張超云,郝鵬飛,丁生晨,張仲鳴
(南陽理工學院河南省張仲景方藥與免疫調(diào)節(jié)重點實驗室 南陽 473000)
慢性阻塞性肺?。╟hronic obstructive pulmonary disease,COPD),是呼吸系統(tǒng)較為頑固的常見病,其特征是持續(xù)存在的氣流受限和相應(yīng)的呼吸系統(tǒng)癥狀,其病理學改變主要是氣道和(或)肺泡異常,通常與顯著暴露于有害顆?;驓怏w相關(guān),遺傳易感性、異常的炎癥反應(yīng)以及與肺異常發(fā)育等眾多的宿主因素參與發(fā)病過程;此外,與慢性支氣管炎和阻塞性肺氣腫等癥相關(guān)的因素都可能參與COPD 的進展,持續(xù)性的咳嗽多痰、進行性的呼吸困難是COPD 臨床診斷的重要指標[1]。
桔梗湯,始載于醫(yī)圣張仲景的《傷寒雜病論》,方中桔梗為南陽桐柏山道地藥材,俗稱“桐桔?!保哂行卫?、祛痰排膿的功效,臨床應(yīng)用配伍甘草,可用治肺癰證,現(xiàn)代研究表明亦可用于COPD 的預(yù)防與治療,王毅[2]等的研究表明,加味桔梗湯對于COPD 大鼠具有顯著的改善作用,如肺組織切片顯示COPD 大鼠的肺泡壁血管充血及炎性細胞浸潤得到改善,肺泡灌洗液中腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)含量及淋巴細胞計數(shù)均明顯降低,白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)含量表現(xiàn)出下降趨勢。黃穎[3]等的研究結(jié)果也證實了以上結(jié)論,她還指出桔??蔀榉尾垦装Y的治療發(fā)揮引經(jīng)增效作用,能夠使清熱解毒藥物在肺部的治療作用增加。這種引經(jīng)增效作用機制可能與桔梗調(diào)節(jié)肺內(nèi)三葉因子(trefoil factor family3,TFF3)、血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)有關(guān)。目前針對桔梗湯預(yù)防治療COPD的研究基本止步于此,對于其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及具體作用機制均不清楚。有鑒于此,本項目前期從桔梗湯中分離出桔梗湯總皂苷、桔梗湯總黃酮、桔梗湯總多糖,并考察三者對COPD 模型大鼠肺功能的影響及外周血中白細胞介素-17(interleukin 17,IL17)、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)、TNF-α 的影響,結(jié)果表明,桔梗湯總黃酮部位可顯著改善COPD模型大鼠的肺功能,可顯著降低COPD大鼠外周血中IL-17、EGFR、TNF-α 的表達,桔梗湯總黃酮可能是治療COPD的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)之一[4]。
Toll 樣受體4(Toll-like receptor4,TLR4)能促進細胞因子的合成與釋放,引發(fā)炎癥反應(yīng),干擾素調(diào)節(jié)因子3(Interferon regulatory Factor 3,IRF3)是干擾素調(diào)節(jié)因子之一,與病毒感染時干擾素基因的表達密切相關(guān),可誘導干擾素-α(interferon-α,IFN-α)和干擾素-β(interferon-β,IFN-β)刺激基因的表達,在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)TLR4 介導β 干擾素TIR 結(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TIR-domain containing adaptor inducing interferon-β,TRIF)依賴的IFN-β 的分泌,在機體抗感染免疫中發(fā)揮重要作用[5-7]。