劉檢,藺曉源,趙洪慶,楊蕙,周梓洋,劉平安,3,王宇紅,4
1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院,湖南 長沙 410007;2.湖南中醫(yī)藥大學(xué)科技創(chuàng)新中心,湖南 長沙 410208;3.湖南中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)學(xué)國內(nèi)一流建設(shè)學(xué)科,湖南 長沙 410208;4.抑郁類疾病中醫(yī)藥防治湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長沙410208
類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種常見的慢性自身免疫性疾病,臨床主要表現(xiàn)為晨僵、滑膜炎、對稱性關(guān)節(jié)腫痛[1]。RA所致軀體損傷、生理功能受限等反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致患者產(chǎn)生精神癥狀,其中以抑郁最為常見。中國大陸RA發(fā)病率為0.42%,患者人數(shù)約500 萬[2],其中40%~60%伴有不同程度的抑郁癥狀[3-4]。RA 伴抑郁癥(rheumatoid arthritis accompanied by depression,RAD)發(fā)病隱匿,病情反復(fù),嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量和身心健康,故研究RAD的發(fā)病機(jī)制及防治藥物具有重要意義。
目前RAD發(fā)病機(jī)制尚未明確。研究顯示,RA狀態(tài)下,外周炎性因子水平升高,血腦屏障被破壞,炎性因子進(jìn)入中樞后,通過FKN/CX3CR1信號(hào)通路導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞異?;罨瑩p傷海馬神經(jīng)元,進(jìn)而誘發(fā)抑郁[5-7]。RAD屬中醫(yī)學(xué)“痹證”“郁證”范疇,為虛實(shí)夾雜之證,具有“虛、瘀、郁”的病機(jī)特點(diǎn)。課題組立補(bǔ)腎祛寒、活血通絡(luò)、疏肝解郁治法,擬壯骨止痛解郁方。前期研究發(fā)現(xiàn),壯骨止痛解郁方能明顯改善RAD 模型大鼠抑郁癥狀,其機(jī)制可能與調(diào)節(jié)FKN/CX3CR1信號(hào)通路有關(guān)[8],但具體機(jī)制仍有待闡明。因此,本研究建立細(xì)胞共培養(yǎng)體系并模擬RAD環(huán)境的體外細(xì)胞模型,基于FKN/CX3CR1信號(hào)通路進(jìn)一步探討壯骨止痛解郁方防治RAD的作用機(jī)制。
SPF級(jí)雌性SD大鼠3只,受孕16~18 d;SPF級(jí)SD大鼠4只,雌雄各半,新生3~4 d;SD大鼠8只,雌雄各半,體質(zhì)量180~220 g,均購于湖南斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司,動(dòng)物許可證號(hào)SCXK(湘)2019-0004。本實(shí)驗(yàn)經(jīng)湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理委員會(huì)審批(HN-ZYFY-2021-12-10)。
大鼠滑膜細(xì)胞,武漢普諾賽生命科技有限公司,貨號(hào)CP-R083。大鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞,武漢原生原代生物醫(yī)藥科技有限公司,貨號(hào)RAT-CELL-0039。
壯骨止痛解郁方(補(bǔ)骨脂15 g,淫羊藿10 g,枸杞子15 g,女貞子15 g,狗脊10 g,骨碎補(bǔ)10 g,姜黃10 g,川牛膝10 g,貫葉連翹15 g,人參10 g、柴胡10 g),飲片購自湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院。按前期方法[9-10]制備壯骨止痛解郁方含藥血清,分裝,-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
