李特,宋天喜,秦喜昕,王建
(1.重慶北部寬仁醫(yī)院耳鼻咽喉科,重慶 401120;2.九江市第三人民醫(yī)院耳鼻咽喉科,江西 九江 332000;3.陸軍軍醫(yī)大學(xué)第三附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科,重慶 400042)
慢性鼻-鼻竇炎(chronic rhinosinusitis,CRS)是一種慢性炎癥性疾病,以慢性鼻塞、嗅覺減退和面部疼痛為特征[1]。CRS被認(rèn)為是由遺傳和環(huán)境因素共同驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜炎癥過程的結(jié)果[2]。通常,CRS治療策略主要通過減輕黏膜炎癥、預(yù)防感染和清除鼻竇內(nèi)黏液。CRS有多種治療選擇,包括生理鹽水沖洗、局部鼻腔皮質(zhì)類固醇噴霧、口服抗組胺藥物和抗生素等[3]。即使在藥物和手術(shù)治療之后,CRS也會(huì)復(fù)發(fā)[4]。因此,迫切需要開發(fā)更有效、副作用最小、能夠降低CRS復(fù)發(fā)率的治療方法。研究顯示,外界刺激通過NOD樣受體家族包含pyrin結(jié)構(gòu)域蛋白3(nod like receptor family pyrin domain containing 3,NLRP3)和Caspase-1亞基誘導(dǎo)活性氧的產(chǎn)生激活NLRP3炎性小體,導(dǎo)致鼻上皮細(xì)胞IL-1β的成熟和分泌,從而加重鼻部炎癥反應(yīng)[5]。高遷移率族蛋白-1(high mobility group box protein-1,HMGB1)是一種炎癥分子,可介導(dǎo)NLRP3炎性小體的激活以促進(jìn)IL-1β的產(chǎn)生,從而加重炎癥反應(yīng)[6]。目前,CRS的發(fā)病機(jī)制尚不明確,而關(guān)于HMGB1/NLRP3信號(hào)途徑在CRS中的作用也尚未可知,需進(jìn)一步探究。苦參堿是一種小分子化合物(相對(duì)分子質(zhì)量:248),屬于羽扇豆堿,具有抗癌、抗炎、抗氧化、抗病毒、抗菌、抗纖維化、抗過敏、抗傷害、保肝、護(hù)心和神經(jīng)保護(hù)等多種藥理作用[7]。已有證據(jù)顯示,苦參堿可通過抑制HMGB1信號(hào)通路,抑制促炎細(xì)胞因子(如IL-6、TNF-α和TGF-β1)的釋放,從而發(fā)揮抗癌作用[8]。目前,關(guān)于苦參堿在CRS中的作用及其可能的作用機(jī)制尚不明確。因此,本研究通過建立CRS小鼠模型,旨在探究苦參堿是否通過調(diào)控HMGB1/NLRP3信號(hào)途徑在CRS中發(fā)揮作用,以期為明確苦參堿對(duì)CRS的作用機(jī)制及開發(fā)新的CRS治療策略提供新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
SPF級(jí)雄性C57BL/6J小鼠42只,購(gòu)自陸軍軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心,生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(渝)20170002,體質(zhì)量(20±2)g,6~8周齡。小鼠飼養(yǎng)于室溫(24±2)℃,相對(duì)濕度40%~60%,12 h/12 h明暗交替環(huán)境下,自由飲水及進(jìn)食。待小鼠適應(yīng)環(huán)境1周后,進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)操作。
苦參堿(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)購(gòu)自成都曼思特生物技術(shù)有限公司;重組HMGB1蛋白(rHMGB1)購(gòu)自北京百普賽斯生物科技股份有限公司;天狼星紅染色液和甲苯胺藍(lán)溶液(1%水溶液)購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司;IL-1β、IL-4、IL-6、TNF-αELISA檢測(cè)試劑盒購(gòu)自南京建成生物工程研究所;MUC5B和MUC5AC抗體購(gòu)自英國(guó)Abcam公司;E-cadherin、N-cadherin、Vimentin、HMGB1和GAPDH抗體購(gòu)自北京義翹神州科技股份有限公司;NLRP3抗體購(gòu)自武漢三鷹生物技術(shù)有限公司;ASC和Cleaved caspase-1抗體購(gòu)自Cell Signaling Technology。
