梁 祺,吳海輝,王珊珊,楊 彤,葛金文,2*
1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)中西醫(yī)結(jié)合心腦疾病防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410208;
2.湖南省中醫(yī)藥研究院,湖南 長(zhǎng)沙 410006
腦缺血是指由于各種原因引起腦血管堵塞導(dǎo)致組織缺血缺氧壞死,出現(xiàn)偏癱、意識(shí)障礙等以神經(jīng)功能損傷為主的疾病。 腦缺血是一個(gè)持續(xù)數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天的空間以及時(shí)間變化的事件,發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,自由基損傷、鈣超載等許多病理生理過(guò)程參與了病程進(jìn)展[1]。 鐵是機(jī)體必需的微量元素,參與了氧的轉(zhuǎn)運(yùn)與利用和髓鞘蛋白合成等過(guò)程,與腦發(fā)育和代謝等生理過(guò)程密切相關(guān)[2]。 研究表明,在腦缺血后出現(xiàn)顯著腦鐵代謝紊亂,鐵沉積會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元損傷加重[3]。補(bǔ)陽(yáng)還五湯是益氣活血法的代表方,是中醫(yī)臨床治療腦缺血的經(jīng)典方劑。許多研究證明,補(bǔ)陽(yáng)還五湯對(duì)腦缺血的治療效果顯著,能夠降低腦缺血后鐵沉積[4-6]。本研究通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)?zāi)M半體內(nèi)環(huán)境,以補(bǔ)陽(yáng)還五湯為干預(yù)藥物,探討補(bǔ)陽(yáng)還五湯調(diào)控腦缺血后鐵穩(wěn)態(tài)失衡,改善神經(jīng)元損傷的作用機(jī)制。
18 只SPF 級(jí)SD 雄性大鼠,體質(zhì)量200~220 g,購(gòu)于湖南斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司[許可證號(hào):SCXK(湘)2019-0004,質(zhì)量合格證號(hào):430727201101237013]。飼養(yǎng)于湖南中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心[使用許可證編號(hào):SYXK(湘)2019-0009]。 環(huán)境溫度(24.0±0.5) ℃,相對(duì)濕度50%~60%,自由攝食,晝夜光照,適應(yīng)性飼養(yǎng)3 d。 本研究經(jīng)湖南中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)(倫理編號(hào):LL201907230006)。
大鼠腎上腺嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞系PC12 細(xì)胞株,購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞庫(kù),貨號(hào):TCR9。
補(bǔ)陽(yáng)還五湯藥物組成:生黃芪120 g,當(dāng)歸6 g,赤芍5 g,川芎3 g,地龍3 g,紅花3 g,桃仁3 g(批號(hào)分別為2102003C、2102004C、2107008C、2109015C、2102001C、2103003C、2109002S)。 中藥均購(gòu)自湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,經(jīng)湖南中醫(yī)藥大學(xué)劉林副教授鑒定,符合2015 年版《中國(guó)藥典中藥材及飲片彩色圖鑒》規(guī)定[7]。 取標(biāo)準(zhǔn)中藥飲片加蒸餾水6~8 倍量,分煎2 次后混勻合并,濾過(guò),濃縮至含生藥2 g/mL,4 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆?。去鐵酮片(批號(hào)H20140379),購(gòu)自加拿大奧貝泰克制藥有限公司,臨用現(xiàn)配。
