馬 玲,馬 明,麻斌喜,陳偉嵐,周衛(wèi)剛,蔣 文,楊 麗,蔣 利*
1.新疆醫(yī)科大學(xué)第八附屬醫(yī)院,烏魯木齊 830049; 2.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院,烏魯木齊 830001
自身免疫異常、病毒、藥物、毒物、感染及創(chuàng)傷等因素均易造成肝損傷,嚴(yán)重的肝損傷若不能有效控制極易發(fā)展為急性肝功能衰竭,不可逆地影響正常肝功能,甚至危及生命,病死率高達(dá)80%[1]。四氯化碳(CCl4)是一種化學(xué)性肝臟毒性物質(zhì),通過(guò)細(xì)胞色素P4502E1(CYP2E1)的代謝活化誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷[2]。CCl4也可促使肝細(xì)胞分泌大量的炎癥因子,可觸發(fā)代謝形成自由基而導(dǎo)致肝細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物的產(chǎn)生,從而促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡和壞死,最終誘發(fā)肝損傷[3]。目前,CCl4作為誘導(dǎo)劑用于建立肝損傷研究模型已得到廣泛應(yīng)用[4]。目前臨床上用于治療肝損傷的方法包括立即停用引起肝臟損傷的藥物以及給予具有抗炎、抗自由基、促進(jìn)肝細(xì)胞修復(fù)和再生的藥物,但針對(duì)肝損傷仍缺乏特異、有效的治療策略,因此肝損傷的基礎(chǔ)研究和臨床治療仍然是研究的熱點(diǎn)[5]。羅格列酮(rosiglitazone,RSG)是一種胰島素增敏劑,可增加骨骼肌、肝臟等組織中胰島素的敏感性,提高葡萄糖的利用率,是臨床上常用的2型糖尿病降糖藥物[6]。已有研究[7-8]顯示,羅格列酮可通過(guò)抗感染和抗氧化作用拮抗由對(duì)乙酰氨基酚引起的藥物性肝損傷以及通過(guò)抑制肝臟激活子蛋白-1信號(hào)和NADPH 氧化酶、調(diào)控抗氧化酶,減輕脂多糖暴露所致小鼠的急性肝損傷。本研究使用CCl4誘導(dǎo)小鼠急性肝損傷,探討羅格列酮是否通過(guò)激活核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factorery throid-2 related factor2,Nrf2)信號(hào)通路及抑制NOD-like受體蛋白(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)炎癥小體的活化發(fā)揮對(duì)急性肝損傷的保護(hù)作用,為肝損傷的治療提供新的方向。
Fresco17型高速冷凍離心機(jī)、Multiskan FC型酶標(biāo)儀和ABI 7500 快速實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀,均購(gòu)自美國(guó)Thermo Fisher Scientific, Inc.公司;IX-70 熒光顯微鏡(日本奧林巴斯公司);蛋白質(zhì)印跡法(Western blotting)電泳儀、電轉(zhuǎn)儀和蛋白質(zhì)免疫印跡系統(tǒng),均購(gòu)自美國(guó)Bio-Rad公司。
羅格列酮片(國(guó)藥準(zhǔn)字H20041422,成都恒瑞制藥有限公司);CCl4(上海國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司),臨用前將1 mL CCl4溶于100 mL橄欖油中,并充分混合,制備體積分?jǐn)?shù)為1%的 CCl4溶液;蘇木素-伊紅染液(HE,北京索萊寶科技有限公司);丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(alanine aminotransferase,ALT)、天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶(aspartic transaminase,AST)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)、谷胱甘肽(glutathione,GSH)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)和BCA蛋白測(cè)定試劑盒,均購(gòu)自南京建成生物工程研究所;腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和TRIzol試劑,均購(gòu)自Thermo Fisher Scientific, Inc.公司;PrimeScript 逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(日本Takara Bio, Inc.