慢传输型便秘(slow transit constipation,STC)属于功能性便秘,是一种临床常见的胃肠动力障碍疾病,主要病理特征是肠道传输能力减弱、传输时间延长、结肠推进收缩减少,可导致患者排便减少、无便意或有便意但难以自主排出粪便,病情长期进展还会诱发结直肠癌,会对患者生活质量及身心健康造成很大影响
[1-2]。肠道动力减弱是STC的重要病理改变,肠神经传递异常及肠道炎症是引发肠道动力减弱的主要病理因素,通过提高5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)水平及其受体5-羟色胺受体3(5-hydroxytryptamine3 receptor,5-HT3R)表达并减少肠道炎症细胞浸润,可有效改善肠道传递功能,缓解便秘症状
[3-4]。胆汁酸G蛋白偶联受体5(takeda G protein-coupled receptor 5,TGR5)可调控肠道微生物群平衡和胆汁酸受体表达,并在肠道动力的维持中发挥关键作用,激活TGR5信号可通过改善肠道微生物群平衡而减轻肠道炎症,进而保护脂多糖诱导的小鼠肠道屏障功能
[5],TGR5与瞬时受体电位锚蛋白1(transient receptor potential ankyrin 1,TRPA1)结合可刺激5-HT产生并提高胃肠动力和粪便含水量,阻断TGR5/TRPA1信号传导可显著减轻小鼠胆囊切除术后腹泻
[6],另外Chen ZH等
[7]的研究表明枯草芽孢杆菌可通过激活TGR5/TRPA1信号促进内皮细胞释放5-HT,从而促进STC小鼠肠蠕动并改善其便秘症状,由此可知TGR5/TRPA1是防治STC的重要靶点。四磨汤由人参、乌药、槟榔、沉香组成,最早出自《严氏济生方》,是治疗功能性消化不良的一种常用中药方剂,疗效显著且有较好安全性
[8],四磨汤还可从多靶点多途径调节神经活性并发挥抗炎症反应,进而通过改善肠道蠕动功能来治疗STC
[9],但四磨汤的药理机制是否是调节TGR5/TRPA1信号传导目前尚未研究清楚。本文通过制备STC大鼠模型,探究四磨汤通过调节TGR5/TRPA1信号通路对其肠道动力的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验动物
SD雄性大鼠(鼠龄约7周,体质量220~250 g)由川北医学院动物实验中心提供,动物生产许可证号是SCXK(川)2018-18,在标准环境动物房中喂养:温度22~26℃、湿度55%~60%、12/12 h黑暗/光照循环。
1.1.2 主要试剂与仪器
复方地芬诺酯片(规格:盐酸地芬诺酯2.5 mg及硫酸阿托品25 μg/片,批准文号:国药准字H19983061),购自山东达因海洋生物制药股份有限公司;四磨汤中药饮片(人参、乌药、槟榔、沉香),购自四川新荷花中药饮片股份有限公司;SBI-115(批号:M00182,纯度:99.61%),购自美国Selleck生物科技有限公司;苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色试剂盒、大鼠白细胞介素(interleukin,IL)-6、IL-1β、5-HT酶联免疫吸附测定(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)试剂盒,购自上海科艾博生物技术有限公司;辣根过氧化物酶(Horseradish Peroxidase,HRP)标记山羊抗兔二抗、兔源抗大鼠TGR5、5-HT3R、β-actin、TRPA1一抗,购自美国CST公司;(抗兔和小鼠HRP-DAB)免疫组化检测试剂盒,购自杭州斯达特生物科技有限公司等。