將42只小鼠隨機(jī)分為對(duì)照組、模型組、苦參堿低、中、高劑量組、苦參堿高劑量+rHMGB1組,每組7只。參考文獻(xiàn)[9]建立CRS小鼠模型。麻醉小鼠后,于小鼠鼻背正中處做一橫行約3 mm切口,鈍性分離皮下組織,暴露上頜竇腔,于上頜竇左右兩側(cè)開口處磨一個(gè)直徑約為1 mm的小孔。將含1 μL肺炎鏈球菌菌液(6×108CFU/mL)的膨脹海綿(海綿體積為1 mm3)植入竇腔內(nèi)。隨后逐層縫合皮膚切口。對(duì)照組小鼠行相同手術(shù)操作但不植入含肺炎鏈球菌菌液的膨脹海綿。造模后第8周,參考文獻(xiàn)[10],記錄造模組小鼠打噴嚏和撓鼻次數(shù)并按照表1所示進(jìn)行評(píng)分,得分超過5分,則表示造模成功。隨后,苦參堿低劑量組小鼠腹腔注射苦參堿7.5 mg/kg,苦參堿中劑量組小鼠腹腔注射苦參堿15 mg/kg,苦參堿高劑量組小鼠腹腔注射苦參堿30 mg/kg[11],苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠腹腔注射苦參堿30 mg/kg和20 μg rHMGB1[12],對(duì)照組小鼠腹腔注射等量溶劑。每天給藥1次,連續(xù)給藥2周。
表1 小鼠打噴嚏和撓鼻評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Scoring criteria of sneezing and nose scratching in mice
末次給藥24 h后,觀察各組小鼠鼻部癥狀和一般情況。參考文獻(xiàn)[10]和表1,對(duì)各組小鼠打噴嚏和撓鼻癥狀進(jìn)行評(píng)分。
末次給藥24 h后,小鼠經(jīng)麻醉后處死。取小鼠鼻竇黏膜組織,4%(φ)多聚甲醛固定組織,梯度酒精脫水,二甲苯透明。組織塊石蠟包埋,切片機(jī)切片。石蠟切片常規(guī)脫蠟至水,蘇木素染色液染色15 min,切片流水沖洗1 min,1%鹽酸乙醇分化3 s后,氨水返藍(lán),伊紅染色液染色10 s后,流水沖洗。切片經(jīng)脫水透明,中性樹膠封固,顯微鏡下觀察并拍照。對(duì)各組小鼠上皮增生進(jìn)行評(píng)分,上皮增生評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[13]:無(wú)增生計(jì)0分;輕微幾乎檢測(cè)不到計(jì)1分;輕微可檢測(cè)計(jì)2分;中度計(jì)3分;重度計(jì)4分。應(yīng)用CellSens Standard 1.7圖像分析系統(tǒng)測(cè)定鼻組織中嗅覺和呼吸上皮過渡區(qū)的最大黏膜厚度。
鼻竇黏膜石蠟切片脫蠟至水,蒸餾水清洗3次后,天狼星紅染色液滴染1 h,流水沖洗后,無(wú)水乙醇快速?zèng)_洗切片,常規(guī)脫水透明,中性樹膠封固。Image J軟件對(duì)陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。
鼻竇黏膜石蠟切片脫蠟至水,蒸餾水清洗3次后,添加甲苯胺藍(lán)染液染色30 min。流水沖洗后,95%(φ)乙醇分色,常規(guī)脫水透明,中性樹膠封固。Image J軟件分析陽(yáng)性面積。
末次給藥24 h后,小鼠腹主動(dòng)脈采血。將血液于室溫條件下靜置1 h后,3 000 r/min離心10 min收集上清液,即為血清。血清置于-80℃條件下保存。
取小鼠鼻竇黏膜組織,加入RIPA裂解液,冰上反應(yīng)30 min后,離心收集上清液并通過BCA法測(cè)定其蛋白濃度。取30 μg蛋白上樣,進(jìn)行SDS-PAGE凝膠電泳和轉(zhuǎn)膜操作。5%脫脂奶粉室溫條件下孵育3 h。向細(xì)胞中添加MUC5B(1∶1 000)、MUC5AC(1∶1 000)、E-cadherin(1∶2 000)、N-cadherin(1∶1 000)、Vimentin(1∶1 000)、HMGB1(1∶2 000)、NLRP3(1∶1 000)、ASC(1∶1 000)、Cleaved caspase-1(1∶1 000)和GAPDH(1∶5 000)抗體稀釋液,4℃條件下孵育過夜。添加特異性二抗(1∶5 000),室溫條件下孵育1 h。滴加ECL發(fā)光液,凝膠成像系統(tǒng)檢測(cè)蛋白條帶,Image J軟件分析各蛋白條帶的灰度值。
采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以表示,多組間樣本均數(shù)比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
造模前,各組小鼠精神狀態(tài)良好,皮毛光滑,飲食規(guī)律。造模后,對(duì)照組小鼠無(wú)明顯異常,其余組小鼠少量進(jìn)食、飲水,可見流涕、頻繁撓鼻、打噴嚏,鼻腔內(nèi)有少量分泌物。經(jīng)藥物干預(yù)2周后,苦參堿低、中、高劑量組和苦參堿高劑量組+rHMGB1組小鼠上述癥狀有明顯改善,而苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠較苦參堿高劑量組癥狀更為明顯。與對(duì)照組相比,模型組小鼠癥狀評(píng)分明顯升高(P<0.05);與模型組相比,苦參堿低、中、高劑量組和苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠癥狀評(píng)分明顯降低(P<0.05),且苦參堿的作用呈劑量依賴性;與苦參堿高劑量組相比,苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠癥狀評(píng)分明顯升高(P<0.05)。結(jié)果見圖1。
