孫 瓊,曾慈梅,鄭永先
(中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院附屬海口醫(yī)院,海南 ???570208)
創(chuàng)傷和感染等多種非心源性疾病導(dǎo)致的肺毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞或肺泡上皮細(xì)胞彌漫性損傷會(huì)導(dǎo)致急性肺損傷(acute lung injury,ALI)發(fā)生,死亡率較高[1]。ALI 主要表現(xiàn)為肺水腫和肺部炎癥反應(yīng),出現(xiàn)急性和進(jìn)行性缺氧性呼吸衰竭[2]。目前,ALI的治療主要集中在肺保護(hù)策略和激素治療等方法,缺乏特異性療法及藥物。大黃素(emodin)是一種具有生物活性的蒽醌,是中草藥大黃的有效成分,具有抗腫瘤、抑炎等多種生物學(xué)作用。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,大黃素可激活自噬并減輕致命性內(nèi)毒素血癥小鼠的炎癥性肺損傷[3]。左氧氟沙星(levofloxacin)是一種較為廣譜的抗生素,可治療細(xì)菌感染引起的肺部損傷,也可減輕流感病毒引起的肺炎并改善預(yù)后[4]。有研究表明,大黃素可增強(qiáng)抗生素的抗菌性[5]。在多重耐藥銅綠假單胞菌的抗菌治療中,大黃素與抗生素(如美羅培南和阿米卡星)聯(lián)用可降低抗生素的有效抑菌濃度,提高其對(duì)多重耐藥銅綠假單胞菌的敏感性[6]。而大黃素與左氧氟沙星聯(lián)合使用效果如何,目前尚不明確。脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)是革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞外壁的組成成分,是一種炎癥誘導(dǎo)劑,常用來(lái)建立ALI模型。本研究旨在探究大黃素聯(lián)合左氧氟沙星對(duì)LPS 誘導(dǎo)的大鼠ALI 的影響,以期為ALI 的臨床治療與研究提供依據(jù)。
大黃素(貨號(hào):E106693,HPLC 純度≥90%),上海阿拉丁試劑有限公司;左氧氟沙星注射液(國(guó)藥準(zhǔn)字2H0013082),河北智同生物制藥股份有限公司;LPS,美國(guó)Sigma-Aldrich 公司;4%多聚甲醛、RAPI裂解液、Trizol RNA提取試劑盒、蘇木素-伊紅染液和瑞氏吉姆薩染液,武漢博士德生物工程有限公司;腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素1β(interleukin-1β,IL-1β)和IL-6 ELISA 試劑盒,美國(guó)R&D 公司;丙二醛(malondialdehyde,MDA)、超 氧 化 物 歧 化 酶(superoxide dismutases,SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathion peroxidase,GSH-Px)和過氧化氫酶(catalase,CAT)試劑盒,南京建成生物工程研究所;兔抗大鼠NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和NF-κB p65 多克隆抗體及山羊抗大鼠甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)多 克 隆 抗體,美國(guó)Abcam 公司;辣根過氧化物酶標(biāo)記的山羊抗鼠IgG 抗體,美國(guó)Cell Signaling Technology 公司;VEGF,NF-κBp65和GAPDH引物(表1)由上海賽默飛世爾科技有限公司合成。JEM-1210 透射電鏡,日本JEOL 公司;TC-XDS-500C 熒光倒置顯微鏡,日本奧林巴斯公司;DNM-9602 酶標(biāo)儀,北京普朗新技術(shù)有限公司;1645050 雙板垂直電泳儀、ChemiDoc XRS+化學(xué)發(fā)光凝膠成像分析系統(tǒng)和CFX96 實(shí)時(shí)熒光定量PCR 儀,美國(guó)伯樂公司;GelDoc-It2 315 UVP 凝膠成像分析系統(tǒng),美國(guó)UVP公司。
Tab.1 Primer sequence for real time quantitative PCR(RT-qPCR)
135 只SPF 級(jí)SD 雄性大鼠,2~3 日齡,體重8.5~9.3 g,購(gòu)于海南通用三洋藥業(yè)有限公司,動(dòng)物許可證號(hào):SCXK(瓊)2016-0012,飼養(yǎng)在SPF 級(jí)動(dòng)物房。所有的程序均按照1996 年修訂的美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)的《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的飼養(yǎng)和使用指南》(第80-23 號(hào)出版物)進(jìn)行,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)經(jīng)??谑腥嗣襻t(yī)院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過,編號(hào):2017-(倫審)-094。