HU-1肌力换能器、SLY-B生理记录仪,购自上海艾研生物科技有限公司;AEM石蜡切片机,购自常州市郝思琳医用仪器有限公司;BA410显微镜,购自麦克奥迪实业集团有限公司;SpectraMAX Plus384酶标分析仪,购自美谷分子仪器有限公司;165-8033垂直电泳套装,购自美国Bio-Rad公司等。
1.2 方法
1.2.1 制备STC大鼠模型并分组给药
采用复方地芬诺酯混悬液灌胃法复制STC大鼠模型,具体参考文献[
10]:复方地芬诺酯片研碎后置于生理盐水中,制成15 mg/mL的复方地芬诺酯混悬液,取SD大鼠以10 mL/(kg·d)的剂量灌胃,持续灌胃4周后禁食不禁水24 h,然后灌胃150 g/L的活性炭混悬液10 mL/mL,自灌胃完毕后立即开始计时,记录造模大鼠首粒黑便排出时间,若其相比正常大鼠显著升高,即表明STC模型制备成功,随机数字表法分为模型组、四磨汤低剂量组、四磨汤高剂量组、四磨汤高剂量+SBI-115组,每组10只,另取10只SD大鼠腹腔注射等剂量生理盐水设为对照组。
造膜完成后对大鼠进行分组处理:取中药饮片人参6 g、乌药6 g、槟榔9 g、沉香6 g加水以传统方法煎煮2次后过滤,合并滤液后浓缩制成0.18、0.36 g/mL的四磨汤药液
[11],取四磨汤药液加入SBI-115制成0.36 g/mL的四磨汤和8 mg/mL的SBI-115
[12]混合药液,四磨汤低剂量(1.8 g/kg)组、四磨汤高剂量(3.6 g/kg)组、四磨汤高剂量(3.6 g/kg)+SBI-115(55.4 mg/kg)组大鼠均灌胃10 mL/kg的相应药液,模型组、对照组大鼠均灌胃10 mL/kg的生理盐水,灌胃1次/d,持续灌胃14 d。
1.2.2 测量各组大鼠首粒黑便排出时间、6 h内排便粒数及排便重量、小肠炭末推进率、结肠平滑肌收缩力并采集标本
末次给药后24 h,各组大鼠禁食不禁水24 h,然后灌胃150 g/L的活性炭混悬液10 mL/mL,自灌胃完毕后立即开始计时,记录造模大鼠首粒黑便排出时间,并计数6 h内大鼠排便粒数,并称量其质量作为6 h内大鼠排便重量。
小肠炭末推进率测定:大鼠排便情况检测结束后,大鼠禁食不禁水12 h后灌胃150 g/L的活性炭混悬液10 mL/mL,40 min后以颈椎脱臼法处死大鼠,取大鼠幽门到盲肠之间的小肠,放在白色测量上板拉平,测量小肠总长度及炭末推进长度(即为炭末自幽门到小肠中推进的最远处的距离),算出各组大鼠小肠炭末推进率,计算公式:小肠炭末推进率(%)=炭末推进长度/小肠总长度×100%。
各组大鼠通过吸入乙醚进行麻醉,颈椎脱臼处死各组大鼠后剪开腹部,取一段结肠,漂洗后剪下约0.5 g结肠组织投入RAPI裂解液中,高速研磨后离心(4 ℃、20 min、3 000 rpm/min),采集各组大鼠结肠组织样品液后以BCA法测量其中总蛋白浓度,标记组别名称后存在-80 ℃冰箱中备用;剩余结肠组织依次投入10%甲醛、30%蔗糖中进行固定后脱水,以热石蜡包埋后在石蜡切片机中进行连续病理切片备用。
