石涵芬,馮天意,張 雙,紀(jì)雯婷,王慶國(guó),王雪茜
(1.北京中醫(yī)藥大學(xué),北京 100105;2.成都中醫(yī)藥大學(xué),四川 成都 610075)
皮膚、腸道和肺部的上皮細(xì)胞長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是防止感染和物理或化學(xué)損傷的保護(hù)屏障。上皮在免疫系統(tǒng)中也起著關(guān)鍵作用。對(duì)腸道和呼吸道黏膜的研究表明,上皮細(xì)胞能夠分泌特定的細(xì)胞因子,從而將炎癥推向2 型免疫反應(yīng)。研究表明,上皮源性細(xì)胞因子胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(thymic stromal lymphopoietin,TSLP)和白細(xì)胞介素-33(IL-33)在驅(qū)動(dòng)2 型反應(yīng)中起作用[1]。在過(guò)敏性疾病中,2 型炎癥可導(dǎo)致皮膚過(guò)敏性皮炎、胃腸道食物過(guò)敏和嗜酸性食管炎,或呼吸系統(tǒng)內(nèi)的哮喘、過(guò)敏性鼻炎和慢性鼻竇炎。瘙癢反應(yīng)、黏液產(chǎn)生和支氣管收縮也可能是2 型過(guò)敏反應(yīng)的組成部分。麻芥巴布膏外用貼敷,其有效成分從皮膚吸收進(jìn)入機(jī)體,從而發(fā)揮抗炎,緩解氣道高反應(yīng)的作用。前期研究表明,麻芥巴布膏對(duì)肺部的Th2 炎癥反應(yīng)有明顯的抑制作用,且在生藥量等同條件下,麻芥巴布膏貼敷給藥后峰值入血量?jī)H為口服組的1/4,而改善肺功能的效果卻優(yōu)于口服組[2]。因此,其經(jīng)皮入血作用于肺僅是發(fā)揮藥效的機(jī)制之一,基于麻芥巴布膏“經(jīng)皮治肺”的特點(diǎn),上皮細(xì)胞的免疫功能成為了筆者研究的重點(diǎn)。上皮細(xì)胞作為肺、皮膚、腸道的共性物質(zhì)基礎(chǔ),其釋放的上皮源性細(xì)胞因子被認(rèn)為是關(guān)聯(lián)以上三個(gè)部位免疫反應(yīng)的共性因子。本實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)麻芥巴布膏對(duì)卵白蛋白(ovalbumin,OVA)致敏的哮喘小鼠肺、皮膚、大腸的上皮源性細(xì)胞因子的影響,探討該方基于“肺-皮-腸”軸干預(yù)哮喘的可能作用機(jī)制。
SPF 級(jí)8~10 周齡的雌性C57/BL6 小鼠,體重20~22 g,購(gòu)自斯貝福生物科技有限公司(中國(guó)北京,編號(hào):SCXK 2019-0010)。本研究經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號(hào):BUCM-4-2020102202-4022)。
麻芥巴布膏的藥物組成為麻黃、白芥子、延胡索、杏仁、生姜(按照1∶1∶1∶1∶1 的比例),含生藥量25 g/片,貼敷面積為63 cm2(長(zhǎng)9 cm × 寬7 cm),換算成小鼠貼敷面積約為0.2 cm2。磷酸緩沖鹽溶液(phosphate-buffered saline,PBS)購(gòu)自美國(guó)Thermo Fisher Scientific 公司,卵白蛋白(OVA)購(gòu)自美國(guó)Sigma-Aldrich 公司,Imject?Alum Adjuvant 購(gòu)自美國(guó)Thermo Fisher Scientific 公司,地塞米松磷酸鈉注射液購(gòu)自辰欣藥業(yè)股份公司(國(guó)藥準(zhǔn)字H37021967),4%多聚甲醛購(gòu)自中國(guó)北京歐北生物科技有限公司,檢測(cè)免疫球蛋白E(immunoglobulin E,IgE)、胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(TSLP)的ELISA 試劑盒購(gòu)自江蘇酶標(biāo)生物科技有限公司。Hipure Unviersal RNA 試劑盒購(gòu)自中國(guó)廣州美基生物科技有限公司,cDNA 逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、SYBR Green reagents 購(gòu)自美國(guó)Thermo Fisher Scientific 公司,DEPC 水購(gòu)自中國(guó)碧云天生物。
