阮禎 ,何生華 ,龔雪花 ,喬松 ,王超 (.武漢市中醫(yī)醫(yī)院推拿科,武漢 40000;.武漢市第七醫(yī)院中南路街第一社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心,武漢 40060;.湖北省中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)中心推拿科,武漢 4000)
腰椎間盤突出癥(lumbar disc herniation,LDH)是一種常見的臨床脊柱疾病,是由于各種原因?qū)е卵甸g盤纖維環(huán)部分或完全破裂,髓核組織從破裂口向后突出,刺激或壓迫神經(jīng)根和馬尾神經(jīng)的臨床綜合征[1]。LDH具有腰痛、麻木、下肢疲勞等多種臨床表現(xiàn),嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和工作能力。研究表明,LDH的發(fā)病機(jī)制與機(jī)械性神經(jīng)根壓迫和炎癥有關(guān),LDH髓核病變導(dǎo)致背根神經(jīng)節(jié)(dorsal root ganglia,DRG)炎癥反應(yīng)增強(qiáng),會(huì)引起持續(xù)性疼痛反應(yīng)[2]。目前,LDH的治療方案主要是保守治療和手術(shù)治療,但是大多數(shù)保守治療可能出現(xiàn)癥狀無改善的情況,而手術(shù)治療存在一定副作用。因此,迫切需要治療效果更好的新藥來治療LDH引起的神經(jīng)性疼痛。
血根堿(sanguinarine,SG)是從血根草和其他罌粟藍(lán)堇屬植物的根中提取的生物堿,具有抗菌、抗病毒、抗炎、抗氧化和抗腫瘤作用[3]。已有研究表明,SG可通過抑制小膠質(zhì)細(xì)胞和絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase,MAPK)信號通路的激活來減輕神經(jīng)性疼痛[4]。因此,本課題組推測SG對LDH大鼠炎性疼痛有改善作用。研究表明,各種炎癥刺激會(huì)導(dǎo)致免疫細(xì)胞中MAPK、胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)和c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal kinases,JNK)的磷酸化激活,激活的MAPK可促進(jìn)核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的激活,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)的產(chǎn)生。有報(bào)道指出,激活LDH大鼠脊髓組織中MAPK/ERK/NF-κB信號通路可促進(jìn)炎癥反應(yīng),進(jìn)而導(dǎo)致神經(jīng)性疼痛[5]。此外,有研究表明,SG可通過抑制慢性縮窄損傷大鼠脊髓組織中p38 MAPK激活的神經(jīng)炎癥來減輕神經(jīng)性疼痛[6]。但SG是否可通過抑制MAPK/ERK/NF-κB信號通路激活,減輕LDH大鼠炎性疼痛尚不明確。基于此,本研究基于MAPK/ERK/NF-κB信號通路,探討SG對LDH大鼠炎性疼痛的改善作用及機(jī)制,旨在為SG應(yīng)用于LDH的治療提供理論依據(jù)。
