宣肺開閉湯通過抑制TGF-β1/Smad3通路減緩小鼠肺纖維化進(jìn)展

孔維祎， 郝歐美， 盛秋菊

（1.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)，遼寧沈陽 110032；2.遼寧中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，遼寧沈陽 110032）

肺纖維化（pulmonary fibrosis，PF）是一種慢性間質(zhì)性肺疾病，其主要特征為肺成纖維細(xì)胞異常增殖、細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的過度積累及組織結(jié)構(gòu)破壞等，最終導(dǎo)致肺瘢痕形成、肺功能不全和呼吸衰竭[1-2]。目前，臨床常用治療肺纖維化的藥物以激素、免疫抑制劑及細(xì)胞毒性藥物為主，但由于明顯的毒副作用導(dǎo)致其治療效果并不理想[3]。肺移植也是肺纖維化治療的有效方法，但由于肺配體稀缺且移植費(fèi)用高昂，使其在臨床上的應(yīng)用受到一定的限制。而中醫(yī)藥對(duì)防治肺纖維化具有一定的優(yōu)勢(shì)，且能有效改善患者生活質(zhì)量[4]。中醫(yī)學(xué)將肺纖維化歸屬于“肺痿”“肺痹”“肺脹”等范疇，認(rèn)為其發(fā)病機(jī)制為氣虛血瘀，痰熱互結(jié)，痹阻肺絡(luò)[5]。本課題組前期應(yīng)用宣肺開閉湯治療各種肺炎患者，發(fā)現(xiàn)其可明顯延緩患者肺纖維化的發(fā)生，但其抗肺纖維化機(jī)制尚不明確。近年來，有大量相關(guān)研究證實(shí)，轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）/Smads 信號(hào)通路與器官纖維化的發(fā)生密切相關(guān)，其中，TGF-β1 是導(dǎo)致纖維化的關(guān)鍵介質(zhì)，可介導(dǎo)細(xì)胞的多種生物學(xué)活性，包括生長、分化、遷移、凋亡等，并能激活Smads信號(hào)通路，促進(jìn)促纖維化因子的過度表達(dá)[6-7]。目前，關(guān)于調(diào)控TGF-β1/Samds 信號(hào)通路對(duì)肺纖維化的防治受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。因此，本研究構(gòu)建博來霉素誘導(dǎo)小鼠肺纖維化模型，觀察宣肺開閉湯對(duì)肺纖維化小鼠TGF-β1/Samds 信號(hào)通路的影響，探討宣肺開閉湯抗肺纖維化的作用機(jī)制，以期為臨床應(yīng)用宣肺開閉湯治療肺纖維化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，現(xiàn)將研究結(jié)果報(bào)道如下。

1 材料與方法

1. 1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物60 只6 周齡雄性C57BL/6J 小鼠，體質(zhì)量18 ～20 g，均購自長春億斯實(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)：SCXK（吉）2018-0007。實(shí)驗(yàn)單位為遼寧中醫(yī)藥大學(xué)，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用許可證號(hào)：SYXK（遼）2019-0004，飼養(yǎng)環(huán)境：20 ～25 ℃，相對(duì)濕度55%～65%，光照12 h/黑暗12 h 交替，普通飼料喂養(yǎng)，自由飲食攝水。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方案已獲得遼寧中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物倫理審批委員會(huì)審批通過，審批號(hào)：AEWC-211606。

1. 2 試劑與儀器博來霉素（天津太和制藥有限公司生產(chǎn)，批號(hào)：國藥準(zhǔn)字H20055883）；TGF-β1/Smads 通路激活劑SRI-011381 hydrochloride（北京百奧萊博科技有限公司，批號(hào)：53562ES08）；小鼠抗TGF-β1 單克隆抗體、小鼠抗Smad3 抗體（美國Abcam 公司）；羥脯氨酸（hydroxyproline，Hyp）含量測(cè)定試劑盒（南京建成悅浩科技有限公司）；兔抗α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）抗體（美國Sigma公司）。T100 PCR 儀（伯樂生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品有限公司）；HBS-1101 酶標(biāo)儀（南京德鐵實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；CX41-12C02倒置顯微鏡（日本Olympus公司）。

