王 娟 ,呂辰子 ,趙彩蓉 趙泓瑜 李子昂 韓 香 孟祥龍 張朔生 (1.山西中醫(yī)藥大學(xué)中藥與食品工程學(xué)院,山西 晉中 00619;.山西中醫(yī)藥大學(xué)中藥炮制山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山西 晉中 00619;.東國大學(xué)韓醫(yī)學(xué)院,韓國 慶州 8066)
失眠,又稱睡眠障礙,主要表現(xiàn)為入睡困難或者難以維持睡眠狀態(tài),其不僅會(huì)影響人們學(xué)習(xí)記憶的正常功能,還容易導(dǎo)致免疫功能紊亂,誘發(fā)并增加神經(jīng)炎癥[1]。目前臨床上常用苯二氮類或非苯二氮類化學(xué)藥物治療失眠,這類藥物價(jià)格高、不良反應(yīng)明顯,長(zhǎng)期使用易產(chǎn)生藥物依賴性[2]。因此,開發(fā)具有療效明確和安全性高的天然草本藥物具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。據(jù)報(bào)道,炎癥因子是失眠的重要發(fā)病機(jī)制之一,磷脂酰肌醇3 激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)信號(hào)通路是體內(nèi)調(diào)節(jié)細(xì)胞存活、凋亡及炎癥的重要通路,其可通過調(diào)控核因子κB 亞基p65(nuclear factor-κB subunit p65,NF-κB p65)的表達(dá),調(diào)節(jié)炎癥因子水平,實(shí)現(xiàn)神經(jīng)保護(hù)作用,從而延緩失眠的發(fā)生[3]。
秫米為禾本科植物粱Setariaitalica(L.)Beauv.或粟Setariaitalica(L.)Beauv.var.germanica(Mill.)Schrad.的黏性種子,味甘,性微寒,入肺、胃、大腸經(jīng),具有祛風(fēng)除濕、和胃安神、解毒斂瘡的功效[4]。秫米與半夏組成的半夏秫米湯被譽(yù)為治療失眠的第一方,臨床應(yīng)用極為廣泛[5]?,F(xiàn)代藥理研究表明,方中半夏水提物對(duì)小鼠有鎮(zhèn)靜催眠作用[6];而秫米作為一種天然草本藥物,目前關(guān)于其鎮(zhèn)靜安神作用的研究鮮有報(bào)道。基于此,本研究擬以對(duì)氯苯丙氨酸(para-chlorophenylalanine,PCPA)誘導(dǎo)失眠小鼠模型,通過觀察小鼠行為學(xué)變化和測(cè)定生化指標(biāo),圍繞PI3K/Akt/NF-κB信號(hào)通路初步探究秫米提取物改善失眠的作用及可能機(jī)制,為秫米的進(jìn)一步開發(fā)利用提供實(shí)證支持,也為中醫(yī)藥防治失眠提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
本研究所用儀器主要包括HC-2518 型高速離心機(jī)(安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司),OFT-100型大小鼠開場(chǎng)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(成都泰盟科技有限公司),Synergy HTX型酶標(biāo)儀(美國Bio-Tek公司),KZ-Ⅲ-F型研磨儀、SVE-2型垂直電泳儀(武漢賽維爾生物科技有限公司),DYY-6C型電泳儀電源(北京六一生物科技有限公司)等。
秫米(批號(hào)220508)購自山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所,經(jīng)山西中醫(yī)藥大學(xué)中藥與食品工程學(xué)院張朔生教授鑒定為禾本科植物粱S.italica(L.)Beauv.或粟S.italica(L.) Beauv.var.germanica (Mill.) Schrad.的黏性種子。地西泮片(國藥準(zhǔn)字H10970219,批號(hào)20220701,每片含地西泮1.25 mg)購自濟(jì)寧市安康制藥有限責(zé)任公司;對(duì)照品葡萄糖、人參皂苷Rb1、沒食子酸(批號(hào)分別為17042603、21101405、21012903,純度均≥98%)均購自成都普菲德生物技術(shù)有限公司;PCPA(批號(hào)C13957194)購自上海麥克林生化科技有限公司;5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、5-羥吲哚乙酸(5-hydroxyindoleacetic acid,5-HTAA)、腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)、白細(xì)胞介素2(interleukin-2,IL-2)、IL-6、B 細(xì)胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)和Bcl-2 