PBS 緩沖液(批號(hào):PB120327,武漢普諾賽生命科技有限公司);DMEM 高糖培養(yǎng)基(批號(hào):PM150210,武漢普諾賽生命科技有限公司);DMEM 無(wú)糖培養(yǎng)基(批號(hào):PM150270, 武漢普諾賽生命科技有限公司);胰蛋白酶(批號(hào):PB180226,武漢普諾賽生命科技有限公司);青鏈霉素(批號(hào):PB180120,武漢普諾賽生命科技有限公司);CCK-8 試劑盒(批號(hào):ECK-A362,武漢伊萊瑞特生物科技股份有限公司);BCA 試劑盒(批號(hào):E-BC-K318-M,武漢伊萊瑞特生物科技股份有限公司);活性氧(reactive oxygen species, ROS)測(cè)定試劑盒(批號(hào):E004-1-1,南京建成生物工程研究所);超氧化物歧化酶活力(superoxide dismutase, SOD)測(cè)定試劑盒(批號(hào):A001-3-2,南京建成生物工程研究所);丙二醛(malondialdehyde, MDA)測(cè)定試劑盒(批號(hào):A003-1-2,南京建成生物工程研究所);轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(transferrin receptor,TFR)多克隆抗體(批號(hào):A5865,武漢愛(ài)博泰克生物科技有限公司);鐵調(diào)素(hepcidin, HEP)多克隆抗體(批號(hào):ab30760,Abcam 公司);膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ferroportin, FPN)多克隆抗體(批號(hào):ab58695,Abcam 公司);GAPDH 抗體(批號(hào):10494-1-AP,武漢三鷹生物技術(shù)有限公司);山羊抗小鼠(批號(hào):EAB-1001,武漢伊萊瑞特生物科技股份有限公司);山羊抗兔(批號(hào):E-AB-1003,武漢伊萊瑞特生物科技股份有限公司);甲醇(批號(hào):10014118,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);Tween-20(批號(hào):#T8220,北京索萊寶科技有限公司);ECL 化學(xué)發(fā)光底物(批號(hào):170-5,伯樂(lè)生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品(上海)有限公司);CO2培養(yǎng)箱(型號(hào):3131,賽默飛世爾科技公司);全自動(dòng)化學(xué)發(fā)光成像分析系統(tǒng)(型號(hào):Tanon5200,上海天能公司)。
18 只SD 雄性大鼠隨機(jī)分為6 組,分別予以極低、低、中、高劑量補(bǔ)陽(yáng)還五湯藥液、鐵離子螯合劑去鐵酮片和等量的生理鹽水灌胃,1 mL/100 g,1 次/d。補(bǔ)陽(yáng)還五湯中劑量為25.8 g/kg(按60 kg 成年人每日劑量生藥為依據(jù),大鼠劑量按體表面積換算,相當(dāng)人臨床等效劑量的2 倍)。 極低、低、中、高劑量濃度比為0.5∶1∶2∶4。 連續(xù)灌胃7 d 后,末次給藥1 h 后腹主動(dòng)脈采血,3.8%枸櫞酸鈉抗凝(1∶9),4 ℃、3000 r/min(離心半徑r=15.9 cm) 離心15 min 取上清液,0.22 μm孔篩過(guò)濾滅菌后置于-80 ℃留存?zhèn)溆谩?各給藥組各鼠血漿等量混合即為含藥血漿, 空白組各鼠血漿等量混合即為空白血漿。
按照GOLDBERG 等[8]的方法進(jìn)行改良處理,細(xì)胞培養(yǎng)液換為預(yù)先通以缺氧混合氣(94% N2+5%CO2+1% O2)30 min 的無(wú)糖培養(yǎng)液,隨后將細(xì)胞立即置于缺氧密閉室內(nèi),繼續(xù)通予缺氧混合氣,于37 ℃飽和濕度條件下培養(yǎng)。 OGD 損傷6 h 后進(jìn)行藥物干預(yù)[9-10]。
2.3.1 篩選補(bǔ)陽(yáng)還五湯最佳給藥濃度 細(xì)胞正常培養(yǎng)后分為正常組、模型組、空白血漿組、補(bǔ)陽(yáng)還五湯含藥血漿組(極低、低、中、高劑量組),共7 組。 采用三氣培養(yǎng)箱進(jìn)行氧糖剝奪(oxygen-glucose depriva tion, OGD)造模。根據(jù)羅銀河和陳剛等[11-12]實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇10%含藥血漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn),各組細(xì)胞造模后分別給予等體積相應(yīng)10%含藥血漿的培養(yǎng)基干預(yù)。 繼續(xù)培養(yǎng)24 h 后進(jìn)行細(xì)胞活力檢測(cè),同時(shí)顯微鏡下觀測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)形態(tài)。