1. 3 藥物宣肺開閉湯由杏仁、桑白皮、魚腥草、僵蠶、白花蛇舌草、蘆根、太子參、貝母、麥冬、生石膏、沙參各10 g，桔梗、黃芩、枇杷葉、蟬衣、丹參各8 g 等組成，其組方中藥材均購自北京同仁堂連鎖藥店有限公司。制備：先將以上中藥材加水浸泡30 min，后加水稍沒過中藥為度，武火煎煮至沸騰，后轉(zhuǎn)至文火維持60 min，倒出藥液后同上述方法再次加水煎煮，將兩次煎煮的藥液混合并濃縮至不同生藥含量，即2、4、8 g/mL，保存于-20 ℃冰箱待用。

1.4 分組、模型制備與給藥將60只小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，隨機(jī)分為空白組，模型組，宣肺開閉湯低、中、高劑量組及宣肺開閉湯高劑量+SRI-011381 組，每組各10 只。除空白組外，其余各組小鼠均構(gòu)建肺纖維化模型[8]。方法：應(yīng)用2%戊巴比妥鈉45 mg/kg腹腔注射麻醉滿意后，固定小鼠于解剖臺(tái)，頸部剃毛消毒，沿正中線切開并暴露氣管，將5 mg/L 博來霉素生理鹽水溶液經(jīng)氣管注入，劑量為0.3 mL，注入后翻轉(zhuǎn)小鼠，使藥物在肺部均勻分布?？瞻捉M小鼠僅注射等體積的生理鹽水干預(yù)。后將各組小鼠分籠飼養(yǎng)。模型制備成功標(biāo)準(zhǔn)：小鼠活動(dòng)力降低，且出現(xiàn)撓鼻、咳嗽等呼吸道癥狀。

造模成功后，根據(jù)文獻(xiàn)研究[9]，宣肺開閉湯低、中、高劑量組小鼠分別給予灌胃200、400、800 mg·kg-1·d-1的宣肺開閉湯；宣肺開閉湯高劑量+SRI-011381 組給予灌胃800 mg·kg-1·d-1的宣肺開閉湯后，腹腔注射TGF-β1/Smads 通路激活劑SRI-011381 hydrochloride10 mg·kg-1·d-1干預(yù)；空白組和模型組給予灌胃等積體的生理鹽水。每日1 次，連續(xù)給藥28 d。

1.5 觀察指標(biāo)與方法

1. 5. 1 HE 染色法觀察肺組織病理變化及炎癥評(píng)分 給藥結(jié)束后，斷頭法處死各組小鼠，消毒開胸，取小鼠肺組織并固定于4%多聚甲醛溶液中，制作石蠟切片。常規(guī)脫蠟至水，將組織切片浸泡于去離子水中，加入蘇木素染色1 min，沖洗干凈后加入伊紅染色，30 s后取出組織切片脫水透明，封片后置于顯微鏡下觀察。參照Wzapiel 法[8]評(píng)估小鼠肺泡腔炎癥程度，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 肺泡腔炎癥程度評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Scoring of the degree of alveolar inflammation

1.5.2 Masson 染色法觀察肺組織纖維化及纖維化程度評(píng)估 將肺組織切片常規(guī)脫蠟至水，加入蘇木素染色5 min，PBS 沖洗后加入Masson 藍(lán)化液返藍(lán)，3 min 后沖洗干凈，再加入品紅染液染色5 min，后用1%磷鉬酸水溶液處理切片1 min。將切片浸于苯胺藍(lán)夜或綠液復(fù)染2 min，0.2%冰醋酸處理1 min，90%乙醇脫水后透明，中性樹膠封片，于顯微鏡下觀察。參照Wzapiel 法[8]評(píng)估小鼠肺間質(zhì)纖維化程度：無肺間質(zhì)纖維化計(jì)為0分；輕度肺間質(zhì)纖維化，病變面積小于20%時(shí)計(jì)為1 分；中度肺間質(zhì)纖維化，病變面積為20%～50%時(shí)計(jì)為2 分；重度肺間質(zhì)纖維化，病變面積大于50%時(shí)計(jì)為3分。

