王國(guó)恩,楊 帆,劉心雨,葉鈺菁,王若鴻,呂茜婷,劉小婷
人參皂苷Rb1改善拘束應(yīng)激合并脂多糖誘導(dǎo)的小鼠免疫性肝損傷的作用機(jī)制研究
王國(guó)恩,楊 帆,劉心雨,葉鈺菁,王若鴻,呂茜婷,劉小婷
廣東藥科大學(xué),廣東 廣州 510006
研究人參皂苷Rb1對(duì)拘束應(yīng)激(restraint stress,RS)合并脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的免疫性肝損傷小鼠的保肝作用及其機(jī)制。BALB/c小鼠預(yù)先給予人參皂苷Rb1(15 mg/kg)共7 d,給予RS(18 h)合并15 μg/kg LPS誘發(fā)免疫性肝損傷。取小鼠肝臟進(jìn)行組織學(xué)觀察、免疫組化和生化指標(biāo)檢測(cè),基因和蛋白表達(dá)檢測(cè),利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)預(yù)測(cè)人參皂苷Rb1的潛在信號(hào)通路并加以驗(yàn)證。人參皂苷Rb1改善RS合并LPS誘導(dǎo)肝損傷小鼠的肝臟炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、脂肪空泡以及炎癥壞死現(xiàn)象;顯著抑制肝組織白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)表達(dá)(<0.05、0.01);減少肝細(xì)胞凋亡;降低肝組織丙二醛(malondialdehyde,MDA)水平(<0.01);升高肝組織SOD活性和去乙?;窼irtuin-3(SIRT3)蛋白表達(dá)水平(<0.01)。人參皂苷Rb1對(duì)LPS誘導(dǎo)的小鼠肝損傷及氧化應(yīng)激影響不明顯。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)結(jié)果提示人參皂苷Rb1改善氧化應(yīng)激作用與上調(diào)SIRT3的下游靶標(biāo)叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O3(forkhead box O3,)的基因表達(dá)有關(guān)(<0.01)。:人參皂苷Rb1對(duì)RS合并LPS誘導(dǎo)小鼠免疫性肝損傷有保護(hù)作用,其作用機(jī)制可能與上調(diào)SIRT3/FoxO3/SOD功能有關(guān)。
人參皂苷Rb1;免疫性肝損傷;氧化應(yīng)激;Sirtuin-3;超氧化物歧化酶
免疫性肝損傷是由免疫系統(tǒng)介導(dǎo)的肝細(xì)胞損傷疾病,其主要的病理改變是肝組織內(nèi)出現(xiàn)大量的炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、脂肪空泡、肝組織變性及炎癥壞死等特征。免疫性肝損傷可促進(jìn)肝纖維化、肝硬化和肝癌等肝臟疾病的發(fā)展[1]。肝損傷的發(fā)生往往伴隨線粒體動(dòng)力學(xué)的改變,使活性氧簇堆積,進(jìn)而加重肝臟細(xì)胞損傷。而線粒體損傷和氧化應(yīng)激的出現(xiàn)將是各類型肝損傷進(jìn)展加劇的重要影響因素[2]。
人參具有保肝作用,與調(diào)節(jié)免疫功能和抗應(yīng)激作用有關(guān)[3-4]。人參皂苷單體多達(dá)150余種,對(duì)肝損傷、肝炎、肝纖維化、脂肪肝有改善作用[5]。其中,人參中含量較高的成分人參皂苷Rb1在斑馬魚模型中顯示出改善酒精引起的肝損傷作用[6]。然而,人參皂苷Rb1在拘束應(yīng)激(restraint stress,RS)負(fù)荷下對(duì)免疫性肝損傷是否有保護(hù)作用仍不清楚。本研究建立RS合并脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的小鼠模型考察人參皂苷Rb1的作用及機(jī)制。
7周齡SPF級(jí)雄性BALB/c小鼠36只,體質(zhì)量17~19 g,購(gòu)自廣東省醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,動(dòng)物許可證號(hào)SCXK(粵)2018-0002。動(dòng)物飼養(yǎng)于廣東藥科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,室溫20~26 ℃,濕度40%~70%,通風(fēng)良好,自由進(jìn)食飲水。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)經(jīng)廣東藥科大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào)gdpulacspf2017379)。