離心機(jī)(品牌:eppendorf,型號(hào):5810,德國(guó)),多功能酶標(biāo)儀(品牌:bio-tek,型號(hào):CPOCH,美國(guó)),PCR 儀(牌 品:Bio-Rad,型 號(hào):CFX96 Touch,美國(guó)),PTC-150 型PCR 擴(kuò)增儀(美國(guó)MJR 公司),NanoDrop2000 超微量分光光度計(jì)(品牌:杭州奧盛儀器有限公司,型號(hào):Nana 3000,中國(guó))。
1.4.1 OVA 哮喘模型的造模與藥物干預(yù) 小鼠按體重隨機(jī)分為空白對(duì)照組、哮喘模型組、地塞米松組、麻芥巴布膏組,每組8 只,共32 只。參照課題組前期研究造模方法構(gòu)建哮喘小鼠模型[3]:在第0、7和14 天,腹腔注射含0.05 mg OVA 和1 mg 氫氧化鋁凝膠致敏。在第15~25 天,用OVA 滴鼻(在PBS中稀釋至2.5 mg/mL,40 μL/小鼠)進(jìn)行哮喘激發(fā)。而空白對(duì)照組小鼠給予等劑量的PBS 腹腔注射和滴鼻替代致敏和激發(fā)。在實(shí)驗(yàn)的第15 天進(jìn)行干預(yù):空白對(duì)照組和哮喘模型組無(wú)干預(yù);地塞米松組小鼠腹膜內(nèi)注射地塞米松磷酸鈉注射液0.2 mL/只(2 mg/kg);麻芥巴布膏組膏藥貼敷在小鼠的背部,每片膏藥貼敷24 h。10 d 后麻醉并處死小鼠,然后進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
1.4.2 脾指數(shù)測(cè)定 稱(chēng)重后摘取脾臟,吸干表面液體,稱(chēng)取脾臟質(zhì)量。計(jì)算出脾指數(shù)=小鼠脾質(zhì)量(mg)/小鼠體質(zhì)量(g)[4,5]。
1.4.3 蘇木精-伊紅染色(hematoxylin-eosin staining,H&E)檢測(cè)肺組織病理學(xué) 激發(fā)哮喘后24 h 內(nèi)用生理鹽水和4%多聚甲醛灌注后取小鼠左肺組織,4%多聚甲醛脫水固定,石蠟包埋,切片6 μm 進(jìn)行H&E 染色,并在光鏡下觀察肺組織病理學(xué)改變。
1.4.4 酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)按照ELISA 試劑盒說(shuō)明書(shū)對(duì)小鼠血清IgE 的含量,肺、皮、腸組織中TSLP 的含量進(jìn)行檢測(cè)。
1.4.5 實(shí)時(shí)熒光定量PCR(quantitative real time PCR,qRT-PCR)根據(jù)說(shuō)明書(shū),使用Hipure Unviersal RNA 試劑盒收集組織中總RNA,無(wú)RNA 酶水中稀釋后逆轉(zhuǎn)錄制備cDNA。使用SYBR Green reagents 每個(gè)樣本重復(fù)三次檢測(cè),以GAPDH為內(nèi)參基 因,以目標(biāo)基因與GAPDH擴(kuò)增產(chǎn)物的2-ΔΔCt比值分析計(jì)算各個(gè)組的表達(dá)情況。見(jiàn)表1。
表1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)所用引物序列Tab 1 Primer sequences used in animal experiments