结肠平滑肌收缩力测定:剪取各组大鼠距肛门约6 cm处的一段结肠,置于持续通入95%氧气和5%二氧化碳混合气体的Krebs液中,采用精细镊子剥除结肠黏膜层与其下层组织,沿纵行肌纤维走向将结肠纵行平滑肌剪为2 mm×8 mm左右的肌条,用医用丝线扎牢肌条两端后挂在含有上述混合气体的恒温浴槽中,肌条一端固定在浴槽底部,另一端固定在肌力换能器上,且肌力换能器连接生理记录仪,将肌条的初始负荷调整为1.0 g并在Krebs液中平衡1 h后测定各组大鼠平滑肌肌条基础状态下的收缩力。
1.2.3 以HE染色检测各组大鼠结肠病理形态
各只大鼠取出1.2.2中的结肠组织切片3张后用二甲苯脱蜡,然后依次孵育100%、95%、90%、80%、70%乙醇溶液进行水化处理,以蒸馏水漂洗后行HE染色,具体操作按照HE染色试剂盒说明指导进行,以蒸馏水再次漂洗后进行封片处理,在显微镜中观察各组大鼠结肠组织病理形态并选任意视野拍照。
1.2.4 以免疫组织化学染色检测各组大鼠结肠组织5-HT3R表达
各只大鼠取出1.2.2中的结肠组织切片3张,以1.2.3中的方法进行脱蜡、水化、漂洗后在0.01 mol/L柠檬酸缓冲液进行抗原修复,采用3% H2O2溶液灭活内源性酶后以5%山羊血清进行封闭,孵育按1∶100稀释的兔源抗大鼠5-HT3R一抗,以PBS漂洗3次,然后采用免疫组化检测试剂盒孵育抗兔二抗并进行免疫及DAB染色,以PBS漂洗3次后封片,在显微镜中观察各组大鼠结肠组织着色情况并选任意视野拍照,用数据分析系统Halo定量图像中被染为棕色的5-HT3R阳性面积及视野总面积,算出各组大鼠结肠组织5-HT3R阳性表达,计算公式:5-HT3R阳性表达(%)=5-HT3R阳性面积/视野总面积×100%。
1.2.5 以ELISA试剂盒测量各组大鼠结肠组织5-HT与炎症因子IL-6、IL-1β水平
取出1.2.2中的各组大鼠结肠组织样品液,放入4℃冰箱中解冻后每组取出200 μL采用ELISA试剂盒测量其中5-HT、IL-6、IL-1β水平,具体步骤按各自试剂盒说明指导进行。
1.2.6 以免疫印迹法检测各组大鼠结肠组织TGR5/TRPA1通路蛋白表达
取1.2.5中的各组大鼠结肠组织样品液与等体积上样缓冲液混匀,加热变性其中总蛋白后每组取15 μg上样,在120V恒压下进行SDS-PAGE凝胶电泳,在将分离后的蛋白通过湿式转印移到PVDF膜上,膜上蛋白以3%牛血清白蛋白进行封闭,然后分别孵育按1∶1 000稀释的兔源抗大鼠TGR5、β-actin、TRPA1一抗,孵育按1∶2 000稀释的HRP标记山羊抗兔二抗,化学发光试剂显影后扫描采集各组蛋白图像,以Image-Quant软件定量计算各组TGR5、TRPA1与内参蛋白β-actin的灰度值比值,即为各组TGR5、TRPA1蛋白相对表达。
1.3 统计学方法
用SPSS 24.0软件对本实验数据进行统计分析,计量资料采用均数±标准差(x±s)表示,组间差异比较进行单因素方差分析,两两差异进一步比较行LSD-t检验。检验水准α=0.05。
2 结 果
2.1 四磨汤对STC大鼠首粒黑便排出时间及6 h内排便粒数、排便重量的影响
与对照组比较,模型组大鼠首粒黑便排出时间明显升高(
P<0.05),6 h内排便粒数、排便重量明显降低(
P<0.05);与模型组比较,四磨汤低剂量组、四磨汤高剂量组大鼠首粒黑便排出时间均降低(
P<0.05),6 h内排便粒数、排便重量均升高(
P<0.05);与四磨汤低剂量组比较,四磨汤高剂量组大鼠首粒黑便排出时间降低(