人參皂苷Rb1(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%,批號(hào)CHB210113)購(gòu)自成都克洛瑪公司;LPS(批號(hào)099M4029V)購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;蘇木素-伊紅(HE)染液(批號(hào)BL700A)購(gòu)自Biosharp公司;免疫組化SP試劑盒(批號(hào)SP-9000)購(gòu)自中杉金橋生物技術(shù)有限公司;白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)抗體(批號(hào)SC-52012)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)抗體(批號(hào)SC-52746)購(gòu)自Santa Cruz Biotechnology公司;轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)抗體(批號(hào)AF1027)購(gòu)自Affinity公司;總超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)抗體(批號(hào)AB68155)購(gòu)自英國(guó)Abcam公司;去乙酰化酶Sirtuin-3(SIRT3)抗體(批號(hào)D22A3)購(gòu)自美國(guó)CST公司;甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)抗體(批號(hào)FD0063)購(gòu)自弗德生物公司;山羊抗鼠二抗(批號(hào)FDM007)購(gòu)自弗德生物公司;山羊抗兔二抗(批號(hào)SA00001-2)購(gòu)自Proteintech公司;TUNEL試劑盒(批號(hào)C1088)購(gòu)自碧云天公司;丙二醛(malondialdehyde,MDA)試劑盒(批號(hào)A003-1-2)、SOD試劑盒(批號(hào)A001-1-1)購(gòu)自南京建成生物工程研究所;一步法除基因組cDNA試劑盒(批號(hào)W9813)購(gòu)自天根生化科技有限公司;SYBR Green PCR Master Mix(批號(hào)067600)購(gòu)自Toyobo公司;引物合成及測(cè)序由生工生物工程有限公司提供。
Pannoramic MIDI顯微鏡玻片掃描儀(3D HISTECH);化學(xué)發(fā)光成像儀(莫納生物科技有限公司);SIGMA2-16KL型通用臺(tái)式高速(冷凍)離心機(jī)(美國(guó)Sigma公司);電泳儀、qRT-PCR儀(美國(guó)Bio-Rad公司)。
BALB/c小鼠隨機(jī)分為對(duì)照組、LPS組、RS組、RS+LPS組、LPS+人參皂苷Rb1組和RS+LPS+人參皂苷Rb1組,每組6只。各給藥組小鼠ip人參皂苷Rb1(15 mg/kg),其余小鼠ip等體積生理鹽水,1次/d,連續(xù)7 d。于給藥第5天15: 00時(shí),給予RS負(fù)荷18 h;于給藥第6天16: 00時(shí),ip LPS(15 μg/kg)誘導(dǎo)肝損傷。末次給藥前12 h,小鼠禁食不禁水,給藥后1 h乙醚麻醉處死并收集肝臟組織,于?80 ℃貯存。
將肝組織按常規(guī)石蠟包埋制備4 μm組織切片,按照HE試劑盒染色后,于顯微鏡下觀察并拍照,對(duì)炎癥細(xì)胞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
將肝組織石蠟切片進(jìn)行脫蠟處理后,按照免疫組化試劑盒說(shuō)明書檢測(cè)IL-1β、TNF-α、TGF-β1和SOD的表達(dá),于顯微鏡下觀察并拍照,用Case Viewer軟件進(jìn)行分析。
將肝組織切片按照TUNEL試劑盒說(shuō)明書分別滴加蛋白酶K、TUNEL檢測(cè)液和DAPI染液進(jìn)行孵育,并用抗熒光淬滅液封片。處理后的樣品置于熒光倒置顯微鏡下觀察拍照。
取肝組織20 mg,加入磷酸鹽緩沖液200 μL進(jìn)行勻漿;12 000 r/min離心10 min,取上清,用BCA法測(cè)肝組織蛋白濃度,按照MDA和SOD試劑盒說(shuō)明書測(cè)定MDA水平與SOD活性。
取肝組織30 mg,加入200 μL Trizol試劑,按試劑盒說(shuō)明書提取總RNA。利用一步法除基因組cDNA試劑盒逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。利用SYBR Green PCR Master Mix在qPCR儀上進(jìn)行擴(kuò)增,以18S為內(nèi)參,采用2???Ct法計(jì)算目的基因表達(dá)量。引物序列:IL-1β上游引物5’-ATTGTGGCTGTGGAGAAG-3’,下游引物5’-AAGATGAAGGAAAAGAAGGTG-3’;上游引物5’-GGCGGCGGTGCCTATTTC- TC-3’,下游引物5’-GCAGCCTTGTCCCTTGA-3’;上游引物5’-GTGTGGAGCAACATGTGG- AACTCTA-3’,下游引物5’-TTGGTTCAGCCACTG- CCGTA-3’;上游引物5’AACCGGCTCCTTC- AACAGTAA-3’,下游引物5’-GAAGCAAGCAGG- TCTTGGA-3’;上游引物5’-ACGGCTACCA- CATCC-3’,下游引物5’-CAGACTTGCCCTCCA-3’。