公司);QuantiTect SYBRGreenPCR試劑盒(Chiagen, Inc.公司);RIPA裂解緩沖液(碧云天生物技術(shù)研究所);Nrf2、NADPH醌氧化還原酶-1(NADPH quinone oxidoreductase 1,NQO-1)、血紅素加氧酶1(heme oxygenase 1,HO-1)、NLRP3、半胱氨酸蛋白酶-1(caspase-1)、IL-1β、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein,ASC)、β-actin和辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記兔抗鼠免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG),均購(gòu)自美國(guó)Abcam公司;電化學(xué)發(fā)光(electrochemiluminescence,ECL)試劑(美國(guó)Millipore Sigma公司)。
SPF級(jí)雄性KM小鼠40只,體質(zhì)量為18~22 g,購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào)為SCXK(京)2021-0011。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前適應(yīng)性飼養(yǎng)1周。環(huán)境溫度為25 ℃,相對(duì)濕度為55%,光照/黑暗周期為12 h,小鼠可自由獲取食物和水。本研究獲新疆醫(yī)科大學(xué)第八附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)編號(hào)2020-035),遵循3R原則進(jìn)行相關(guān)操作。
將40只KM小鼠隨機(jī)分為正常對(duì)照組、正常治療組、CCl4模型對(duì)照組和CCl4模型治療組,每組10只。各組小鼠連續(xù)灌胃給藥5 d,正常治療組和CCl4模型治療組灌胃給予羅格列酮10 mg·kg-1,正常對(duì)照組和CCl4模型治療組小鼠給予同體積純凈水。末次給藥1 h后CCl4模型對(duì)照組和CCl4模型治療組小鼠腹腔注射體積分?jǐn)?shù)為1%的 CCl4(10 mL·kg-1),正常對(duì)照組和正常治療組小鼠腹腔注射橄欖油(10 mL·kg-1)。所有小鼠造模后24 h內(nèi)禁食,僅自由飲水,然后進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
各組小鼠造模24 h后使用戊巴比妥鈉(100 mg·kg-1)進(jìn)行麻醉,然后沿著腹部中線切開(kāi)打開(kāi)腹腔,暴露腹主動(dòng)脈,用注射器采血后置于采血管中,于4 ℃下靜置30 min,以2 000 r·min-1離心10 min,分離得血清。用比色法測(cè)定血清ALT和AST水平,用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)測(cè)定血清TNF-α、IL-6和IL-1β水平。以上操作均嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。
各組小鼠腹主動(dòng)脈采血完畢后通過(guò)頸椎脫位處死小鼠,分離獲得肝組織,用PBS洗滌,肝中葉、肝右前葉和肝右后葉于-80 ℃保存,用于后續(xù)實(shí)驗(yàn),肝左外側(cè)葉置于40 mL·L-1多聚甲醛中4 ℃固定6 h,用梯度乙醇脫水,常規(guī)石蠟包埋,將組織樣品切成5 μm厚的切片,在室溫下用蘇木精染色3 min后,用伊紅染色3 min,用梯度乙醇脫水后用伊紅染色30 s,在二甲苯中透明3 min。在光學(xué)顯微鏡下觀察肝臟組織病理學(xué)變化。
根據(jù)以下公式計(jì)算用于測(cè)量肝功能指數(shù)的組織樣本質(zhì)量:組織質(zhì)量(g)∶體積(mL)= 1∶9。將肝中葉組織樣品加入預(yù)冷的生理鹽水中,并在冰上勻漿。于4 ℃下以3 000 r·min-1離心勻漿10 min,收集上清液。按照試劑盒說(shuō)明書(shū)測(cè)定肝組織中SOD、CAT、GSH和MDA的含量。
