骨质疏松症(radiation proctitis,OP)属于临床常见的慢性进展性疾病之一,OP患者后期发生骨折风险居高且难以自愈。近年OP发病率呈现上升趋势,对患者的生存质量造成威胁。在中医学中将OP归属于“骨痿”“骨痹”等,病机属肝肾亏虚,髓失所养导致骨痿
[1]。钙是人体重要的骨矿物质元素,其减少和丢失能够引起骨密度下降并最终导致OP的发生
[2]。人参皂苷Rg
3提取自五加科植物人参,既往研究显示,人参皂苷Rg
3能够有效抑制炎症介质释放,保护肠道黏膜,调控骨重塑及骨代谢
[3-4],但其是否通过干预Notch信号通路来影响OP发病机制尚不清楚。本研究建立OP大鼠模型并通过人参皂苷Rg
3进行干预治疗,探究人参皂苷Rg3调控Notch信号通路对OP大鼠骨代谢及肠钙吸收的影响机制。
1 资料与方法
1.1 仪器与试剂
人参皂苷Rg
3(英文名:20(R)Ginsenoside Rg
3,分子式:C
42H
72O
13,分子量:785.013,规格:50 mg,纯度:98%,批号:20200210,维克奇生物),分子结构图见
图1。阿仑膦酸钠维D3片(固邦佳,70 mg:2800IU*1片 ,国药准字H20110079,石药集团欧意药业有限公司),双能 X 线骨密度仪(DXA-800E,徐州品源),荧光显微镜(DM1000,日本OLYMPAS),超净工作台(苏州净化),荧光定量PCR仪(ABI公司,型号:STEPONE PLUS);酶联免疫检测仪(美国BIO-RAD);TUNEL(KGA7071,江苏凯基);Masson三色染试剂盒(GP1038,武汉谷歌生物);OPG、PINP、TRACP及CTX-I ELISA试剂盒均购自上海联硕;1,25-D3-MARRS及Jagged1、Notch1、Hes1相关抗体均购自北京百奥莱博。
1.2 实验动物
3个月龄SPF级雌性Wistar大鼠60只,体质量(250±20) g,购自甘肃中医药大学实验动物中心,动物质量合格证号:SCXK(甘)2020-0001。所有动物适应性喂养1周后开始实验造模。本实验经甘肃中医药大学动物伦理委员会审核批准。
1.3 方法
1.3.1 动物分组与造模
按照随机数字法将大鼠分为4组,分别为空白组、模型组、阳性组及实验组,每组大鼠各15只。除空白组外,其他3组大鼠均采用去势(OVX法)法制备OP大鼠模型。本次实验大鼠均OP造模成功。
1.3.2 干预
按照实验动物与人用药量的新换算方法
[5]计算大鼠给药量,空白组及模型组生理盐水灌胃[10 mL/(kg·d)],阳性组给予阿仑膦酸钠维D3灌服(每周6.25 mg/kg),实验组给予人参皂苷Rg
3[80 mg/(kg·d)]灌胃治疗,连续干预治疗12周。
1.4 指标检测
1.4.1 骨密度检测
大鼠处死后,取各组大鼠部分股骨、胫骨组织,使用双能X线骨密度仪进行骨密度检测并对数据进行分析,计算骨密度值。
1.4.2 ELISA法检测
大鼠麻醉后,腹主动脉取血2 mL,置于离心机中,转速2 500 r/min,离心半径10 cm,离心20 min,取上清液,ELISA法检测OP大鼠血清中OPG、PINP、TRACP及CTX-I含量水平变化。
1.4.3 Masson 染色
大鼠处死后,取部分小肠黏膜组织切片常规脱蜡,苏木素染色10 min,酸性乙醇分化后水洗,Masson蓝化液返蓝,蒸馏水洗后弱酸工作液洗涤,脱水,二甲苯透明后树胶封固。
1.4.4 TUNEL法检测细胞凋亡变化
取各组大鼠小肠黏膜部分组织,置于4%多聚甲醛溶液内浸泡24 h,不同浓度乙醇按顺序脱水后,切片,脱蜡后将标本置于苏木精中进行染色15 min,最后脱水透明10 min,TUNEL试剂盒检测各组肠黏膜组织切片标本中细胞凋亡情况,激光共聚焦显微镜观察。
1.4.5 免疫组化检测1,25-D3-MARRS蛋白表达
