李佳凌,陳波
(西南醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)系,四川瀘州 646000)
腎間質(zhì)纖維化是幾乎所有類型慢性腎臟疾病的共同病理特征。近5年來,文獻報道了多種治療慢性腎病纖維化的抗纖靶點,其中大麻素受體-1(cannabinoid receptor 1,CB1)被認為具有較高的臨床應(yīng)用價值,是重要的抗纖維化靶點之一(Nastaseet al.,2018;Liu & Zhuang,2019;Prakouraet al.,2019)。Lecru 等(2015)的研究證實在慢性腎病纖維化過程中,CB1 的編碼基因Cnr1是10 個最顯著上調(diào)的基因之一,以CB1 為靶點的抗纖維化治療能顯示出獨特的療效。Prakoura 等(2019)指出抑制CB1 具有抗纖維化作用,這主要與抑制促炎和促纖維化細胞因子分泌、抑制氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、抑制肌成纖維細胞增殖和細胞外基質(zhì)成分產(chǎn)生有關(guān)。CB1 屬A 類G 蛋白偶聯(lián)受體家族,是人腦中表達最高的G蛋白偶聯(lián)受體,在全身均有表達,以中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的表達水平最高(Yanget al.,2022)。CB1 存在于整個腎臟中,如傳入和傳出小動脈、腎小球、腎小管、Henle 環(huán)和集合管,它也在不同的腎細胞中表達,如足細胞、近端和遠端腎小管上皮細胞,以及系膜細胞等(Joseph,2016)。
腎纖維化過程中,腎小管上皮細胞會向間充質(zhì)表型轉(zhuǎn)化,形成成纖維細胞和肌成纖維細胞,并產(chǎn)生細胞外基質(zhì),即上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epitheliummesen chymal transition,EMT)。EMT 的特征是上皮標志物的喪失、細胞骨架重組和間充質(zhì)標志物的獲得。上皮細胞標志物E 鈣黏蛋白(E-cadherin)對維持上皮細胞的功能發(fā)揮了重要作用。肌成纖維細胞標志物α 平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)是間充質(zhì)表型的特征性細胞骨架蛋白,隨間充質(zhì)表型細胞增多而增加。細胞外基質(zhì)的重要蛋白——纖維連接蛋白(fibronectin,F(xiàn)N)的表達在纖維化早期會顯著增加,并隨細胞外基質(zhì)增多而升高。鋅指轉(zhuǎn)錄因子(Snail)被認為是啟動和維持EMT 的重要轉(zhuǎn)錄因子之一,Snail 的再表達與纖維化有關(guān),具有促進EMT 的作用。檢測上述標記物可以評估EMT(Canoet al.,2000;Boutetet al.,2006;Willis & Borok,2007;Liet al.,2012;Ohnukiet al.,2012;Martiniet al.,2014;Grandeet al.,2015;Lovisaet al.,2015;Simon & Hertig,2015,2017;Chenet al.,2019)。抑制細胞中的CB1 可以減弱蛋白激酶B(Akt)信號(Linet al.,2015),而抑制Akt信號和Snail的表達能抑制纖維化(Zhuet al.,2019)。