2.3.2 藥物干預(yù)各組細(xì)胞 確定補(bǔ)陽(yáng)還五湯最佳給藥濃度后,細(xì)胞分為正常組、模型組、補(bǔ)陽(yáng)還五湯最佳含藥血漿組(低劑量組)、去鐵酮組,共4 組。 采用三氣培養(yǎng)箱進(jìn)行OGD 造模。正常組和模型組使用含有10%空白血漿的基礎(chǔ)培養(yǎng)基培養(yǎng),補(bǔ)陽(yáng)還五湯最佳含藥血漿組和去鐵酮組分別使用含10%各自藥物的基礎(chǔ)培養(yǎng)基處理。藥物干預(yù)24 h 后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)。
2.4.1 CCK-8 法檢測(cè)細(xì)胞活性 細(xì)胞接種于96 孔板,除正常組外,其余各組完成OGD 造模并進(jìn)行含藥血漿干預(yù)后,向每個(gè)孔中加入CCK-8 溶液10 μL,轉(zhuǎn)移培養(yǎng)板到培養(yǎng)箱中孵育1 h,然后在酶標(biāo)儀450 nm 處測(cè)量各組OD 值并進(jìn)行計(jì)算。
2.4.2 檢測(cè)ROS 含量 將DCFH-DA 按照1∶1000用無(wú)血清培養(yǎng)液稀釋,終濃度為10 μmol /L。 細(xì)胞經(jīng)過(guò)OGD 造模后去除原有培養(yǎng)液,每個(gè)皿加入不少于1 mL 稀釋后的DCFH-DA,充分蓋住細(xì)胞。 37 ℃下孵育20 min。 再用無(wú)血清培養(yǎng)液輕洗細(xì)胞3 次,去除多余的DCFH-DA。 在熒光分光光度計(jì)下調(diào)整激發(fā)波長(zhǎng)488 nm,發(fā)射波長(zhǎng)525 nm 進(jìn)行檢測(cè)。
2.4.3 檢測(cè)SOD 活力 細(xì)胞經(jīng)OGD 造模并進(jìn)行含藥血漿培養(yǎng)基干預(yù),消化吹打后將細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)入離心管,1000 r/min(離心半徑r=15.9 cm)離心10 min,棄上清,冰上裂解沉淀細(xì)胞20 min,充分裂解后將樣品12 000 r/min(離心半徑r=8.6 cm)離心10 min,取上清,按試劑盒說(shuō)明書(shū)配制工作液進(jìn)行SOD 檢測(cè),同時(shí)用BCA 試劑盒測(cè)定蛋白濃度,按公式計(jì)算SOD 活力。
2.4.4 檢測(cè)MDA 含量 細(xì)胞經(jīng)OGD 造模并進(jìn)行含藥血漿培養(yǎng)基干預(yù),消化吹打后將細(xì)胞懸液轉(zhuǎn)入離心管,1000 r/min(離心半徑r=15.9 cm)離心10 min,棄上清,冰上裂解沉淀細(xì)胞20 min,充分裂解后將樣品12 000 r/min(離心半徑r=8.6 cm)離心10 min,取上清,按試劑盒說(shuō)明書(shū)配制工作液進(jìn)行MDA 檢測(cè),同時(shí)用BCA 試劑盒測(cè)定蛋白濃度,按公式計(jì)算MDA 含量。
2.4.5 Western blot 檢測(cè)TFR、HEP、FPN 蛋白的表達(dá)水平 細(xì)胞經(jīng)OGD 造模并進(jìn)行含藥血漿培養(yǎng)基干預(yù),洗滌后加入RIPA 裂解液和蛋白酶抑制劑,裂解后離心,取上清液并采用BCA 測(cè)量蛋白濃度,制備SDS 上樣液,-80 ℃保存。制備10%分離膠和5%濃縮膠,上樣后進(jìn)行蛋白電泳,轉(zhuǎn)膜1.5 h 后脫脂牛奶室溫封閉1 h,TBST 稀釋一抗 (Hepcidin 稀釋比為1∶500,TFR 稀 釋比 為1∶1000,F(xiàn)PN 稀 釋 比 為1∶500,GAPDH 稀釋比為1∶5000),4 ℃孵育,過(guò)夜。 次日洗膜,滴加相應(yīng)二抗(山羊抗兔1∶8000、山羊抗小鼠1∶8000)后37 ℃孵育1 h,最后顯色并進(jìn)行分析。
與正常組比較,模型組細(xì)胞存活力出現(xiàn)顯著降低(P<0.01);與模型組比較,空白血漿組的細(xì)胞活力無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,而補(bǔ)陽(yáng)還五湯各劑量含藥血漿組的細(xì)胞活力均出現(xiàn)明顯升高(P<0.05);與低劑量組比較,中劑量、高劑量含藥血漿組的細(xì)胞活力出現(xiàn)明顯下降(P<0.01),極低劑量組細(xì)胞活力有下降趨勢(shì),無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。 詳見(jiàn)圖1。
圖1 補(bǔ)陽(yáng)還五湯含藥血漿濃度梯度的細(xì)胞活性比較