取各组部分肠黏膜组织切片,脱蜡水化后,3%过氧化氢溶液浸泡10 min阻断内源性过氧化物酶处理,然后将切片煮沸以进行抗原修复,5%山羊血清孵育分别加入一抗、二抗处理,用PBS洗5次后加入DAB显色,苏木精复染蓝化后,显微镜下观察捕获图像。
1.4.6 Western blot法检测Jagged1、Notch1、Hes1蛋白量表达变化
RIPA裂解缓冲液加入黏膜组织中,冰上固定30 min,提取组织中的总蛋白,BCA蛋白测定试剂盒测定各组黏膜组织中蛋白质的浓度。SDS-PAGE对蛋白进行等量分离后移至PDVF膜上,4 ℃下添加一抗与β-actin(1∶500)孵育过夜。洗涤后添加二抗(1∶500)放置在常温下孵育2 h。ECL试剂进行显影并对蛋白相对表达水平进行分析。
1.4.7 RT-PCR法检测Jagged1、Notch1、Hes1mRNA表达变化
液氮研磨冻存的大鼠肠黏膜组织,按照试剂盒说明提取总RNA,进行反转录及扩增目的基因,实时荧光定量PCR法检测肠黏膜组织Jagged1、Notch1、Hes1 mRNA的表达情况。DNA扩增条件:95 ℃预变性10 min,PCR循环后再变性15 s,60 ℃退火1 min,共40个循环。引物:Jagged1上游:GGACTTTCTGAGGGAGGT,下游:CAGTCAGGGCGTTAGATCT;Notch1上游:CAGGGCCTAGAAGCAGGCT,下游:CCGTAACGATCCGATGT;Hes1上游:CGAGAAGTTCAGGCTAG,下游:TCAGCATCTAAGAACGGT;β-actin上游:TGGTGGATATGCATCCCG,下游:GTTAGTTCGCCGTAT。结果以2-ΔΔ Ct 表示。
1.5 统计学方法
采用SPSS 26.0统计软件进行分析,计量资料以均数±标准差(x±s)表示,2组间比较分别实施LSD-t检验,多组间比较采用单因素方差分析。检验水准α=0.05。
2 结果
2.1 股骨、胫骨骨密度比较
与空白组比较,造模后各组大鼠股骨、胫骨骨密度明显降低(
P<0.05);与模型组比较,阳性组及实验组大鼠股骨、胫骨骨密度明显升高(
P<0.05),见
表1。
2.2 血清OPG、PINP、TRACP及CTX-I含量比较
与空白组比较,模型组大鼠血清中OPG、PINP明显降低,TRACP、CTX-I含量明显升高(
P<0.05);干预治疗6周后,与模型组比较,阳性组及实验组大鼠OPG、PINP明显升高,TRACP、CTX-I含量明显降低(
P<0.05);其中实验组与阳性组对比,差异无统计学意义(
P>0.05),见
表2。
2.3 肠黏膜组织胶原纤维变化比较
Masson染结果显示,正常组大鼠肠黏膜组织正常,无明显胶原增生;造模后,模型组大鼠黏膜下层出现明显胶原纤维增生;与模型组比较,干预治疗后,大鼠肠黏膜组织胶原纤维增生程度明显降低(
图2)。
2.4 肠黏膜组织细胞凋亡情况比较
TUNEL染色提示蓝色荧光为正常细胞核,绿色荧光为凋亡细胞的分布。结果显示,空白组大鼠肠黏膜组织中细胞正常表达,绿色荧光极少;模型组大鼠造模后绿色荧光增多,提示免疫应答发生,细胞凋亡增加;干预治疗后,大鼠肠黏膜组织中细胞凋亡情况明显减少(
图3)。
2.5 肠黏膜组织中1,25-D3-MARRS蛋白表达比较
与空白组比较,大鼠造模后肠黏膜组织中1,25-D
3-MARRS蛋白表达量明显下降(
P<0.05);与模型组比较,干预治疗后,大鼠肠黏膜组织中1,25-D
3-MARRS蛋白表达量明显升高(
P<0.05)(
表3、
图4)。
2.6 肠黏膜组织中Jagged1、Notch1、Hes1蛋白表达
与空白组比较,造模后模型组大鼠肠黏膜组织中Jagged1、Notch1蛋白表达量明显下降,Hes1蛋白表达量明显上升(
P<0.05);与模型组比较,干预治疗后,阳性组及实验组Jagged1、Notch1蛋白表达量明显上升,Hes1蛋白表达量明显下降(