胎牛血清(FBS)、神經(jīng)基礎(chǔ)培養(yǎng)基、B27、GlutaMAX,美國Gibco 公司,批號(hào)分別為2176377、2186948、2283823、3 140584;趨化因子C-X3-C-基元受體1(CX3CR1)阻斷劑AZD8797,美國MCE公司,貨號(hào)HY-13848;閉鎖小帶蛋白1(ZO-1)、閉合蛋白(Occludin)、腺苷A2A受體(A2AR)、CX3CR1抗體,美國Affinity 公司,貨號(hào)分別為AF5145、DF7504、DF6482、DF2325;谷氨酸受體2A(NR2A)、谷氨酸受體2B(NR2B)抗體,美國Proteintech公司,貨號(hào)分別為28525-1-AP、21920-1-AP;腫瘤壞死因子(TNF)-α、類風(fēng)濕因子(RF)、趨化因子Fractalkine(FKN)ELISA 試劑盒,江蘇菲亞公司,貨號(hào)分別為FY3056-A、FY3768-A、FY10176-A。二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱(美國Thermo 公司,型號(hào)HERAce112401),細(xì)胞成像分析系統(tǒng)(廣州明美科技有限公司,型號(hào)MSX),細(xì)胞電阻儀(美國Millipore公司,型號(hào)ERS-2),超高分辨率激光共聚焦顯微鏡(德國Zeiss公司,型號(hào)LSM800)。
取受孕16~18 d的SD大鼠,戊巴比妥鈉麻醉,取胎鼠,參照文獻(xiàn)[11]方法分離胎鼠海馬組織,經(jīng)消化、離心后,用無血清培養(yǎng)基(含96%神經(jīng)基礎(chǔ)培養(yǎng)基、2%B27、1%GlutaMAX和1%雙抗)重懸,將細(xì)胞接種至24孔培養(yǎng)板中,每隔3 d半量換液,備用。同時(shí)參照課題組前期方法[12]培養(yǎng)原代小膠質(zhì)細(xì)胞,備用。
大鼠滑膜細(xì)胞用含10%FBS、1%雙抗的滑膜細(xì)胞培養(yǎng)基置于37 ℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),取對數(shù)生長期細(xì)胞,按1×105個(gè)/mL接種至6孔板,每孔1.5 mL,繼續(xù)培養(yǎng)24 h。將細(xì)胞分為正常組、模型組、CX3CR1阻斷劑組和壯骨止痛解郁方組。除正常組外,其余3組予1 μg/mL脂多糖(LPS)誘導(dǎo)炎癥模型,CX3CR1阻斷劑組和壯骨止痛解郁方組造模同時(shí)分別加入1 μmol/L AZD8797和10%壯骨止痛解郁方含藥血清,置于培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)24 h。收集模型組細(xì)胞培養(yǎng)液,1 500 r/min離心10 min,上清液置于-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
為探索RAD環(huán)境對小膠質(zhì)細(xì)胞和海馬神經(jīng)元的影響,參照文獻(xiàn)[13],采用Transwell共培養(yǎng)法,將腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞接種至小室內(nèi)側(cè),原代小膠質(zhì)細(xì)胞接種至小室外側(cè),海馬神經(jīng)元接種至6孔板底部,將小室置于接種神經(jīng)元的6孔板中構(gòu)建共培養(yǎng)體系(見圖1),設(shè)正常組、模型組、CX3CR1阻斷劑組和壯骨止痛解郁方組,除正常組外,其余3組采用模型組滑膜細(xì)胞上清液聯(lián)合100 μmol/L 皮質(zhì)酮加入小室內(nèi)側(cè)干預(yù)24 h,CX3CR1阻斷劑組和壯骨止痛解郁方組造模同時(shí)分別加入1 μmol/LAZD8797和10%壯骨止痛解郁方含藥血清,置于培養(yǎng)箱繼續(xù)培養(yǎng)24 h。
圖1 RAD環(huán)境下體外共培養(yǎng)體系模擬
2.3.1 細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察
各組細(xì)胞經(jīng)造模及藥物處理后,采用細(xì)胞成像分析系統(tǒng)分別觀察滑膜細(xì)胞、腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞及海馬神經(jīng)元形態(tài)變化。
2.3.2 細(xì)胞因子檢測
收集各組滑膜細(xì)胞培養(yǎng)液,3 000 r/min離心5 min,取上清液,參照ELISA試劑盒說明書檢測TNF-α、RF和FKN含量。
2.3.3 跨內(nèi)皮細(xì)胞電阻檢測
共培養(yǎng)體系經(jīng)造模及藥物處理24 h后,采用電阻儀測量電阻,計(jì)算跨內(nèi)皮細(xì)胞電阻(TEER)。嚴(yán)格按儀器說明書操作,每個(gè)小室測量3次,并計(jì)算平均值。TEER=(測量電阻值-空白電阻值)÷有效膜面積。
2.3.4 免疫熒光染色
