程睿,杜娟,吳偉,江振洲,張陸勇,黃鑫
(1.中國(guó)藥科大學(xué)江蘇省新藥篩選重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210009;2.中國(guó)藥科大學(xué)藥物質(zhì)量與安全預(yù)警教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南京 210009;3.中國(guó)藥科大學(xué)江蘇省藥效研究與評(píng)價(jià)服務(wù)中心,南京 210009;4.廣東藥科大學(xué)藥學(xué)院新藥篩選與藥效學(xué)評(píng)價(jià)中心,廣州 510006)
研究發(fā)現(xiàn)中藥在體內(nèi)除了能改變藥物代謝酶的表達(dá)和功能外,還能對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)體起到調(diào)節(jié)作用,從而影響其他藥物的體內(nèi)處置過(guò)程[1-2]。肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)體是肝清除及維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的一個(gè)重要因素,已有大量文獻(xiàn)報(bào)道肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)體與藥物肝毒性關(guān)系密切,因此近年來(lái)轉(zhuǎn)運(yùn)體在中藥肝毒性的研究中也逐漸受到重視[3-6]。原代肝細(xì)胞是研究轉(zhuǎn)運(yùn)體攝取實(shí)驗(yàn)的主要體外模型,可以用來(lái)預(yù)測(cè)內(nèi)、外源性物質(zhì)在肝臟上的轉(zhuǎn)運(yùn)情況。本文通過(guò)建立“三明治”培養(yǎng)的大鼠原代肝細(xì)胞模型,測(cè)定大鼠原代肝細(xì)胞上Oct1和Oatp1b2的基因表達(dá)以及應(yīng)用轉(zhuǎn)運(yùn)體的已知探針底物雷尼替丁和瑞舒伐他汀評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)運(yùn)體的功能,在此模型上分別以維拉帕米及利福平作為Oct1和Oatp1b2的抑制劑研究雷公藤紅素、雷公藤內(nèi)酯酮、雷公藤內(nèi)酯甲、甘草次酸、柴胡皂苷D、大黃素、大黃酸7種肝毒性中藥單體對(duì)Oct1和Oatp1b2的作用,探討該7種中藥單體引起肝損傷的可能機(jī)制,為有毒中藥的肝毒性研究提供思路。
1.1動(dòng)物 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:Wistar雄性大鼠,體質(zhì)量200~220 g,SPF級(jí),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)物許可證號(hào)碼:SCXK(京)2016-0011。飼養(yǎng)溫度為18~23 ℃,濕度為60%~80%,12 h/12 h光照明暗周期。
1.2藥物與試劑 鹽酸雷尼替丁對(duì)照品(含量:99.9%,批號(hào):100163-201607)、瑞舒伐他汀鈣對(duì)照品(含量:97.6%,批號(hào):101028-201202)、內(nèi)標(biāo)醋酸可的松對(duì)照品(含量:97.6%,批號(hào):101028-201202)、雷公藤內(nèi)酯甲對(duì)照品(含量:99%,批號(hào):111597-200402)、維拉帕米(含量:98%,批號(hào):100223-200102)、利福平(含量:98.8%,批號(hào):130496-201403)購(gòu)自中國(guó)藥品生物制品檢定所;雷公藤紅素對(duì)照品購(gòu)自廣州牌生物科技(含量:98%);雷公藤內(nèi)酯酮對(duì)照品購(gòu)自南京康滿林化工實(shí)業(yè)有限公司(含量:98%,批號(hào):20130726);大黃素對(duì)照品購(gòu)自中國(guó)食品藥品檢定研究院(含量:98%,批號(hào):110756-200110);柴胡皂苷D對(duì)照品購(gòu)自成都思科華生物技術(shù)有限公司(含量:98%);膠原(collagen from calf skin,貨號(hào):C3867)、膠原酶(膠原酶Ⅰ,貨號(hào):C0130)、地塞米松(貨號(hào):D1756)購(gòu)自Sigma公司;乙酸(色譜純,批號(hào):911273)購(gòu)自TEDIA COMPANYINC,甲酸(色譜純,貨號(hào):6F2941)購(gòu)自ROE SCIENTIFIC INC,甲醇、乙腈(色譜純)購(gòu)自Merck Company。