相關(guān)X 蛋白(Bcl-2-associated X protein,Bax)酶聯(lián)免疫吸附檢測(cè)(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)試劑盒(批號(hào)均為202210)均購自上海泛柯實(shí)業(yè)有限公司;兔源NF-κB p65、磷酸化NFκB p65(p-NF-κB p65)、PI3K、磷酸化PI3K(p-PI3K)、Akt、磷酸化Akt(p-Akt)、β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)多克隆抗體(批號(hào)分別為BS1253、AP0124、BS3678、AP0854、BS1810、BS4006、AP0060)均購自武漢愛博泰克生物科技有限公司);辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記的山羊抗兔IgG 二抗(批號(hào)BA1054)購自武漢博士德生物工程有限公司。
本研究所用動(dòng)物為SPF 級(jí)雄性ICR 小鼠,共60 只,體重(20±2) g,由斯貝福(北京)生物技術(shù)有限公司提供,動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào)為SCXK(京)2019-0010,合格證號(hào)為10011230101930023。動(dòng)物購入后,先在潔凈環(huán)境中適應(yīng)性飼養(yǎng)3 d,飼養(yǎng)環(huán)境溫度為(23±1) ℃。飼養(yǎng)期間,給予普通飼料喂養(yǎng),自由飲水,并保持墊料干燥、環(huán)境安靜。本研究動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施方案通過了山西中醫(yī)藥大學(xué)倫理委員會(huì)審核和批準(zhǔn)(編號(hào)為AWE202304295)。
(1)秫米提取物細(xì)粉:稱取秫米50 g,加10 倍量(mL/g)蒸餾水浸泡15 min 后,加熱回流提取30 min,過濾后加8倍量蒸餾水二次提取,合并上清液并濃縮至適宜濃度,冷凍干燥后收集細(xì)粉(得率45.3%),經(jīng)紫外分光光度法[7—9]測(cè)得提取物中總皂苷、總多酚、總多糖含量分別為0.31%、0.08%、4.95%。將提取物干燥保存,備用。
(2)PCPA 溶液配制:精密稱定 PCPA 1.0 g,溶于30 mL生理鹽水中,再加入20 μL 聚山梨酯80促溶,渦旋混勻后得到PCPA混懸液。
(3)地西泮混懸液的制備:取地西泮1片,研成粉末,加入12.5 mL 生理鹽水,超聲(功率250 W,頻率40 kHz)15 min,配制成質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL的混懸液。
小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)3 d 后,按隨機(jī)數(shù)字表法分為空白組、模型組、陽性對(duì)照組(地西泮2.6 mg/kg,為成人臨床等效劑量)和秫米提取物低、中、高劑量組(給藥劑量分別為1.2、2.4、4.8 g/kg;按照《中華本草》中記載的秫米臨床劑量并根據(jù)人和小鼠間體表面積折算的等效劑量為2.4 g/kg,以此作為中劑量),每組10只。除空白組外,其余各組小鼠均腹腔注射350 mg/kg PCPA混懸液,每天1次,持續(xù)3 d,以建立失眠小鼠模型;造模結(jié)束后,觀察小鼠行為,當(dāng)小鼠出現(xiàn)活動(dòng)次數(shù)增加、易激惹、晝夜節(jié)律缺失、白天與夜晚活動(dòng)不間斷等行為則為造模成功[10]。造模成功后,空白組和模型組小鼠灌胃等體積生理鹽水,各給藥組小鼠灌胃相應(yīng)藥物,灌胃體積為0.01 mL/g,每天1 次,連續(xù)7 d。每天觀察小鼠的精神活動(dòng)狀態(tài)、進(jìn)食量、飲水量、對(duì)外界刺激的反應(yīng)及體重變化等一般情況。
末次給藥60 min 后進(jìn)行曠場(chǎng)行為學(xué)測(cè)試。將小鼠放置在反應(yīng)箱正中央,采用小鼠的開場(chǎng)活動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采集5 min 內(nèi)小鼠的總運(yùn)動(dòng)距離、總靜止時(shí)間、總運(yùn)動(dòng)時(shí)間、站立次數(shù)、修飾次數(shù)等活動(dòng)軌跡。實(shí)驗(yàn)在安靜、光線穩(wěn)定的環(huán)境中進(jìn)行。每只小鼠實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,用75%乙醇擦拭方箱內(nèi)壁及底面,防止留下氣味及排泄物等。
