨號(hào):YC711136)購(gòu)自上海思域化工科技有限公司;甘氨酸脫氧膽酸(GDCA,貨號(hào):HW19E1507-2)購(gòu)于北京華威銳科化工有限公司,α-鼠膽酸 (α-MCA,貨號(hào):M732750)、β-鼠膽酸(β-MCA,貨號(hào):C1895-000)、牛黃α鼠膽酸(T-α-MCA,貨號(hào):HJS-20002)購(gòu)自Isoreag公司;豬膽酸(HCA,貨號(hào):AB0197)購(gòu)自成都埃爾法生物科技有限公司;牛磺鵝去氧膽酸(TCDCA,貨號(hào):B20919)、甘氨石膽酸(GLCA,貨號(hào):S27511)、?;秦i膽酸(THCA,貨號(hào):B27364)購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司;熊膽酸(UCA,貨號(hào):qy-r002654)購(gòu)自上海古朵生物科技有限公司;甘氨豬膽酸(GHCA,貨號(hào):CY14994)購(gòu)自上海凱梅根生物科技有限公司。RNA isolater(諾維贊,貨號(hào):7E480F0);HiScript?Ⅱ Q RT SuperMix for qPCR (貨號(hào):7E451A0)、ChamQTM SYBR?qPCR Master Mix (貨號(hào):7E471B0)購(gòu)自南京諾維贊生物科技股份有限公司;ZO-1(貨號(hào):EPR19945-296)購(gòu)自艾博抗(上海)貿(mào)易有限公司;OCCLUDIN(貨號(hào):66378-1-lg)購(gòu)自Proteintech公司。
健康SPF級(jí)C57BL/6小鼠,雌性,36只,體質(zhì)量18~22 g,由南京市江寧區(qū)青龍山動(dòng)物繁殖場(chǎng)提供,合格證號(hào):SCXK(蘇)2019-0002。實(shí)驗(yàn)經(jīng)南京中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物倫理中心批準(zhǔn)(倫理號(hào):202006A034)。
柴參解郁湯中藥飲片制備:取柴胡10 g,黨參15 g,炒白術(shù)15 g,炒白芍15 g,防風(fēng)10 g,茯苓12 g,炒薏苡仁15 g,蓮子10 g,合歡皮12 g,炙甘草4 g,加10倍量蒸餾水浸泡30 min,煎煮1 h,合計(jì)2次濾液,采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至濃度合生藥量1 g·mL-1的藥液。
為了探究柴參解郁湯對(duì)小鼠糞便膽汁酸的影響,我們將36只小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周,隨機(jī)分為3組:正常組、模型組、柴參解郁湯組,每組12只。建立IBS-D小鼠模型[7],采用束縛性應(yīng)激(每天2 h,8:00~10:00)2周后,從第3周開始在束縛性應(yīng)激的基礎(chǔ)上復(fù)合番瀉葉(3 g·kg-1)灌胃誘導(dǎo)IBS-D小鼠模型。同時(shí),從第3周開始,柴參解郁湯組每天灌胃給予柴參解郁湯,給藥劑量按人和動(dòng)物體表面積折算的等效計(jì)量計(jì)算,換算成小鼠的劑量為15 g·kg-1,正常組和模型組分別飼以等體積的去離子水。
小鼠造模結(jié)束后處死,取空腸部位,在10%中性甲醛固定,石蠟包埋,組織切片后進(jìn)行HE染色,顯微鏡下觀察空腸組織結(jié)構(gòu)是否完整和組織充血水腫情況,是否有腸道上皮細(xì)胞排列紊亂、隱窩損傷、腸道上皮完整性等病理學(xué)改變情況。
取空腸組織約30 mg,加入裂解液,提取蛋白,經(jīng)變性后,在10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)上進(jìn)行分析并轉(zhuǎn)移至PVDP膜中。經(jīng)封閉后,分別加入iNOS一抗(稀釋比例1∶5 000,Abcam)和COX-2一抗(稀釋比例1∶2 000,Proteintech),孵育過夜后,加入二抗、洗滌3次后,加入ECL發(fā)光液,在化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)中進(jìn)行分析。