1.3儀器與設(shè)備 Shimadzu LC-20AD泵,SIL-20AC自動(dòng)進(jìn)樣器,CTO-20AC柱溫箱,CBM-20A連接器(島津公司);AB SciexTM 5500質(zhì)譜檢測(cè)器(AB SCIEX公司);Thermo TSQ Quantum Ultra液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(Thermo公司);THERMO LEGEND MICRO21R 高速冷凍離心機(jī)(Thermo Scientific 公司);SPD2010真空旋轉(zhuǎn)干濃縮儀、Forma -80 ℃超低溫冰箱(Thermo Electron公司);AE240萬(wàn)分之一電子分析天平(Mettler Toledo公司);自動(dòng)純水機(jī)(Thermo Electron公司);-20 ℃冰箱(青島海爾公司);V20 Volumetric KF Titrator水分測(cè)定儀(METTLER TOLEDO 公司);XW-80A渦旋混合器(上海醫(yī)科大學(xué)儀器廠);MX-S混勻儀(北京大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)。
1.4原代肝細(xì)胞的提取與培養(yǎng) 大鼠分籠飼養(yǎng),每籠3只,自由飲水與進(jìn)食。動(dòng)物適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)前禁食12 h,自由飲水。大鼠腹腔注射20%烏拉坦麻醉,常規(guī)消毒后開(kāi)腹,分離大鼠下腔靜脈和門(mén)靜脈。門(mén)靜脈插管,起初以88 r·min-1的流速灌流乙二胺四乙酸(EGTA)緩沖液,幾秒后肝變?yōu)橥咙S色,灌流泵流速改為144 r·min-1。2.5 min后,改灌流0.035%膠原酶溶液,泵流速為88 r·min-1,灌流8~11 min,此時(shí)肝變?yōu)榉奂t透明的狀態(tài),肝表面沁出一層水分,待肝臟局部出現(xiàn)塌陷,按壓后不易恢復(fù)結(jié)束灌流。灌流結(jié)束后剪碎肝臟,收集在0.019%膠原酶溶液中,置于37 ℃搖床搖勻,100目濾網(wǎng)過(guò)濾,細(xì)胞懸液低速離心(4 ℃,50 g,5 min)后用預(yù)冷的William E培養(yǎng)基重懸細(xì)胞,相同條件下重復(fù)離心兩次清洗細(xì)胞。最后一次用William E培養(yǎng)基重懸細(xì)胞后,臺(tái)盼蘭染色法測(cè)定細(xì)胞活率,活率達(dá)到 85% 以上即可用于實(shí)驗(yàn)。將細(xì)胞點(diǎn)入膠原包被的6孔板中,每天換液。
1.5逆轉(zhuǎn)錄定量PCR(qRT-PCR)測(cè)定各攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體的mRNA水平 將提取的大鼠原代肝細(xì)胞培養(yǎng)4 h使其貼壁后再將其分別貼壁培養(yǎng)4,8,16,24 h,棄去培養(yǎng)基,加入1 mL Trizol 裂解細(xì)胞,提取細(xì)胞總RNA,PCR測(cè)定Oct1和Oatp1b2轉(zhuǎn)運(yùn)體各時(shí)間點(diǎn)的mRNA表達(dá)水平,各轉(zhuǎn)運(yùn)體的引物設(shè)計(jì)如表1,擴(kuò)增程序?yàn)椋?5 ℃ 5 min,(95 ℃ 10 s,60 ℃ 30 s)×40 個(gè)循環(huán)。擴(kuò)增后在60~95 ℃分析溶解曲線并用2-ΔΔCt法計(jì)算基因表達(dá)差異。