共培養(yǎng)體系經(jīng)造模及藥物處理24 h后,采用4%細(xì)胞固定液固定30 min,0.25%TritonX-100通透15 min,5%BSA封閉30 min,腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞加入兔抗大鼠Occludin、ZO-1一抗(均為1∶100),小膠質(zhì)細(xì)胞加入兔抗大鼠CX3CR1、A2AR一抗(均為1∶100),海馬神經(jīng)元加入兔抗大鼠NR2A、NR2B一抗(均為1∶100),4 ℃避光孵育過夜,預(yù)冷PBS洗滌5次,加入FITC標(biāo)記山羊抗兔二抗(1∶200),37 ℃避光孵育30 min,預(yù)冷PBS洗滌4次,加入DAPI工作液,室溫避光孵育20 min,預(yù)冷PBS洗滌3次,激光共聚焦顯微鏡觀察并拍照,計(jì)算熒光強(qiáng)度。
2.3.5 尼氏染色
共培養(yǎng)體系經(jīng)造模及藥物處理24 h后,棄去孔內(nèi)液體,預(yù)冷PBS潤洗2次,海馬神經(jīng)元用4%細(xì)胞固定液固定30 min,0.25%TritonX-100 通透15 min,加入FITC-FJB 工作液100 μL,4 ℃避光孵育1 h,棄去液體,預(yù)冷PBS潤洗3次,激光共聚焦顯微鏡下觀察突觸可塑性變化。
模型組滑膜細(xì)胞明顯受損,細(xì)胞折光率降低,胞體裂解;壯骨止痛解郁方組滑膜細(xì)胞損傷減輕,細(xì)胞形態(tài)正常。模型組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞邊界模糊,典型“鋪路石樣”特征消失;壯骨止痛解郁方組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)有所恢復(fù),細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整。模型組小膠質(zhì)細(xì)胞明顯激活,胞體增大,突起變短,細(xì)胞分支減少,呈阿米巴樣;壯骨止痛解郁方組小膠質(zhì)細(xì)胞激活減少,細(xì)胞分支明顯增多。模型組海馬神經(jīng)元樹突及樹突棘數(shù)量減少,突觸可塑性明顯損傷;壯骨止痛解郁方組海馬神經(jīng)元形態(tài)及突觸可塑性損傷均有不同程度減輕。見圖2~圖5。
圖2 各組滑膜細(xì)胞形態(tài)(×100)
圖3 各組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)(×100)
圖4 各組小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)(×100)
圖5 各組海馬神經(jīng)元形態(tài)(×100)
與正常組比較,模型組滑膜細(xì)胞上清液TNF-α、RF、FKN含量明顯增加(P<0.01,P<0.05);與模型組比較,CX3CR1阻斷劑組和壯骨止痛解郁方組滑膜細(xì)胞上清液TNF-α、RF、FKN 含量明顯減少(P<0.01,P<0.05)。見表1。
表1 各組滑膜細(xì)胞上清液TNF-α、RF、FKN含量比較()
表1 各組滑膜細(xì)胞上清液TNF-α、RF、FKN含量比較()
注:與正常組比較,*P<0.05,**P<0.01;與模型組比較,#P<0.05,##P<0.01
與正常組比較,模型組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞TEER明顯減?。≒<0.01);與模型組比較,壯骨止痛解郁方組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞TEER 明顯增大(P<0.01)。見表2。
表2 各組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞TEER比較(,Ω/cm2)
表2 各組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞TEER比較(,Ω/cm2)
注:與正常組比較,**P<0.01;與模型組比較,##P<0.01
與正常組比較,模型組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞Occludin、ZO-1蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.01);與模型組比較,壯骨止痛解郁方組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞Occludin、ZO-1蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.01)。結(jié)果見圖6、表3。
圖6 各組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞Occludin、ZO-1蛋白陽性表達(dá)(免疫熒光染色,×200)
表3 各組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞Occludin、ZO-1蛋白表達(dá)比較(,熒光強(qiáng)度)