取50 mg小鼠空腸組織,按試劑盒說明書提取總RNA,逆轉(zhuǎn)錄后用實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀進(jìn)行檢測(cè),具體程序如下:第一步,預(yù)變性,1個(gè)循環(huán),95 ℃ 30 s;第二步,PCR反應(yīng),40個(gè)循環(huán),95 ℃ 10 s,58 ℃ 30 s,轉(zhuǎn)錄水平通過公式2-ΔΔCt計(jì)算。引物序列如表1所示。
表1 引物序列Table 1 The sequences of the primers
隨機(jī)從上述各組小鼠中取4只動(dòng)物進(jìn)行胃腸道通透性實(shí)驗(yàn),小鼠禁食12 h后,灌胃給予FITC標(biāo)記的右旋糖苷(分子量4 000,50 mg·kg-1),給藥2 h后,取血,3 000 r·min-1離心5 min后,取50 μL上清與PBS溶液1∶1混合后,在酶標(biāo)儀下檢測(cè)(激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為485 nm和533 nm)。
最后一次給藥24 h后,取各組小鼠的新鮮糞便,將小鼠糞便冷凍干燥后,研磨均勻,精密稱取20 mg,加入380 μL的50%的乙腈,渦旋震蕩5 min并在4 ℃下以12 000×g離心10 min。吸取上清40 μL加80 μL含同位素內(nèi)標(biāo)的乙腈溶液,渦旋震蕩5 min并在4 ℃下以12 000×g離心10 min,吸取上清液進(jìn)樣[8]。色譜條件如下:色譜柱為BDS Hypersil C18(50 mm×2.1 mm,2.4 μm);流動(dòng)相為乙腈和1 mmol·L-1的甲酸銨水溶液,采用梯度洗脫方式進(jìn)行,流速為0.30 mL·min-1;柱溫:40 ℃,進(jìn)樣量2 μL。質(zhì)譜條件如下:離子源為ESI源;檢測(cè)方式:負(fù)離子檢測(cè);電子能量:70 eV;ESI源溫度:255 ℃;色譜質(zhì)譜接口溫度:300 ℃;碰撞氣氬氣壓力:1.5 mTorr(1 mTorr=0.133 Pa)。
3.1.1 對(duì)小鼠糞便含水量的影響 與空白組相比,模型組小鼠糞便含水量升高(P<0.01);與模型組比較,柴參解郁湯組能明顯降低糞便含水量(P<0.01)。結(jié)果見圖1。
3.1.2 小鼠空腸組織病理學(xué)的改變 與空白組相比,模型組和柴參解郁湯組小鼠的空腸黏膜組織都有不同程度的損傷,其中模型組小鼠損傷最為嚴(yán)重,空腸絨毛大部分脫落壞死,絨毛的固有層細(xì)胞溶解,絨毛結(jié)構(gòu)模糊不清;經(jīng)過柴參解郁湯中藥治療后的小鼠空腸絨毛結(jié)構(gòu)比較完整,排列整齊,層次分明。由圖1C可知,IBS-D型小鼠空腸絨毛長(zhǎng)度顯著低于對(duì)照組小鼠空腸絨毛長(zhǎng)度(P<0.05)。
3.2.1 柴參解郁湯對(duì)FITC-標(biāo)記的右旋糖苷的影響 檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,IBS-D模型小鼠血清中FITC-右旋糖酐含量明顯增加(P<0.01),說明該模型小鼠結(jié)腸通透性增加,腸上皮黏膜遭到破壞,而給予柴參解郁湯后的小鼠血清中FITC-右旋糖酐含量明顯下降(P<0.01)。結(jié)果見圖2。
3.2.2 柴參解郁湯對(duì)2個(gè)緊密連接蛋白mRNA的影響 與空白組相比,模型組小鼠中2個(gè)緊密連接蛋白ZO-1、OCCLUDIN mRNA表達(dá)量明顯降低(P<0.01),給予柴參解郁湯治療后的小鼠結(jié)腸中這2種緊密連接蛋白的mRNA含量有所上升(P<0.05,P<0.01),均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果見圖2。
注:與模型組比較,圖1 柴參解郁湯對(duì)IBS-D小鼠空腸病理損傷、糞便含水量及空腸絨毛長(zhǎng)度的影響Fig.1 The effects of Chaishen Jieyu Decoction on pathological changes of mouse jejunum segment,fecal water content and villi length of jejunum