表1 目的基因引物序列
1.6原代肝細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)體攝取模型驗(yàn)證
1.6.1不同孵育時(shí)間和探針底物濃度下原代肝細(xì)胞對(duì)探針底物的攝取能力 用二甲基亞砜分別配制底物雷尼替丁和瑞舒伐他汀的母液,濃度為100 mmol·L-1,William E 培養(yǎng)基稀釋雷尼替丁和瑞舒伐他汀母液,充分混勻,使雷尼替丁的終濃度分別為2,5,10,20,50 μmol·L-1,瑞舒伐他汀的終濃度分別為2,5,10,20 μmol·L-1。棄去細(xì)胞培養(yǎng)6孔板中的舊培養(yǎng)基,加入相應(yīng)濃度的底物,置于37 ℃培養(yǎng)箱中孵育,孵育完成吸去6孔板中的培養(yǎng)基,按1.9方法進(jìn)行操作。
用William E 培養(yǎng)基稀釋雷尼替丁和瑞舒伐他汀母液,充分混勻,使其終濃度分別為由探針底物濃度依賴性實(shí)驗(yàn)篩選出的最佳條件。棄去細(xì)胞培養(yǎng)6孔板中舊培養(yǎng)基,往其中加入相應(yīng)濃度的底物,置于37 ℃培養(yǎng)箱中孵育,分別在給予底物2,5,10,15,30,45,60 min后定點(diǎn)收取細(xì)胞樣品,按1.9方法進(jìn)行操作。
1.6.2抑制劑對(duì)探針底物在原代肝細(xì)胞上攝取的影響 由探針底物濃度依賴性和時(shí)間依賴性實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇不同探針底物相應(yīng)的給藥濃度和時(shí)間。分別給予Oct1的抑制劑維拉帕米100 μmol·L-1;Oatp1b2的抑制劑利福平50,100 μmol·L-1。預(yù)孵育后給予各轉(zhuǎn)運(yùn)體相應(yīng)的探針底物進(jìn)行孵育,孵育完成后收取細(xì)胞樣品,按1.9方法進(jìn)行操作。
1.7原代細(xì)胞給藥與培養(yǎng) 將肝細(xì)胞懸液加入6孔板中,每個(gè)孔加入2 mL William E 培養(yǎng)基,使細(xì)胞密度約為5.0×106cell·mL-1,6孔板放置于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。給藥前棄去6孔板中的舊培養(yǎng)基,加入含有受試藥物的培養(yǎng)基,同時(shí)設(shè)置陽(yáng)性對(duì)照[分別含維拉帕米(雷尼替丁)、利福平(瑞舒伐他汀)]和空白對(duì)照(僅加入探針底物)。雷公藤紅素組、雷公藤內(nèi)酯酮組和雷公藤內(nèi)酯甲組共孵育15 min,大黃素組、大黃酸組、甘草次酸組和柴胡皂苷D組共孵育30 min后,棄去6孔板中的培養(yǎng)基,加入已用William E 培養(yǎng)基稀釋為相應(yīng)濃度的雷尼替丁和瑞舒伐他汀,放置于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。加入雷尼替丁組的細(xì)胞共孵育10 min,加入瑞舒伐他汀的孵育15 min。孵育完成吸去板中的培養(yǎng)基,收集細(xì)胞樣品并進(jìn)行檢測(cè)。
1.8原代肝細(xì)胞蛋白含量測(cè)定 在100 μL細(xì)胞裂解液中加入100 μL RIPA裂解液,渦旋混勻,冰上放置15 min充分裂解細(xì)胞后,4 ℃,12 000×g離心15 min,取上清。96孔板中分別加入20 μL濃度為0.5,0.25,0.125,0.062 5,0.031 25,0.015 625和0 mg·mL-1的蛋白標(biāo)準(zhǔn)品和20 μL用0.9%氯化鈉溶液或磷酸鹽緩沖液(PBS)稀釋10倍的蛋白樣品后每個(gè)孔中繼續(xù)加入二喹啉甲酸混合工作液共200 μL(A液:B液=50:1),60 ℃條件下反應(yīng)15 min,于562 nm處檢測(cè)吸光度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出樣品的蛋白濃度。