1. 5. 3 免疫組織化學(xué)法測(cè)定肺組織中α-SMA

表達(dá) 肺組織切片常規(guī)脫蠟至水，用抗原修復(fù)切片，后在切片中加入山羊血清封閉。加入一抗α-SMA 抗體（1∶400），再加入生物素化山羊抗兔IgG二抗（1∶1 000），DAB顯色，蘇木素復(fù)染，經(jīng)脫水透明后封片。應(yīng)用圖像分析軟件系統(tǒng)，每張切片隨機(jī)選取染色區(qū)域6個(gè)高倍視野，測(cè)定其吸光度（OD）值。

1. 5. 4 ELISA 法測(cè)定肺組織Hyp 含量 取各組小鼠左肺下葉組織0.8 ～1 g，按照1∶9 的比例加入生理鹽水進(jìn)行勻漿，在4 ℃環(huán)境下，以離心機(jī)3 000 r/min（離心半徑15 cm）離心10 min，收集上清液。采用Hyp ELISA 試劑盒測(cè)定肺組織均漿液中Hyp 的含量，應(yīng)用酶標(biāo)儀于550 nm 波長處測(cè)定OD值。

1.5.5 蛋白免疫印跡（Western Blot）法檢測(cè)肺組織中TGF-β1、Smad3 蛋白表達(dá) 取小鼠肺組織，提取總蛋白，用二喹啉甲酸（BCA）法檢測(cè)總蛋白濃度。將蛋白溶液的終濃度配制為2 μg/mL，置于熱水中煮沸10 min后，保存在-20 ℃冰箱中。取30 μg的蛋白樣品進(jìn)行電泳（200 V 電壓），轉(zhuǎn)移蛋白樣品至PVDF 膜上，用5%脫脂奶粉封閉PVDF 膜1 h，將一抗TGF-β1、Smad3（1∶1 000）加入到PVDF膜上，4 ℃孵育過夜，沖洗PVDF 膜后，加入二抗（1∶1 000），室溫孵育2 h。洗膜后，加入ECL 液，曝光顯影后用Image Lab 軟件分析條帶灰度值。以β-actin為內(nèi)參。

1. 5. 6 實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)（RT-PCR）法檢測(cè)肺組織中TGF-β1、Smad3 mRNA 表達(dá) 取小鼠肺組織研磨，勻漿，加入TRIzol 裂解液裂解，提取總RNA，提取步驟按照試劑盒說明書進(jìn)行。逆轉(zhuǎn)錄總RNA為cDNA，操作步驟按照試劑盒說明書操作。TGF-β1 引物序列，上游：5’-GTTCCTGCCA TTCTGGTGCA-3’，下游：5’-TGCGTGTCAGGGG TTGGTTAC-3’，擴(kuò)增片段長度293 bp；Smad3 序列，上游：5’-CTACCGACTGCGAGGCATAA-3’，下游：5’-CGAGCCGATACATCGATCCT-3’，引物擴(kuò)增片段長度530 bp；GAPDH（內(nèi)參）引物序列，上游：5’-CAGATGCTCGCAAGGTAGGA-3’，下游：5’-ACAGAAGTAGTACGCAGACTG-3’，擴(kuò)增片段長度469 bp。PCR 反應(yīng)條件：95 ℃預(yù)變性2 min；95 ℃變性15 s，60 ℃退火1 min，共計(jì)40個(gè)循環(huán)。用2-△△CT法分析目的基因相對(duì)表達(dá)量。