目前針對CB1 的中藥抗腎纖維化研究尚未見報道。本課題組在實驗前期利用藥物篩選軟件Schrodinger Maestro 11.4 以CB1 為靶點對中藥單體進行虛擬篩選,從中藥單體數(shù)據(jù)庫中評估了許多靶向CB1(PDB ID:6N4B)的中藥單體小分子,其中之一是木蝴蝶苷B(oroxin B,OB)。OB 分子式C27H30O15,分子量594.52 g·mL-1,屬于黃酮類單體化合物,存在于常用中藥木蝴蝶中,木蝴蝶是紫葳科Bignoniaceae 木蝴蝶Oroxylum indicum的干燥成熟種子,具有廣泛的藥理作用,如抗氧化、抗微生物、抗炎等,能清肺利咽、疏肝和胃(國家藥典委員會,2015;Rojsangaet al.,2017;胡曉茹等,2020;Fenget al.,2021)。本研究旨在探討OB 通過抑制CB1 抗腎間質(zhì)纖維化的潛在機制,為OB 的抗腎纖維化研究提供科學(xué)依據(jù)。
正常人腎小管上皮(HK-2)細胞購自北京創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)有限公司(編號:BNCC339833)。32 只健康成年雄性大鼠Rattus norvegicus(平均體重235 g±10 g)由西南醫(yī)科大學(xué)實驗動物中心提供;動物實驗的相關(guān)操作均符合實驗動物的管理條例,獲得西南醫(yī)科大學(xué)動物倫理委員會批準(編號:SWMU20210257)。
OB(MedChemExpress,USA),DMEM/F-12(1∶1)培養(yǎng)基(Gibco/Life Technologies,Grand Island,NY),F(xiàn)BS 胎牛血清(Gibco/Life Technologies,Grand Island,NY),二甲基亞砜(DMSO;Solarbio,北京),重組人轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1;PeproTech,Rocky Hill NJ,USA),花生四烯基-2-氯乙基酰胺(ACEA;MACKLIN,上海),GAPDH 抗體(1∶30 000;Proteintech,USA),α-SMA 抗體(1∶4 000;Proteintech,USA),Snail 抗 體(1∶1 000;Cell Signaling,USA),Akt 抗 體(1∶1 000;Cell Signaling,USA),Phospho-Akt 抗體(1∶1 000;Cell Signaling,USA),F(xiàn)ibronectin 抗體(1∶1 000;Abcam,UK),E-cadherin抗體(1∶1 000;Abcam,UK),Kim-1 抗體(1∶1 000;SAB,USA),CB1R 抗體(1∶1 000;Abcam,UK),腺嘌呤(Ade;Sigma,USA),辣根過氧化物酶(HRP)標記的山羊抗兔或小鼠抗體(中杉金橋,北京),HRP化學(xué)發(fā)光底物(Solarbio,北京),CCK8 試劑盒(DOJINDO,Japan),BCA試劑盒(Thermo,USA),Scr和BUN 測試盒(南京建成生物,南京),HE 染色液和Masson染色液(Solarbio,北京)。
不同濃度的OB 工作液制備:按照OB 說明書先用DMSO 將OB(粉末狀)溶解,再依據(jù)說明書的配制比例,用培養(yǎng)基將OB 溶解液稀釋為所需濃度的工作液。0.75 mmol·L-1濃度的ACEA 工作液制備:按照ACEA 說明書配制比例,用培養(yǎng)基將ACEA 原 液 稀 釋 為0.75 mmol·L-1濃 度 的 工 作 液。含10%FBS 的DMEM/F-12(1∶1)培養(yǎng)基配制:將DMEM/F-12(1∶1)培養(yǎng)基與FBS 按照10∶1 的比例進行配制。
ELX800 型酶標儀(Biotek,USA),PowerPac 型電泳儀和轉(zhuǎn)膜儀(BioRad,USA),6000Exp型化學(xué)發(fā)光成像儀(CliNX,上海),5910R 型高速冷凍離心機(Eppendodf,Germany),恒溫水浴鍋(常州市金壇友聯(lián)儀器研究所),MC0-18AI 型二氧化碳培養(yǎng)箱(Panasonic,Japan)。
HK-2 細胞用含10%FBS 的DMEM/F-12(1∶1)培養(yǎng)基培養(yǎng),并放入37 ℃含有5%的CO2培養(yǎng)箱中。細胞培養(yǎng)至對數(shù)生長期后備用。