1.9液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜聯(lián)用法測(cè)定肝細(xì)胞攝取量
1.9.1細(xì)胞樣品收集與前處理 預(yù)冷的PBS清洗細(xì)胞3次后,每孔加入200 μL預(yù)冷的三蒸水,冰上放置15 min。用細(xì)胞刮刀收集細(xì)胞并將收集的細(xì)胞放置于超聲儀中30 min使其裂解。然后把分離的細(xì)胞置于-80 ℃冰箱反復(fù)凍融3次,徹底裂解細(xì)胞,渦旋混勻細(xì)胞裂解液。取細(xì)胞裂解液100 μL,加入70%乙腈(三蒸水:乙腈=3:7)配制的含IS(醋酸可的松,50 ng·mL-1)的沉淀劑 1 mL,渦旋3~5 min,4 ℃,13 300 r·min-1離心10 min,吸取上清液0.8 mL再次在4 ℃,13 300 r·min-1條件下離心10 min,取部分上清液進(jìn)樣。
1.9.2色譜和質(zhì)譜條件 雷尼替丁色譜條件:色譜柱:Agilent ZORBAX SB-C18(3.0 mm×150 mm,3.5 μm);柱溫:40 ℃;進(jìn)樣室溫度:4 ℃,進(jìn)樣體積:2 μL;流動(dòng)相:A:水相:5 mmol·L-1醋酸銨(含0.05%甲酸);B:有機(jī)相:甲醇(含5 mmol·L-1醋酸銨和0.05%甲酸),洗脫梯度:0 min,A:B 90/10(V/V);0.8 min,A:B 45/55(V/V);1.6 min,A:B 10/90(V/V);4.5 min,A:B 90/10(V/V);4.5~7 min,A:B 90/10(V/V);流速:0.45 mL·min-1。質(zhì)譜條件:電噴霧離子源(electroprag ion source,ESI);正離子掃描;多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(multiple reaction monitoning,MRM);檢測(cè)離子:雷尼替?。簃/z315~176.2,醋酸可的松:m/z403.3~163.1。
瑞舒伐他汀色譜條件:色譜柱:Agilent ZORBAX SB-C18(3.0 mm×150 mm,3.5 μm);柱溫:40 ℃;進(jìn)樣室溫度:4 ℃;進(jìn)樣體積:5 μL;流動(dòng)相組成:A:水相:0.03%乙酸;B:有機(jī)相:甲醇,洗脫梯度:0 min,A:B 85/15(V/V);1 min,A:B 10/90(V/V);4.5 min,A:B 10/90(V/V);5.5~8.5 min,A:B 85/15(V/V);流速:0.35 mL·min-1。質(zhì)譜條件:電噴霧離子源(ESI);正離子掃描;檢測(cè)方式:選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)(SRM);檢測(cè)離子:瑞舒伐他?。簃/z482.2~258.1,醋酸可的松:m/z403.3~163.1。
2.1大鼠原代肝細(xì)胞模型Oct1和Oatp1b2的mRNA表達(dá) 應(yīng)用qRT-PCR檢測(cè)各攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體在大鼠原代培養(yǎng)肝細(xì)胞上的表達(dá)水平,圖1顯示隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng),大鼠原代肝細(xì)胞上Oct1和Oatp1b2的mRNA表達(dá)水平逐漸下調(diào)。4 h時(shí),各轉(zhuǎn)運(yùn)體的mRNA表達(dá)水平最高,8 h與4 h相比有明顯差異,且8 h后轉(zhuǎn)運(yùn)體的mRNA表達(dá)水平極顯著性下調(diào)。綜合結(jié)果可知,原代肝細(xì)胞上該兩種轉(zhuǎn)運(yùn)體的mRNA表達(dá)水平隨著培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)逐漸下調(diào),提示給藥時(shí)間應(yīng)定于貼壁完成后的4 h前后,實(shí)驗(yàn)應(yīng)在4 h內(nèi)完成。
①與4 h組比較,P<0.01。
①Compared with 4 h group,P<0.01.