將大鼠按隨機(jī)數(shù)字表法分為正常對(duì)照組、模型組、模型+大黃素組、模型+左氧氟沙星組和模型+大黃素和左氧氟沙星聯(lián)合給藥組,每組各9 只。除正常對(duì)照組外,其余各組ip給予LPS 10 mg·kg-1構(gòu)建ALI 模型,正常對(duì)照組ip 給予等量生理鹽水,造模后約2 h 大鼠逐漸出現(xiàn)高熱、呼吸急促等癥狀,即模型成功[7]。造模成功后給藥組分別單獨(dú)或聯(lián)合ip給予大黃素10 mg·kg-1[8]和左氧氟沙星10 mg·kg-1[9];正常對(duì)照組和模型組ip 給予等體積生理鹽水。藥后24 h,ip 給予10%水合氯醛麻醉并處死大鼠。使用無(wú)菌剪刀剪開大鼠頸部和胸部的皮膚組織,暴露胸腔。結(jié)扎右肺門,沿氣管前壁插入注射器針頭,注入PBS 0.5 mL,2 min 后吸出沖洗液并再次灌入肺組織,反復(fù)灌洗肺組織5次,雙層醫(yī)療紗布過濾并收集灌洗液,同時(shí)分離肺組織,用于后續(xù)指標(biāo)檢測(cè)。
取1.3 分組處理大鼠左肺,生理鹽水漂洗,濾紙吸干表面水分,稱重為肺濕重,肺系數(shù)=肺濕重(g)/體重(g)×100。將左肺固定于4%多聚甲醛,石蠟包埋、切片(3 μm)、蘇木素-伊紅染色,中性樹膠封片,顯微鏡觀察。由2名專業(yè)病理學(xué)老師根據(jù)文獻(xiàn)[10]方法對(duì)以下4 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分:①肺泡內(nèi)充血;②肺間質(zhì)水腫;③間隙或血管壁中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)或聚集;④肺泡間隔增厚或透明膜形成。0 分代表無(wú)損傷,1 分代表?yè)p傷范圍在25%以內(nèi),2 分代表?yè)p傷范圍在25%~50%,3 分代表?yè)p傷范圍在50%~75%,4分代表?yè)p傷范圍>75%。4項(xiàng)得分之和作為肺組織的ALI病理評(píng)分。
將1.3 制備的肺泡灌洗液離心棄上清,加50 μL PBS 重懸,取10 μL 涂片進(jìn)行瑞氏吉姆薩染色,在100×10 倍顯微鏡下觀察涂片至少300 個(gè)細(xì)胞并計(jì)數(shù),計(jì)算PMN 比例。經(jīng)過瑞氏吉姆薩染色后,PMN中的中性粒細(xì)胞呈淡紫色、嗜酸性粒細(xì)胞呈粉紅色、嗜堿性粒細(xì)胞呈紫藍(lán)色。
收集1.3 分組大鼠給藥后24 h 肺泡灌洗液,離心取上清,嚴(yán)格按照各ELISA 試劑盒說明書操作,測(cè)定各組肺泡灌洗液中TNF-α,IL-1β 和IL-6 水平。每個(gè)樣本設(shè)置3個(gè)平行孔,使用酶標(biāo)儀讀取450 nm的吸光度值。通過樣品的吸光度值和標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品濃度,單位為ng·L-1。
取1.3 制備的肺組織,研磨至勻漿后3000×g離心取上清,按照試劑盒說明書操作,測(cè)定上清液中MDA含量及SOD、GSH-Px和CAT活性。
取1.3 制備的肺組織,加入適量RIPA 裂解液,冰上研磨裂解后提取總蛋白,使用BCA 蛋白濃度測(cè)定試劑盒檢測(cè)蛋白濃度,加入上樣緩沖液,沸水煮5 min 使蛋白變性,取30 μg 蛋白電泳分離蛋白,而后將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF 膜上,5%脫脂奶粉室溫封閉1 h,加入一抗(VEGF,1∶500;NF-κB p65,1∶1000;GAPDH,1∶1000),4 ℃過夜。TBST 洗膜3次,加二抗(1∶4000)孵育1.5 h,TBST 洗膜3 次后ECL 化學(xué)發(fā)光顯色,采用Image J 圖像分析軟件分析積分吸光度值,以目標(biāo)蛋白與GAPDH 積分吸光度比值表示目標(biāo)蛋白表達(dá)水平。
取1.3 制備的肺組織,Trizol 試劑提取總RNA,用紫外分光光度法檢測(cè)總RNA 濃度。在逆轉(zhuǎn)錄酶催化下合成cDNA,并進(jìn)行PCR 擴(kuò)增。根據(jù)VEGF和NF-κB p65 的c-DNA 序列,用Primer 5.0 引物設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)引物。PCR 反應(yīng)體系25 μL:雙蒸水17.3 μL,10×緩沖液2.5 μL,dNTP 2 μL,正向引物1 μL,反向引物1 μL,cDNA 模板1 μL,Taq 酶0.2 μL。進(jìn)行PCR反應(yīng),PCR擴(kuò)增條件:95 ℃5 min,95 ℃10 s,58 ℃30 s,72 ℃30 s,共進(jìn)行35 個(gè)循環(huán)。將PCR產(chǎn)物置于瓊脂糖凝膠電泳分離擴(kuò)增片段,UVP凝膠成像分析系統(tǒng)對(duì)圖片進(jìn)行分析,以目的基因與GAPDH的積分吸光度值比值反映目的基因表達(dá)水平。
