劉宇航,陳曉林,陳建酬,滑 榮,李同好,馮 鑫
(1.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院,廣東 佛山 528225;2.北京動(dòng)物園管理處圈養(yǎng)野生動(dòng)物技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100044)
潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative Colitis,UC)是目前常見的一種炎癥性腸病,具有病程長(zhǎng)、反復(fù)發(fā)作,且長(zhǎng)期患病易導(dǎo)致結(jié)腸癌的特點(diǎn)[1]。該病發(fā)病機(jī)制目前尚不明確,有研究發(fā)現(xiàn)潰瘍性結(jié)腸炎的病情發(fā)展與炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激水平紊亂有關(guān)[2]。研究表明,腸道菌群發(fā)生紊亂會(huì)引起腸黏膜屏障的損傷,導(dǎo)致炎癥細(xì)胞因子失衡,加重腸黏膜炎性損傷[3]。目前沒有治療潰瘍性結(jié)腸炎的特效藥,主要應(yīng)用免疫抑制劑、腎上腺皮質(zhì)激素、水楊酸類藥物進(jìn)行治療,但預(yù)后較差,治療效果不理想[4-6]。UC 為炎癥性腸病,故本研究選擇清熱解毒、抗炎類中藥,匯為中藥組方,以期可以在中藥治療UC 中提供參考。
五味子果實(shí)提取物五味子甲素,是一種生物活性的木質(zhì)素,具有抗炎、抗自由基等作用[7]。魚腥草屬三白草科,主產(chǎn)于云貴川及南方地區(qū),味辛、微寒,其含有的多糖對(duì)葡聚糖硫酸鈉(Dextran Sulfate Sodium,DSS)誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎具有一定的改善作用[8]。土茯苓含有的植物類甾醇類物質(zhì)具有消除炎癥促進(jìn)傷口愈合的作用[9]。荷葉是睡蓮科植物蓮的葉片,常作為中藥材使用,具有去熱利濕等功效,荷葉中含有黃酮和生物堿類成分,具有良好的抗氧化和抗炎活性[10]。金錢草是報(bào)春花科植物,味苦、酸、微寒,具有利濕、解毒消腫的功效[11]。杜仲是我國(guó)一種特有樹種,是杜仲科下杜仲屬植物,其樹皮作為一種珍貴的中藥材,是我國(guó)特有的食物藥用植物資源,其活性成分豐富,藥理作用突出,具有抗氧化、抗疲勞、抗高血壓、抑菌、抗骨質(zhì)疏松等多種療效[12]。我國(guó)豆科植物廣州相思子的干燥全株雞骨草,有保肝、抗炎抗菌、抗氧化、抗病毒、活血化瘀、免疫調(diào)節(jié)等藥理活性[13]。蒲公英是菊科的一種多年生草本植物,主要產(chǎn)地在北半球溫帶至亞熱帶地區(qū),在我國(guó)多地均有分布,作為一種藥食同源的植物,其在我國(guó)食用以及藥用方面都有幾千年的歷史,其莖葉、花和根中含有多種成分,如酚酸黃酮類、甾醇類化合物等,有抗癌、抗風(fēng)濕、清熱解毒、抗炎,以及對(duì)腸道微生態(tài)的平衡有一定意義[14]。
本研究主要探討復(fù)方中草藥(五味子、杜仲、土茯苓、金錢草、魚腥草、雞骨草、蒲公英、荷葉按一定比例配制而成)對(duì)DSS 誘導(dǎo)小鼠腸炎的抗氧化指標(biāo)、腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)及腸道微生物的影響,為復(fù)方中藥的應(yīng)用提供參考數(shù)據(jù)。
1.1.1 試驗(yàn)動(dòng)物
SPF 級(jí)BALB/c 雄性小鼠42 只,體重為11~13 g,21 日齡,由廣東省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。
1.1.2 主要試劑
葡聚糖硫酸鈉購(gòu)自大連美侖生物技術(shù)有限公司;復(fù)方中草藥,由五味子、杜仲、土茯苓、金錢草、魚腥草、雞骨草、蒲公英、荷葉按一定比例經(jīng)超微粉碎配制而成。