2.2大鼠原代肝細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)體攝取模型驗(yàn)證
2.2.1不同孵育時(shí)間和探針底物濃度對(duì)大鼠原代肝細(xì)胞攝取功能的影響 轉(zhuǎn)運(yùn)體介導(dǎo)的肝細(xì)胞攝取是呈現(xiàn)底物濃度和時(shí)間依賴性的。因此,在不同濃度和孵育時(shí)間下篩查最適當(dāng)?shù)牡孜餄舛群头跤龝r(shí)間是驗(yàn)證轉(zhuǎn)運(yùn)體攝取模型的重要一步。由兩個(gè)探針底物在不同孵育時(shí)間(圖2)和不同探針底物濃度下的肝攝取曲線(圖3)可見(jiàn):雷尼替丁和瑞舒伐他汀的攝取在15 min和20 min時(shí)趨于飽和,分別選取飽和的前一個(gè)時(shí)間點(diǎn)作為探針底物的給藥時(shí)間,即10和15 min。當(dāng)雷尼替丁濃度在10 μmol·L-1以下時(shí),Oct1對(duì)其攝取較快,之后攝取變慢,所以實(shí)驗(yàn)選擇雷尼替丁的給藥濃度是5 μmol·L-1;瑞舒伐他汀(Oatp1b2探針底物)的攝取濃度轉(zhuǎn)折點(diǎn)為10 μmol·L-1,以此作為其給藥濃度。
2.2.2抑制劑對(duì)探針底物在原代肝細(xì)胞上攝取的影響 加入探針底物的抑制劑觀察底物攝取量的變化是驗(yàn)證原代肝細(xì)胞攝取模型是否成功的關(guān)鍵一步。因此分別選擇Oct1和Oatp1b2的抑制劑維拉帕米和利福平進(jìn)行模型驗(yàn)證。由圖4可見(jiàn),給予維拉帕米100 μmol·L-1時(shí),Oct1對(duì)雷尼替丁的攝取顯著下調(diào);給予利福平50,100 μmol·L-1時(shí),Oatp1b2對(duì)瑞舒伐他汀的攝取下調(diào)且一定程度上呈現(xiàn)濃度依賴性。
2.3中藥單體對(duì)Oct1探針底物雷尼替丁攝取的影響 陽(yáng)性對(duì)照組維拉帕米在給藥濃度為100 μmol·L-1時(shí),Oct1對(duì)雷尼替丁的攝取顯著下調(diào)。與空白對(duì)照組比較,雷公藤紅素、甘草次酸和柴胡皂苷D 3組中雷尼替丁的攝取水平顯著下調(diào);雷公藤內(nèi)酯酮的低濃度(50 μmol·L-1)組中Oct1對(duì)雷尼替丁的攝取上調(diào);而雷公藤內(nèi)酯甲、大黃素、大黃酸和高濃度雷公藤內(nèi)酯酮組(100 μmol·L-1)中雷尼替丁的攝取沒(méi)有明顯變化,見(jiàn)圖5。
2.4中藥單體對(duì)Oatp1b2介導(dǎo)的瑞舒伐他汀攝取的影響 陽(yáng)性對(duì)照利福平在100 μmol·L-1時(shí),Oatp1b2對(duì)瑞舒伐他汀的攝取顯著下調(diào)。與空白對(duì)照組比較,雷公藤紅素、高濃度大黃酸(10 μmol·L-1)、甘草次酸和柴胡皂苷D各組瑞舒伐他汀的攝取水平顯著下調(diào);雷公藤內(nèi)酯酮、雷公藤內(nèi)酯甲、大黃素和低濃度大黃酸對(duì)Oatp1b2介導(dǎo)的瑞舒伐他汀的攝取無(wú)顯著影響,見(jiàn)圖6。
①與對(duì)照組比較,P<0.01。
①Compared with control group,P<0.01.