3.2.3 柴參解郁湯對(duì)COX-2和iNOS蛋白表達(dá)量的影響 與對(duì)照組相比,模型組小鼠空腸中COX-2和iNOS的蛋白表達(dá)量均明顯升高(P<0.05,P<0.01),給予柴參解郁湯治療后,iNOS的蛋白表達(dá)量有所下降,并具有顯著性差異(P<0.01)。結(jié)果見圖3。
注:與模型組比較,圖2 柴參解郁湯對(duì)IBS-D小鼠胃腸道通透性及緊密連接蛋白ZO-1、OCCLUDIN mRNA表達(dá)的影響Fig.2 The effects of Chaishen Jieyu Decoction on the intestinal permeability and the relative mRNA expressions of main tight junctions proteins ZO-1,OCCLUDIN in mice
注:與模型組比較,圖3 各組小鼠空腸中COX-2、iNOS蛋白的表達(dá)情況Fig.3 The relative protein expressions of COX-2 and iNOS in each group
如圖4所示,OPLS-DA和聚類熱圖主要表示膽汁酸的總體變化,聚類熱圖顯示空白組、模型組和柴參解郁湯組相比,糞便膽汁酸總體成分具有明顯差異。OPLS-DA可以從檢測(cè)到的若干變量值中尋找潛在差異物。如圖所示,模型組糞便代謝物與對(duì)照組存在顯著差異。再通過VIP來篩選代謝物差異性變量。如圖所示,空白組、模型組與柴參解郁湯組分別處于不同象限內(nèi),呈現(xiàn)明顯的聚類特征,表明3組小鼠在代謝物水平上具有一定的差異性。空白組與模型組分離度良好,與模型組相比,柴參解郁湯組體內(nèi)小分子代謝物發(fā)生了顯著改變且顯示出恢復(fù)正常水平的趨勢(shì)。
圖4 各組小鼠糞便中膽汁酸的的OPLS-DA(A)和聚類熱圖(B)Fig.4 OPLS-DA score scatter plot (A)and the heatmap (B)of fecal bile acid in different groups
3組小鼠糞便中共檢測(cè)出25種膽汁酸,對(duì)這25種膽汁酸進(jìn)行單因素方差分析和Tukey'sMultipleComparisonTest檢驗(yàn),篩選不同組間的差異代謝物,具體結(jié)果見圖5。與空白組相比,模型組中共有13種膽汁酸含量下降,膽汁酸DCA、GHDCA、HDCA、GLCA、GHCA、TCA、TCDCA、α-MCA、T-α-MCA、UCA、THCA、LCA、HCA含量降低,且有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05);與空白組相比,模型組有3種膽汁酸(CDCA、dehydeo-CA、β-MCA)含量上升,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.01)。而柴參解郁湯可以顯著下調(diào)IBS-D模型小鼠糞便中CDCA、dehydeo-CA、β-MCA膽汁酸的含量(P<0.05,P<0.01),顯著增加IBS-D模型組小鼠糞便中DCA、GHDCA、HDCA、GLCA、GHCA、TCA、TCDCA、α-MCA、T-α-MCA、UCA、THCA、LCA、HCA的含量(P<0.05,P<0.01)。
注:與模型組比較,圖5 各組小鼠糞便中的差異膽汁酸的絕對(duì)定量結(jié)果Fig.5 The absolute quantitative results of the changed fecal bile acids in different groups
本實(shí)驗(yàn)在束縛性應(yīng)激的基礎(chǔ)上復(fù)合番瀉葉灌胃2周誘導(dǎo)IBS-D模型,該模型可以很好地模擬小鼠的腹瀉及腸道菌群紊亂。研究結(jié)果表明,柴參解郁湯可顯著降低小鼠腹瀉癥狀,調(diào)節(jié)腸道通透性,降低小鼠空腸損傷程度。同時(shí)基于膽汁酸在IBS-D的疾病遷延進(jìn)程中的重要作用[9],在小鼠IBS-D模型中,也可以看到模型小鼠出現(xiàn)明顯的膽汁酸代謝紊亂,而給予柴參解郁湯后小鼠糞便中的膽汁酸的變化又有一定程度的恢復(fù)。