顯微鏡觀察各組間細(xì)胞形態(tài)改變的結(jié)構(gòu)如圖2所示,正常組細(xì)胞形態(tài)規(guī)整,呈兩級(jí)或多級(jí),胞體大而明顯,樹(shù)突相互纏繞。與正常組比較,模型組細(xì)胞出現(xiàn)顯著損傷,細(xì)胞數(shù)目明顯減少,形態(tài)凌亂,樹(shù)突明顯稀疏、長(zhǎng)度縮短,細(xì)胞活力顯著降低(P<0.01);與模型組比較,低劑量組和去鐵酮組的細(xì)胞損傷情況明顯改善,細(xì)胞數(shù)目明顯增加,形態(tài)明顯規(guī)整,樹(shù)突明顯增加,細(xì)胞活力顯著升高(P<0.01)。細(xì)胞活力檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。
圖2 各組間細(xì)胞形態(tài)比較(×200)
圖3 各組間細(xì)胞活力比較
與正常組比較,模型組細(xì)胞損傷明顯,ROS 含量急劇升高(P<0.01);與模型組比較,低劑量組和去鐵酮組的細(xì)胞ROS 含量明顯下降(P<0.01)。詳見(jiàn)圖4。
圖4 各組間細(xì)胞ROS 含量比較
與正常組比較,模型組細(xì)胞SOD 活力顯著下降(P<0.01);與模型組比較,低劑量組和去鐵酮組的細(xì)胞SOD 活力出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)(P<0.05)。詳見(jiàn)圖5。
圖5 各組間細(xì)胞SOD 活力比較
與正常組比較,模型組細(xì)胞過(guò)氧化損傷明顯,MDA含量顯著上升(P<0.01);與模型組比較,低劑量組和去鐵酮組的細(xì)胞MDA 含量明顯下降(P<0.01)。詳見(jiàn)圖6。
圖6 各組間MDA 含量比較
與正常組比較,模型組TFR 和HEP 蛋白表達(dá)顯著增加(P<0.01),F(xiàn)PN 蛋白表達(dá)水平顯著降低(P<0.01);與模型組比較,低劑量組和去鐵酮組TFR和HEP 蛋白的相對(duì)表達(dá)量均有不同程度下降(P<0.05),F(xiàn)PN 蛋白表達(dá)水平明顯升高(P<0.01)。 詳見(jiàn)圖7。
圖7 各組間TFR、HEP、FPN 蛋白表達(dá)水平比較
臨床調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)是世界上卒中發(fā)病率較高的國(guó)家之一,其中缺血性卒中占我國(guó)卒中分型的69.6%~70.8%[13-14]。 研究發(fā)現(xiàn),興奮性毒性、離子失衡、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡等因素均可導(dǎo)致腦組織功能障礙,從而加重腦卒中的損傷[15-16]。 鐵是人體最豐富的過(guò)渡金屬元素,在生理狀態(tài)下鐵攝取、利用及儲(chǔ)存處于穩(wěn)態(tài);病理情況下,鐵超載可引起細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化反應(yīng),鐵穩(wěn)態(tài)被打破[17]。鐵聚集性沉積可導(dǎo)致肝臟、心臟等器官出現(xiàn)病變,腦卒中后鐵沉積通過(guò)Fenton 反應(yīng)加重神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂[18-19]。
TF 是一類可逆的結(jié)合鐵的糖蛋白,與TFR 結(jié)合后形成復(fù)合體,通過(guò)胞吞方式將鐵轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)[20-22]。FPN 是目前已知唯一的膜鐵輸出蛋白,在各種細(xì)胞中FPN 蛋白的表達(dá)普遍存在[23]。 HEP 被認(rèn)為是機(jī)體鐵代謝轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)分子,其表達(dá)受到炎癥和激素等信號(hào)通路的調(diào)節(jié)[24-26]。 研究發(fā)現(xiàn),HEP 能夠與FPN 直接作用,促進(jìn)FPN 內(nèi)化降解,同時(shí)抑制十二指腸處的鐵吸收和利用[27],二者形成的HEP-FPN軸作用于人體參與了人體鐵代謝的各個(gè)階段,并維持鐵的動(dòng)態(tài)平衡,發(fā)揮調(diào)控機(jī)體鐵穩(wěn)態(tài)的作用[28-29]。