近年來(lái)中藥致肝損傷的事件不斷增加,已成為制約中藥發(fā)展的重要因素[7]。轉(zhuǎn)運(yùn)體是一種功能性跨膜蛋白,在藥物的吸收、分布、消除及內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維護(hù)中起著重要的作用[8-9]。肝臟上的轉(zhuǎn)運(yùn)體包括SLC家族和ABC家族[9],其中SLC類轉(zhuǎn)運(yùn)體成員主要有:有機(jī)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(organic cation transporter,OCTs)、有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(organic anion transporter,OATs)和有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(organic anion transporting polypeptide,OATPs)等。OCTs和OATPs都是位于血管側(cè)膜的攝取型轉(zhuǎn)運(yùn)體,負(fù)責(zé)將外源性和內(nèi)源性物質(zhì)轉(zhuǎn)入肝臟中,如膽汁酸結(jié)合物、多巴胺等[10]。本實(shí)驗(yàn)選擇的Oct1和Oatp1b2是大鼠肝臟上Octs和Oatps的主要成員,參與介導(dǎo)多種物質(zhì)在大鼠肝臟中的轉(zhuǎn)運(yùn)和消除[11]。
①與對(duì)照組比較,P<0.01。
①與對(duì)照組比較,P<0.01;②與對(duì)照組比較,P<0.05。
“三明治”培養(yǎng)的大鼠原代肝細(xì)胞模型是一種可以模擬體內(nèi)肝細(xì)胞環(huán)境并能用于評(píng)價(jià)肝細(xì)胞攝取和外排功能的體外模型[12-13]。本文利用Selgen兩步膠原酶灌注法建立了大鼠肝原代模型,應(yīng)用qRT-PCR技術(shù)和各轉(zhuǎn)運(yùn)體的已知探針底物,從基因表達(dá)和攝取功能兩方面對(duì)建立的原代肝細(xì)胞模型上兩種轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)和功能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,所考察的轉(zhuǎn)運(yùn)體在肝細(xì)胞上的表達(dá)受時(shí)間和底物濃度等因素的影響,由此提示,在利用大鼠肝原代細(xì)胞模型評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)運(yùn)體對(duì)藥物的處置時(shí)需要注意細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間和底物濃度等因素。另外,筆者也同時(shí)考察了24 h~4 d時(shí)間段中各轉(zhuǎn)運(yùn)體的基因表達(dá)情況,發(fā)現(xiàn)Oct1和Oatp1b2的mRNA在分離培養(yǎng)后的24 h~4 d中保持在一個(gè)極低值,這與文獻(xiàn)報(bào)道基本相符。本實(shí)驗(yàn)利用建立的大鼠肝原代細(xì)胞模型,從Oct1和Oatp1b2兩種轉(zhuǎn)運(yùn)體的功能活性方面初步探討了7種肝毒性中藥單體的毒性機(jī)制。結(jié)果表明,雷公藤紅素、甘草次酸、柴胡皂苷D組、大黃酸組和雷公藤內(nèi)酯酮組中的一種或兩種底物的攝取量與對(duì)照組相比存在顯著差異。因此,推測(cè)該幾種單體的肝毒性可能與Oct1和Oatp1b2有關(guān)。
綜上所述,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,考察的7種肝毒性中藥單體能對(duì)Oct1和Oatp1b2中的一種或兩種產(chǎn)生影響,多數(shù)為對(duì)其攝取能力的抑制作用??赏茰y(cè)這7種肝毒性中藥單體的肝臟損傷機(jī)制可能是通過(guò)下調(diào)或上調(diào)肝臟Oct1和Oatp1b2的攝取功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些結(jié)果可能為這7種中藥單體的肝毒性和肝處置研究奠定了初步基礎(chǔ),并進(jìn)一步為肝毒性中藥的體內(nèi)研究提供思路。