取出-80 ℃保存的待測(cè)肝臟右前葉,用濾紙吸干標(biāo)本的水分,用眼科剪將心肌組織剪碎后,加入Trizol試劑提取總RNA。用全自動(dòng)酶標(biāo)儀檢測(cè)RNA的質(zhì)量分?jǐn)?shù),控制260、280 nm處的吸光度值比值范圍為1.8~2.0。用PrimeScript逆轉(zhuǎn)錄試劑盒進(jìn)行RNA的逆轉(zhuǎn)錄得cDNA。以cDNA為模板,使用QuantiTect SYBRGreen PCR試劑盒進(jìn)行定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(quantitative reverse transcription polymerase chain reaction,qRT-PCR)擴(kuò)增。qRT-PCR條件:95 ℃預(yù)變性10 min;95 ℃變性30 s,64 ℃退火34 s,72 ℃ 30 s,反應(yīng)40個(gè)循環(huán),72 ℃延展5 min。以GAPDH作為內(nèi)參,用2-ΔΔCt法計(jì)算目標(biāo)基因TNF-α、IL-6、IL-1β、Nrf2、NQO-1和HO-1的相對(duì)表達(dá)量。
取出-80 ℃保存的待測(cè)肝臟右后葉,用濾紙吸干標(biāo)本的水分,用眼科剪將心肌組織剪碎后,用RIPA裂解緩沖液提取總蛋白。用BCA蛋白測(cè)定試劑盒測(cè)定蛋白含量。用100 g·L-1SDS-PAGE分離總蛋白提取物(20 μg·泳道-1),然后轉(zhuǎn)移至PVDF膜上。在室溫下用50 g·L-1脫脂牛奶封閉2 h后,洗膜,加入一抗,4 ℃過(guò)夜,洗膜,加入二抗,在37 ℃下持續(xù)2 h。在室溫下用ECL試劑顯影2 min,用Image J圖像分析軟件對(duì)各蛋白條帶進(jìn)行灰度值測(cè)定。以β-actin為內(nèi)參,計(jì)算目標(biāo)蛋白Nrf2、NQO-1、HO-1、NLRP3、ASC、caspase-1和IL-1β的相對(duì)表達(dá)量。
正常對(duì)照組和正常治療組小鼠的肝細(xì)胞形態(tài)正常,呈放射狀緊密排列,未見(jiàn)肝細(xì)胞變性、壞死;CCl4模型組小鼠肝細(xì)胞排列紊亂,可見(jiàn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及肝細(xì)胞壞死;而CCl4模型治療組小鼠的肝細(xì)胞排列較CCl4模型組緊密,炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及肝細(xì)胞壞死減少。見(jiàn)圖1。
注:A.正常對(duì)照組;B.正常治療組;C.CCl4對(duì)照組;D.CCl4模型治療組。
正常對(duì)照組和正常治療組小鼠的血清ALT和AST水平比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),CCl4模型組小鼠的血清ALT和AST水平較正常對(duì)照組顯著升高(P<0.05),CCl4模型治療組小鼠的血清ALT和AST水平較CCl4模型組小鼠顯著降低(P<0.05),見(jiàn)表1。
表1 羅格列酮對(duì)急性肝損傷小鼠血清肝功能指標(biāo)的影響 (n=10)
正常對(duì)照組和正常治療組小鼠肝組織SOD、CAT、GSH和MDA水平比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);CCl4模型組小鼠肝組織SOD、CAT和GSH水平較正常對(duì)照組小鼠顯著降低(P<0.05),MDA水平較正常對(duì)照組小鼠顯著升高(P<0.05);CCl4模型治療組小鼠肝組織SOD、CAT和GSH水平較CCl4模型組小鼠顯著升高(P<0.05),MDA水平較CCl4模型組小鼠顯著降低(P<0.05),見(jiàn)表2。
表2 羅格列酮對(duì)急性肝損傷小鼠肝組織氧化應(yīng)激指標(biāo)的影響 (n=10)
正常對(duì)照組和正常治療組小鼠血清TNF-α、IL-6和IL-1β水平比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),CCl4模型組小鼠血清TNF-α、IL-6和IL-1β水平較正常對(duì)照組顯著升高(P<0.05),CCl4模型治療組小鼠血清TNF-α、IL-6和IL-1β水平較CCl4模型組小鼠顯著降低(P<0.05),見(jiàn)表3。
表3 羅格列酮對(duì)急性肝損傷小鼠血清炎癥因子水平的影響 (n=10)
正常對(duì)照組和正常治療組小鼠肝組織TNF-α、IL-6、IL-1β、Nrf2、NQO-1和HO-1 mRNA表達(dá)水平比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);CCl4模型組小鼠肝組織TNF-α、IL-6和IL-1βmRNA表達(dá)水平較正常對(duì)照組小鼠顯著降低(P<0.05),Nrf2、NQO-1和HO-1 mRNA表達(dá)水平較正常對(duì)照組小鼠顯著升高(P<0.05);CCl4模型治療組小鼠肝組織TNF-α、IL-6和IL-1βmRNA表達(dá)水平較CCl4模型組小鼠顯著升高(P<0.05),Nrf2、NQO-1和HO-1 mRNA表達(dá)水平較CCl4模型組小鼠顯著升高(P<0.05),見(jiàn)表4。