將HK-2 細胞以5 000 個/孔接種在96 孔板中,分為正常對照組(添加培養(yǎng)基)、濃度梯度組(添加稀釋濃度分別為0 μmol·L-1、6.25 μmol·L-1、12.5 μmol·L-1、25 μmol·L-1、50 μmol·L-1、100 μmol·L-1、200 μmol·L-1、400 μmol·L-1的OB 工作液,每組4 個重復(fù)孔。根據(jù)CCK8 試劑盒說明書檢測各組細胞在實驗12 h、24 h、48 h時的細胞活力。
將HK-2細胞(2×105)接種于6 cm培養(yǎng)皿中,隨機分為正常對照組(添加培養(yǎng)基)、TGF-β1組(模型組)、TGF-β1+DMSO 組和TGF-β1+OB 梯度濃度(100 μmol·L-1、50 μmol·L-1、25 μmol·L-1、12.5 μmol·L-1、6.25 μmol·L-1)組。TGF-β1組使用15 ng·mL-1TGF-β1誘導(dǎo)48 h 建立纖維化模型;TGF-β1+DMSO 組使用TGF-β1 組添加1 mL·L-1DMSO 干預(yù)24 h;TGF-β1+OB 梯度濃度組使用TGF-β1 組添加濃度分別為100 μmol·L-1、50 μmol·L-1、25 μmol·L-1、12.5 μmol·L-1和6.25 μmol·L-1的OB 工作液干預(yù)24 h。根據(jù)BCA試劑盒說明書對各組細胞總蛋白濃度進行定量分析。為測定OB 抗TGF-β1 誘導(dǎo)HK-2 細胞纖維化的濃度,Western Blotting 檢測各組細胞CB1、α-SMA、FN、E-cadherin蛋白的表達。
將HK-2細胞(2×105)接種于6 cm培養(yǎng)皿中,隨機分為正常對照組(添加培養(yǎng)基)、DMSO組、TGF-β1組(模型組)、TGF-β1+OB 不同時間(12 h、24 h)組。DMSO 組為正常組添加1 mL·L-1DMSO 干預(yù)48 h;TGF-β1 組使用15 ng·mL-1TGF-β1 誘導(dǎo)48 h 建立纖維化模型;根據(jù)步驟1.5 確認OB 抗HK-2 纖維化的最佳濃度為25 μmol·L-1,故TGF-β1+OB 不同時間(12 h、24 h)組使用TGF-β1組添加25 μmol·L-1OB工作液分別干預(yù)12 h 和24 h。根據(jù)BCA試劑盒說明書對各組細胞總蛋白濃度進行定量分析。Western Blotting檢測各組細胞CB1、α-SMA、FN、E-cadherin、P-Akt、Akt、Snail蛋白的表達,測定OB抗TGF-β1誘導(dǎo)HK-2 細胞纖維化的時間和監(jiān)測AKT 信號、EMT的變化。
將HK-2細胞(2×105)接種于6 cm培養(yǎng)皿中,隨機分為正常對照組(添加培養(yǎng)基)、TGF-β1組(模型組)、TGF-β1+ACEA組和TGF-β1+OB組。TGF-β1組使用15 ng·mL-1TGF-β1 誘導(dǎo)HK-2 細胞48 h 建立纖 維 化 模 型;TGF-β1+ACEA 組先用0.75 mmol·L-1CB1激動劑ACEA 干預(yù)1 h,再用TGF-β1誘導(dǎo)48 h;TGF-β1+OB 組使用TGF-β1 組添加25 μmol·L-1OB工作液干預(yù)24 h。根據(jù)BCA 試劑盒說明書對各組細胞總蛋白濃度進行定量分析。為監(jiān)測由CB1 引起的AKT 信號改變和EMT 變化,Western Blotting檢測各組細胞CB1、P-Akt、Akt、Snail、α-SMA、FN、E-cadherin蛋白的表達。
