对乙酰氨基酚(acetaminophen,APAP)是一种广泛使用的解热镇痛药物。在不合理用药和一些意外因素的作用下,服用APAP可能导致肝损伤,严重肝损伤甚至可能导致急性肝功能衰竭
[1]。目前,N-乙酰半胱氨酸(N-acetylcysteine,NAC)是临床上抢救APAP肝损伤患者的首选药物
[2]。NAC是细胞内谷胱甘肽(glutathione,GSH)合成的重要前体,其通过促进GSH合成、降低活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平并参与恢复三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)能量供应来发挥解毒作用
[3]。然而,NAC的治疗时间窗窄,可能出现恶心、呕吐和过敏等不良反应,限制了其临床应用
[4]。因此,寻找一种安全有效的药物来减轻APAP引起的肝损伤具有重要意义。铁死亡是一种铁依赖性细胞死亡,其特征不同于已知的细胞死亡形式
[5]。铁死亡主要特征是细胞内脂质过氧化物的积累和氧化还原失衡
[6]。铁死亡在药物性肝损伤、酒精性肝病、非酒精性脂肪性肝炎、病毒性肝炎、肝纤维化和其他肝病中发挥重要作用
[7-8]。铁死亡可作为APAP诱导的肝损伤的潜在治疗靶点
[9]。表儿茶素(epicatechin,EC)是由绿茶中提取的一种天然黄酮类化合物,由于其抗炎和抗氧化作用,因此对许多疾病具有治疗作用
[10-11]。EC可通过减轻核因子κB (nuclear factor-κB, NF-κB)和丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen-activated protein kinase,MAPK)活化抑制脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的肺损伤
[12]。EC可通过NF-κB和NOD样受体家族Pyrin域蛋白3 (NOD-like receptor family Pyrin domain containing protein 3,NLRP3)激活减轻炎症抑制痛风性关节炎
[13]。EC减弱了LPS诱导的乳腺炎和牛乳腺上皮细胞中炎症因子的产生
[14]。EC是否对APAP诱导的肝损伤具有保护作用目前尚未完全阐明。本研究探讨EC对APAP诱导小鼠肝损伤的保护作用,并阐明其作用机制,为治疗APAP诱导的肝损伤提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物、主要试剂和仪器
60只SPF级C57BL/6J小鼠购自辽宁长生生物技术有限公司,实验动物生产许可证号:SCXK(辽)2020-0001。所有小鼠严格按照SPF级饲养条件喂养,饲养温度15 ℃~25 ℃,自由饮食饮水。EC(纯度>98%)(货号:490-46-0)购自成都瑞芬思德丹生物科技有限公司,APAP(货号:AS511450)购自美国Sigma 公 司, 天冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase,AST)(货号:ml095196)和丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase,ALT)(货号:ml095164)检测试剂盒购自上海酶联生物有限公司,肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)(货 号:430904) 和 白 细 胞 介 素 1β(interleukin-1β,IL-1β)(货号:432604)酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)试剂盒购自美国Biolegend公司,髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)(货号:A044-1-1)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)(货号:A003-1-2)、ATP(货号:A095-1-1)、GSH(货号:A005-1-2)和亚铁离子(ferrous ions,Fe2+)(货号:A039-2-1)检测试剂盒购自南京建成生物制剂有限公司,NF-κB(货号:#8242)和核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)(货号:#33649)信号通路抗体以及NK-κB 抑 制 剂 α(inhibitor of NF-κB α,IκBα)抗体(货号: #4812)、 磷酸化IκBα(phosphorylated IκBα,p-IκBα)抗体(货号:#2859)和血红素加氧 酶1(heme oxygenase-1,HO-1) 抗 体(货号:#43966)购自美国CST公司。全自动酶标仪(型号:ELX800)购自美国Bio-Tek公司,全自动显微镜(型号:SMZ645)购自日本Nikon公司,转膜仪(型号:GelDoc Go)和蛋白凝胶成像仪(型号:GelDoc XR+)购自美国Bio-Rad公司,电泳仪(型号:JC600D)购自北京六一仪器厂。