1.6 統(tǒng)計(jì)方法采用Graphpad priam 8.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以均數(shù)± 標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示。多組間比較采用單因素方差（One-way ANOVA）分析，各組間兩兩比較采用LSD-，t檢驗(yàn)，以，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2. 1 各組小鼠肺組織病理學(xué)變化及炎癥評(píng)分比較圖1 結(jié)果顯示：空白組小鼠肺組織結(jié)構(gòu)正常，無間隔水腫，肺泡可見少量的炎性細(xì)胞浸潤，肺泡腔炎癥評(píng)分顯著高于空白組（P＜0.05）；模型組小鼠肺泡間隔增厚，肺泡結(jié)構(gòu)破壞連成大片狀實(shí)變，實(shí)變區(qū)內(nèi)可見大量的炎性細(xì)胞浸潤，肺泡腔炎癥評(píng)分顯著高于空白組（P＜0.05）；宣肺開閉湯低、中、高劑量組小鼠肺組織結(jié)構(gòu)較模型組明顯改善，肺泡間隔增厚程度明顯減輕，炎性細(xì)胞浸潤也明顯減少，肺泡腔炎癥評(píng)分顯著低于模型組（P＜0.05），且各劑量組作用效果呈劑量依賴性；宣肺開閉湯高劑量+SRI-011381組小鼠肺組織病理學(xué)表現(xiàn)與模型組相似，肺泡腔炎癥評(píng)分較宣肺開閉湯高劑量組明顯增加（P＜0.05）。

圖1 各組小鼠肺組織病理學(xué)變化及炎癥評(píng)分比較Figure 1 Comparison of lung tissue pathological changes and inflammation scores among each group of mice

2.2 各組小鼠肺組織纖維化情況及評(píng)分比較圖2結(jié)果顯示：空白組可見極少量的藍(lán)色膠原纖維沉積于肺泡間隔及肺血管壁；模型組可見典型的肺間質(zhì)纖維化變化，肺泡間隔及肺血管壁可見片狀或束狀膠原纖維沉積，大量藍(lán)染膠原沉積于肺腔內(nèi)，肺纖維化程度評(píng)分顯著高于空白組（P＜0.05）；宣肺開閉湯低、中、高劑量組藍(lán)色纖維主要表達(dá)于支氣管壁、肺血管壁的肌層下，肺纖維化程度評(píng)分顯著低于模型組（P＜0.05），且呈劑量依賴性；與宣肺開閉湯高劑量組比較，宣肺開閉湯高劑量+SRI-011381組肺纖維化程度評(píng)分顯著升高（P＜0.05），肺組織纖維化程度與模型組相似。

圖2 各組小鼠肺組織纖維化情況及評(píng)分比較Figure 2 Comparison of lung tissue fibrosis and scores among each group of mice

2. 3 各組小鼠肺組織中α-SMA 表達(dá)比較圖3結(jié)果顯示：與空白組比較，模型組小鼠肺組織中可見大量的α-SMA 棕黃色陽性染色細(xì)胞聚集成團(tuán)，α-SMA OD 值升高（P＜0.05）；與模型組比較，宣肺開閉湯低、中、高劑量組陽性染色細(xì)胞數(shù)量減少，α-SMA OD 值降低（P＜0.05），且呈劑量依賴性；與宣肺開閉湯高劑量組比較，宣肺開閉湯高劑量+SRI-011381 組小鼠肺組織中可見α-SMA 棕黃色陽性染色細(xì)胞數(shù)量明顯增加，α-SMA OD值升高（P＜0.05）。

2. 4 各組小鼠肺組織中Hyp 含量比較圖4 結(jié)果顯示：與空白組比較，模型組小鼠肺組織中Hyp含量顯著升高（P＜0.05）；與模型組比較，宣肺開閉湯低、中、高劑量組小鼠肺組織中Hyp 含量均顯著降低（P＜0.05），且呈劑量依賴性；與宣肺開閉湯高劑量組比較，宣肺開閉湯高劑量+SRI-011381 組小鼠肺組織中Hyp 含量顯著增加（P＜0.05）。