取1.3制備的肺組織,石蠟包埋、切片(3 μm),用0.5% H2O2處理5 min 滅活內(nèi)源性過氧化物酶,用pH 6.0的檸檬酸緩沖液加熱10 min進(jìn)行抗原回收。室溫下用1% BSA 封閉30 min 后,將切片與兔抗大鼠NLRP3 多克隆抗體(一抗,1∶1000)室溫孵育1 h后,加二抗(1∶2000)孵育2 h。3,3'-二氨基聯(lián)苯胺(DAB)顯色(鏡下觀察至棕色),蘇木素復(fù)染,梯度乙醇脫水,二甲苯透化,中性樹脂封片。顯微鏡下觀察,每個(gè)切片隨機(jī)選取5個(gè)視野,棕黃色為陽(yáng)性表達(dá),藍(lán)色為細(xì)胞核。用Image J 軟件分析平均吸光度,平均吸光度=采集圖像的吸光度總和/采集圖像數(shù)。以平均吸光度反映NLRP3表達(dá)水平。
取1.3 制備的肺組織,先用2.5%戊二醛預(yù)固定,再用1%鋨酸固定1 h,乙醇梯度脫水1.5 h。環(huán)氧樹脂浸透和包埋。Leica 超薄切片機(jī)切片,2%醋酸雙氧鈾和0.65%檸檬酸鉛染色。采用透射電鏡放大10 000 倍觀察自噬小體,隨機(jī)選取5 個(gè)視野觀察計(jì)數(shù),自噬小體呈雙層或多層膜的液泡狀結(jié)構(gòu)。
如圖1 所示,正常對(duì)照組大鼠肺泡結(jié)構(gòu)清晰完整,肺泡間隔正常,肺泡及肺間質(zhì)未見明顯炎細(xì)胞浸潤(rùn)。模型組肺泡結(jié)構(gòu)紊亂,肺泡間隔明顯增寬,肺泡及肺間質(zhì)大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。大黃素單獨(dú)給藥組、左氧氟沙星單獨(dú)給藥組和聯(lián)合給藥組肺組織癥狀介于正常對(duì)照組與模型組之間,其中聯(lián)合組與正常對(duì)照組最為接近。與正常對(duì)照組相比,造模后24 h,模型組肺系數(shù)和ALI病理評(píng)分均顯著升高(P<0.01);與模型組相比,大黃素單獨(dú)給藥組、左氧氟沙星單獨(dú)給藥組和聯(lián)合給藥組大鼠肺系數(shù)(P<0.05,P<0.01)和ALI 病理評(píng)分(P<0.01)均顯著降低;與單給大黃素或左氧氟沙星組相比,聯(lián)合給藥組肺系數(shù)(P<0.05)和ALI 病理評(píng)分(P<0.01)顯著降低。
Fig.1 Effects of emodin combined with levofloxacin on acute lung injury(ALl)scores and lung coefficients in lipopolysaccharide(LPS)-induced ALl rats. Except for the normal control group,the rats were intraperitoneally injected with LPS 10 mg·kg-1 to establish an acute lung injury model,and the control group was intraperitoneally injected with the same volume of normal saline. After successful modeling,the model+emodin group was intraperitoneally injected with emodin 10 mg·kg-1 ,while the model+levofloxacin group with levofloxacin 10 mg·kg-1 ,the model+combination group with emodin 10 mg·kg-1 and levofloxacin 10 mg·kg-1,and the normal control group and LPS group with the same volume of normal saline. A:typical HE staining results of lung tissues;B and C:ALI score and lung coefficient of rats. Lung coefficient=wet weight of the lungs(g)/body weight(g)×100. ±s,n=9. **P<0.01,compared with normal control group;#P<0.05,##P<0.01,compared with model group;△P<0.05,△△P<0.01,compared with model+levofloxacin group;&P<0.05,&&P<0.01,compared with model+emodin group.