表3 各組腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞Occludin、ZO-1蛋白表達(dá)比較(,熒光強(qiáng)度)
注:與正常組比較,**P<0.01;與模型組比較,#P<0.05,##P<0.01
與正常組比較,模型組小膠質(zhì)細(xì)胞CX3CR1、A2AR 蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.01);與模型組比較,CX3CR1 阻斷劑和壯骨止痛解郁方組小膠質(zhì)細(xì)胞CX3CR1、A2AR 蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.01,P<0.05)。見圖7、表4。
圖7 各組小膠質(zhì)細(xì)胞CX3CR1、A2AR蛋白陽性表達(dá)(免疫熒光染色,×200)
表4 各組小膠質(zhì)細(xì)胞CX3CR1、A2AR蛋白表達(dá)比較(,熒光強(qiáng)度)
表4 各組小膠質(zhì)細(xì)胞CX3CR1、A2AR蛋白表達(dá)比較(,熒光強(qiáng)度)
注:與正常組比較,**P<0.01;與模型組比較,#P<0.05,##P<0.01
與正常組比較,模型組海馬神經(jīng)元NR2A、NR2B蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05,P<0.01);與模型組比較,CX3CR1阻斷劑和壯骨止痛解郁方組海馬神經(jīng)元NR2A、NR2B 表達(dá)明顯降低(P<0.05,P<0.01)。見圖8、表5。
表5 各組海馬神經(jīng)元細(xì)胞NR2A、NR2B蛋白表達(dá)比較(,熒光強(qiáng)度)
表5 各組海馬神經(jīng)元細(xì)胞NR2A、NR2B蛋白表達(dá)比較(,熒光強(qiáng)度)
注:與正常組比較,*P<0.05,**P<0.01;與模型組比較,#P<0.05,##P<0.01
圖8 各組海馬神經(jīng)元NR2A、NR2B蛋白陽性表達(dá)(免疫熒光染色,×200)
與正常組比較,模型組海馬神經(jīng)元尼氏小體數(shù)量明顯減少,樹突和樹突棘分支斷裂,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完整性降低;與模型組比較,CX3CR1阻斷劑和壯骨止痛解郁方組海馬神經(jīng)元尼氏小體數(shù)量明顯增多,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)豐富度提高,同時(shí)樹突和樹突棘分支斷裂情況明顯改善。見圖9。
圖9 各組海馬神經(jīng)元突觸可塑性比較(尼氏染色,×100)
痹證有行痹、痛痹、著痹等分型,其關(guān)節(jié)腫大、僵硬、變形等癥狀與中醫(yī)學(xué)“尪痹”相符,為虛實(shí)夾雜之證?!蹲C治準(zhǔn)繩》有“痹病有風(fēng)、有濕、有寒、有熱……皆標(biāo)也;腎虛,其本也”。在腎虛基礎(chǔ)上,氣血不運(yùn)、瘀血留滯為痹證的病理關(guān)鍵[14]。RA病機(jī)可用“虛、瘀”概括,多為腎虛血瘀。郁證病始在肝,與腦相關(guān),若情志不遂,肝郁失疏,氣血運(yùn)行不暢,則瘀結(jié)于內(nèi),不得宣泄,上犯清竅,神明失用,發(fā)為抑郁,故郁證病機(jī)可用“瘀、郁”概括[15]。又肝腎同源,腎通于腦,尪痹之腎虛血瘀可致元神失養(yǎng),產(chǎn)生郁證;郁證之肝郁氣滯又可加重尪痹之腎虛血瘀。故尪痹與郁證互為因果,相兼為病。本課題組基于RAD病機(jī)特點(diǎn),立補(bǔ)腎祛寒、活血通絡(luò)、疏肝解郁治法,創(chuàng)壯骨止痛解郁方,該方以壯骨止痛方合百事樂方化裁而成[16-17]。方中補(bǔ)骨脂溫腎助陽為君;臣以淫羊藿助君藥溫補(bǔ)腎陽,又有強(qiáng)筋健骨之功,柴胡疏肝理氣,姜黃活血行氣,主治血瘀氣滯諸癥,狗脊補(bǔ)肝腎、強(qiáng)腰膝;佐以枸杞子、女貞子滋補(bǔ)肝腎陰精,助肝腎之陽化生,貫葉連翹活血解郁,骨碎補(bǔ)續(xù)傷止痛、通經(jīng)活絡(luò),補(bǔ)中寓通,補(bǔ)而不滯;人參功善補(bǔ)氣、安神,用為佐藥;伍以川牛膝逐瘀通經(jīng),且引藥下行增強(qiáng)藥效,為使藥。全方共奏補(bǔ)腎祛寒、活血通絡(luò)、疏肝解郁之效。