曠場(chǎng)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)之后,腹腔注射戊巴比妥鈉(45 mg/kg)麻醉小鼠,腹主動(dòng)脈取血約1 mL,室溫下靜置1 h后以4 000 r/min 離心15 min,分離血清,-80 ℃保存?zhèn)溆?。小鼠取血后處死,剝離顱骨并分離海馬,稱取海馬質(zhì)量,加入9 倍體積預(yù)冷的磷酸鹽緩沖液制備組織勻漿,并在4 ℃下以12 000 r/min離心15 min,取上清液于-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>
取“2.4”項(xiàng)下血清,采用ELISA法測(cè)定血清中5-HT、BDNF、IL-2、IL-6、Bcl-2、Bax 的含量以及海馬組織中5-HT、5-HTAA 的含量,并計(jì)算Bcl-2/Bax 比值。嚴(yán)格按照相應(yīng)試劑盒說明書操作。
采用Western blot 法進(jìn)行測(cè)定。取凍存的海馬組織樣本30 mg,經(jīng)蛋白提取、BCA 蛋白濃度定量及煮沸5 min 變性后,上樣10 μg 蛋白進(jìn)行10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)分離(濃縮膠電壓80 V、電泳時(shí)間20 min,分離膠電壓120 V、電泳時(shí)間90 min),然后轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素(NC)膜(轉(zhuǎn)膜電流300 mA,轉(zhuǎn)膜時(shí)間120 min),以5%脫脂奶粉封閉2 h;加入PI3K、p-PI3K、Akt、p-Akt、NF-κB p65、p-NF-κB p65一抗(稀釋比例均為1∶1 000)和β-actin 一抗(稀釋比例為1∶2 000),4 ℃孵育過夜;TBST清洗4次后,加入HRP標(biāo)記的羊抗兔IgG二抗(稀釋比例為1∶2 000),室溫孵育4 h;洗滌后暗室內(nèi)采用ECL法檢查,通過熒光化學(xué)發(fā)光凝膠成像系統(tǒng)檢測(cè)目的條帶,采用Image J 軟件分析目的條帶灰度值。以目的蛋白條帶與內(nèi)參蛋白條帶灰度值的比值表示目的蛋白的表達(dá)水平,以p-NF-κB p65 與NFκB p65、p-PI3K與PI3K、p-Akt與Akt蛋白表達(dá)水平的比值分別表示NF-κB p65、PI3K、Akt蛋白的磷酸化水平。
采用SPSS 24軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料用±s表示,多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較使用LSD-t檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。
模型組小鼠白天活動(dòng)增多,晝夜節(jié)律消失,精神亢奮,易激惹,毛發(fā)豎起且無光澤,體形消瘦;各給藥組小鼠上述一般狀態(tài)較模型組均明顯改善。
與空白組比較,模型組小鼠的總靜止時(shí)間、站立次數(shù)及修飾次數(shù)均顯著延長(zhǎng)/增加(P<0.05),總運(yùn)動(dòng)距離、總運(yùn)動(dòng)時(shí)間均顯著縮短(P<0.05);與模型組比較,陽性對(duì)照組和秫米提取物中、高劑量組小鼠的總運(yùn)動(dòng)時(shí)間均顯著延長(zhǎng)(P<0.01),總靜止時(shí)間均顯著縮短(P<0.01),并且秫米提取物各劑量組小鼠的站立次數(shù)及修飾次數(shù)均顯著減少(P<0.05或P<0.01)。結(jié)果見表1。
表1 各組小鼠曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(±s,n=10)
表1 各組小鼠曠場(chǎng)實(shí)驗(yàn)行為學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(±s,n=10)
a:與空白組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.01;c:與模型組比較,P<0.05。
修飾次數(shù)4.80±0.84 7.20±0.84a 5.60±0.89 4.80±1.30c 4.60±0.55b 4.20±1.30b組別空白組模型組陽性對(duì)照組秫米提取物低劑量組秫米提取物中劑量組秫米提取物高劑量組總運(yùn)動(dòng)距離/mm 40 351.24±6 197.83 28 953.16±2 206.19a 35 827.18±2 494.41 29 372.82±1 346.61 34 533.60±2 166.02 35 607.24±4 662.43總靜止時(shí)間/s 50.52±6.88 94.24±3.88a 73.56±7.42b 85.48±9.23 75.00±6.29b 74.02±6.83b總運(yùn)動(dòng)時(shí)間/s 245.10±6.65 198.78±12.40a 238.46±13.14b 214.52±15.74 232.82±9.61b 238.06±9.19b站立次數(shù)43.00±4.85 53.60±4.34a 49.80±3.27 38.00±4.74c 37.60±3.21b 34.40±6.11b