如圖2 所示,與正常對(duì)照組相比,造模后24 h,模型組肺泡灌洗液中PMN 比例顯著增加(P<0.01);與模型組相比,各給藥組肺泡灌洗液中PMN比例顯著降低(P<0.01),與單藥給藥組相比,聯(lián)合給藥組肺泡灌洗液中PMN 比例顯著降低(P<0.05,P<0.01)。
Fig.2 Effects of emodin combined with levofloxacin on polymorphonuclear(PMN)leukocyte counts in alveolar lavage fluid in LPS-induced ALl rats. See Fig.1 for the rat treatment. ±s,n=9. **P<0.01,compared with normal control group;##P<0.01,compared with model group;△P<0.05,compared with model+levofloxacin group;&&P<0.01,compared with model+emodin group.
如圖3 所示,與正常對(duì)照組相比,造模后24 h,模型組肺泡灌洗液中炎癥因子TNF-α,IL-1β和IL-6的水平均顯著升高(P<0.01);與模型組相比,各給藥組肺泡灌洗液中TNF-α,IL-1β和IL-6的水平均顯著降低(P<0.01),與單藥給藥組相比,聯(lián)合給藥組肺泡灌洗液中TNF-α,IL-1β和IL-6的水平顯著降低(P<0.01)。
Fig.3 Effects of emodin combined with levofloxacin on levels of tumor necrosis factor-α(TNF-α),interleukin-1β(lL-1β)and lL-6 in the alveolar lavage fluid in LPS-induced ALl rats by ELlSA. See Fig.1 for the rat treatment. ±s,n=9. **P<0.01,compared with normal control group;##P<0.01,compared with model group;△△P<0.01,compared with model+levofloxacin group;&&P<0.01,compared with model+emodin group.
如圖4所示,與正常對(duì)照組相比,模型組肺組織中MDA 水平顯著上升(P<0.01),SOD,GSH-Px 和CAT 活性均顯著降低(P<0.01);與模型組相比,各給藥組肺組織中MDA 含量均顯著降低(P<0.01),SOD,GSH-Px 和CAT 活性均顯著升高(P<0.01);與單藥給藥組相比,聯(lián)合給藥組肺組織中MDA 含量顯著降低(P<0.01),SOD,GSH-Px 和CAT 活性顯著升高(P<0.01)。
Fig.4 Effects of emodin combined with levofloxacin on malondialdehyde(MDA)content(A),superoxide dismutase(SOD),glutathione peroxidase(GSH-Px)and catalase(CAT)activities(B)in lung tissue in LPS-induced ALl rats. See Fig.1 for the rat treatment. ±s,n=9. **P<0.01,compared with normal control group;##P<0.01,compared with model group;△△P<0.01,compared with model+levofloxacin group;&&P<0.01,compared with model+emodin group.
RT-qPCR 和Western 印跡結(jié)果顯示(圖5 和圖6),與正常對(duì)照組相比,模型組肺組織中VEGF和NF-κB p65 mRNA 和蛋白表達(dá)顯著升高(P<0.01);與模型組相比,各給藥組肺組織中VEGF 和NF-κB p65 mRNA 和蛋白表達(dá)均顯著降低(P<0.01);與單藥給藥組相比,聯(lián)合給藥組肺組織中VEGF 和NF-κB p65 mRNA 和蛋白表達(dá)顯著降低(P<0.01)。
Fig.5 Effects of emodin combined with levofloxacin on mRNA expressions of VEGF and NF-κB p65 in lung tissue in LPS-induced ALl rats by RT-qPCR. See Fig.1 for the rat treatment. B was the semi-qualitative result of A.x ± s,n=9. **P<0.01,compared with normal control group;##P<0.01,compared with model group;△△P<0.01,compared with model+evofloxacin group;&&P<0.01,compared with model+emodin group.
如圖7 和圖8 所示,與正常對(duì)照組相比,模型組大鼠肺組織中NLRP3表達(dá)和自噬小體數(shù)量明顯增加(P<0.01);與模型組相比,各給藥組肺組織中NLRP3表達(dá)和自噬小體數(shù)量明顯降低(P<0.01),與單藥給藥組相比,聯(lián)合給藥組肺組織中NLRP3 表達(dá)和自噬小體數(shù)量明顯降低(P<0.01)。
Fig.7 Effects of emodin combined with levofloxacin on expressions of NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3(NLRP3)in lung tissue in LPS-induced ALl rats by lmmunohistochemistry. See Fig.1 for the rat treatment. B was the semi-qualitative result of A. ±s,n=9. **P<0.01,compared with normal control group;##P<0.01,compared with model group;△△P<0.01,compared with model+levofloxacin group;&&P<0.01,compared with model+emodin group.