總超氧化物歧化酶測(cè)定試劑盒(A001-1-1)、谷胱甘肽過氧化物酶測(cè)定試劑盒(A005-1-2)、丙二醛測(cè)定試劑盒(A003-1-1)及總抗氧化能力測(cè)定試劑盒(A015-3-1)、過氧化氫酶測(cè)定試劑盒(A007-2-1)、谷草轉(zhuǎn)氨酶測(cè)定試劑盒(C010-2-1)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶試劑盒(C009-2-1)購(gòu)自于南京建成研究所。小鼠腫瘤壞死因子α ELISA 檢測(cè)試劑盒(ml002095)、小鼠白細(xì)胞介素10 ELISA 檢測(cè)試劑盒(ml037873)、小鼠白細(xì)胞介素6 ELISA 檢測(cè)試劑盒(ml064292)及小鼠白細(xì)胞介素4 ELISA 檢測(cè)試劑盒(ml063156)購(gòu)自于上海酶聯(lián)生物科技有限公司。
將42 只21 日齡雄性BALB/c 小鼠,隨機(jī)分為三組:對(duì)照組、模型組(DSS 組)和治療組,每組7 個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)2 只小鼠。試驗(yàn)前6 天為適應(yīng)期,所有小鼠自由飲用滅菌水,試驗(yàn)期前5 天DSS 組和治療組小鼠飲用3.5%DSS 水溶液,試驗(yàn)期后7 天DSS 組小鼠恢復(fù)飲用滅菌水,治療組小鼠飲用中草藥溶液(30 mg/mL)。
1.3.1 小鼠生長(zhǎng)性能檢測(cè)
試驗(yàn)期間每日飼喂前對(duì)每只小鼠進(jìn)行空腹稱重,記錄小鼠每天的采食量。
1.3.2 小鼠糞便性狀和便血情況記錄
試驗(yàn)期間,每天記錄各組小鼠的糞便性狀及便血情況,計(jì)算疾病活動(dòng)指數(shù)(Disease Activity Index,DAI)評(píng)分。DAI 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[15]見表2。
表1 疾病活動(dòng)指數(shù)(DAI)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)
表2 復(fù)方中草藥對(duì)小鼠生長(zhǎng)性能的影響
1.3.3 小鼠血液采集
試驗(yàn)最后一天,每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取一只小鼠,摘取眼球采血,將血液靜置1 h 后,3 000 r/min 離心20 min,吸取血清分裝于1.5 mL 的試管中,于-20 ℃保存待測(cè)。
1.3.4 小鼠結(jié)腸組織及盲腸內(nèi)容物采集
采血后,頸椎脫臼處死小鼠,于結(jié)腸中段采集2 cm 左右的組織樣品,用滅菌生理鹽水沖洗干凈,置于4%甲醛緩沖溶液中固定,用于HE 染色及石蠟切片制作。收集處死小鼠的盲腸內(nèi)容物(n=7),用于后續(xù)16S rRNA 測(cè)序分析。
1.4.1 小鼠生長(zhǎng)性能指標(biāo)測(cè)定
計(jì)算小鼠的平均日增重(Average Daily Gain,ADG),平均日采食量(Average Daily Feed Intake,ADFI)以及料重比(Feed/Gain,F(xiàn)/G)。
1.4.2 小鼠抗氧化指標(biāo)測(cè)定