與空白組比較,模型組小鼠血清中5-HT、BDNF、Bcl-2 含量和Bcl-2/Bax 比值均顯著降低(P<0.05),IL-6、IL-2 和Bax 含量均顯著升高(P<0.05);與模型組比較,陽性對(duì)照組和秫米提取物高劑量組小鼠血清中上述指標(biāo)水平均被顯著逆轉(zhuǎn)(P<0.05或P<0.01);秫米提取物中劑量組小鼠血清中5-HT、IL-2、Bax含量均被顯著逆轉(zhuǎn)(P<0.05或P<0.01)。結(jié)果見表2。
表2 各組小鼠血清中單胺類神經(jīng)遞質(zhì)和炎癥指標(biāo)含量測(cè)定結(jié)果(±s,n=10)
表2 各組小鼠血清中單胺類神經(jīng)遞質(zhì)和炎癥指標(biāo)含量測(cè)定結(jié)果(±s,n=10)
a:與空白組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.01;c:與模型組比較,P<0.05。
組別空白組模型組陽性對(duì)照組秫米提取物低劑量組秫米提取物中劑量組秫米提取物高劑量組Bcl-2/Bax 28.56±5.00 14.03±2.02a 27.60±7.31b 17.39±3.24 20.82±4.99 24.51±2.47c 5-HT/(ng/mL)204.35±7.22 151.75±19.36a 196.65±13.07b 157.75±11.20 188.85±13.61c 199.35±14.69b BDNF/(pg/mL)755.06±67.38 626.99±66.47a 754.26±23.10b 675.74±39.22 693.38±31.10 727.63±32.43c IL-6/(pg/mL)99.47±10.55 119.55±7.62a 107.69±2.12c 110.75±5.29 110.20±5.91 108.64±6.97c IL-2/(pg/mL)69.94±24.83 129.60±17.56a 79.65±12.00b 101.53±7.08 84.61±3.83b 81.84±6.95b Bax/(ng/mL)4.74±0.13 6.64±0.83a 4.92±0.64b 5.65±0.46 5.26±0.86c 5.03±0.75b Bcl-2/(ng/mL)135.49±25.35 91.92±6.10a 132.09±17.10b 97.40±12.54 106.55±14.92 123.79±25.94c
與空白組比較,模型組小鼠海馬組織中5-HT 和5-HTAA 含量均顯著降低(P<0.05);與模型組比較,陽性對(duì)照組和秫米提取物高劑量組小鼠海馬組織中5-HTAA含量顯著升高(P<0.05)。結(jié)果見表3。
表3 各組小鼠海馬組織中5-HT 和5-HTAA 含量測(cè)定結(jié)果(±s,n=10)
表3 各組小鼠海馬組織中5-HT 和5-HTAA 含量測(cè)定結(jié)果(±s,n=10)
a:與空白組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.05。
組別空白組模型組陽性對(duì)照組秫米提取物低劑量組秫米提取物中劑量組秫米提取物高劑量組5-HTAA/(ng/L)17.65±1.29 12.86±1.59a 18.03±6.21b 14.36±3.03 16.29±1.99 17.73±1.52b 5-HT/(ng/mL)171.58±25.98 105.35±18.03a 161.17±24.96b 133.69±25.81 130.85±28.76 137.23±48.85
與空白組比較,模型組小鼠海馬組織中PI3K、Akt蛋白磷酸化水平均顯著降低(P<0.05),NF-κB p65蛋白磷酸化水平均顯著升高(P<0.05);與模型組比較,陽性對(duì)照組和秫米提取物低、高劑量組小鼠海馬組織中PI3K蛋白磷酸化水平均顯著升高(P<0.05或P<0.01),陽性對(duì)照組和秫米提取物高劑量組小鼠海馬組織中Akt蛋白磷酸化水平均顯著升高(P<0.05或P<0.01),秫米提取物中、高劑量組小鼠海馬組織中NF-κB p65蛋白磷酸化水平均顯著降低(P<0.05)。結(jié)果見圖1、表4。
表4 各組小鼠海馬組織中PI3K/Akt/NF-κB 信號(hào)通路相關(guān)蛋白的磷酸化水平測(cè)定結(jié)果(±s,n=10)
a:與空白組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.01;c:與模型組比較,P<0.05。