Fig.8 Effects of emodin combined with levofloxacin on number of autophagosome in lung tissue in LPS-induced ALl rats by transmission electron microscope. See Fig.1 for the rat treatment. A:transmission electron microscopy of autophagosome in lung tissue. B was the qualitative results of A. ±s,n=9. **P<0.01,compared with normal control group;##P<0.01,compared with model group;△△P<0.01,compared with model+levofloxacin group;&&P<0.01,compared with model+emodin group.
大黃素在多種病理情況下可發(fā)揮抗炎作用,在LPS 誘導(dǎo)的角膜炎、腎炎和肝炎動(dòng)物模型中,大黃素可抑制炎癥反應(yīng)并減輕組織損傷[3]。在ALI 小鼠中,大黃素可抑制肺組織和外周血中炎癥因子TNF-α和IL-6 表達(dá)[11]。已有研究發(fā)現(xiàn),左氧氟沙星與中藥聯(lián)合使用不僅安全有效,還可通過調(diào)節(jié)炎癥因子表達(dá),降低炎癥復(fù)發(fā)率[12]。本研究中,與大黃素或左氧氟沙星單獨(dú)用藥相比,大黃素聯(lián)合左氧氟沙星可大幅降低肺系數(shù)和ALI 評(píng)分,降低肺泡灌洗液中PMN比例和促炎細(xì)胞因子TNF-α,IL-1β 和IL-6 的水平。表明大黃素和左氧氟沙星聯(lián)用可較好抑制炎癥反應(yīng),減輕肺損傷。
氧化應(yīng)激是體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡,產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物的一種狀態(tài)。氧化應(yīng)激可參與炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),介導(dǎo)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)和組織損傷,與ALI 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[13]。本研究發(fā)現(xiàn),與大黃素或左氧氟沙星單獨(dú)用藥相比,大黃素聯(lián)合左氧氟沙星可增加肺組織中抗氧化酶SOD,GSH-Px 和CAT活性,降低脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量。提示大黃素和左氧氟沙星聯(lián)用有利于減輕肺組織氧化應(yīng)激損傷。
近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子VEGF 可調(diào)節(jié)血管通透性,影響組織的損傷和炎癥[14]。在結(jié)腸炎中VEGF 可誘導(dǎo)結(jié)腸微血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加,加重腸道炎癥;VEGF過表達(dá)還可增加新生小鼠肺動(dòng)脈通透性[15],提示VEGF 可能參與急性肺損傷后肺毛細(xì)血管通透性的增加,參與肺水腫的形成。此外,LPS 誘導(dǎo)的ALI 與NF-κB 通路有關(guān)[16]。NF-κB 的活化可誘導(dǎo)多種組織炎癥,且NF-κB 在VEGF 誘導(dǎo)的血管生成中起重要作用[17],表明VEGF 和NF-κB 可能參與LPS 誘導(dǎo)的大鼠ALI。本研究結(jié)果顯示,與大黃素或左氧氟沙星單獨(dú)用藥相比,大黃素聯(lián)合左氧氟沙星可抑制LPS 誘導(dǎo)的肺組織中VEGF 和NF-κB p65 水平升高,表明其可能通過降低肺組織VEGF 的表達(dá)和抑制NF-κB 信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)ALI傷的保護(hù)作用。
另外,本研究中,大黃素聯(lián)合左氧氟沙星可升高肺組織NLRP3 表達(dá)和自噬小體數(shù)量。自噬在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和適應(yīng)不利環(huán)境方面具有重要作用,但過度的自噬可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,加重肺損傷的進(jìn)程[18]。NLRP3 既受自噬與氧化應(yīng)激的調(diào)控,又與炎癥性疾病的發(fā)展密切相關(guān)[19]。
綜上,大黃素聯(lián)合左氧氟沙星可降低LPS 誘導(dǎo)的大鼠ALI,其機(jī)制可能與下調(diào)NF-κB/VEGF 信號(hào)通路,抑制炎癥和氧化應(yīng)激有關(guān)。本研究結(jié)果可為ALI的臨床治療與深入研究提供理論依據(jù)。
中國(guó)藥理學(xué)與毒理學(xué)雜志2023年10期