表4 羅格列酮對(duì)急性肝損傷小鼠肝組織相關(guān)基因表達(dá)的影響(n=10)
正常對(duì)照組和正常治療組小鼠肝臟組織Nrf2、NQO-1和HO-1蛋白表達(dá)水平比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),CCl4模型組小鼠肝臟組織Nrf2、NQO-1和HO-1蛋白表達(dá)水平較正常對(duì)照組顯著降低(P<0.05),CCl4模型治療組小鼠肝臟組織Nrf2、NQO-1和HO-1蛋白表達(dá)水平均較CCl4模型組小鼠顯著升高(P<0.05),見(jiàn)表5、圖2。
表5 羅格列酮對(duì)急性肝損傷小鼠肝組織Nrf2信號(hào)通路相關(guān)蛋白的影響 (n=10)
注:1.正常對(duì)照組;2.正常治療組;3.CCl4模型組;4.CCl4模型治療組。
正常治療組小鼠肝臟組織NLRP3、ASC、caspase-1和IL-1β蛋白表達(dá)水平均較正常對(duì)照組小鼠顯著降低(P>0.05),CCl4模型組小鼠肝臟組織NLRP3、ASC、caspase-1和IL-1β蛋白表達(dá)水平均較正常對(duì)照組顯著升高(P<0.05),CCl4模型治療組小鼠肝臟組織NLRP3、ASC、caspase-1和IL-1β蛋白表達(dá)水平均較CCl4模型組小鼠顯著降低(P<0.05),見(jiàn)表6、圖3。
肝臟是機(jī)體中最大的實(shí)質(zhì)臟器,主要發(fā)揮消化、吸收、代謝和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)儲(chǔ)存等作用。肝臟的結(jié)構(gòu)、功能復(fù)雜,自身免疫異常、病毒、藥物、毒物、感染及創(chuàng)傷等均可導(dǎo)致肝損傷。
CCl4主要作用于肝臟,為常見(jiàn)的肝毒性化合物,CCl4可通過(guò)直接或間接刺激肝細(xì)胞導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷,與臨床上發(fā)生的急性肝損傷非常相似[9]。因此,本研究用CCl4建立肝損傷小鼠模型,模型組小鼠肝細(xì)胞排列紊亂,可見(jiàn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及肝細(xì)胞壞死,并且血清ALT和AST水平顯著升高。ALT和AST是在氨基酸代謝中發(fā)揮重要作用的2種酶,廣泛存在于肝細(xì)胞中,當(dāng)炎癥、壞死或中毒介導(dǎo)肝細(xì)胞損傷后可改變肝細(xì)胞膜的通透性,肝細(xì)胞中ALT和AST溢出進(jìn)入血液循環(huán)[10]。因此,血清AST和ALT水平是臨床判斷肝損傷程度的重要指標(biāo),AST和ALT水平與肝損傷程度呈正相關(guān),二者也是反映肝損傷的敏感指標(biāo)[11]。模型小鼠經(jīng)羅格列酮治療后,肝細(xì)胞排列緊密,炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及肝細(xì)胞壞死減少,并且AST和ALT水平顯著降低,表明羅格列酮對(duì)CCl4誘導(dǎo)肝損傷小鼠模型具有較好的治療作用。
目前,抑制氧化應(yīng)激和炎癥被認(rèn)為是治療肝損傷的重要策略[12]。體內(nèi)氧自由基清除不足或產(chǎn)生過(guò)多,可使肝細(xì)胞膜、溶酶體膜等發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng),生成脂質(zhì)過(guò)氧化終產(chǎn)物MDA,可破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性[13]。SOD和CAT是肝臟中重要的抗氧化酶,對(duì)維持肝細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和功能的完整、消除自由基及提高肝臟解毒能力具有重要意義[14]。此外,GSH是一種由3種氨基酸組成的小肽,可將自由基轉(zhuǎn)化為酸性物質(zhì),從而加速自由基的排泄。本研究結(jié)果顯示,模型小鼠經(jīng)羅格列酮治療后肝組織SOD、CAT和GSH水平顯著升高,MDA水平顯著降低,表明羅格列酮可顯著減輕CCl4誘導(dǎo)肝損傷小鼠模型體內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)。