P<0.05),6 h内排便粒数、排便重量升高(
P<0.05);与四磨汤高剂量组比较,四磨汤高剂量+SBI-115组大鼠首粒黑便排出时间升高(
P<0.05),6 h内排便粒数、排便重量降低(
P<0.05)。见
表1。
2.2 四磨汤对STC大鼠小肠炭末推进率、结肠平滑肌收缩力的影响
与对照组比较,模型组大鼠小肠炭末推进率、结肠平滑肌收缩力明显降低(
P<0.05);与模型组比较,四磨汤低剂量组、四磨汤高剂量组大鼠小肠炭末推进率、结肠平滑肌收缩力均升高(
P<0.05);与四磨汤低剂量组比较,四磨汤高剂量组大鼠小肠炭末推进率、结肠平滑肌收缩力升高(
P<0.05);与四磨汤高剂量组比较,四磨汤高剂量+SBI-115组大鼠小肠炭末推进率、结肠平滑肌收缩力降低(
P<0.05)。见
表2。
2.3 四磨汤对STC大鼠结肠组织病理形态的影响
对照组大鼠结肠组织结构清晰完整,无病理改变;模型组大鼠结肠组织发生明显病理损伤:组织结构受损改变,杯状细胞减少缺失,组织内有炎性细胞浸润;与模型组比较,四磨汤低剂量组、四磨汤高剂量组大鼠结肠组织病理损伤均减轻,且四磨汤高剂量组结肠组织病理损伤减轻程度更大;与四磨汤高剂量组比较,四磨汤高剂量+SBI-115组大鼠结肠组织病理损伤加重。见
图1。
2.4 四磨汤对STC大鼠结肠组织5-HT3R表达的影响
与对照组比较,模型组大鼠结肠组织5-HT3R阳性表达明显降低(
P<0.05);与模型组比较,四磨汤低剂量组、四磨汤高剂量组大鼠结肠组织5-HT3R阳性表达均升高(
P<0.05);与四磨汤低剂量组比较,四磨汤高剂量组大鼠结肠组织5-HT3R阳性表达升高(
P<0.05);与四磨汤高剂量组比较,四磨汤高剂量+SBI-115组大鼠结肠组织5-HT3R阳性表达降低(
P<0.05)。见
图2、
表3。
2.5 四磨汤对STC大鼠结肠组织5-HT与炎症因子IL-6、IL-1β水平的影响
与对照组比较,模型组大鼠结肠组织IL-6、IL-1β水平明显升高(
P<0.05),5-HT水平明显降低(
P<0.05);与模型组比较,四磨汤低剂量组、四磨汤高剂量组大鼠结肠组织IL-6、IL-1β水平均降低(
P<0.05),5-HT水平均升高(
P<0.05);与四磨汤低剂量组比较,四磨汤高剂量结肠组织IL-6、IL-1β水平降低(
P<0.05),5-HT水平升高(
P<0.05);与四磨汤高剂量组比较,四磨汤高剂量+SBI-115组大鼠结肠组织IL-6、IL-1β水平升高(
P<0.05),5-HT水平降低(
P<0.05)。见
表4。
2.6 四磨汤对STC大鼠结肠组织TGR5/TRPA1通路蛋白表达的影响
与对照组比较,模型组大鼠结肠组织TGR5、TRPA1蛋白表达明显降低(
P<0.05);与模型组比较,四磨汤低剂量组、四磨汤高剂量组大鼠结肠组织TGR5、TRPA1蛋白表达均升高(
P<0.05);与四磨汤低剂量组比较,四磨汤高剂量组大鼠结肠组织TGR5、TRPA1蛋白表达升高(
P<0.05);与四磨汤高剂量组比较,四磨汤高剂量+SBI-115组大鼠结肠组织TGR5、TRPA1蛋白表达降低(
P<0.05)。见
图3、
表5。
3 讨 论
如今临床中还没有治疗STC的特效药和治愈方法,主要采用泻剂、促动力剂、手术等方法进行对症治疗,但因耐药性、不良反应、禁忌证等问题,很多患者的治疗效果并不理想,因此还需要寻找更有效且安全性高的新型治疗方法