TLR4/TRIF/IRF 通路作為炎癥反應(yīng)的經(jīng)典通路,在COPD 發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用,為進一步闡明桔梗湯總黃酮部位的具體作用機制,本研究擬考察桔梗湯總黃酮對COPD 大鼠TLR4/TRIF/IRF3 通路的影響,為經(jīng)方桔梗湯的深度開發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。
SPF 級 SD 大鼠 60 只雌雄各半,體質(zhì)量 200±20 g,6-8周齡,于2020年6月購自河南省實驗動物中心,許可證號為SCXK(豫)2010-0002。
桔梗飲片(Platycodon grandiflorus(Jacq.)A.Dc. 批號:2020622)、甘草飲片(Glycyrrhiza uralensisFisch.批號:20200726)均采購自南陽張仲景大藥房,經(jīng)南陽理工學院黃顯章教授鑒定為正品;鹽酸氨溴索分散片(30 mg*20片,國藥準字:H20100188)煙臺東誠大洋制藥有限公司;紅旗渠煙(焦油含量:13 mg,煙氣煙堿含量:1.1 mg,煙氣CO含量:13 mg)。
大鼠IFN-α(貨號:OSD-R0464)、IFN-β(貨號:OSD-R0465)ELISA試劑盒,均購自歐賽德生物科技公司;兔源MyD88(貨號:38-5800)、TLR4(貨號:PA5-23124)、TRAM(貨號:PA5-80181)、TRIF(貨號:PA5-88150)、TRAF6(貨號:38-0900)、IRF3(貨號:PA5-82178)、P-IRF3(貨號:PA5-36775),以上均購自賽默飛世爾科技(中國)有限公司。大鼠IL-6(貨號:H007)、IL-12(貨號:H010)、TNF-α(貨號:H052)檢測試劑盒,以上均購自南京建成生物工程研究所。脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS,貨號:L5293)購自默克化工技術(shù)(上海)有限公司。蘆?。ㄘ浱枺築20771)購自上海源葉生物科技有限公司。
低溫高速離心機:德國艾本德5424R 型,自制煙熏箱,全自動酶標儀:北京普朗DNM-9802 型,動物肺功能檢測系統(tǒng):美國BUXCO PTF 型,全自動凝膠成像儀:上海培清JS-380A型,電泳儀:美國Bio-rad。
依據(jù)《傷寒雜病論》記載,稱取桔梗飲片500 g,甘草飲片1000 g,以10 倍量水煎煮3 次,過濾后適當濃縮,上樣于D101 大孔吸附樹脂柱,而后以水洗脫4 個柱體積后,再以50%的乙醇進行洗脫,濃縮即得自制桔梗湯總黃酮部位,共計得到干膏15.37 g。然后依據(jù)2020 版《中國藥典》“山楂葉提取物”中“含量測定”項下之總黃酮測定條件[8],以無水蘆丁為對照品,對所得干膏中的總黃酮含量進行測定,其中總黃酮含量以蘆丁計,為82.37%。
60 只 SPF 級 SD 大鼠,在適應(yīng)性飼養(yǎng) 1 周后,隨機分成6 組,每組10 只,分別設(shè)置空白組、模型組、陽性對照組(鹽酸氨溴索)[9-10]、給藥組(包含桔梗湯總黃酮低、中、高三個劑量);模型組、陽性對照組、桔梗湯總黃酮給藥組均采用煙熏聯(lián)合氣道滴注LPS的方法建立COPD 大鼠模型。具體做法是:于造模開始的第1、15、30 天對麻醉后大鼠的氣道內(nèi)滴入脂多糖溶液(1 mg·kg-1),滴注 LPS 的當天不煙熏;于第 2-14 天、第 16-29天和第31-49天,將其置于自制煙熏箱內(nèi)煙熏(被動吸煙30支),每天2 次,間隔12h;空白組則于相同時間麻醉后滴入氣道內(nèi)0.2mL 生理鹽水代替脂多糖溶液,并于煙熏箱內(nèi)待相同時間,但不煙熏[3,11]。