32 只大鼠飼養(yǎng)于24 °C、50%相對濕度、無特定病原體的環(huán)境下,進行12 h 光/暗循環(huán)。隨機分為正常對照組、Ade 腎病組(模型組)、Ade+低劑量OB 組(Ade+OBL 組)、Ade+高劑量OB 組(Ade+OBH 組),每組8 只。除正常對照組灌胃等量生理鹽水,其余3組均以150 mg·kg-1Ade灌胃建立腎間質(zhì)纖維化模型,每日灌胃1 次,連續(xù)25 d。模型建立后,Ade+OBL組和Ade+OBH組分別用5.0 mg·kg-1和20.0 mg·kg-1OB 灌胃。正常對照組和Ade 腎病組灌胃等量生理鹽水,每日灌胃1次,連續(xù)14 d。
在灌胃前1 天、灌胃的第25天和灌胃的第39天(即OB 灌胃的第14 天),32只大鼠禁食不禁水12 h,分3 次抽尾靜脈血1 mL,按照Scr 和BUN 測試盒說明書檢測各組大鼠的Scr和BUN 水平,并監(jiān)測各組大鼠腎功能的變化。
第3次血樣采集完成后,32只大鼠逐一進行麻醉,每只大鼠均取雙側(cè)腎臟制作組織切片,采完腎組織隨即處死大鼠。用HE 和Masson 三色對切片(4.5 μm)進行染色,并通過顯微鏡觀察:通過HE染色評估腎損傷,按Tang 等(2021)報告的盲評法進行評分,即根據(jù)腎小管壞死、管型形成和腎小管擴張的分級進行損傷評估;通過Masson 染色評估膠原沉積,使用Image Pro Plus 6.0(Media Cybernetics,Silver Spring,USA)在每只大鼠的5~10 個等效皮質(zhì)HPF(200×)中進行膠原沉積量化或膠原沉積面積評分。
腎臟采集完成后,將32 只大鼠的雙腎沿其長軸縱切分為前后2 部分,雙腎前部均用于切片制作,雙腎后部均用于組織總蛋白提取。組織總蛋白提取后進行低溫離心,10 000 r·min-115 min。按照BCA 試劑盒說明書對腎組織總蛋白濃度進行定量。Western Blotting 檢測:將蛋白質(zhì)樣本加載到10%SDS-PAGE 凝膠中,再轉(zhuǎn)移到PVDF 膜上。用5%脫脂乳封閉膜后,使用以下抗體:GAPDH 抗體,α-SMA 抗體,Snail 抗體,Akt 抗體,Phospho-Akt 抗體,F(xiàn)ibronectin 抗體,E-cadherin 抗體,CB1R 抗體孵育膜,4 ℃過夜。用辣根過氧化物酶(HRP)偶聯(lián)的山羊抗兔或小鼠抗體孵育膜2 h,再讓膜與HRP化學(xué)發(fā)光底物反應(yīng)。使用化學(xué)發(fā)光成像儀顯示蛋白條帶,并用ImageJ對蛋白條帶進行定量分析。
所有數(shù)據(jù)用xˉ±SD 表示,每個實驗均經(jīng)過3 次及以上的重復(fù)。應(yīng)用GraphPad Prism 8.0 進行方差齊性分析后進行單因素或雙因素方差分析,事后檢驗采用Turkey 法比較組間差異。P<0.05 表示組間具有統(tǒng)計學(xué)差異。
CCK8 結(jié)果顯示,HK-2 細胞存活率隨OB 濃度和時間的增加而降低。OB 濃度≤12.5 μmol·L-1時,12 h、24 h、48 h 組的細胞存活率均在90%以上(P<0.05);與正常對照組相比,50 μmol·L-1濃度OB干預(yù)細 胞12 h 及以上 或25 μmol·L-1濃度OB 干預(yù)細胞48 h,細胞存活率明顯降低(P<0.05);當OB 濃度>100 μmol·L-1時,24 h、48 h 的細胞存活率急劇下降(P<0.05)(圖1)。
圖1 不同濃度OB處理HK-2細胞后的存活率(n=4)Fig. 1 Survival rate of HK-2 cells after the treatment of OD at different concentrations (n=4)
2.2.1 不同濃度OB 對HK-2 細胞纖維化的影響與正常對照組相比,模型組(TGF-β1組)中α-SMA、FN 蛋白的表 達顯著增加,CB1R、E-cadherin 蛋白的表達顯著減少(P<0.05)。與模型組相比,TGF-β1+OB(6.25 μmol·L-1)組 和TGF-β1+OB(12.5 μmol·L-1)組中CB1R 蛋白的表達顯著減少(P<0.05),但α-SMA、E-cadherin 和FN 蛋白的表達未見顯著變化。TGF-β1+OB(≥25 μmol·L-1)組中CB1R蛋白的表達呈梯度下降趨勢,其中,TGF-β1+OB(25 μmol·L-1)組的下降趨勢最多,且與模型組相比,F(xiàn)N 蛋白的表達顯著減少,E-cadherin 蛋白的表達顯著增加(P<0.05)(圖2)。