SG標(biāo)準(zhǔn)品(批號230604,純度≥98%)購自武漢艾美捷科技有限公司;Anisomycin(MAPK激活劑,批號221115,純度≥99%)購自美國MCE公司;蘇木精-伊紅(hematoxylin-eosin,HE)染色試劑盒(批號221209)購自上海一研生物科技有限公司;TNF-α、神經(jīng)肽Y(neuropeptide Y,NPY)的酶聯(lián)免疫吸附測定(ELISA)試劑盒(批號分別為230204、230412)均購自上海信裕生物科技有限公司;5羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、IL-1β的ELISA試劑盒(批號分別為220908、220814)均購自武漢菲恩生物科技有限公司;兔源離子鈣接頭蛋白1(ionized-calcium binding adaptor molecule-1,Iba-1)、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)、磷酸化p38 MAPK(p-p38 MAPK)、p38 MAPK、磷酸化ERK1/2(p-ERK1/2)、ERK1/2、磷酸化NF-κB p65(p-NFκB p65)、NF-κB p65、TNF-α、IL-1β和GAPDH抗體(批號分別為221103、221216、230105、230403、230212、230310、230306、221109、221004、230304、230211)均購自英國Abcam公司;辣根過氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔IgG二抗(批號230106)購自美國Thermo Fisher Scientific公司。
本研究所用主要儀器有Multiskan GO型全自動(dòng)酶標(biāo)儀(美國Thermo Fisher Scientific公司)、CX23型光學(xué)顯微鏡(日本Olympus公司)、DM IL LED型熒光顯微鏡(德國Leica公司)、Ugo Basile型足底熱痛儀(上海玉研科學(xué)儀器有限公司)。
隨機(jī)選取10只大鼠作為對照組,剩余大鼠參照文獻(xiàn)[7]構(gòu)建LDH模型,具體操作如下:麻醉大鼠,將背部和腹部脫毛,在距肛門約1 cm的尾根處切一個(gè)3~3.5 cm長的切口,從第二和第三椎骨之間的尾椎間盤中取出髓核。在背側(cè)切開內(nèi)側(cè)縱切口,依次剝離皮膚、皮下組織和腰背筋膜,沿旋突左側(cè)將骶棘肌剝離并分離,切斷左側(cè)L4至L5椎板、關(guān)節(jié)突和部分椎弓根,暴露左側(cè)神經(jīng)根以及L4、L5相應(yīng)的DRG,將自體髓核放入硬膜外腔,縫合傷口。對照組大鼠暴露神經(jīng)根,切除尾椎髓核,不進(jìn)行移植。術(shù)后3 d靜脈注射青霉素防止感染。當(dāng)造模大鼠出現(xiàn)精神萎靡、行走緩慢、后肢跛行等行為時(shí)表明造模成功[8]。將造模成功的大鼠分為模型組和SG低、中、高劑量組以及SG高劑量+Anisomycin組,每組10只。SG低、中、高劑量組大鼠分別于腹腔注射1.00、2.50、6.25 mg/kg SG[3],SG高劑量+Anisomycin組大鼠在腹腔注射6.25 mg/kg SG的同時(shí)腹腔注射Anisomycin 5 mg/kg[9],對照組和模型組大鼠腹腔注射等體積生理鹽水,每天1次,連續(xù)7 d。
末次給藥結(jié)束后,觀察各組大鼠一般情況,包括毛發(fā)、飲食、體重、運(yùn)動(dòng)情況等,并參考文獻(xiàn)[10]對其神經(jīng)功能進(jìn)行評分:0級(2分),正常;1級(4分),步態(tài)基本正常,足趾異常;2級(6分),左后肢無力,輕度跛行;3級(8分),左后肢無力,跛行明顯;4級(10分),站立不穩(wěn),左后肢活動(dòng);5級(12分),左后肢癱瘓,不能自主活動(dòng)。
機(jī)械性痛覺過敏測定:“2.2”項(xiàng)下實(shí)驗(yàn)結(jié)束后通過Von Frey纖維絲測試大鼠右足機(jī)械痛閾。將大鼠固定于安靜環(huán)境,施加足夠的力將Von Frey纖維絲垂直刺激大鼠后爪表面6~8 s,若出現(xiàn)爪子迅速縮回、舔爪子或嚎叫即為陽性反應(yīng),將該力記為機(jī)械刺激縮足反射閾值(paw withdrawal mechanical threshold,PWMT)。每次測試間隔時(shí)間大約2 min,重復(fù)3次,取平均值。