造模完成后,通過動物肺功能檢測儀測定COPD模型大鼠的0.3s 用力呼氣容積(Forced expiratory volume,F(xiàn)EV0.3)、呼氣峰值流速(Peak expiratory flow,PEF)、用力肺活量(Forced vital capacity,F(xiàn)VC),與空白組大鼠的數(shù)據(jù)相比,變化≥30%,即可視為造模成功。
COPD 動物造模完成后,各組依據(jù)以下方法進行給藥:陽性對照組動物給予鹽酸氨溴索溶液(5 mg·kg-1)灌胃給藥,每日1次;給藥組動物給予桔梗湯總黃酮低、中、高三個劑量,將桔梗湯的臨床給藥量換算為大鼠的給藥量,而后再根據(jù)桔梗湯總黃酮的生藥含量,計算即為中劑量18.62 mg·kg-1,為方便配制記為20 mg·kg-1,則低劑量和高劑量分別為(10 mg·kg-1和40 mg·kg-1),灌胃給藥,每日 1 次;空白組給予等量生理鹽水灌胃,各組均累計給藥3周。
2.4.1 大鼠肺功能的檢測
各組實驗動物給藥3 周之后,使用動物肺功能檢測儀分別測定空白組、模型組、陽性對照組、給藥組等各組實驗大鼠的FVC、FEV0.3、PEF 值,并統(tǒng)計分析相關(guān)數(shù)據(jù)。
2.4.2 IL-6、IL-12、TNF-α的檢測
取材前,首先通過10%水合氯醛將各組實驗大鼠麻醉,等麻醉生效之后,逐步打開實驗大鼠胸腔,分離各實驗大鼠頸部氣管并做T 型插口,再以靜脈導管緩慢插入T 型插口,多次灌注累計6 mL 生理鹽水,完成后立即回抽灌洗溶液[11]。分別檢測灌洗溶液中IL-6、IL-12、TNF-α的含量。
2.4.3 IFN-α、IFN-β的檢測
繼續(xù)分離取過肺部灌洗液大鼠的腹主動脈,以10 mL 注射器朝向心端方向刺入,抽取動脈血5 mL,分離血清,根據(jù)ELISA 試劑盒說明,分別測定各組大鼠血清中IFN-α、IFN-β的含量。
2.4.4 實驗動物肺組織切片觀察
采用頸椎脫臼的方法處死實驗大鼠,取其灌洗肺部(左肺),以4%多聚甲醛溶液固定,脫水后石蠟包埋,切片4-10 μm;之后使用二甲苯脫去石蠟,再用乙醇溶液梯度水化,烘干,采用HE 染色,光鏡下觀察大鼠的肺組織形態(tài)[12]。
2.4.5 Western blot檢測MyD88、TLR4、TRAM、TRIF、TRAF6、IRF3、P-IRF3蛋白表達量
分離各組大鼠的右肺,迅速放于液氮罐中速凍,待測時稱取適量,以預(yù)冷的玻璃研磨器研磨成漿,加入適量的含苯甲基磺酰氟(Phenylmethanesulfonyl fluoride,PMSF)的強效RIPA 裂解液,分別提取各組實驗大鼠的肺組織總蛋白,使用蛋白質(zhì)定量(Bicinchoninic acid,BCA)法測定蛋白濃度,于10%十二烷基磺酸鈉(Sodium dodecyl sulfate,SDS)凝膠上樣,電泳,轉(zhuǎn)印,最后封閉1h;再以相應(yīng)的一抗于4℃冰箱孵育,24 h 后,然后以磷酸鹽緩沖溶液(phosphate buffered solution,PBS)進行清洗,再加入辣根過氧化物酶(Horseradish Peroxidase,HRP)標記的二抗,室溫條件下孵育2 h,采用增強化學發(fā)光法(Enhanced Chemiluminescence,ECL)法顯色成像。
各組數(shù)據(jù)均采用SPSS22.0 軟件進行統(tǒng)計分析,所有數(shù)據(jù)均以P<0.05表示差異具顯著性;繪圖軟件主要采用GraphPad Prism7.0。
3.1.1 線性關(guān)系