取肝組織30 mg,加入IP裂解液1 mL勻漿,離心取上清。BCA法測(cè)總蛋白濃度,蛋白樣品經(jīng)十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳,轉(zhuǎn)至PVDF膜,加入脫脂牛奶封閉2 h,分別加入SIRT3、GAPDH抗體,4 ℃孵育過(guò)夜;加入二抗孵育1 h,以TBST洗滌,滴加超敏化學(xué)發(fā)光底物,置于化學(xué)發(fā)光成像儀顯影,采用Quantity One軟件分析條帶灰度值。
使用PubChem數(shù)據(jù)庫(kù)(https://pubchem.ncbi. nlm.nih.gov/)[7]確認(rèn)人參皂苷Rb1結(jié)構(gòu),導(dǎo)入到SwissTargetPrediction(http://www.swisstargetprediction. ch/)和PharmMapper(http://www.lilab-ecust.cn/ pharmmapper/)[8]以及BATMAN-TCM(http://bionet. ncpsb.org.cn/batman-tcm/)數(shù)據(jù)庫(kù),預(yù)測(cè)出人參皂苷Rb1作用靶點(diǎn);再通過(guò)GeneCards數(shù)據(jù)庫(kù)(https:// www.genecards.org)獲得氧化應(yīng)激相關(guān)的靶點(diǎn)。將2個(gè)靶點(diǎn)導(dǎo)入Venny2.1(https://bioinfogp.cnb.csic.es/ tools/venny/)取交集,用DAVID6.8(https://david. ncifcrf.gov/)對(duì)交集富集分析,最后用Cytoscape3.8.2軟件構(gòu)建人參皂苷Rb1-靶點(diǎn)-信號(hào)通路網(wǎng)絡(luò)。
如圖1所示,與對(duì)照組比較,LPS+RS組小鼠肝組織出現(xiàn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、脂肪空泡,肝組織炎癥因子IL-1β和TNF-α的陽(yáng)性表達(dá)和mRNA表達(dá)顯著增加(圖2、3,<0.05、0.01),細(xì)胞凋亡增多(圖4)。人參皂苷Rb1能抑制LPS+RS刺激的小鼠肝組織炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、脂肪空泡及炎癥細(xì)胞數(shù)量,下調(diào)LPS+RS組小鼠肝組織炎癥因子IL-1β和TNF-α的陽(yáng)性表達(dá)及mRNA表達(dá)(<0.05、0.01),抑制肝細(xì)胞凋亡。人參皂苷Rb1對(duì)LPS誘導(dǎo)小鼠的肝損傷相關(guān)指標(biāo)影響不顯著。以上結(jié)果說(shuō)明人參皂苷Rb1改善RS合并LPS誘導(dǎo)誘導(dǎo)的小鼠肝損傷。
藍(lán)色箭頭:脂肪空泡;紅色箭頭:炎癥浸潤(rùn) A-對(duì)照組 B-RS組 C-LPS組 D-LPS+人參皂苷Rb1組 E-LPS+RS組 F-LPS+RS+人參皂苷Rb1組 與對(duì)照組比較:*P<0.05 **P<0.01;與LPS+RS組比較:#P<0.05 ##P<0.01,下圖同
圖2 人參皂苷Rb1對(duì)RS合并LPS誘導(dǎo)肝損傷小鼠肝組織IL-1β和TNF-α蛋白表達(dá)的影響 (×40)
圖3 人參皂苷Rb1對(duì)RS合并LPS誘導(dǎo)肝損傷小鼠肝組織IL-1β和TNF-α mRNA表達(dá)的影響(, n = 3)
圖4 人參皂苷Rb1對(duì)RS合并LPS誘導(dǎo)肝損傷小鼠肝組織細(xì)胞凋亡的影響(×20)
如圖5、6所示,與對(duì)照組比較,LPS+RS組肝組織中TGF-β1陽(yáng)性表達(dá)、基因表達(dá)均顯著升高(<0.01),MDA水平升高(<0.01),SOD陽(yáng)性表達(dá)及活性顯著降低(<0.01)。人參皂苷Rb1能抑制LPS+RS誘導(dǎo)小鼠肝臟中TGF-β1的陽(yáng)性表達(dá)及基因表達(dá)(<0.01),降低MDA水平(<0.01),并且升高SOD陽(yáng)性表達(dá)及活性(<0.01)。提示人參皂苷Rb1可能抑制RS合并LPS誘導(dǎo)小鼠氧化應(yīng)激。研究發(fā)現(xiàn),SIRT3可使SOD脫乙?;栽鰪?qiáng)SOD活性[9]。如圖7所示,人參皂苷Rb1可以逆轉(zhuǎn)LPS+RS組肝組織SIRT3蛋白表達(dá)下降(<0.01),提示人參皂苷Rb1可能激活SIRT3改善氧化應(yīng)激。另外,人參皂苷Rb1對(duì)LPS組小鼠氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)的影響不大。
圖5 人參皂苷Rb1對(duì)RS合并LPS誘導(dǎo)肝損傷小鼠肝組織TGF-β1和SOD蛋白表達(dá)的影響(×40)
圖6 人參皂苷Rb1對(duì)RS合并LPS誘導(dǎo)肝損傷小鼠肝組織TGF-β1 mRNA表達(dá)(n = 3)和MDA水平(n = 6)、SOD活性(n = 5) 的影響
圖7 人參皂苷Rb1對(duì)RS合并LPS誘導(dǎo)肝損傷小鼠肝組織SIRT3蛋白表達(dá)影響(, n = 4)