圖1 各組小鼠癥狀評(píng)分的比較Figure 1 Comparison of symptom scores of mice in each group
對(duì)照組小鼠鼻竇黏膜上皮組織結(jié)構(gòu)無(wú)明顯異常,排列整齊,無(wú)明顯炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和腺體增生。與對(duì)照組相比,模型組小鼠鼻竇黏膜出現(xiàn)明顯病變,黏膜上皮排列紊亂,有明顯炎性細(xì)胞浸潤(rùn),上皮增生評(píng)分、最大黏膜厚度、嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)和甲苯胺藍(lán)面積均明顯升高(P<0.05);與模型組相比,苦參堿低、中、高劑量組和苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠鼻竇黏膜病理學(xué)變化得到明顯改善,上皮增生評(píng)分、最大黏膜厚度、嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)和甲苯胺藍(lán)面積均明顯降低(P<0.05),且苦參堿的作用呈劑量依賴性;與苦參堿高劑量組相比,苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠鼻竇黏膜病變加深,上皮增生評(píng)分、最大黏膜厚度、嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)和甲苯胺藍(lán)面積均明顯升高(P<0.05)。結(jié)果見圖2-5。
圖2 HE染色檢測(cè)各組小鼠黏膜病理學(xué)變化(200×)Figure 2 Mucosal pathological changes in mice of each group by HE staining(200×)
與對(duì)照組相比,模型組小鼠血清中IL-1β、IL-4、IL-6和TNF-α含量明顯升高(P<0.05);與模型組相比,苦參堿低、中、高劑量組和苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠血清中IL-1β、IL-4、IL-6和TNF-α含量明顯降低(P<0.05),且苦參堿的作用呈劑量依賴性;與苦參堿高劑量組相比,苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠血清中IL-1β、IL-4、IL-6和TNF-α含量明顯升高(P<0.05)。結(jié)果見圖6。
與對(duì)照組相比,模型組小鼠黏膜組織中MUC5B和MUC5AC蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05);與模型組相比,苦參堿低、中、高劑量組和苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠黏膜組織中MUC5B和MUC5AC蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05),且苦參堿的作用呈劑量依賴性;與苦參堿高劑量組相比,苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠黏膜組織中MUC5B和MUC5AC蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05)。結(jié)果見圖7-8。
圖4 甲苯胺藍(lán)染色檢測(cè)各組小鼠肥大細(xì)胞浸潤(rùn)(200×)Figure 4 Mast cell infiltration of mice in each group detected by toluidine blue staining(200×)
圖5 各組小鼠鼻竇黏膜病理學(xué)變化的比較Figure 5 Comparison of pathological changes of sinus mucosa in mice of each group
圖7 Western blot檢測(cè)各組小鼠MUC5B和MUC5AC蛋白表達(dá)Figure 7 Expressions of MUC5B and MUC5AC protein in mice of each group by Western blot
與對(duì)照組相比,模型組小鼠黏膜組織中E-cadherin蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05),N-cadherin和Vimentin蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05);與模型組相比,苦參堿低、中、高劑量組和苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠黏膜組織中E-cadherin蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05),N-cadherin和Vimentin蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05),且苦參堿的作用呈劑量依賴性;與苦參堿高劑量組相比,苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠黏膜組織中E-cadherin蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05),N-cadherin和Vimentin蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05)。結(jié)果見圖9-10。