熱痛覺過敏測定:上述實(shí)驗(yàn)結(jié)束后采用熱痛儀測試大鼠后爪足底的熱敏感性,若大鼠出現(xiàn)縮足情況即為陽性反應(yīng),將開始刺激到出現(xiàn)陽性反應(yīng)的時(shí)間記為熱刺激縮足反射潛伏期(paw withdrawal thermal latency,PWTL)。熱刺激時(shí)間為10~15 s,上限為20 s,以防止組織損傷。每次測試間隔5 min,重復(fù)3次,取平均值。
痛覺實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,麻醉處死大鼠,心臟取血,離心取上清,保存于-20 ℃用于TNF-α、IL-1β、5-HT、NPY檢測。取血完成后,解剖大鼠,將椎旁肌與腰椎節(jié)段分離,切除椎間盤纖維環(huán),暴露L4~L6節(jié)段髓核組織;收集DRG組織,一部分固定于4%多聚甲醛中,其余部分冷凍并保存在-80 °C。
將DRG組織于4 °C條件下固定于4%多聚甲醛中48 h,磷酸鹽緩沖液(PBS)清洗后經(jīng)乙醇梯度脫水、二甲苯透明、石蠟包埋后,切成4 μm薄片;取部分切片(剩余部分用于免疫熒光實(shí)驗(yàn))進(jìn)行HE染色后,置于顯微鏡下觀察DRG組織的病理變化。
“等等,把逃兵送師部,我到想聽聽他為什么要當(dāng)逃兵,也想聽聽他是怎么躲過鬼子毒氣彈的?!壁w錫田做了個(gè)停止的動(dòng)作。
采用ELISA法進(jìn)行檢測。?。?0 ℃保存的大鼠血清,按照ELISA試劑盒說明書,檢測炎癥因子TNF-α、IL-1β和疼痛因子5-HT、NPY的水平。
采用免疫熒光法進(jìn)行觀察。取“2.5”項(xiàng)下剩余切片,以PBS洗滌后,透化30 min;以7%驢血清封閉1 h后,與一抗Iba-1(稀釋度為1∶500)、GFAP(稀釋度為1∶500)在4 °C孵育過夜;洗滌后與二抗(稀釋度為1∶400)在室溫下孵育45 min,以DAPI處理切片后,在熒光顯微鏡下觀察切片并采集圖像,采用Image Pro Plus軟件分析Iba-1、GFAP蛋白(鏡下均呈綠色熒光)的熒光強(qiáng)度。Iba-1蛋白熒光強(qiáng)度越高,表明脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞活化程度越高;GFAP蛋白熒光強(qiáng)度越高,表明星形膠質(zhì)細(xì)胞活化程度越高。
采用Western blot法進(jìn)行檢測。取各組大鼠DRG組織適量,經(jīng)裂解液裂解后,取30 μg蛋白樣品進(jìn)行變性處理,然后進(jìn)行十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳、轉(zhuǎn)膜;以5%脫脂牛奶封閉,在4 °C條件下加入p-p38 MAPK、p38 MAPK、p-ERK1/2、ERK1/2、p-NF-κB p65、NF-κB p65、TNF-α、IL-1β、GAPDH(稀釋度均為1∶1 000)一抗孵育過夜;洗膜后,在室溫下加入二抗(稀釋度為1∶2 000)孵育60 min。采用凝膠成像儀顯影,并使用ImagePro Plus軟件分析蛋白條帶灰度值,以p-p38 MAPK與p38 MAPK、p-ERK1/2與ERK1/2、p-NF-κB p65與NF-κB p65的灰度值比值表示p38 MAPK、ERK1/2、NF-κB p65蛋白的磷酸化水平,以TNF-α、IL-1β與內(nèi)參蛋白(GAPDH)的灰度值比值表示兩者的表達(dá)水平。
采用SPSS 22.0和GraphPad Prism 8.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)采用±s表示。多組間比較用單因素方差分析,兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn),檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。