通過對(duì)糞便膽汁酸總量或不同類型膽汁酸的分析,發(fā)現(xiàn)許多慢性功能性腹瀉和IBS-D患者的糞便膽汁酸組成和含量有明顯的改變[10]。另有研究表明,IBS患者腸道菌群代謝組與非IBS患者,具有明顯的差異,通過糞便代謝組學(xué)分析,可以區(qū)分患有膽汁酸吸收不良綜合征和不患有膽汁酸吸收不良綜合征的IBS患者[11]。因?yàn)樵谀c肝循環(huán)中,大多膽汁酸經(jīng)過吸收循環(huán),最終回到肝臟,其中5%的膽汁酸為腸道中細(xì)菌生物轉(zhuǎn)化底物,而從初級(jí)膽汁酸經(jīng)腸道微生物代謝形成次級(jí)膽汁酸[12]。所以,腸道菌群生態(tài)失衡一定程度影響了次級(jí)膽汁酸的合成。又因?yàn)樯掀ぜ?xì)胞在結(jié)腸內(nèi)的主要生理作用之一是充當(dāng)天然屏障抵抗管腔內(nèi)毒素和病原體,而UDCA和LCA在結(jié)腸中發(fā)揮著抗炎的作用[4],所以在腸炎小鼠模型中,可以通過補(bǔ)給次級(jí)膽汁酸中LCA、DCA、UDCA的含量從而有效減少腸道炎癥的發(fā)生[4,13]。本次研究結(jié)果表明,IBS-D模型小鼠中,UDCA、LCA和UDCA含量明顯下降,而經(jīng)過柴參解郁湯治療后,3種膽汁酸含量均得到明顯上升,故本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前期的相關(guān)研究結(jié)果相吻合。CA和CDCA是小鼠體內(nèi)的兩種初級(jí)膽汁酸,而結(jié)合型膽汁酸MCA源于CDCA[10],在本次研究結(jié)果中,模型小鼠的MCA含量明顯下降,而CDCA含量則明顯上升,通過這一現(xiàn)象我們可以推測(cè),在IBS-D發(fā)病過程中,膽汁酸的轉(zhuǎn)化途徑受阻,同時(shí)又進(jìn)一步使得模型小鼠的結(jié)合型膽汁酸明顯上升。這一研究結(jié)果與臨床上IBS-D患者糞便中CA和CDCA含量升高相似[14]。
先前的研究表明血清中C4補(bǔ)體升高和FGF19表達(dá)的降低是導(dǎo)致膽汁酸排泄過量的主要原因[15],而過量排泄游離膽汁酸則會(huì)加重IBS-D患者的腹瀉癥狀[16]。本次實(shí)驗(yàn)通過柴參解郁湯的藥物治療后,不僅可以明顯緩解模型組中游離性CDCA、DCA含量的升高,還可以緩解結(jié)合型膽汁酸TDCA含量的降低,起到保護(hù)腸道細(xì)胞的作用。與此同時(shí),GCA的含量在給予中藥治療后在一定程度上得到了回升,表明膽汁酸的轉(zhuǎn)化和合成途徑趨于正常。
盡管本文報(bào)道了柴參解郁湯對(duì)IBS-D動(dòng)物糞便膽汁酸代謝輪廓的調(diào)節(jié)作用,但有關(guān)調(diào)控機(jī)制尚不明確。膽汁酸是FXR的天然配體,被認(rèn)為是腸道和肝臟中調(diào)節(jié)膽汁酸合成和分泌的主要調(diào)節(jié)器[16]。FXR活化抑制膽汁酸合成,在動(dòng)脈粥樣硬化、炎性腸病和實(shí)驗(yàn)性膽汁淤積中具有抗炎作用。在腸道中,膽汁酸的代謝很大程度上又受到腸道菌群的影響,腸道菌群在調(diào)控次級(jí)膽汁酸方面發(fā)揮著重要作用。所以,腸道菌群在通過改變膽汁酸的組成而調(diào)節(jié)宿主的代謝的過程中具有十分重要的意義[17]。本研究中,柴參解郁湯表現(xiàn)較好的治療效果,這可能與柴參解郁湯中某些藥物成分是FXR的天然激動(dòng)劑,并涉及多靶點(diǎn)的調(diào)控有關(guān)。另一方面,柴參解郁湯可能通過恢復(fù)模型小鼠的腸道菌群穩(wěn)態(tài),從而使膽汁酸代謝紊亂得到一定程度的恢復(fù)。
本研究用束縛性應(yīng)激復(fù)合番瀉葉灌胃誘導(dǎo)IBS-D小鼠模型,在給予小鼠柴參解郁湯灌胃治療后,小鼠的空腸病理損傷有所改善,腸上皮細(xì)胞形態(tài)趨于正常。采用靶向代謝組學(xué)技術(shù)分析給予柴參解郁湯后,IBS-D小鼠糞便膽汁酸代謝輪廓趨于正常小鼠。從單獨(dú)膽汁酸成分來看,柴參解郁湯可以使小鼠游離型膽汁酸含量降低,從而降低小鼠的腹瀉癥狀[16]。而膽汁酸的穩(wěn)態(tài)可以緩解腹瀉這一臨床表現(xiàn),進(jìn)而修復(fù)腸細(xì)胞形態(tài)和功能,減輕IBS-D癥狀。在后續(xù)的研究中,可采用代謝流分析技術(shù)進(jìn)一步探討柴參解郁湯對(duì)糞便中特定膽汁酸的作用,為柴參解郁湯治療IBS-D提供更好的理論支持。