血清總超氧化物歧化酶(Total Superoxide Dismutase,T-SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(Glutathione Peroxidase,GSH-Px)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、總抗氧化能力(Total antioxidant capacity,T-AOC)、過氧化氫酶(Catalase,CAT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(Glutamic Oxaloacetic Transaminase,GOT,又稱AST)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(Glutamic Pyruvic Transaminase,GPT,又稱ALT)含量,均采用購(gòu)買自南京建成研究所試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行測(cè)定。
1.4.3 小鼠血清免疫指標(biāo)測(cè)定
血清腫瘤壞死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素-10(Interleukin-10,IL-10)、白細(xì)胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)、白細(xì)胞介素-4(Interleukin-4,IL-4)含量,均采用上海酶聯(lián)生物科技有限公司生產(chǎn)的試劑盒檢測(cè)。
1.4.4 小鼠腸道形態(tài)觀察
將所采集的結(jié)腸標(biāo)本經(jīng)脫水、透明、浸蠟、包埋、修塊、切片、展片、常規(guī)蘇木精-伊紅(HE)染色等處理后,制成石蠟切片。在光學(xué)顯微鏡下用明美數(shù)碼分析系統(tǒng)(廣州市明美光電技術(shù)有限公司)在40 倍視野下拍攝圖片,測(cè)量結(jié)腸絨毛高度、隱窩深度,計(jì)算絨毛高度與隱窩深度的比值。
1.4.5 盲腸微生物測(cè)序
提取盲腸微生物基因組總DNA 并檢測(cè)DNA 質(zhì)量與濃度后進(jìn)行文庫(kù)構(gòu)建。使用HiSeq2500 的PE250 進(jìn)行測(cè)序。過濾掉低質(zhì)量reads 后,進(jìn)行序列拼接、序列過濾及去嵌合體等處理,得到優(yōu)化序列。使用Qime-Uclust 算法以97%的一致性優(yōu)化序列聚類成為操作分類單元(OTU),后續(xù)使用QIIME(V1.9.1)進(jìn)行OTU 分析、Alpha 多樣性分析及菌群結(jié)構(gòu)分析等。
經(jīng)Excel 初步整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)后,采用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析,多重比較采用Tukey 法,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,以P<0.05 為差異顯著,P>0.05 為差異不顯著。
由表2 可知,各組小鼠的體重和平均日增重沒有顯著差異(P>0.05)。與對(duì)照組相比,DSS 組和治療組小鼠平均日采食量顯著降低(P<0.05)。
由表3 可知,試驗(yàn)前各組小鼠的DAI 評(píng)分均為0,試驗(yàn)期間對(duì)照組小鼠的DAI 評(píng)分均為0 分,在試驗(yàn)的第7、13 天DSS 組和治療組小鼠的DAI 評(píng)分均高于對(duì)照組。同時(shí),第13 天治療組評(píng)分低于DSS組,但兩組評(píng)分均顯著高于對(duì)照組。
表3 復(fù)方中草藥對(duì)小鼠DAI 評(píng)分的影響
由表4 可知,與對(duì)照組相比,DSS 組和治療組的血清GSH-Px 水平顯著升高。相比于對(duì)照組,治療組T-AOC 顯著降低,而DSS 組與對(duì)照組差異不顯著。T-SOD、MDA、CAT、AST/GOT、ALT/GPT 含量在各組間差異不顯著(P>0.05)。
表4 復(fù)方中草藥對(duì)小鼠血清抗氧化指標(biāo)和肝功能指標(biāo)的影響