補(bǔ)陽(yáng)還五湯是治療中風(fēng)氣虛血瘀證的經(jīng)典方劑,由清代醫(yī)家王清任創(chuàng)立。 黃芪補(bǔ)氣升陽(yáng)、養(yǎng)血通痹,為君藥;當(dāng)歸活血祛瘀、補(bǔ)血,為臣藥;赤芍散瘀止痛、活血涼血;川芎活血行氣;地龍通絡(luò)化瘀;桃仁祛瘀活血;紅花活血通經(jīng)、散瘀止痛。 諸藥同用,共奏活血通絡(luò)祛瘀之效。 研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)陽(yáng)還五湯中的藥物成分具有擴(kuò)張血管、改善微循環(huán)的作用,能夠有效改善腦缺血組織損傷[30]?,F(xiàn)代研究表明,補(bǔ)陽(yáng)還五湯可以促進(jìn)腦缺血損傷區(qū)域的血管生成,增加腦血流量,為梗死區(qū)域及周圍組織輸送氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),促進(jìn)新生細(xì)胞向神經(jīng)元分化,通過(guò)多途徑、多靶點(diǎn)促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)等[31-32]。 吳萬(wàn)豐等[33]通過(guò)分析補(bǔ)陽(yáng)還五湯干預(yù)后缺血性卒中大鼠的腸道菌群以及血漿代謝產(chǎn)物,認(rèn)為補(bǔ)陽(yáng)還五湯通過(guò)抗氧化參與缺血性卒中的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制,并降低缺血性腦卒中血液高凝狀態(tài)。 臨床資料分析表明,卒中恢復(fù)期使用補(bǔ)陽(yáng)還五湯治療有明顯效果[34]。此外,由補(bǔ)陽(yáng)還五湯臨證化裁而研制的中藥復(fù)方也可明顯抑制神經(jīng)細(xì)胞過(guò)氧化造成的損傷,減少腦神經(jīng)細(xì)胞缺血性損害[35]。
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬半體內(nèi)環(huán)境,以補(bǔ)陽(yáng)還五湯為干預(yù)藥物,探討其調(diào)控腦缺血后鐵穩(wěn)態(tài)失衡,改善神經(jīng)元損傷的作用機(jī)制。 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得知不同濃度補(bǔ)陽(yáng)還五湯對(duì)損傷神經(jīng)元均具有一定改善作用,低劑量濃度改善作用最顯著,細(xì)胞活性和形態(tài)較其他劑量組均有明顯改善。 去鐵酮片中的主要成分是去鐵酮,一種與鐵離子螯合清除機(jī)體多余鐵的螯合劑。 既往研究發(fā)現(xiàn),去鐵酮可以通過(guò)下調(diào)腦缺血后TFR 的表達(dá)并上調(diào)FPN 的表達(dá),促進(jìn)缺血后鐵外排,降低缺血后鐵的異常沉積[36]。 當(dāng)鐵穩(wěn)態(tài)失衡時(shí),細(xì)胞攝鐵量增加,排鐵量減少,最終導(dǎo)致鐵沉積。 過(guò)量沉積的鐵誘導(dǎo)ROS 產(chǎn)生,激活氧化應(yīng)激反應(yīng)[37]。補(bǔ)陽(yáng)還五湯干預(yù)后細(xì)胞活性的增加和ROS 含量的降低趨勢(shì)與去鐵酮組基本一致,細(xì)胞的損傷形態(tài)明顯改善。通過(guò)對(duì)造模后干預(yù)處理的細(xì)胞進(jìn)行SOD 與MDA 檢測(cè)結(jié)果表明,補(bǔ)陽(yáng)還五湯和去鐵酮進(jìn)行干預(yù)后的細(xì)胞損傷情況與模型組相比得到改善,SOD活力顯著上升,MDA 含量下降,即細(xì)胞對(duì)抗自由基繼發(fā)損傷的能力提高,并且部分細(xì)胞過(guò)氧化損傷有所改善。 TF 與TFR 結(jié)合,將鐵轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)后,誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)Smads 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白磷酸化,p-Smads 與Smad4 結(jié)合并進(jìn)入細(xì)胞核促進(jìn)HEP 的表達(dá),HEP 高表達(dá)可增加FPN 的泛素化與降解,導(dǎo)致鐵沉積,加重?fù)p傷[38]。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可看出,與模型組比較,補(bǔ)陽(yáng)還五湯和去鐵酮進(jìn)行干預(yù)后,TFR、HEP 蛋白的表達(dá)明顯降低,F(xiàn)PN 表達(dá)明顯增加,表明補(bǔ)陽(yáng)還五湯可以改善細(xì)胞損傷后鐵代謝轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白紊亂的狀態(tài),TFR 與HEP 表達(dá)降低,減少鐵離子輸入,F(xiàn)PN 表達(dá)增加,可有效促進(jìn)鐵外排。由此推測(cè)補(bǔ)陽(yáng)還五湯可能是通過(guò)抑制TFR 的表達(dá),降低HEP 的產(chǎn)生,改善下游FPN 內(nèi)化降解現(xiàn)象,在鐵輸入與輸出蛋白的協(xié)同作用下,促進(jìn)神經(jīng)元損傷后鐵沉積外排,增加細(xì)胞抗氧化能力,發(fā)揮改善腦缺血神經(jīng)元損傷的作用。