依照2020 版《中國藥典》中“山楂葉提取物”中總黃酮的含量測定條件,所建立的線性回歸程為Y=35.261X+0.0349(r=0.9995),表明蘆丁對照品在 0.2-1.0 mg·mL-1濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。
3.1.2 方法學考察
按照“3.1.1 項”下方法,分別進行了精密度實驗、重復性實驗、穩(wěn)定性實驗,其RSD%分別為1.21%、2.14%、1.65%,表明該方法的精密度、重復性、穩(wěn)定性均良好;另外加樣回收率實驗的結(jié)果為:各加標回收率為 96.31%、95.75%、103.26%、104.69%、99.37%、95.95%。其平均值為99.22%,RSD 為2.77%,表明該方法的準確度良好。
3.1.3 桔梗湯干膏中總黃酮的含量
依照“2.1 項”下所示方法,分別制備6 次干膏,并分別測定其總黃酮含量,所得結(jié)果以無水蘆丁計,結(jié)果為85.36±1.75%。
據(jù)表1 可知,模型組大鼠與空白組大鼠相比,F(xiàn)VC、FEV0.3/FVC、PEF 等指標均有顯著降低(P<0.05),表明造模成功。給藥3 周后,陽性對照組大鼠與模型組比較,F(xiàn)VC、FEV0.3/FVC、PEF 等指標均有顯著性差異(P<0.05),表明陽性對照組大鼠肺功能有所改觀;并且,陽性對照組與空白組大鼠相比,F(xiàn)VC、PEF指標沒有顯著性差異(P>0.05),即該指標與正常小鼠無差異,而FEV0.3/FVC 指標具有顯著性差異(P<0.05),表明該指標仍未恢復正常。桔梗湯總黃酮低、中、高組與模型組比較,F(xiàn)VC、FEV0.3/FVC、PEF等指標均有顯著性差異(P<0.05),證明桔梗湯總黃酮部位對COPD 模型大鼠的肺功能有明顯改善,并且桔梗湯總黃酮部位中、高劑量組實驗大鼠與空白組比較,各項指標均不具有顯著性差異(P>0.05),即初步說明經(jīng)過給藥,COPD 模型大鼠在 FVC、FEV0.3/FVC、PEF 等相關(guān)指標方面基本恢復正常。
表1 各組實驗大鼠肺功能檢測結(jié)果(,n=10)
表1 各組實驗大鼠肺功能檢測結(jié)果(,n=10)
注:*表示與模型組相比,P<0.05;#表示與空白組相比,P<0.05。
PEF(L·min-1)30.2±1.5 19.5±1.7#26.8±2.0*24.5±0.8*#26.2±1.1*28.3±1.5*組別空白組模型組陽性對照組桔梗湯總黃酮低劑量組桔梗湯總黃酮中劑量組桔梗湯總黃酮高劑量組FVC(mL)9.5±0.6 5.0±0.7#8.1±0.9*6.9±0.6*#7.7±0.8*8.2±0.7*FEV0.3/FVC(%)78.3±6.1 57.3±6.5#69.1±5.4*#68.5±4.5*#69.8±7.2*71.7±6.8*
據(jù)表2可知,模型組大鼠與空白組比較,肺灌洗液中IL-6、IL-12、TNF-α 顯著提升(P<0.05)。陽性對照組大鼠與模型組比較,肺灌洗液中IL-6、IL-12、TNF-α 均顯著降低(P<0.05),而與空白組比較,各項指標均不具有顯著性差異(P>0.05),表明鹽酸氨溴索對COPD 模型大鼠肺灌洗液中炎癥因子IL-6、IL-12、TNF-α 的抑制作用較強。并且,桔梗湯總黃酮低、中、高劑量組大鼠與模型組相比,肺灌洗液中IL-6、IL-12、TNF-α 均具有顯著性差異(P<0.05),證明桔梗湯總黃酮亦可抑制COPD 大鼠肺灌洗液中的炎癥因子,另中、高劑量組大鼠與空白組比較,不具有顯著性差異(P>0.05),即初步說明經(jīng)過給藥,COPD 模型大鼠在IL-6、IL-12、TNF-α等指標方面亦基本恢復正常。
表2 各組實驗大鼠肺灌洗液中IL-6、IL-12、TNF-α的檢測結(jié)果(,n=10)