由表5 可知,與對(duì)照組相比,DSS 組和治療組小鼠血清IL-6 水平均顯著提高(P<0.05)。TNF-α、IL-4 和IL-10 含量在各組間均沒有顯著差異(P>0.05)。
表5 復(fù)方中草藥對(duì)小鼠血清炎癥因子的影響
由表6 可知,各組小鼠間盲腸長(zhǎng)度與結(jié)腸長(zhǎng)度均無(wú)顯著差異(P>0.05)。
表6 復(fù)方中草藥對(duì)小鼠盲腸與結(jié)腸長(zhǎng)度的影響
由表7 可知,各組小鼠間絨毛高度、隱窩深度和絨毛高度/隱窩深度均無(wú)顯著差異(P>0.05)。從小鼠結(jié)腸黏膜組織形態(tài)圖1 中可以看出,對(duì)照組的結(jié)腸組織形態(tài)完整、結(jié)構(gòu)清晰,未發(fā)生潰瘍。DSS 組與治療組小鼠結(jié)腸中均存在炎癥,其中,治療組的炎癥程度較輕。
圖1 小鼠結(jié)腸黏膜組織形態(tài)(40×)
表7 復(fù)方中草藥對(duì)小鼠腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響
對(duì)小鼠盲腸內(nèi)容物進(jìn)行16 SrRNA 基因測(cè)序,比較對(duì)照組、DSS 組與治療組之間微生物差異。在數(shù)據(jù)過濾、質(zhì)量控制和嵌合體序列去除后,獲得稀疏折射曲線顯示,各組內(nèi)的細(xì)菌組成具有足夠的OTU覆蓋率,如圖2a 所示。OTU 總數(shù)為2012 個(gè),在所有組中檢測(cè)到839 個(gè)共享OTU,如圖2b 所示。使用Bray-Curtis 相似性方法進(jìn)行的主坐標(biāo)分析表明,第一主成分和第二主成分分別解釋了樣本之間21.81%和17.99%的變化。如圖2c 所示,來(lái)自對(duì)照組的樣品可以與外顯子組區(qū)別開來(lái),而對(duì)照組和治療組均不能完全與DSS 組分開。
圖2 OTU 多樣性、相似性分析和Alpha 多樣性
α 多樣性是群落生態(tài)學(xué)中常見的物種豐度指標(biāo),也是物種豐度和均勻度的綜合指標(biāo),主要包括Chao1 指數(shù)、Ace 指數(shù)、Shannon 指數(shù)和Simpson 指數(shù)。DSS 組的Shannon 指數(shù)顯著降低(P<0.05)。Alpha多樣性數(shù)據(jù)如表8 所示,goods_coverage 被用作測(cè)序深度的指標(biāo),其值越接近1,測(cè)序深度越合理。Ace指數(shù)代表菌群豐富度,Ace 指數(shù)越大,菌群的豐富度越高,相較對(duì)照組,DSS 組的Ace 指數(shù)顯著降低(P<0.05)。基本測(cè)序深度覆蓋了樣本中的所有物種,表8 表明測(cè)序深度足夠。
表8 復(fù)方中草藥對(duì)小鼠Alpha 多樣性的影響
門和屬水平的微生物分類組成數(shù)據(jù)如圖3 所示。對(duì)門水平豐度前10 的菌群進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其中擬桿菌門和厚壁菌門占比最大(>75%),擬桿菌和厚壁菌為優(yōu)勢(shì)菌門,這與趙曉等[16]的研究一致。治療組的厚壁菌豐度高于對(duì)照組和DSS 組。對(duì)屬水平豐度前10 的菌群進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,治療組的乳酸菌屬豐度顯著高于對(duì)照組和DSS 組。
圖3 盲腸內(nèi)容物菌群門和屬的分類組成