對照組大鼠行為正常,毛發(fā)光滑,飲食與行為狀態(tài)良好;模型組大鼠精神萎靡,毛發(fā)雜亂,食欲不振,體重下降,后肢運(yùn)動(dòng)障礙;SG各劑量組大鼠精神、食欲好轉(zhuǎn)以及后肢運(yùn)動(dòng)障礙緩解,體重升高;SG高劑量+Anisomycin組大鼠的精神、運(yùn)動(dòng)狀況較SG高劑量組下降。對照組、模型組、SG低劑量組、SG中劑量組、SG高劑量組、SG高劑量+Anisomycin組大鼠神經(jīng)功能評分分別為(2.01±0.24)、(9.03±1.08)、(5.93±0.62)、(4.75±0.49)、(2.84±0.31)、(6.55±0.68)分。與對照組相比,模型組大鼠神經(jīng)功能評分顯著升高(P<0.05);與模型組相比,SG各劑量組大鼠神經(jīng)功能評分均顯著降低(P<0.05);與SG高劑量組相比,SG高劑量+Anisomycin組大鼠神經(jīng)功能評分顯著升高(P<0.05)。
與對照組相比,模型組大鼠PWMT、PWTL均顯著降低(P<0.05);與模型組相比,SG低、中、高劑量組PWMT、PWTL均顯著升高(P<0.05);與SG高劑量組相比,SG高劑量+Anisomycin組PWMT、PWTL均顯著降低(P<0.05)。結(jié)果見表1。
表1 各組大鼠疼痛閾值比較(±s,n=10)
表1 各組大鼠疼痛閾值比較(±s,n=10)
a:與對照組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.05;c:與SG高劑量組比較,P<0.05。
PWTL/s 14.83±1.52 6.94±0.72a 8.25±0.88b 10.43±1.52b 12.47±1.35b 7.29±0.83c組別對照組模型組SG低劑量組SG中劑量組SG高劑量組SG高劑量+Anisomycin組PWMT/g 32.65±3.48 10.86±1.27a 18.04±2.15b 24.28±2.63b 29.07±3.15b 15.74±1.61c
對照組大鼠DRG椎間盤神經(jīng)元細(xì)胞結(jié)構(gòu)正常,細(xì)胞核完整。模型組大鼠DRG椎間盤神經(jīng)元細(xì)胞排列紊亂,細(xì)胞腫脹,界限模糊,核仁染色不均。與模型組比較,SG各劑量組大鼠DRG椎間盤神經(jīng)元細(xì)胞結(jié)構(gòu)改善,細(xì)胞腫脹減輕,界限清晰,核仁染色均勻。與SG高劑量組比較,SG高劑量+Anisomycin組大鼠DRG椎間盤神經(jīng)元細(xì)胞結(jié)構(gòu)紊亂。結(jié)果見圖1。
圖1 各組大鼠DRG組織病理變化情況(HE染色)
與對照組相比,模型組大鼠血清中TNF-α、IL-1β、NPY水平均顯著升高,5-HT水平顯著降低(P<0.05);與模型組相比,SG各劑量組大鼠血清中TNF-α、IL-1β、NPY水平均顯著降低,5-HT水平均顯著升高(P<0.05);與SG高劑量組相比,SG高劑量+Anisomycin組大鼠血清中TNF-α、IL-1β、NPY水平均顯著升高,5-HT水平顯著降低(P<0.05)。結(jié)果見表2。
表2 各組大鼠炎性因子和疼痛因子水平比較(±s,n=10)
表2 各組大鼠炎性因子和疼痛因子水平比較(±s,n=10)
a:與對照組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.05;c:與SG高劑量組比較,P<0.05。
NPY/(ng/L)108.36±11.42 186.25±19.38a 168.33±17.46b 142.29±15.71b 119.08±12.84b 171.46±18.63c組別對照組模型組SG低劑量組SG中劑量組SG高劑量組SG高劑量+Anisomycin組TNF-α/(pg/mL)57.23±6.07 182.47±19.36a 131.57±13.27b 98.64±10.57b 69.48±7.39b 142.38±15.83c IL-1β/(pg/mL)32.54±3.48 91.05±9.32a 72.88±7.46b 54.27±5.58b 39.41±4.06b 85.73±8.72c 5-HT/(ng/L)7.09±0.84 4.29±0.46a 4.98±0.52b 5.73±0.59b 6.59±0.57b 4.71±0.48c