與空白對(duì)照組相比,哮喘模型組小鼠脾指數(shù)顯著增高(P<0.001);與哮喘模型組比較,麻芥巴布膏組脾指數(shù)顯著降低,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),地塞米松無(wú)明顯作用(P>0.05),見(jiàn)表2 。
表2 實(shí)驗(yàn)各組小鼠脾指數(shù)(mg/g,n=8,)Tab 2 Spleen index in asthmatic mice(mg/g,n=8,)
表2 實(shí)驗(yàn)各組小鼠脾指數(shù)(mg/g,n=8,)Tab 2 Spleen index in asthmatic mice(mg/g,n=8,)
注:與空白對(duì)照組相比,###P<0.001;與哮喘模型組相比,**P<0.01 。
與空白對(duì)照組相比,哮喘模型的IgE 的含量明顯增多(P<0.001),地塞米松和麻芥巴布膏明顯降低了IgE 的含量,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001),見(jiàn)表3。
表3 實(shí)驗(yàn)各組小鼠血清中IgE 的含量(μg/mL,n=4,)Tab 3 The content of IgE in the serum of asthmatic mice(μg/mL,n=4,)
表3 實(shí)驗(yàn)各組小鼠血清中IgE 的含量(μg/mL,n=4,)Tab 3 The content of IgE in the serum of asthmatic mice(μg/mL,n=4,)
注:與空白對(duì)照組相比,###P<0.001;與哮喘模型組相比,***P<0.001。
如圖1 所示,哮喘模型組中肺組織有部分實(shí)質(zhì)化。隨著血管內(nèi)充血水腫,肺泡和細(xì)支氣管壁出現(xiàn)大量炎性細(xì)胞,支氣管壁增厚。使用麻芥巴布膏治療后,肺組織病理改變的程度明顯減輕。地塞米松組肺組織恢復(fù)良好。這些結(jié)果表明,麻芥巴布膏可以減輕OVA 引起的哮喘炎癥。
圖1 實(shí)驗(yàn)各組小鼠肺組織H&E 染色結(jié)果(×200,比例尺=50 μm,n=4)Fig 1 H&E staining results of lung tissues in asthmatic mice(×200,scale bar=50 μm,n=4)
在肺組織中,與空白對(duì)照組相比,哮喘模型組的TSLP 含量明顯增高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),麻芥巴布膏降低了TSLP 的含量(P<0.01),而地塞米松對(duì)TSLP 含量無(wú)明顯影響。在皮組織中,哮喘模型組的TSLP 與空白對(duì)照組相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),地塞米松和麻芥巴布膏均降低了TSLP 的含量(P<0.01)。在腸組織中,哮喘模型組的TSLP 與空白對(duì)照組相比沒(méi)有明顯差異,而地塞米松和麻芥巴布膏降低了TSLP 的含量(P<0.05),見(jiàn)表4 。
表4 實(shí)驗(yàn)各組小鼠肺、皮、腸組織中TSLP 的表達(dá)(pg/mL,n=4,)Tab 4 The expression of TSLP in the lung,skin and intestine in asthmatic mice(pg/mL,n=4,)
表4 實(shí)驗(yàn)各組小鼠肺、皮、腸組織中TSLP 的表達(dá)(pg/mL,n=4,)Tab 4 The expression of TSLP in the lung,skin and intestine in asthmatic mice(pg/mL,n=4,)
注:與空白對(duì)照組相比,#P<0.05;與哮喘模型組相比,**P<0.01。