在UC 的治療中,西醫(yī)以抑制免疫和抗炎為主要手段,活躍期的治療方法與緩解期相似。中醫(yī)則根據(jù)活動(dòng)期和緩解期采用兩步序貫治療法。在活動(dòng)期,注重內(nèi)外治療;在緩解期,主要集中于斂瘡生肌。總的來(lái)說(shuō),中醫(yī)對(duì)UC 的認(rèn)識(shí)比較深入,治療時(shí)會(huì)結(jié)合患者自身情況,這充分體現(xiàn)了中醫(yī)辨證治療的特點(diǎn)和整體觀念。目前通過服用中草藥治療UC 已經(jīng)成為一種安全且有效的方法之一。如吳東升等[17]采用芍藥湯通過抑制HIF-1α 調(diào)節(jié)Th17/Treg 平衡治療UC,李敏等[18]通過血竭對(duì)UC 大鼠療效及血清TNF-α、IL-10 的表達(dá)的影響研究以及劉建平等[19]利用泄?jié)峤舛痉綄?duì)UC 大鼠血清TLR4、MD2、IL-13 及NF-κB的影響等研究中表明,中草藥對(duì)治療UC 有積極意義。
在本試驗(yàn)中,與茶亞非等[20]對(duì)DSS 自由飲用與灌喂誘導(dǎo)小鼠UC 模型的比較的研究結(jié)果一致的是,灌喂DSS 成功誘導(dǎo)小鼠了UC 模型,降低小鼠體重、采食量及結(jié)腸長(zhǎng)度,提高DAI 評(píng)分及結(jié)腸組織病理學(xué)評(píng)分。與對(duì)照組相比,DSS 組小鼠的平均日采食量明顯降低,但是對(duì)體重和ADG 的影響不顯著,這與陳素傲等[21]DSS 誘導(dǎo)鼠UC 模型的研究的結(jié)果相似。DAI 評(píng)分是評(píng)價(jià)小鼠UC 模型的重要指標(biāo),評(píng)分反應(yīng)小鼠體重變化、糞便稀軟的程度以及糞便出血情況,分值高低與結(jié)腸炎嚴(yán)重程度呈正比。DAI 評(píng)分結(jié)果顯示DSS 誘導(dǎo)能顯著提高DAI 評(píng)分,而灌服中草藥后DAI 評(píng)分有所下降,這說(shuō)明本中草藥對(duì)緩解小鼠腸炎有一定的積極意義。
在小鼠相關(guān)血清生化指標(biāo)中,T-AOC 的水平直接反應(yīng)機(jī)體抗氧化能力的強(qiáng)弱,MDA 的水平反應(yīng)機(jī)體過氧化的程度。機(jī)體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)包括CAT、T-SOD 以及GSH-PX,它們互相協(xié)作使自由基在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡,其活性可以反映機(jī)體內(nèi)清除自由基的能力。本次試驗(yàn)結(jié)果中,DSS 成功誘導(dǎo)了小鼠結(jié)腸炎并降低了機(jī)體的抗氧化能力。與對(duì)照組相比,治療組的GSH-Px 水平顯著升高,T-AOC 顯著降低。AST、ALT 的活性與肝細(xì)胞的損傷程度密切相關(guān)[22]。肝細(xì)胞損傷越嚴(yán)重,血清中的AST、ALT 的水平越高。魚腥草的不同溶劑提取物以及其生物活性分子,已經(jīng)被證明可以有效對(duì)抗各種炎癥。吳蘋等[23]發(fā)現(xiàn)魚腥草多糖在保護(hù)肝功能方面有一定的作用。在張麗靜等[24]對(duì)荷葉堿防止小鼠高脂血癥作用及其機(jī)質(zhì)的研究和張曉云等[25]對(duì)五味子甲素對(duì)結(jié)腸炎大鼠的氧化應(yīng)激水平的調(diào)控作用的研究中表明,荷葉和五味子作為中草藥,可有效的改善超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)及GSH-Px 的活性進(jìn)而抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生。而給小鼠灌服含有五味子、魚腥草以及荷葉的中草藥并未明顯改善這一結(jié)果,說(shuō)明復(fù)方中藥的使用劑量和配比有待進(jìn)一步探索。