圖2 OB對TGF-β1誘導(dǎo)HK-2細胞纖維化中相關(guān)蛋白表達的影響(n=3)Fig. 2 Effect of OB on the expression of related proteins in HK-2 cell fibrosis induced by TGF-β1 (n=3)
2.2.2 不同時間的OB(25 μmol·L-1)對HK-2 細胞纖維化的影響與正常對照組和DMSO 組相比,模型組(TGF-β1 組)中CB1R、α-SMA 和FN 蛋白的表達顯著增加,E-cadherin 蛋白的表達顯著減少(P<0.05)。與模型組相比,TGF-β1+OB(25 μmol·L-1,12 h)組和TGF-β1+OB(25 μmol·L-1,24 h)組 的CB1R、α-SMA、FN 蛋白表達顯著減少,E-cadherin蛋白的表達顯著增加,隨著時間的延長,CB1R、α-SMA、FN 蛋白的表達進一步減少,而E-cadherin蛋白的表達顯著增加(P<0.05)(圖3:B,F(xiàn),G,H)。
圖3 OB對TGF-β1誘導(dǎo)HK-2細胞纖維化中的Akt/Snail信號通路的影響(n=3)Fig. 3 Effect of OB on the Akt/Snail signal pathway in HK-2 cell fibrosis induced by TGF-β1 (n=3)
與正常對照組和DMSO 組相比,模型組的P-Akt/Akt 顯著上升,Snail 蛋白的表達顯著增加(P<0.05)。與模型組相比,TGF-β1+OB(25 μmol·L-1,12 h)組和TGF-β1+OB(25 μmol·L-1,24 h)組的P-Akt/Akt 顯著下降,Snail 蛋白的表達顯著減少(P<0.05),且Snail 蛋白的表達隨OB 干預(yù)時間的增加而減少,且差異顯著(P<0.05)(圖3:C,D)。與模型組相比,TGF-β1+ACEA 組中CB1R、α-SMA、FN、Snail 蛋白的表達和P-Akt/Akt 顯著增加,E-cadherin 蛋白的表達顯著減少(P<0.05);而與TGF-β1+ACEA 組相比,TGF-β1+OB 組中CB1R、α-SMA、FN、Snail蛋白的表達和P-Akt/Akt顯著減少,E-cadherin蛋白的表達顯著增加(P<0.05)(圖4)。
圖4 OB對HK-2細胞CB1/Akt/Snail信號通路及EMT的影響(n=3)Fig. 4 Effects of OB on the CB1/Akt/Snail signal pathway and EMT-related proteins (n=3)
Ade 誘導(dǎo)的大鼠腎間質(zhì)纖維化模型建立25 d時,Ade 腎 病 組、Ade+OBL 組、Ade+OBH 組Scr、BUN 濃度較正常對照組均顯著升高(P<0.05)。與Ade 腎 病組 相比,OB 干 預(yù)14 d 后,Ade+OBL 組、Ade+OBH 組Scr、BUN 濃度均不同程度降低,且差異顯著(P<0.05)(圖5:A,B)。
圖5 OB對腎間質(zhì)纖維化大鼠腎功能和腎臟病理的影響(n=8)Fig. 5 Effect of OB on renal function and renal pathology in rats with renal interstitial fibrosis(n=8)
Ade 腎病組的腎小管上皮細胞明顯脫落,部分管腔擴張,炎性細胞浸潤間質(zhì),膠原成分增加。Ade+OBL組、Ade+OBH 組腎臟病理損傷、膠原沉積較Ade 腎病組均有不同程度的改善,Ade+OBH 組改善程度明顯更優(yōu)(圖5:C,D)。