如圖2 所示,在肺組織與皮組織間,實(shí)驗(yàn)各組TSLP 含量的相關(guān)性r為0.689,肺組織與腸組織間r為-0.163,皮組織和腸組織間r為0.422,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
圖2 實(shí)驗(yàn)各組小鼠肺、皮、腸組織中TSLP 的含量的相關(guān)性Fig 2 Correlation of TSLP content in the lung,skin and intestine in asthmatic mice
皮組織中哮喘模型組TSLPmRNA 的表達(dá)與空白對(duì)照組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),地塞米松降低了TSLPmRNA 的表達(dá)(P<0.05),而麻芥巴布膏增加了TSLPmRNA 表達(dá)(P<0.05)。腸組織中哮喘模型組TSLPmRNA 的表達(dá)較空白對(duì)照組增多(P<0.01),地塞米松組和麻芥巴布膏均可抑制TSLPmRNA 表達(dá)(P<0.001),見(jiàn)表5。
表5 實(shí)驗(yàn)各組小鼠皮、腸組織中TSLP mRNA 的表達(dá)(n=4,)Tab 5 The expression of TSLP mRNA in the skin and intestine in asthmatic mice(n=4,)
表5 實(shí)驗(yàn)各組小鼠皮、腸組織中TSLP mRNA 的表達(dá)(n=4,)Tab 5 The expression of TSLP mRNA in the skin and intestine in asthmatic mice(n=4,)
注:與空白對(duì)照組相比,#P<0.05,##P<0.01;與哮喘模型組相比,*P<0.05,***P<0.001。
皮組織中哮喘模型組IL-33mRNA 的表達(dá)較空白對(duì)照組明顯增多,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),而地塞米松組和麻芥巴布膏均可抑制IL-33mRNA 表達(dá)(P<0.01)。腸組織中哮喘模型組IL-33mRNA 的表達(dá)與空白對(duì)照組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而地塞米松組和麻芥巴布膏均可抑制IL-33mRNA 表達(dá)(P<0.05),見(jiàn)表6 。
表6 實(shí)驗(yàn)各組小鼠皮、腸組織中IL-33 mRNA的表達(dá)(n=4,)Tab 6 The expression of IL-33 mRNA in the skin and intestine in asthmatic mice(n=4,)
表6 實(shí)驗(yàn)各組小鼠皮、腸組織中IL-33 mRNA的表達(dá)(n=4,)Tab 6 The expression of IL-33 mRNA in the skin and intestine in asthmatic mice(n=4,)
注:與空白對(duì)照組相比,##P<0.01;與哮喘模型組相比,*P<0.05,**P<0.01。
“肺合皮毛”最早見(jiàn)于《黃帝內(nèi)經(jīng)》,《素問(wèn)·五臟生成篇》說(shuō):“肺之合皮也,其榮毛也”。肺宣發(fā)水谷精微物質(zhì)至體表以濡養(yǎng)皮毛,使其發(fā)揮正常的生理功能,如護(hù)衛(wèi)肌表,抵御外邪,司汗孔開(kāi)合,調(diào)節(jié)體溫等;同時(shí)皮毛調(diào)節(jié)汗孔也可以宣發(fā)肺氣,助肺呼吸,調(diào)節(jié)水液代謝等?!端貑?wèn)·痿論篇》:“肺主身之皮毛……故肺熱葉焦,則皮毛虛弱急薄,著則生痿躄也”?!端貑?wèn)·咳論篇》說(shuō):“皮毛者,肺之合也,皮毛先受邪氣,邪氣以從其合也?!