研究表明,結(jié)腸炎與促炎細(xì)胞因子(包括TNF-α、IL-6)的上調(diào)與抗炎細(xì)胞因子(IL-4、IL-10)的下調(diào)相關(guān)[26]。IL-6 的水平越高表明體內(nèi)的炎癥程度越高。結(jié)果如表5 所示,與對(duì)照組相比,DSS 組與治療組小鼠的血清中促炎因子IL-6 的水平顯著升高,表明DSS 促進(jìn)了炎癥的發(fā)生。這與董晶等[27]研究魚腥草對(duì)DSS 誘導(dǎo)小鼠UC 模型中的結(jié)果相似。在閆慶梓等[28]對(duì)于荷葉提取物抗炎活性的研究和劉永生等[29]對(duì)五味子甲素對(duì)UC 大鼠的保護(hù)作用的研究中,五味子和荷葉的存在有效降低了IL-6 的水平。而本試驗(yàn)治療組小鼠的血清中抗炎因子IL-4 以及IL-10 的水平?jīng)]有提升,IL-6 的水平也未降低,可能的原因是小鼠體內(nèi)炎癥過重,魚腥草以及五味子與荷葉的量不足以緩解炎癥。
結(jié)腸的長(zhǎng)度也可以用來(lái)評(píng)價(jià)UC,UC 會(huì)導(dǎo)致小鼠腸壁變厚,長(zhǎng)度縮短。梁晗業(yè)等[30]研究發(fā)現(xiàn)五味子甲素可顯著抑制結(jié)腸炎小鼠的結(jié)腸縮短。本試驗(yàn)中三組小鼠的盲腸長(zhǎng)度和結(jié)腸長(zhǎng)度均無(wú)顯著差異,可能由于小鼠結(jié)腸收縮劇烈,而本復(fù)方中草藥中五味子的含量不足以抑制結(jié)腸收縮。腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)不僅影響腸道物理屏障功能,還影響其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收[31]。絨毛高度與隱窩深度比值下降,黏膜則很可能受損,導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育受阻及機(jī)體消化能力減弱,而比值上升,則意味著腸道吸收面積增大,利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。絨毛越長(zhǎng)的動(dòng)物的消化吸收能力越強(qiáng),而隱窩變淺表明細(xì)胞成熟率上升,分泌功能增強(qiáng)。而本試驗(yàn)中小鼠各組間的絨毛長(zhǎng)度、隱窩深度和兩者比值均無(wú)顯著差異。
Eun,C.S[32]研究表明腸道微生物與腸道炎癥密切相關(guān)。宿主與腸道微生物之間存在動(dòng)態(tài)平衡,腸組織損傷往往伴隨腸道菌群發(fā)生改變。UC 患者的腸道菌群的特征之一就是厚壁菌門/擬桿菌門的比例降低,換而言之厚壁菌門/擬桿菌門比例升高,則有利于對(duì)抗UC 帶來(lái)的影響。本試驗(yàn)結(jié)果顯示,DSS 刺激下大鼠腸道菌群厚壁菌門/擬桿菌門比例為85%,而治療組的厚壁菌門/擬桿菌門比例提升至137%,說(shuō)明本試驗(yàn)中的中草藥有助于恢復(fù)DSS 刺激引起的大鼠結(jié)腸腸道菌群優(yōu)勢(shì)菌厚壁菌門與擬桿菌門的比例。而小鼠腸道中,促炎細(xì)菌增加,抗炎細(xì)菌種類減少,主要是因?yàn)楹癖诰臏p少和擬桿菌的增加。在小鼠灌服中草藥后可以看出小鼠的厚壁菌豐度顯著升高。與DSS 組相比,治療組的乳桿菌屬豐度顯著升高。乳桿菌是厚壁菌門中的有益菌,具有抗致病菌,增強(qiáng)上皮屏障、調(diào)節(jié)免疫等功能,其主要通過分泌短鏈脂肪酸阻止致病菌侵入與增殖,減少腸道炎癥的發(fā)生[33]。有研究表明Alistipes 在結(jié)直腸癌中有致病性。與對(duì)照組相比,DSS 組的Alistipes 豐度顯著升高,而治療組Alistipes 豐度相對(duì)DSS 組顯著降低,這表明本試驗(yàn)中中草藥對(duì)于調(diào)節(jié)DSS 誘導(dǎo)小鼠的腸道菌群有積極作用。
本試驗(yàn)所用復(fù)方中草藥對(duì)于改善DSS 誘導(dǎo)的小鼠UC 有積極意義,但還需要進(jìn)一步調(diào)整中藥成分及成分比例。
佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2023年5期