與對照組相比,模型組大鼠脊髓小膠質(zhì)細(xì)胞中Iba-1、星形膠質(zhì)細(xì)胞中GFAP的陽性表達(dá)均顯著升高(P<0.05);與模型組相比,SG各劑量組大鼠Iba-1、GFAP的陽性表達(dá)均顯著降低(P<0.05);與SG高劑量組相比,SG高劑量+Anisomycin組大鼠Iba-1、GFAP的陽性表達(dá)均顯著升高(P<0.05)。結(jié)果見圖2(SG低劑量組圖略)、表3。
圖2 各組大鼠Iba-1、GFAP蛋白熒光染色結(jié)果
表3 各組大鼠DRG組織中Iba-1、GFAP蛋白熒光強(qiáng)度比較(±s,n=10)
表3 各組大鼠DRG組織中Iba-1、GFAP蛋白熒光強(qiáng)度比較(±s,n=10)
a:與對照組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.05;c:與SG高劑量組比較,P<0.05。
GFAP熒光強(qiáng)度1.08±0.12 4.37±0.46a 3.37±0.39b 2.43±0.29b 1.56±0.21b 3.85±0.39c組別對照組模型組SG低劑量組SG中劑量組SG高劑量組SG高劑量+Anisomycin組Iba-1熒光強(qiáng)度1.00±0.10 3.72±0.38a 2.97±0.32b 2.25±0.27b 1.58±0.17b 3.08±0.32c
與對照組相比,模型組大鼠DRG組織中p38 MAPK、ERK1/2、NF-κB p65蛋白磷酸化水平和TNF-α、IL-1β蛋白表達(dá)水平均顯著升高(P<0.05);與模型組相比,SG各劑量組大鼠DRG組織中上述指標(biāo)水平均顯著降低(P<0.05);與SG高劑量組相比,SG高劑量+Anisomycin組大鼠DRG組織中上述指標(biāo)水平均顯著升高(P<0.05)。結(jié)果見圖3、表4。
圖3 各組大鼠DRG組織中相關(guān)蛋白表達(dá)的電泳圖
表4 各組大鼠DRG組織中相關(guān)蛋白表達(dá)比較(±s,n=10)
表4 各組大鼠DRG組織中相關(guān)蛋白表達(dá)比較(±s,n=10)
a:與對照組比較,P<0.05;b:與模型組比較,P<0.05;c:與SG高劑量組比較,P<0.05。
p-p38 MAPK/p38 MAPK 0.42±0.05 0.93±0.10a 0.78±0.08b 0.60±0.07b 0.49±0.05b 0.81±0.09c p-ERK1/2/ERK1/2 0.31±0.03 0.96±0.10a 0.71±0.07b 0.58±0.06b 0.42±0.05b 0.81±0.09c p-NF-κB p65/NF-κB p65 0.22±0.03 0.89±0.09a 0.69±0.07b 0.48±0.06b 0.31±0.04b 0.72±0.08c IL-1β 0.58±0.06 0.92±0.11a 0.80±0.08b 0.75±0.09b 0.61±0.09b 0.88±0.11c組別對照組模型組SG低劑量組SG中劑量組SG高劑量組SG高劑量+Anisomycin組TNF-α 0.38±0.06 1.07±0.10a 0.72±0.08b 0.64±0.05b 0.44±0.08b 0.82±0.10c
LDH是一種常見的慢性疾病,是引起下腰痛和神經(jīng)痛的主要原因。學(xué)者普遍認(rèn)為機(jī)械壓迫神經(jīng)根是慢性疼痛的主要原因,但近期有研究表明,髓核引起的促炎因子釋放是引起神經(jīng)疼痛的重要病理機(jī)制[11]。LDH的治療選擇包括保守治療和手術(shù),但僅有10%~20%的患者適合手術(shù)治療,因此,非手術(shù)治療仍是大多數(shù)LDH患者的最佳選擇[12]。目前,臨床治療LDH的藥物易引起不良反應(yīng),且效果不佳,因此尋找新的治療方法對改善LDH的炎性疼痛至關(guān)重要。