Nrf2是調(diào)節(jié)細(xì)胞抗氧化應(yīng)激反應(yīng)并激活內(nèi)源性抗氧化反應(yīng)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,由紅細(xì)胞衍生核因子2樣蛋白2編碼,屬于堿性亮氨酸轉(zhuǎn)錄因子家族。正常條件下Nrf2表達(dá)水平較低,這主要是由于Nrf2被Kelch樣ECH關(guān)聯(lián)蛋白1(KEAP1)介導(dǎo)的蛋白酶體降解[15]。在氧化應(yīng)激條件下,Nrf2基因被激活,與磷酸化的KEAP1解離,激活下游的抗氧化基因和蛋白的表達(dá),如HO-1、NQO-1及其他抗氧化酶。HO-1是一種催化血紅素代謝的限速酶,可以抑制肝臟組織中丙二醛的形成,降低脂質(zhì)過(guò)氧化,增加肝臟超氧化物歧化酶的生成,對(duì)氧化應(yīng)激具有負(fù)調(diào)節(jié)作用,使機(jī)體免受活性氧的侵害[16]。NQO-1是一種抗氧化酶,通過(guò)單步雙電子還原反應(yīng)催化醌還原成氫醌,促進(jìn)醌的排泄,以減少機(jī)體中活性氧的形成,從而阻止有害物質(zhì)對(duì)DNA造成氧化損傷[17]。因此,激活的Nrf2信號(hào)通路可以發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用,使機(jī)體保持氧化還原穩(wěn)態(tài),從而保護(hù)肝臟免受多種氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的損傷。本研究結(jié)果顯示,模型小鼠經(jīng)羅格列酮治療后肝組織Nrf2、HO-1、NQO-1 mRNA和蛋白的表達(dá)水平顯著升高,表明羅格列酮可通過(guò)激活Nrf2信號(hào)通路激活下游HO-1、NQO-1 mRNA和蛋白的表達(dá),從而降低CCl4誘導(dǎo)肝損傷小鼠模型體內(nèi)的氧化應(yīng)激反應(yīng)。
多數(shù)肝損傷的病理進(jìn)程都伴隨炎癥反應(yīng)的發(fā)生,肝臟氧化應(yīng)激與炎癥的發(fā)生密切相關(guān)。氧化應(yīng)激能夠激活機(jī)體的庫(kù)普弗細(xì)胞,釋放出大量的促炎因子TNF-α、IL-1β和IL-6等,而這些促炎因子能作用于內(nèi)皮細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞和肝細(xì)胞,隨后募集免疫細(xì)胞從而引發(fā)炎癥反應(yīng)[18]。本研究結(jié)果顯示,模型小鼠經(jīng)羅格列酮治療后血清TNF-α、IL-1β和IL-6蛋白水平顯著降低,肝臟組織中TNF-α、IL-1β和IL-6 mRNA水平顯著降低,表明羅格列酮可顯著減輕CCl4誘導(dǎo)肝損傷小鼠模型體內(nèi)的炎癥反應(yīng)。
NLRP3炎癥小體是迄今為止研究最多、最廣泛的炎癥小體,是由識(shí)別炎癥的核心蛋白NLRP3蛋白、ASC和效應(yīng)分子caspase-1組成的[19]。當(dāng)NLRP3炎癥小體被活化時(shí),NLRP3蛋白發(fā)生寡聚化使N端吡啶結(jié)構(gòu)域發(fā)生聚合,招募ASC,二者相互作用進(jìn)一步招募激活pro-caspase-1,pro-caspase-1 誘導(dǎo)自身蛋白水解為具有酶活性的異二聚體caspase-1。caspase-1能夠引起促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18 前體的成熟活化,使其成為有致炎作用的炎癥因子IL-1β和IL-18,并釋放至細(xì)胞外,進(jìn)一步啟動(dòng)下游信號(hào)通路,最終介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生[20]。已有研究表明NLRP3在肝臟炎癥和纖維化的調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[21],并且NLRP3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的激活在急性肝損傷中發(fā)揮重要作用[22]。本研究結(jié)果表明,模型小鼠經(jīng)羅格列酮治療后肝組織NLRP3、ASC、caspase-1和IL-1β蛋白的表達(dá)水平顯著降低,表明羅格列酮可通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體的活化從而減輕CCl4誘導(dǎo)肝損傷小鼠模型體內(nèi)的炎癥反應(yīng)。
總之,羅格列酮通過(guò)激活Nrf2信號(hào)通路抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)以及通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體活化抑制炎癥反應(yīng)從而對(duì)CCl4誘導(dǎo)的小鼠肝損傷產(chǎn)生保護(hù)作用。