痹诓±砩戏闻c皮膚也會(huì)相互影響。橫斷面和縱向研究表明,過(guò)敏性疾病的發(fā)生遵循時(shí)間順序:從嬰兒時(shí)期的特應(yīng)性皮炎和食物過(guò)敏到兒童時(shí)期逐漸發(fā)展為過(guò)敏性哮喘和過(guò)敏性鼻炎。在解剖結(jié)構(gòu)上,它遵循皮膚-胃腸道-呼吸道的空間演化,這種現(xiàn)象被定義為“特應(yīng)性進(jìn)程”[6]。這些都強(qiáng)調(diào)肺與皮毛的密切關(guān)系。“肺與大腸相表里”最早出自《黃帝內(nèi)經(jīng)·靈樞·本輸》,"肺合大腸,腸者,傳導(dǎo)之腑",肺氣肅降,將水谷精微向下向內(nèi)布散以濡潤(rùn)其他臟腑,推動(dòng)大腸傳導(dǎo)糟粕,與大腸傳導(dǎo)之功相互為用。研究發(fā)現(xiàn)OVA 哮喘模型大鼠出現(xiàn)了腸道粘膜杯狀細(xì)胞減少,炎性細(xì)胞浸潤(rùn)的現(xiàn)象[7]。肺與皮膚和腸道在生理與病理上都存在緊密聯(lián)系,這提示我們是否存在“肺-皮-腸”軸,使作用于某一臟腑的藥效作用進(jìn)而可以影響到軸上的其他臟腑,以發(fā)揮整體調(diào)控的優(yōu)勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)研究麻芥巴布膏對(duì)“肺-皮-腸”軸共性物質(zhì)上皮源性細(xì)胞因子的影響,在揭示其“經(jīng)皮治肺”的生物基礎(chǔ)的同時(shí),進(jìn)一步探索“肺-皮-腸”軸在疾病中的聯(lián)動(dòng)機(jī)制,為治療哮喘提供新的思路。
在皮膚、呼吸道和胃腸道中存在的上皮細(xì)胞可以保護(hù)我們免受外界傷害。上皮不僅充當(dāng)物理屏障,它還通過(guò)釋放上皮源性細(xì)胞因子對(duì)過(guò)敏原、污染或微生物等刺激作出積極反應(yīng),從而啟動(dòng)和驅(qū)動(dòng)2 型免疫反應(yīng)。過(guò)敏性疾病中的失調(diào)上皮屏障活性增加了過(guò)敏原和微生物滲透以及隨后致敏的可能性。
TSLP 是一種由肺、皮膚和胃腸道黏膜表面的上皮細(xì)胞產(chǎn)生的警報(bào)素,在調(diào)節(jié)氣道的2 型免疫反應(yīng)中起至關(guān)重要的作用。TSLP 是一種有效的先天免疫激活劑,是適應(yīng)性、過(guò)敏原特異性Th2 反應(yīng)的前體。在小鼠模型中,TSLP 通過(guò)激活常規(guī)樹(shù)突狀細(xì)胞和第2 組固有淋巴細(xì)胞促進(jìn)2 型免疫反應(yīng)[8]。表達(dá)TSLP 受體的間質(zhì)巨噬細(xì)胞也可能傳播TSLP介導(dǎo)的急性氣道炎癥[9]。TSLP 基因變異和高水平的TSLP 表達(dá)與AD、哮喘、過(guò)敏性鼻結(jié)膜炎和EoE等特應(yīng)性疾病有關(guān)[10]。越來(lái)越多的文獻(xiàn)表明TSLP可以激活感覺(jué)神經(jīng)元的一個(gè)子集,從而在AD 等過(guò)敏性疾病中驅(qū)動(dòng)瘙癢反應(yīng)[11]。角質(zhì)形成細(xì)胞中的TSLP 過(guò)度表達(dá)會(huì)加重OVA 哮喘模型小鼠的氣道炎癥[12]。最近的一項(xiàng)研究表明,當(dāng)皮膚屏障受損時(shí),TSLP 誘導(dǎo)的嗜堿性粒細(xì)胞可通過(guò)IL-4 促進(jìn)皮膚表面對(duì)食物過(guò)敏原的致敏以及隨后的IgE 介導(dǎo)的食物過(guò)敏[13]。但在腸道中,TSLP 和IL-33 細(xì)胞因子似乎對(duì)潰瘍性結(jié)腸炎有保護(hù)作用[14]。研究表明TSLPR -/-小鼠在葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎中表現(xiàn)出促炎細(xì)胞因子的過(guò)度表達(dá)和嚴(yán)重的腸道炎癥[15]。