抑郁癥與免疫系統(tǒng)疾病關(guān)系密切,抑郁癥能激活炎癥因子,加重RA患者疼痛,并進(jìn)一步加重抑郁癥狀,形成惡性循環(huán),從而影響疾病預(yù)后。在RA過程中,激活的T細(xì)胞可刺激巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量TNF-α等致炎因子,促使滑膜細(xì)胞過度增殖,進(jìn)而損傷骨關(guān)節(jié),還可促進(jìn)RF、FKN產(chǎn)生[18]。臨床研究顯示,RA患者外周血和滑膜組織TNF-α、FKN含量明顯增加,腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞RhoA表達(dá)上調(diào),Claudin-5和Occludin表達(dá)下調(diào),血腦屏障結(jié)構(gòu)受損、通透性增加,提示RA誘發(fā)的全身性慢性炎癥可破壞血腦屏障完整性,致使外周炎癥因子進(jìn)入腦內(nèi)并對大腦進(jìn)行免疫刺激,誘發(fā)中樞神經(jīng)炎癥[19]。FKN是一種趨化因子,其唯一受體CX3CR1是一種跨膜高親和力受體,可介導(dǎo)FKN黏附和遷移,主要位于單核巨噬細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞膜上。RA狀態(tài)下,高水平TNF-α破壞腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞完整性,使血腦屏障通透性增加,同時(shí)外周FKN表達(dá)和釋放增加,大量外源性FKN進(jìn)入腦內(nèi)。一方面,與小膠質(zhì)細(xì)胞膜上的CX3CR1結(jié)合后分泌腺苷,再與其受體A2AR結(jié)合,促進(jìn)D-絲氨酸釋放,激活N-甲基-D-天冬氨酸并促進(jìn)Ca2+流入神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi),抑制長時(shí)程增強(qiáng),影響突觸可塑性[20-21];另一方面,F(xiàn)KN可直接促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞活化,放大炎癥反應(yīng),造成海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)、功能及突觸可塑性損傷,最終引發(fā)抑郁癥[22]。因此我們推測,F(xiàn)KN/CX3CR1信號(hào)通路在RAD過程中起“橋接”作用,通過外周和中樞免疫透過血腦屏障,將RAD疾病進(jìn)展相關(guān)的滑膜細(xì)胞-腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞-小膠質(zhì)細(xì)胞-海馬神經(jīng)元4種細(xì)胞串聯(lián)起來。
本研究結(jié)果顯示,壯骨止痛解郁方能有效改善大鼠滑膜細(xì)胞形態(tài)損傷,抑制細(xì)胞因子TNF-α、RF、FKN釋放,保護(hù)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài),增加TEER,并上調(diào)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白Occludin、ZO-1表達(dá),提示壯骨止痛解郁方可能通過調(diào)節(jié)滑膜細(xì)胞FKN釋放,進(jìn)而改善腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和屏障功能損傷。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),壯骨止痛解郁方和CX3CR1阻斷劑AZD8797均能顯著抑制小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活,下調(diào)CX3CR1和A2AR蛋白表達(dá),說明壯骨止痛解郁方可能通過調(diào)控CX3CR1這一關(guān)鍵靶點(diǎn),進(jìn)而抑制FKN 介導(dǎo)的小膠質(zhì)細(xì)胞異常活化。通過檢測CX3CR1下游信號(hào)發(fā)現(xiàn),壯骨止痛解郁方和CX3CR1阻斷劑AZD8797均能有效緩解海馬神經(jīng)元形態(tài)及突觸可塑性損傷,同時(shí)顯著下調(diào)突觸可塑性相關(guān)蛋白NR2A、NR2B表達(dá),提示壯骨止痛解郁方可能通過調(diào)控FKN/CX3CR1信號(hào)通路改善海馬突觸可塑性損傷,進(jìn)而發(fā)揮抗RAD作用。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與前期動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果[8]一致,亦再次佐證壯骨止痛解郁方抗RAD作用可能與調(diào)節(jié)FKN/CX3CR1信號(hào)通路有關(guān)。
綜上所述,壯骨止痛解郁方能減少RA狀態(tài)下的滑膜細(xì)胞TNF-α、RF、FKN釋放,保護(hù)腦微血管屏障,抑制小膠質(zhì)細(xì)胞激活,通過抑制FKN/CX3CR1信號(hào)通路發(fā)揮對突觸可塑性損傷的保護(hù)作用,從而防治RAD。