圖9 Western blot檢測(cè) 各 組 小鼠E-cadherin、N-cadherin和Vimentin蛋白表達(dá)Figure 9 Expressions of E-cadherin,N-cadherin and Vimentin proteins in each group by Western blot
圖8 各組小鼠MUC5B和MUC5AC蛋白表達(dá)的比較Figure 8 Comparisons of MUC5B and MUC5AC protein expressions in mice of each group(±s,n=7)
圖10 各組小鼠E-cadherin、N-cadherin和Vimentin蛋白表達(dá)的比較Figure 10 Comparison of E-cadherin,N-Cadherin and Vimentin proteins expressions in mice of each group
與對(duì)照組相比,模型組小鼠黏膜組織中HMGB1、NLRP3、ASC和Cleaved caspase-1蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05);與模型組相比,苦參堿低、中、高劑量組和苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠黏膜組織中HMGB1、NLRP3、ASC和Cleaved caspase-1蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05),且苦參堿的作用呈劑量依賴性;與苦參堿高劑量組相比,苦參堿高劑量+rHMGB1組小鼠黏膜組織中HMGB1、NLRP3、ASC和Cleaved caspase-1蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05)。結(jié)果見圖11-12。
圖11 Western blot檢測(cè)各組小鼠HMGB1、NLRP3、ASC和Cleaved caspase-1蛋白表達(dá)Figure 11 Expressions of HMGB1,NLRP3,ASC and Cleaved caspase-1 proteins in each group by Western blot
圖12 各組小鼠HMGB1、NLRP3、ASC和Cleaved caspase-1蛋白表達(dá)的比較Figure 12 Comparison of HMGB1,NLRP3,ASC and Cleaved caspase-1 proteins expressions in mice of each group
CRS作為一種發(fā)病率高的疾病,除了給衛(wèi)生保健系統(tǒng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)外,還嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量[14]。因此,需開發(fā)新的、有效的疾病治療策略以改善CRS疾病現(xiàn)狀。本研究通過建立CRS小鼠模型,旨在探究苦參堿在小鼠CRS發(fā)生發(fā)展中的作用。本研究結(jié)果顯示,苦參堿可通過抑制HMGB1/NLRP3信號(hào)途徑,減輕CRS的EMT、炎癥反應(yīng)和黏液分泌,從而在CRS中發(fā)揮治療作用。
CRS患者以一系列炎癥介質(zhì)(如前列腺素和白細(xì)胞介素)上調(diào)和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)(如嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)為特征[15]。組織重塑是傷口修復(fù)的關(guān)鍵過程,但當(dāng)調(diào)控不當(dāng)時(shí),可導(dǎo)致以氣道上皮、固有層和黏膜下區(qū)域變化為特征的病理重建,從而導(dǎo)致各種慢性氣道疾病(包括CRS)[16]。證據(jù)顯示,上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition,EMT)參與組織重塑過程,與CRS的發(fā)展有關(guān)[17]。因此,靶向抑制CRS的EMT和炎癥反應(yīng)可能是CRS的潛在治療策略??鄥A具有抗炎和抗EMT作用,可能成為治療炎癥和氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的潛在藥物。