IL-33 在早期免疫發(fā)展到特應(yīng)性疾病惡化的過(guò)程中可能發(fā)揮廣泛的作用。遺傳學(xué)研究已重復(fù)證明IL33 和IL1RL1 基因變異與人類(lèi)哮喘之間存在顯著相關(guān)性[16]。IL1RL1 基因的遺傳變異也與AD 風(fēng)險(xiǎn)相關(guān),IL33 和IL1RL1 基因座的遺傳變異與EoE風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[17]。與TSLP 一樣,IL-33 也被證明通過(guò)激活感覺(jué)神經(jīng)元介導(dǎo)瘙癢反應(yīng)[18]。IL-33 可能根據(jù)組織環(huán)境的變化具有不同的功能,IL-33 及其片段在乳糜瀉的病理學(xué)中加劇促炎回路和增強(qiáng)CD8+T 細(xì)胞的細(xì)胞毒活性[19]。
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)脾指數(shù)、血清IgE 含量和HE 染色對(duì)OVA 誘導(dǎo)的小鼠哮喘模型進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果顯示,哮喘模型組脾指數(shù)升高,血清中的IgE 含量升高,支氣管壁增厚和炎性細(xì)胞浸潤(rùn),表明哮喘小鼠模型成功建立。檢測(cè)肺、皮、腸組織中各實(shí)驗(yàn)組TSLP 的含量,發(fā)現(xiàn)麻芥巴布膏可減少肺、皮、腸組織中TSLP的含量,下調(diào)皮組織中IL-33mRNA 表達(dá)以及腸組織中TSLPmRNA、IL-33mRNA 的表達(dá),但增加了皮組織中TSLPmRNA 表達(dá)。表明麻芥巴布膏對(duì)皮膚屏障具有一定的刺激作用,增加皮膚上皮的TSLPmRNA,但不具有病理意義,不需要啟動(dòng)后續(xù)的過(guò)度免疫反應(yīng),所以mRNA 沒(méi)有進(jìn)一步翻譯,檢測(cè)到的TSLP 含量沒(méi)有增加,反而有所下降,推測(cè)可能是由于麻芥巴布膏對(duì)“肺-皮-腸”軸的總體影響導(dǎo)致。
比較不同組織間TSLP 含量的相關(guān)性,結(jié)果顯示肺組織與皮組織間實(shí)驗(yàn)各組TSLP 含量的相關(guān)性為0.689,肺組織與腸組織間的相關(guān)性為-0.163,皮組織和腸組織間的相關(guān)性為0.422,差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,這可能與非線性趨勢(shì)有關(guān)。但可以推測(cè)哮喘模型下肺組織中TSLP 的含量變化可能會(huì)對(duì)皮膚處產(chǎn)生一定影響,而對(duì)腸組織處的影響不明顯,可能與TSLP 在腸道有抑炎作用有關(guān)。皮TSLP 與腸TSLP 的含量變化趨勢(shì)相關(guān)可能與麻芥巴布膏均降低皮與腸TSLP 含量的作用有關(guān)。
總而言之,麻芥巴布膏可以通過(guò)影響“肺-皮-腸”上皮產(chǎn)生的TSLP,降低IL-33 的表達(dá)起到緩解哮喘的作用,為“肺合皮毛”、“肺與大腸相表里”的現(xiàn)代生物學(xué)內(nèi)涵提供了一定的思路。
作者貢獻(xiàn)度說(shuō)明:
石涵芬:指標(biāo)檢測(cè)及論文撰寫(xiě);馮天意:動(dòng)物造模及藥物干預(yù);張雙:數(shù)據(jù)分析;紀(jì)雯婷:數(shù)據(jù)分析;王慶國(guó):課題設(shè)計(jì);王雪茜:課題設(shè)計(jì)及校審。
海南醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)2022年1期