2.5 各組小鼠肺組織中TGF-β1、Smad3的蛋白表達(dá)比較圖5結(jié)果顯示：模型組小鼠肺組織中TGF-β1、Smad3 的蛋白表達(dá)水平均高于空白組（P＜0.05）；宣肺開閉湯低、中、高劑量組小鼠肺組織TGF-β1、Smad3 的蛋白表達(dá)水平均低于模型組（P＜0.05）；與宣肺開閉湯高劑量組比較，宣肺開閉湯高劑量+SRI-011381 組小鼠肺組中TGF-β1、Smad3 的蛋白表達(dá)水平均明顯升高（P＜0.05）。

圖5 各組小鼠肺組織中TGF-β1、Smad3的蛋白表達(dá)比較Figure 5 Comparison of protein expressions of TGF-β1 and Smad3 in lung tissue among each group of mice

2.6 各組小鼠肺組織中TGF-β1、Smad3 的mRNA

表達(dá)比較圖6結(jié)果顯示：與空白組比較，模型組小鼠肺組織中TGF-β1、Smad3 的mRNA 表達(dá)水平均顯著升高（P＜0.05）；宣肺開閉湯低、中、高劑量組小鼠肺組織TGF-β1、Smad3 的mRNA 表達(dá)水平均明顯低于模型組（P＜0.05），且呈劑量依賴性；與宣肺開閉湯高劑量組比較，宣肺開閉湯高劑量+SRI-011381 組小鼠肺組中TGF-β1、Smad3的mRNA表達(dá)水平均顯著升高（P＜0.05）。

圖6 各組小鼠肺組織中TGF-β1、Smad3的mRNA表達(dá)比較Figure 6 Comparison of mRNA expressions of TGF-β1 and Smad3 in lung tissue among each group of mice

3 討論

近年來，肺纖維化的發(fā)病率和死亡率呈逐年上升的趨勢(shì)，且新冠肺炎重癥患者以肺纖維化為主要特征，由于肺纖維化不易逆轉(zhuǎn)，對(duì)患者的生命造成了嚴(yán)重的威脅，因此，尋找和開發(fā)治療肺纖維化新的有效藥物尤為重要[10]。肺纖維化臨床證候錯(cuò)綜復(fù)雜，患者在臨床上通常表現(xiàn)為呼吸潛短且不相順接，隨著肺纖維化程度的加重，患者逐漸會(huì)出現(xiàn)瘀血阻滯、肺絡(luò)不通的表現(xiàn)[11]。本研究應(yīng)用的宣肺開閉湯中：杏仁、桑白皮、貝母、枇杷葉，清熱潤肺，化痰止咳；太子參、麥冬、沙參、蘆根益氣健脾生津，加強(qiáng)潤肺功效；魚腥草、白花蛇舌草、黃芩、生石膏，清熱解毒，加強(qiáng)退熱功能；蟬衣、僵蠶為蟲藥，疏風(fēng)止咳、祛風(fēng)通絡(luò)；桔梗，宣肺，利咽，祛痰，排膿；丹參，活血化瘀，涼血消癰。全方共奏宣肺開閉、清肺通絡(luò)功效，符合肺纖維化中醫(yī)病機(jī)特點(diǎn)。

本研究采用氣管灌注博來霉素誘導(dǎo)小鼠肺纖維化模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肺纖維化模型組小鼠肺組織出現(xiàn)明顯的肺泡炎癥及纖維化等改變。羥脯氨酸（Hyp）是機(jī)體膠原纖維特有的氨基酸之一，其在肺組織中的含量可評(píng)定肺間質(zhì)纖維化程度，目前已被臨床廣泛應(yīng)用[12]。本研究通過檢測(cè)肺組織勻漿中Hyp 含量發(fā)現(xiàn)，模型組小鼠Hyp 含量明顯增加。給予不同劑量的宣肺開閉湯后發(fā)現(xiàn)，Hyp含量明顯降低，肺組織纖維化、炎癥程度明顯減輕，且隨著宣肺開閉湯劑量的增加效果更顯著，表明宣肺開閉湯可有效改善小鼠肺纖維化。