表2 各組實驗大鼠肺灌洗液中IL-6、IL-12、TNF-α的檢測結(jié)果(,n=10)
注:*表示與模型組相比,P<0.05;#表示與空白組相比,P<0.05。
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據(jù)表3 可知,模型組大鼠與空白組比較,血液中IFN-α、IFN-β 均顯著升高(P<0.05);陽性對照組大鼠經(jīng)治療后,與模型組大鼠比較,雖然IFN-α、IFN-β 顯著下降,但與空白組大鼠相比亦具有顯著性差異(P<0.05),故說明陽性藥物鹽酸氨溴索在抑制COPD 大鼠血液中IFN-α、IFN-β 方面的作用并不強。而桔梗湯總黃酮組實驗大鼠與模型組比較,血液中IFN-α、IFN-β 的含量均顯著下降(P<0.05),且低、中、高三個劑量組與空白組比較均無顯著性差異(P>0.05),即初步說明經(jīng)過給藥,COPD 模型大鼠在IFN-α、IFN-β 等指標方面基本趨于正常。
表3 各組實驗大鼠血液中IFN-α、IFN-β的檢測結(jié)果(,n=10)
表3 各組實驗大鼠血液中IFN-α、IFN-β的檢測結(jié)果(,n=10)
注:*表示與模型組相比,P<0.05;#表示與空白組相比,P<0.05。
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據(jù)圖1 可知,經(jīng)HE 染色后,空白組大鼠的肺部結(jié)構(gòu)完整緊致,肺泡壁、支氣管壁厚度正常,未見有泡腔擴張內(nèi)部纖毛倒伏等情況。而由于建立COPD 模型,模型組大鼠的肺部結(jié)構(gòu)嚴重受損,表現(xiàn)在肺部結(jié)構(gòu)疏松稀落,肺泡壁及支氣管壁變薄,界限不清,泡腔擴張嚴重,內(nèi)部纖毛倒伏。陽性對照組大鼠肺組織情況改善明顯,肺泡壁、支氣管壁逐漸變厚,但仍可見有些薄弱,泡腔擴張及內(nèi)部纖毛倒伏、掉落等情況明顯改善;而桔梗湯總黃酮低、中、高三個不同劑量組實驗大鼠的各項表現(xiàn)也有一定的改觀,尤其是低、中兩個劑量組與陽性對照組接近,盡管肺泡壁、支氣管壁情況有所緩解,但仍未恢復正常情況;高劑量組則顯示出更好的治療效果,其肺泡壁、支氣管腔、肺泡腔大小、內(nèi)部纖毛基本恢復正常。
圖1 各組實驗大鼠肺組織病理切片(100×)
桔梗湯總黃酮中劑量組:FPG-M,桔梗湯總黃酮高劑量組:FPG-H。
Western blot 檢 測 MyD88、TLR4、TRAM、TRIF、TRAF6、IRF3、P-IRF3蛋白表達量的變化,所得結(jié)果如圖2所示,模型組大鼠肺組織的MyD88、TLR4、TRAM、TRIF、TRAF6、IRF3、P-IRF3 蛋白表達量均異常增加,與正常組比較均具有顯著性差異,表明該通路異常活躍;經(jīng)陽性藥物鹽酸氨溴索治療3 周后,MyD88、TLR4、TRAF6 蛋白表達量顯著下降,但TRAM、TRIF、IRF3、P-IRF3 蛋白表達量的變化不具有顯著性,說明陽性藥物治療COPD 可能通過TLR4/MyD88 信號通路,但不通過TLR4/TRIF/IRF3 信號通路。相反,經(jīng)過桔梗湯總黃酮各劑量組治療后,MyD88 無顯著性變化,但TLR4、TRAM、TRIF、TRAF6、IRF3、P-IRF3 表達量均呈顯著下降的趨勢,且具有較好的量效關(guān)系。綜合上述情況,桔梗湯總黃酮有可能是通過抑制高度活化的TLR4/TRIF/IRF3 通路,治療或改善COPD 大鼠的癥狀。
圖2 Western blot檢測結(jié)果