例如,苦參堿通過抑制核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信號(hào)通路,減輕氣道上皮細(xì)胞和哮喘小鼠炎癥因子的產(chǎn)生、炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、杯狀細(xì)胞分化和黏液生成[18]??鄥A還可上調(diào)上皮細(xì)胞特異性標(biāo)志物E-cadherin表達(dá),下調(diào)間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物N-cadherin和Vimentin表達(dá),從而抑制胰腺癌細(xì)胞EMT[19]。此外,苦參堿對(duì)小鼠結(jié)腸炎中有明顯的治療作用??鄥A通過減少出血和腹瀉以及下調(diào)炎癥因子(IL-1β和TNF-α)的表達(dá)來減輕結(jié)腸損傷和腸道炎癥[20]。本研究結(jié)果顯示,苦參堿低、中、高劑量組均可減少CRS小鼠臨床癥狀,改善鼻竇黏膜病理學(xué)變化,抑制上皮增生、嗜酸性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞浸潤(rùn)和降低黏膜厚度,抑制IL-1β、IL-4、IL-6和TNF-α的產(chǎn)生,抑制黏蛋白MUC5B、MUC5AC和EMT相關(guān)蛋白N-cadherin和Vimentin的表達(dá),促進(jìn)E-cadherin表達(dá),且苦參堿的作用呈劑量依賴性。該研究結(jié)果表明,苦參堿可抑制CRS小鼠炎癥反應(yīng)、黏液分泌和EMT,從而發(fā)揮治療作用。
HMGB1是一種促炎介質(zhì),屬于alarmin家族,在炎癥和感染的刺激下,由單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞釋放到細(xì)胞間隙,也可以由死亡細(xì)胞釋放[21]。HMGB1在不同的急性和慢性免疫疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用[22]。它不僅通過多種炎癥因子和促炎細(xì)胞刺激免疫系統(tǒng)產(chǎn)生炎癥反應(yīng),而且還參與NLRP3炎性小體的激活[23]。NLRP3炎性小體的異常激活與糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化、代謝綜合征、心血管和神經(jīng)退行性疾病等多種疾病有關(guān),這引起了人們對(duì)探索NLRP3炎性小體潛在抑制劑的巨大興趣[24],例如,異丙酚預(yù)處理可使HMGB1依賴的NLRP3炎性小體信號(hào)失活,抑制TNF-α、IL-6、IL-1β和IL-18的產(chǎn)生,從而減輕LPS誘導(dǎo)的乳鼠心肌細(xì)胞炎癥和凋亡[25]。已有證據(jù)顯示,HMGB1參與CRS疾病進(jìn)展,與疾病嚴(yán)重程度、嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、促炎細(xì)胞因子水平和EMT過程密切相關(guān)。靶向抑制HMGB1在治療CRS疾病中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值[26]。目前,已有證據(jù)證明,苦參堿可通過抑制HMGB1通路信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和NLRP3炎性小體的激活,降低TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-1β炎癥因子的產(chǎn)生,從而發(fā)揮疾病治療作用[26-28]。本研究結(jié)果顯示,CRS小鼠鼻竇黏膜中HMGB1、NLRP3、ASC和Cleaved caspase-1蛋白表達(dá)升高,而低、中、高劑量苦參堿處理CRS小鼠后,可降低HMGB1、NLRP3、ASC和Cleaved caspase-1蛋白表達(dá),且苦參堿的作用呈劑量依賴性。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,rHMGB1處理可部分逆轉(zhuǎn)苦參堿對(duì)CRS小鼠的作用,導(dǎo)致HMGB1、NLRP3、ASC和Cleaved caspase-1蛋白表達(dá)明顯升高,從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)、黏液分泌和EMT,加快小鼠CRS疾病進(jìn)展。該研究結(jié)果表明,苦參堿通過介導(dǎo)HMGB1依賴的NLRP3炎性小體信號(hào)失活,在CRS小鼠中發(fā)揮治療作用。
綜上所述,本研究結(jié)果表明,苦參堿呈劑量依賴性抑制CRS小鼠炎癥反應(yīng)、黏液分泌和EMT,從而對(duì)CRS小鼠發(fā)揮保護(hù)作用。苦參堿在CRS小鼠中的作用機(jī)制可能與抑制HMGB1依賴的NLRP3炎性小體激活相關(guān)。該研究結(jié)果為闡明苦參堿在CRS小鼠中的作用機(jī)制及開發(fā)新的CRS治療策略提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。