DRG作為感覺傳入的初級神經(jīng)元,在疼痛的產(chǎn)生和傳遞中起重要作用。本研究通過自體髓核抑制構(gòu)建LDH大鼠模型,發(fā)現(xiàn)模型大鼠出現(xiàn)后肢運(yùn)動(dòng)障礙、椎間盤變性以及DRG組織中神經(jīng)元細(xì)胞損傷,PWMT、PWTL顯著降低,表明LDH模型構(gòu)建成功,大鼠疼痛閾值降低,出現(xiàn)痛覺反應(yīng)。小膠質(zhì)細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的常駐巨噬細(xì)胞,在免疫反應(yīng)中起著重要作用,活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可釋放TNF-α、IL-1β,從而加重疼痛[13]。小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞分別在疼痛發(fā)展的早期和中期被激活,Iba-1、GFAP分別為小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞的特異性細(xì)胞標(biāo)志物[14]。5-HT、NPY為疼痛因子,其中5-HT存在于神經(jīng)系統(tǒng),具有鎮(zhèn)痛作用;抑制血清中NPY的表達(dá),可減輕LDH患者的疼痛反應(yīng)[15]。本研究發(fā)現(xiàn),模型大鼠血清中TNF-α、IL-1β、NPY水平和Iba-1、GFAP陽性表達(dá)均升高,5-HT水平降低,表明模型大鼠出現(xiàn)炎性疼痛反應(yīng)。經(jīng)SG干預(yù)后,大鼠一般情況及神經(jīng)功能改善,血清中TNF-α、IL-1β、NPY水平和Iba-1、GFAP陽性表達(dá)均降低,PWMT、PWTL、5-HT水平均升高,表明SG可能通過抑制DRG組織中小膠質(zhì)細(xì)胞活化,減少炎癥因子釋放,提高大鼠疼痛閾值,進(jìn)而減輕LDH大鼠炎性疼痛。
神經(jīng)損傷引起的異常疼痛取決于MAPK信號通路的激活,在小膠質(zhì)細(xì)胞活化的早期階段,MAPK在促炎因子下啟動(dòng),激活其信號分子p38 MAPK、ERK等,其中ERK主要分布在星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元中,p38 MAPK主要分布在小膠質(zhì)細(xì)胞中[16]。NF-κB是MAPK的另一個(gè)下游轉(zhuǎn)錄因子,其發(fā)生磷酸化后,導(dǎo)致核轉(zhuǎn)位增加,進(jìn)一步促進(jìn)TNF-α、IL-1β等炎癥因子的釋放[17]。因此,抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的活化和MAPK/ERK/NF-κB信號通路的激活可以緩解周圍神經(jīng)損傷引起的痛覺過敏。本研究結(jié)果顯示,經(jīng)SG干預(yù)后,大鼠DRG組織中p38 MAPK、ERK1/2、NF-κB p65蛋白磷酸化水平和TNF-α、IL-1β蛋白表達(dá)水平均降低,表明SG可能具有抑制MAPK/ERK/NF-κB信號通路的作用。為了進(jìn)一步驗(yàn)證SG是否通過抑制MAPK/ERK/NF-κB信號通路發(fā)揮作用,本研究在SG干預(yù)的基礎(chǔ)上同時(shí)加入MAPK激活劑Anisomycin,結(jié)果發(fā)現(xiàn),SG對模型大鼠的改善作用受到抑制,提示SG可能通過抑制MAPK/ERK/NF-κB信號通路,改善模型大鼠炎性疼痛。
綜上所述,SG可通過抑制LDH大鼠DRG組織中小膠質(zhì)細(xì)胞活化,減少炎癥因子釋放,提高疼痛閾值,從而改善炎性疼痛,其作用機(jī)制可能與抑制MAPK/ERK/NFκB信號通路有關(guān)。