p-NF-κB p65/NF-κB p65 0.60±0.20 1.06±0.17a 0.83±0.15 0.76±0.15 0.69±0.08c 0.67±0.12c組別空白組模型組陽性對(duì)照組秫米提取物低劑量組秫米提取物中劑量組秫米提取物高劑量組p-PI3K/PI3K 0.74±0.11 0.46±0.09a 1.08±0.17b 0.72±0.10c 0.68±0.16 1.06±0.15b p-Akt/Akt 1.17±0.23 0.65±0.10a 1.03±0.20c 0.68±0.10 0.73±0.09 1.07±0.19b
PCPA是一種5-HT合成抑制劑,通過抑制色氨酸羥化酶阻滯5-HT的合成。隨著大腦中5-HT的減少,會(huì)導(dǎo)致失眠、抑郁等病癥發(fā)生[11]。因此,本研究采用腹腔注射PCPA 的方法來制備失眠小鼠模型,以探究秫米提取物對(duì)失眠小鼠的改善作用。地西泮是一種苯二氮類藥物,通常被用作鎮(zhèn)靜藥、抗焦慮藥和肌肉松弛劑,故本研究選擇地西泮作為陽性對(duì)照藥。實(shí)驗(yàn)過程中筆者發(fā)現(xiàn),小鼠在腹腔注射PCPA 3 d 后,出現(xiàn)了焦慮、煩躁、精神亢奮、體重增長(zhǎng)緩慢等情況,而在秫米提取物干預(yù)下失眠小鼠的上述情況均有所改善。本研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)小鼠處于失眠狀態(tài)時(shí),其運(yùn)動(dòng)路程明顯縮短,探索能力下降;而經(jīng)秫米提取物干預(yù)后,小鼠的總運(yùn)動(dòng)距離增加、總運(yùn)動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng),總靜止時(shí)間縮短,站立次數(shù)及修飾次數(shù)減少,這說明秫米提取物能影響失眠小鼠的自主活動(dòng),改善其失眠癥狀。
海馬組織是大腦中重要的神經(jīng)元區(qū)域,與記憶、情感和空間定向等功能密切關(guān)聯(lián),海馬體積減小和神經(jīng)元密度下降均與失眠相關(guān),而神經(jīng)炎癥可以導(dǎo)致海馬組織損傷和炎癥反應(yīng)[12]。5-HT 在海馬組織中具有重要的生理和神經(jīng)調(diào)節(jié)作用[13],5-HTAA 是5-HT 的主要代謝物。本研究結(jié)果顯示,各給藥組小鼠海馬組織中5-HT 的含量均明顯升高,這說明秫米提取物可促進(jìn)小鼠體內(nèi)5-HT的合成,改善失眠癥狀。
抗凋亡蛋白Bcl-2是一種環(huán)磷腺苷效應(yīng)元件結(jié)合蛋白介導(dǎo)的蛋白質(zhì),有助于修復(fù)海馬區(qū)神經(jīng)元細(xì)胞;Bax為促凋亡蛋白,Bcl-2/Bax比值在細(xì)胞凋亡過程中有著重大意義[14]。BDNF 是一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子,可抑制胱天蛋白酶3 活性并增加Bcl-2 的表達(dá),保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞,防止細(xì)胞損傷[15]。本研究采用秫米提取物干預(yù)后,小鼠血清中Bcl-2/Bax比值和BDNF含量升高,提示秫米提取物可減緩小鼠神經(jīng)元凋亡。
NF-κB 作為一種轉(zhuǎn)錄因子可以介導(dǎo)多種炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng),其過度活化會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)的改變和神經(jīng)元的死亡,從而影響睡眠質(zhì)量[16]。此外,一些炎癥因子紊亂也會(huì)導(dǎo)致睡眠障礙,如IL-2、IL-6 等[17]。PI3K 是生長(zhǎng)因子超家族信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的重要分子,在多種生長(zhǎng)因子的刺激下可被激活;Akt 可介導(dǎo)細(xì)胞生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化、分化等修復(fù)功能[18]。本研究結(jié)果表明,經(jīng)秫米提取物干預(yù)后,小鼠血清中IL-6 和IL-2 水平降低,海馬組織中Akt、PI3K蛋白磷酸化水平均升高,NF-κB p65蛋白磷酸化水平降低。該結(jié)果提示,秫米提取物可能通過調(diào)控PI3K/Akt/NF-κB信號(hào)通路,降低炎癥因子水平,修復(fù)神經(jīng)元細(xì)胞,進(jìn)而改善小鼠失眠癥狀。
綜上所述,秫米提取物可通過調(diào)控海馬組織中PI3K/Akt/NF-κB信號(hào)通路相關(guān)蛋白的表達(dá),減輕炎癥反應(yīng),從而改善小鼠失眠癥狀。但本研究?jī)H初步探究了秫米提取物調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)通路改善失眠癥狀,具體作用機(jī)制還需深入探索。