成纖維細(xì)胞灶主要由肌成纖維細(xì)胞（MFb）構(gòu)成，是繼發(fā)性肺纖維化的主要病理學(xué)特征之一[13]。MFb 是造成細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）異常沉積的主要效應(yīng)細(xì)胞[14]。研究[15]表明，MFb 可抑制成纖維細(xì)胞的增殖和分化，進(jìn)而對(duì)肺纖維化程度發(fā)揮減緩作用。α-SMA 是成纖維細(xì)胞向MFb 轉(zhuǎn)化的標(biāo)志性蛋白，其蛋白表達(dá)水平可間接反映MFb 的增殖情況[16]。本研究結(jié)果顯示，模型組小鼠肺組織中α-SMA表達(dá)明顯升高，不同劑量的宣肺開閉湯干預(yù)后，小鼠肺組織中α-SMA 表達(dá)明顯降低，提示宣肺開閉湯可阻止肺組織中α-SMA 表達(dá)，進(jìn)而通過抑制MFb的增殖來抑制肺纖維化的發(fā)展。

有研究[17]表明，TGF-β可調(diào)控肺成纖維細(xì)胞中α-SMA 的表達(dá)。TGF-β1作為一種致纖維化因子可介導(dǎo)肺纖維化的發(fā)生，其是通過誘導(dǎo)ECM 過度沉積，并對(duì)成纖維細(xì)胞過度增殖和分化起促進(jìn)作用所致[18]。Smad蛋白是TGF-β1誘導(dǎo)纖維化作用的關(guān)鍵效應(yīng)分子之一，當(dāng)TGF-β1結(jié)合其受體后，磷酸化Smad2、Smad3、Smad4 后，形成復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，進(jìn)而啟動(dòng)TGF-β1靶基因的轉(zhuǎn)錄。侯歡等[19]研究發(fā)現(xiàn)，Smad3 抑制劑可通過抑制Smad3 的磷酸化減少TGF-β1處理的人真皮成纖維細(xì)胞的肌成纖維細(xì)胞分化和膠原合成；還有研究[20]發(fā)現(xiàn)，TGF-β1/Smad3 信號(hào)通路可介導(dǎo)纖維化、凋亡和炎癥反應(yīng)，抑制纖維化疾病中TGF-β1/Smad3 信號(hào)通路的活性，對(duì)治療疾病有重要作用。本研究結(jié)果顯示，模型組小鼠肺組織中TGF-β1、Smad3 的蛋白及mRNA 表達(dá)明顯升高，宣肺開閉湯干預(yù)后，各劑量組小鼠肺組織中TGF-β1、Smad3 的蛋白及mRNA表達(dá)均明顯降低，提示宣肺開閉湯可能通過抑制TGF-β1/Smad3 信號(hào)通路抑制小鼠肺纖維化進(jìn)程。為了驗(yàn)證該結(jié)果，本研究采用TGF-β1/Smad3信號(hào)通路激活劑SRI-011381 hydrochloride 和高劑量的宣肺開閉湯聯(lián)合干預(yù)肺纖維化小鼠，結(jié)果顯示SRI-011381 hydrochloride 能減弱宣肺開閉湯對(duì)小鼠肺纖維化進(jìn)程的抑制作用。

綜上所述，宣肺開閉湯可抑制博來霉素誘導(dǎo)小鼠肺纖維化的進(jìn)程，其作用機(jī)制與抑制TGF-β1/Smad3信號(hào)通路有關(guān)。