與正常對照組相比,模型組(Ade 腎病組)中α-SMA、FN、Snail、CB1R 蛋白的表達明顯增加,P-Akt/Akt 明顯上升,E-cadherin 蛋白的表達顯著減少(P<0.05)。與模型組相比,Ade+OBH 組α-SMA、Snail、CB1R 蛋白的表達顯著減少,P-Akt/Akt 顯著下降,而E-cadherin 蛋白的表達顯著增加(P<0.05);Ade+OBL 組僅CB1R 蛋白的表達顯著減少(P<0.05),而Snail、FN、α-SMA、E-cadherin 蛋白的表達和P-Akt/Akt未見變化(圖6)。
圖6 OB對大鼠腎組織CB1R/Akt/Snail信號通路和EMT的影響(n=8)Fig. 6 Effects of OB on the CB1R/Akt/Snail signal pathway and EMT in rats with renal interstitial fibrosis(n=8)
靶向藥物治療腎間質(zhì)纖維化是纖維化研究的方向之一。CB1受體被臨床視為重要的抗纖靶點,其信號傳導(dǎo)能促進氧化應(yīng)激和炎癥、導(dǎo)致細胞凋亡和纖維化(Baruttaet al.,2018)。特別是在腎小管上皮細胞、足細胞和間質(zhì)肌成纖維細胞中,CB1的藥理學(xué)阻斷或抑制能降低腎纖維化的發(fā)生,具有保護腎臟的作用(Lecruet al.,2015;Daoet al.,2019)。
本課題組前期以CB1 為靶點,利用計算機虛擬篩選分子對接,從中藥單體數(shù)據(jù)庫中獲得了100 個中藥單體小分子,并選擇目前尚未用于抗纖研究的OB 進行實驗。本研究的體外實驗結(jié)果顯示,CB1 激動劑ACEA 對纖維化HK-2 細胞起著積極的促纖作用,ACEA 增加了纖維化HK-2 細胞CB1、Snail、α-SMA、FN 蛋白的表達和P-Akt/Akt,減少了E-cadherin 蛋白的表達(P<0.05);而OB 降低了纖維化HK-2 細胞CB1、Snail、α-SMA、FN 蛋白的表達和P-Akt/Akt,增加了E-cadherin 蛋白的表達(P<0.05)。說明OB 可以通過抑制HK-2 細胞的CB1 蛋白表達,從而抑制Akt/Snail信號傳導(dǎo)、EMT,進而抑制TGF-β1 誘導(dǎo)的纖維化。Lin 等(2015)指出通過抑制心肌成纖維細胞的CB1 蛋白表達來減弱Akt信號,抑制心臟纖維化;Zhu等(2019)的研究證實,通過抑制人臍靜脈內(nèi)皮細胞的Akt 信號和Snail 蛋白的表達能抑制內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化和纖維化。這與本研究的體外實驗結(jié)論基本一致:通過抑制腎小管上皮細胞(HK-2)的CB1 蛋白表達可以抑制Akt 信號和Snail 蛋白的表達,從而抑制EMT,進而抑制纖維化。
本研究體內(nèi)實驗結(jié)果顯示,高劑量和低劑量的OB 均能改善間質(zhì)纖維化大鼠的腎功能和腎臟病理情況,并抑制其腎組織中的CB1 蛋白表達;且高劑量的OB 能下調(diào)纖維化大鼠腎組織中的Snail和α-SMA 蛋白表達,并上調(diào)E-cadherin 蛋白的表達,降低P-Akt/Akt。說明OB 能通過抑制大鼠腎組織中的CB1,抑制Akt/Snail信號傳導(dǎo)、抑制EMT,進而抑制大鼠腎間質(zhì)纖維化。這與本研究的體外實驗結(jié)論基本一致:OB 能通過抑制腎臟的CB1 抑制Akt 信號和Snail 蛋白的表達,從而抑制EMT,進而抑制纖維化。但OB 抗腎間質(zhì)纖維化是否還通過其他途徑發(fā)揮作用,尚需進一步研究闡明。
中藥單體OB 能通過抑制腎組織中CB1/Akt/Snail 信號傳導(dǎo),從而抑制EMT,進而抑制大鼠腎間質(zhì)纖維化。OB的抗腎纖維化能力及機制研究為靶向CB1的OB抗慢性腎病纖維化提供了科學(xué)依據(jù)。