COPD 作為呼吸系統(tǒng)較為頑固的常見病,與肺氣腫和慢性支氣管炎密切相關(guān),其臨床的主要診斷依據(jù)為持續(xù)性的氣流受限。臨床研究表明,中藥復方對其具有一定的治療效果,可為現(xiàn)有的治療方案提供新的思路,近年來,桔梗湯在此方面的作用備受科研人員關(guān)注,已有的報道多在臨床或動物實驗中證實其療效,但桔梗湯治療COPD 的具體作用機制尚不清楚,因而考察桔梗湯對與COPD 強相關(guān)的信號通路的影響,對經(jīng)方桔梗湯的二次開發(fā)具有重要的意義[13-15]。
TLR4/TRIF/IRF 通路作為炎癥反應(yīng)的經(jīng)典通路,在COPD 發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用,TLRs 是一種連接固有免疫與獲得性免疫的重要模式識別受體,目前已發(fā)現(xiàn)人源的TLRs 就有10 種之多,其中與COPD 最具相關(guān)性的即為TLR4[16]。生理狀態(tài)下,TLR4 的激活既可誘導先天性炎癥反應(yīng),也可發(fā)生抗原適應(yīng)性免疫應(yīng)答,在細菌、真菌乃至病毒的侵襲時發(fā)揮重要作用;但在病理狀態(tài)下,TLR4 的高度活化,可導致其下游通路異?;钴S,誘導炎癥因子及氣道粘液高分泌,最終推動COPD病程的進展[17]。
研究認為[18-20],TLR4 所控制的信號傳導主要有兩條途徑,一條是經(jīng)典的MyD88 依賴性信號轉(zhuǎn)導通路,另一條是MyD88 非依賴性信號轉(zhuǎn)導通路。兩條通路看似獨立,實則有內(nèi)在交聯(lián):經(jīng)典的MyD88 依賴性信號通路主要通過MyD88 將TLR4 接受的信號向下傳導,激活I(lǐng)RAKs(白細胞介素受體相關(guān)激酶),活化的IRAKs 會開啟泛素連接酶6(TRAF6)開關(guān),激活NF-κB、MAPK 等信號通路,分泌 IL-6、IL-12、TNF-α,介導炎癥反應(yīng);而MyD88 非依賴性信號通路不經(jīng)過MyD88和IRAKs傳達信號,主要通過TRAM(易位關(guān)聯(lián)膜蛋白)募集TRIF(β-干擾素TIR 結(jié)構(gòu)域銜接蛋白),由 TRIF 開啟 TRAF3 和 TRAF6 的開關(guān),其中 TRAF3 可促進IRF3(干擾素調(diào)節(jié)因子-3)的磷酸化,從而增加IFN-α、IFN-β的分泌,介導炎癥反應(yīng)。
在本研究中,桔梗湯總黃酮可顯著抑制COPD 模型大鼠肺灌洗液中的 IL-6、IL-12、TNF-α 等炎癥因子,減少由它們誘發(fā)的肺部的局部炎癥反應(yīng),打破“痰液-炎癥-痰液”的惡性循環(huán),改善FVC、FEV0.3/FVC、PEF 等肺功能相關(guān)治標,從而緩解因痰液-炎癥導致的氣流受限情況,此為“治標”;同時,桔梗湯總黃酮還可以顯著降低COPD 模型大鼠血液中IFN-α、IFN-β的含量,抑制由它們介導的大鼠體內(nèi)的炎癥反應(yīng),有效緩解長期處于炎癥浸潤的肺部損傷,修復肺泡壁及支氣管壁,改善肺泡腔擴張及內(nèi)部纖毛倒伏的情況,從而從根本上改善氣流受限,治療COPD,此為“治本”;兩者聯(lián)合,標本兼治,才能受到較好的治療效果。
另外,Western blot實驗結(jié)果表明,COPD 模型組大鼠 肺 組 織 的 MyD88、TLR4、TRAM、TRIF、TRAF6、IRF3、P-IRF3 蛋白表達量均異常增加,與正常組比較均具有顯著性差異,表明該通路異?;钴S;而給予桔梗湯總黃酮治療之后,對MyD88 蛋白的表達無明顯影響,但可使TLR4、TRAM、TRIF、TRAF6、IRF3、P-IRF3等蛋白的表達均顯著下降,即桔梗湯可顯著抑制異?;罨腡LR4/TRIF/IRF3通路。綜上所述,桔梗湯總黃酮治療COPD 可能是通過TLR4/TRIF/IRF3 通路發(fā)揮作用,不通過經(jīng)典的MyD88依賴性信號通路。