P<0.05)(
表4、
图5)。
2.7 肠黏膜组织中Jagged1、Notch1、Hes1 mRNA表达水平比较
与空白组比较,造模后模型组大鼠肠黏膜组织中Jagged1、Notch1mRNA表达量明显下降,Hes1 mRNA表达量明显上升(
P<0.05);与模型组比较,干预治疗后,阳性组及实验组Jagged1、Notch1mRNA表达量明显上升,Hes1mRNA表达量明显下降(
P<0.05)(
表5)。
3 讨 论
骨代谢及肠钙吸收异常是OP的重要特征,OP肠钙吸收异常早期会出现组织间氧自由基损伤,生物膜脂质逐步发生过氧化导致细胞损伤加剧,多种炎性信号通路被激活,产生大量炎症细胞因子并引发细胞凋亡进程
[5-6]。目前西医学治疗OP导致的骨代谢及肠钙吸收异常主要以营养支持辅助肠黏膜保护措施为主,患者常出现不良反应,且易复发。
人参皂苷Rg
3提取自五加科植物人参,是人参的主要药效成分之一。研究发现
[7-8],人参皂苷可以明显增加骨代谢,参与多种骨细胞的凋亡与自噬过程。人参皂苷Rg
3能够有效调节免疫系统,控制炎症介质,调控骨重塑及骨代谢,有效保护肠道黏膜,促进肠钙吸收
[9-10]。
钙作为细胞代谢中重要的骨矿物质元素,其减少及丢失是引起骨密度下降及OP发生的主要原因之一,而机体内钙的吸收与1,25-D3-MARRS蛋白存在密切关系。1,25-D3-MARRS是体内维生素D的活性形式,可在小肠、骨等多种器官组织中表达,对人体钙磷代谢及骨细胞分化及骨的吸收有重要作用
[11-12]。研究发现,1,25-D3-MARRS在小肠内与受体蛋白结合后,激活磷脂酶A2及磷脂酶C,从而促进钙磷在小肠内迅速吸收
[13]。本研究还发现,OP大鼠造模后,1,25-D3-MARRS含量下降,骨密度明显降低,这说明大鼠肠道钙的吸收下降,促进骨质疏松的发生,而经过治疗后,1,25-D3-MARRS含量及骨密度均发生改善,说明人参皂苷Rg
3促进了大鼠肠道内1,25-D3-MARRS的增加,改善了OP大鼠的骨密度。
Notch通路是一类高保守的细胞表面受体通路,影响多种细胞正常形态的发生,包括多能祖细胞的分化、凋亡、增殖及细胞边界的形成等过程,研究指出
[14],Notch通路能够调节组织中骨代谢及骨重建,调控骨吸收及骨形成过程。而OPG、PINP、TRACP及CTX-I等是破骨细胞形成、分化和调节的关键因子
[15-16]。Canalis E等
[17]研究表明,骨细胞中Notch通路表达能促进小鼠血清OPG含量增加,从而抑制骨吸收过程。Jagged1是Notch的主要配体之一,Notch1是Notch信号分子的主要受体之一,Hes1是主要的靶分子;相邻细胞之间Jagged1及Jagged1分子在靶分子Hes1作用下通过受体与配体的结合传递Notch信号,从而扩大并固化细胞间的分子差异,影响细胞形态发生。本研究发现,OP大鼠造模后血清中OPG、PINP、TRACP及CTX-I含量发生明显变化,细胞凋亡程度增加,肠纤维化及炎症水平均发生变化,这表明OP大鼠造模后体内细胞凋亡程度增加,骨的形成和吸收发生改变,这与OP的病理表现一致。大鼠在人参皂苷 Rg
3干预治疗后,OPG、PINP、TRACP及CTX-I等标志物水平均明显改善,细胞凋亡减轻,肠纤维化改善,这与以往学者
[18]研究结果一致。本研究结果还显示,大鼠造模后Notch通路相关蛋白Jagged1、Notch1、Hes1表达明显变化,但经人参皂苷Rg
3干预治疗后,相关蛋白表达趋向好转,这说明人参皂苷Rg
3干预了OP大鼠Notch通路的表达,影响OP大鼠肠黏膜组织细胞凋亡,改善组织纤维化,促进钙吸收,改善肠黏膜功能。
综上所述,人参皂苷Rg3能够有效改善OP大鼠骨代谢水平及肠吸收功能,改善肠黏膜组织纤维化及细胞凋亡过程,促进肠道钙吸收。