[13-14]。本文采用复方地芬诺酯混悬液灌胃法制备STC模型,结果显示,造模大鼠禁食不禁水24 h后灌胃150 g/L的活性炭混悬液10 mL/mL,自灌胃完毕开始计时,大鼠首粒黑便排出时间相比正常大鼠显著升高,表明STC大鼠模型制备成功。
中药具有多成分、多途径、多靶点起效的特性,且其安全性也比较高,是近年来STC治疗的热点研究领域,中医理论将STC归属于“便秘”范畴,气机瘀滞、通降失调、大肠传导失常导致糟粕内停使STC的基本病机,应以行气、导滞、通便为基本治疗原则,四磨汤由人参、乌药、槟榔、沉香四种药材组成,其中乌药可宣通三焦气机、行气导滞、温通止痛而为君药,沉香可降气归元而为臣药,槟榔可降逆下气、消积导滞且人参可补气生津而共为佐药,诸药合用邪正兼顾,起到行气扶正、破滞降逆、通便导滞的功效,对STC可起到较强治疗作用
[9],研究显示四磨汤可增强胃肠蠕动功能,进而改善肝脾气滞证功能性消化不良大鼠症状
[15],四磨汤加味方可明显增强慢性阻塞性肺疾病急性加重期伴Ⅱ型呼吸衰竭患者无创通气治疗后胃肠动力,促使其胃肠功能恢复并减轻其腹胀症状
[16]。本文结果显示,以四磨汤处理STC大鼠,可减轻其结肠组织病理损伤,降低其首粒黑便排出时间、结肠组织IL-6及IL-1β水平并升高其6h内排便粒数、排便重量、小肠炭末推进率、结肠平滑肌收缩力、结肠组织5-HT3R阳性表达、5-HT水平,表明四磨汤可抑制炎症反应,减轻STC大鼠肠道病理损伤,促进5-HT分泌并提高其受体表达水平,增强大鼠结肠平滑肌收缩力及肠道动力,促进其排便,最终改善其便秘症状,进一步证实了四磨汤对STC的治疗功效。
肠道神经元的丢失和肠道炎症已被证明是影响胃肠道运动并引发STC的主要原因,通过减轻肠道炎症、促进神经递质5-HT产生释放、改善肠道神经传递功能可有效促进肠道蠕动,减轻便秘症状
[3,17-18]。TGR5/TRPA1信号可通过调控5-HT能突触功能、炎症来参与介导肠道运动功能,与STC的发生发展关系密切
[5-7],增强TGR5、TRPA1的表达可增加5-HT的产生分泌,并通过减轻结肠组织病理损伤、提高肠道动力来改善STC大鼠便秘症状
[19],上调TRPA1可促进5-HT释放及平滑肌运动,改善肠道微生物群平衡,进而促进STC小鼠排便。本文结果显示,STC大鼠结肠组织TGR5、TRPA1蛋白表达相对对照组大鼠明显降低,以四磨汤处理可逆转其蛋白变化趋势,表明TGR5/TRPA1通路参与介导四磨汤对STC大鼠肠道动力的增强作用;以四磨汤和TGR5抑制剂SBI-115联合处理,可减弱四磨汤单独处理对STC大鼠的抗压作用,削弱其对STC大鼠5-HT分泌、5-HT受体表达的促进作用,拮抗其对STC大鼠结肠平滑肌收缩力、肠道动力的增强作用及对排便的促进作用,最终逆转其对STC大鼠便秘症状的改善作用,揭示四磨汤增强STC大鼠肠道动力是通过激活TGR5信号实现的。
综上所述,四磨汤可上调TGR5、TRPA1蛋白表达,提升5-HT分泌及其受体5-HT3R表达水平,抑制STC大鼠肠道炎症并减轻其结肠组织病理损伤,增强大鼠结肠平滑肌收缩力及肠道动力,促使其排便,最终改善其便秘症状,刺激TGR5/TRPA1信号激活可能是四磨汤治疗STC大鼠的药理机制之一,本文为四磨汤在STC的临床治疗中的应用提供了新的科学依据,初步探索了其药理机制,有助于四磨汤在临床治疗便秘中的合理应用。