通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的數(shù)據(jù)庫(kù)篩選和京都基因與基因組百科全書(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)分析,獲得人參皂苷Rb1改善肝損傷的作用靶點(diǎn)186個(gè),信號(hào)通路78條。保留前20名通路(圖8-A)。其中,TGF-β1、SOD、SIRT3均屬于FoxO通路上的靶點(diǎn)。將FoxO通路與靶點(diǎn)綜合,構(gòu)建人參皂苷Rb1-靶點(diǎn)-通路網(wǎng)絡(luò)圖(圖8-B)。驗(yàn)證結(jié)果(圖8-C)顯示,LPS+RS組肝組織基因表達(dá)量較對(duì)照組顯著下降(<0.05),給予人參皂苷Rb1后肝組織基因表達(dá)則顯著增加(<0.01),確證人參皂苷Rb1改善氧化應(yīng)激作用與FoxO通路有關(guān)。
A-KEGG通路分析 (前20) B-人參皂苷Rb1-靶點(diǎn)-通路網(wǎng)絡(luò)圖 C-各組肝組織FoxO3 mRNA表達(dá)
目前臨床上常用水飛薊素[10]、雙環(huán)醇[11]等治療肝損傷。研究報(bào)道,人參皂苷Rb1對(duì)酒精負(fù)荷引起的斑馬魚肝損傷有改善作用[6]。本研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1對(duì)單獨(dú)LPS刺激的肝損傷的保護(hù)作用不明顯??紤]到人參有抗應(yīng)激作用[3],推測(cè)人參皂苷Rb1對(duì)應(yīng)激相關(guān)的免疫性肝損傷有保護(hù)作用。氧化應(yīng)激出現(xiàn)會(huì)加劇各類型肝損傷[2]。故本研究利用RS合并LPS誘導(dǎo)的小鼠肝損傷模型來(lái)評(píng)價(jià)人參皂苷Rb1對(duì)肝損傷的改善作用及機(jī)制。結(jié)果發(fā)現(xiàn),人參皂苷Rb1顯著減少了RS合并LPS負(fù)荷小鼠的肝損傷,減少炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和脂肪空泡,降低炎癥因子IL-1β、TNF-α的表達(dá),抑制了肝纖維化相關(guān)的TGF-β1表達(dá),減少氧化應(yīng)激相關(guān)的MDA水平,提高了SOD活性及肝臟SIRT3蛋白表達(dá)。以上結(jié)果提示人參皂苷Rb1抗肝損傷作用與抗氧化應(yīng)激有關(guān),可開發(fā)為保肝作用的候選藥物。
在探討人參皂苷Rb1的保肝作用機(jī)制的過(guò)程中,本研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1增強(qiáng)了抗氧化酶SOD活性,減輕RS合并LPS誘導(dǎo)的肝損傷。故推測(cè)人參皂苷Rb1的抗肝損傷作用機(jī)制可能與激活SOD等增強(qiáng)抗氧化功能有關(guān)。SIRT3是一種去乙?;?,SOD的活性會(huì)受到SIRT3去乙?;挠绊慬9]。本研究發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1干預(yù)后,RS合并LPS負(fù)荷小鼠肝組織SOD活性增強(qiáng),去乙?;窼IRT3蛋白表達(dá)增加,推測(cè)人參皂苷Rb1對(duì)于RS合并LPS負(fù)荷小鼠的肝損傷保護(hù)機(jī)制是作用于去乙?;窼IRT3,對(duì)SOD脫乙?;?,恢復(fù)其抗氧化活性。該機(jī)制在Ke等[12]對(duì)人參皂苷Rb1改善內(nèi)皮損傷的研究中得到了證實(shí)。Lü等[13]也指出人參皂苷Rb1能夠直接增加人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞SOD表達(dá),提高SOD活性。
進(jìn)一步利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析獲得人參皂苷Rb1治療肝損傷的潛在信號(hào)通路。其中,F(xiàn)oxO信號(hào)通路與氧化應(yīng)激緊密相關(guān)[14],并且人參皂苷Rb1-靶點(diǎn)-FoxO信號(hào)通路中含有TGF-β1、SOD、SIRT3等基因。以往的研究表明FoxO3是SIRT3的直接靶標(biāo),SIRT3能通過(guò)減少FoxO3的乙?;⒋龠M(jìn)FoxO3的表達(dá),改善氧化應(yīng)激,從而保護(hù)線粒體免受氧化損傷[15]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)人參皂苷Rb1干預(yù)后顯著上調(diào)了RS合并LPS負(fù)荷小鼠的FoxO3基因表達(dá)。進(jìn)一步證實(shí)了人參皂苷Rb1對(duì)RS合并LPS負(fù)荷小鼠肝損傷的保護(hù)作用與SIRT3介導(dǎo)的FoxO3表達(dá)上調(diào)相關(guān)。
綜上所述,人參皂苷Rb1可能通過(guò)上調(diào)SIRT3/FoxO3/SOD功能,進(jìn)而改善RS合并LPS誘導(dǎo)的小鼠免疫性肝損傷。可用作評(píng)價(jià)人參皂苷Rb1對(duì)抗免疫性肝損傷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)為人參皂苷Rb1在免疫性肝損傷的應(yīng)用提供參考。
利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突
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Mechanism of ginsenoside Rb1on improving restraint stress and lipopolysaccharide-induced immune liver injury in mice
WANG Guo-en, YANG Fan, LIU Xin-yu, YE Yu-jing, WANG Ruo-hong, LYU Xi-ting, LIU Xiao-ting
Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China
To study the hepatoprotective effect and mechanism of ginsenoside Rb1on immune liver injury induced by restraint stress (RS) combined with lipopolysaccharide (LPS) in mice.BALB/c mice were pre-administered with ginsenoside Rb1(15 mg/kg) for 7 d, mice were given RS (18 h) combined with 15 μg/kg LPS to induce immune liver injury. Liver was taken for histological observation, immunohistochemical and biochemical index detection, gene and protein expression detection, and potential signaling pathway of ginsenoside Rb1was predicted and verified by network pharmacology.Ginsenoside Rb1ameliorated hepatic inflammatory cell infiltration, fat vacuoles and inflammatory necrosis in RS combined with LPS-induced liver injury mice; Significantly inhibited interleukin-1β (IL-1β), tumor necrosis factor-α (TNF-α), transforming growth factor-β1 (TGF-β1) and superoxide dismutase (SOD) expressions in liver tissue (< 0.05, 0.01); Decreased hepatocyte apoptosis; Decreased malondialdehyde (MDA) level in liver tissue (< 0.01); Increased SOD activity and sirtuin-3 (SIRT3) protein expression in liver tissue (< 0.01). Ginsenoside Rb1had no obvious effect on LPS-induced liver injury and oxidative stress in mice. Combined with the results of network pharmacology, it was suggested that improvement of oxidative stress by ginsenoside Rb1was related to the up-regulation of gene expression of forkhead box O3 (), which was the downstream target of SIRT3 (< 0.01).Ginsenoside Rb1has protective effect on immune liver injury induced by RS combined with LPS in mice, and its mechanism may be related to the up-regulation of SIRT3/FoxO3/SOD function.
ginsenoside Rb1; immune liver injury; oxidative stress; Sirtuin-3; superoxide dismutase
R285.5
A
0253 - 2670(2022)13 - 4028 - 07
10.7501/j.issn.0253-2670.2022.13.016
2022-03-23
廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目(2020A1515010894);廣東省中醫(yī)藥管理局科研基金資助項(xiàng)目(20201195);廣東省醫(yī)學(xué)科研基金資助項(xiàng)目(B2019067,A2020615)
王國(guó)恩(1988—),男,博士,講師,研究方向?yàn)榇x性疾病與中藥活性評(píng)價(jià)。E-mail: wangge07@126.com
[責(zé)任編輯 李亞楠]