1.2 实验动物分组和给药
60只C57BL/6J小鼠随机分为空白对照组、APAP模型组、低剂量(10 mg·kg-1)EC组、中剂量(20 mg·kg-1)EC组和高剂量(40 mg·kg-1)EC组, 每组12只。 空白对照组小鼠给予等体积的磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS),APAP模型组小鼠腹腔注射APAP(200 mg·kg-1),低、中和高剂量EC组小鼠在APAP注射前1 h分别腹腔注射10、20和40 mg·kg-1 EC。Nrf2缺陷小鼠(Nrf2-/-小鼠)购自美国缅因州巴尔港杰克逊实验室,来源于129×B6 F1背景,通过与C57B6/J种系杂交超过6代获得。36只Nrf2-/-小鼠随机分为对照组、APAP组和APAP+EC组,每组12只。对照组:小鼠接受等体积的PBS缓冲液,APAP组:小鼠腹腔注射APAP(200 mg·kg-1),APAP+EC组:小鼠在注射APAP前1 h腹腔注射EC(40 mg·kg-1)。所有动物实验均经吉林大学基础医学院动物伦理委员会批准(审批号:2022142)。造模24 h后处死小鼠,收集小鼠血液和肝组织,用于后续实验。
1.3 HE染色观察各组小鼠肝组织病理形态表现
收取各组小鼠肝组织后,用4%多聚甲醛固定,经梯度乙醇脱水、二甲苯透明、石蜡包埋后制备石蜡切片。脱蜡和水合后,用HE染色试剂盒进行染色。最后,在光学显微镜下观察各组小鼠肝组织病理形态表现。
1.4 采用试剂盒检测各组小鼠血清中AST和ALT活性
将血液样本以3 000 r·min-1离心15 min,分离血清。按照试剂盒说明书检测各组小鼠血清中AST和ALT活性。
1.5 采用试剂盒检测各组小鼠肝组织中MDA、ATP、GSH和Fe2+水平
取适量小鼠肝组织样本,置于研磨器中。随后,加入适量的PBS缓冲液,并在冰浴条件下进行充分研磨制成匀浆,使用试剂盒检测各组小鼠肝组织匀浆中MDA、ATP、GSH和Fe2+水平。
1.6 采用试剂盒检测各组小鼠肝组织中MPO活性及TNF-α和IL-1β水平
将各组小鼠肝组织与PBS缓冲液(1∶9)混合并在冰上研磨以获得上清液。根据试剂盒说明书检测各组小鼠肝组织中MPO活性及TNF-α和IL-1β水平。
1.7 Western blotting法检测各组小鼠肝组织中NF-κB和Nrf2信号通路相关蛋白及谷胱甘肽过氧化物酶4(glutathione peroxidase 4,GPX4)和氨基酸交换转运蛋白[system Xc-(cystine/glutamate antiporter),xCT]表达水平
各组小鼠肝组织置于冰的RIPA裂解缓冲液中裂解,在4 ℃、12 000 r·min-1离心10 min。使用BCA测定试剂盒检测总蛋白浓度。将相同量的总蛋白于12%十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamid gel electrophoresis, SDS-PAGE)中 电 泳, 随 后 转 移 至 聚 偏 二 氟 乙 烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜上。用5%的脱脂乳封闭膜2 h后,在4 ℃下用一抗孵育过夜。将膜洗涤3次,每次10 min,在室温下与适当的辣根过氧化物酶偶联的二抗孵育1 h。使用增强化学发光系统测量免疫反应蛋白。使用Image J软件分析蛋白免疫印记条带,计算目的蛋白表达水平。目的蛋白表达水平=目的蛋白条带灰度值/内参蛋白条带灰度值。
1.8 统计学分析
采用GraphPad Prism 9.0软件进行统计学分析。各组小鼠血清中AST和ALT活性,各组小鼠肝组织中MPO活性以及TNF-α、IL-1β、MDA、GSH和Fe2+水平,各组小鼠肝组织中NF-κB和Nrf2信号通路相关蛋白及xCT和GPX4蛋白表达水平均符合正态分布且方差齐,以x±s表示,多组间样本均数比较采用单因素方差分析,组间样本均数两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 各组小鼠肝组织病理形态表现
空白对照组小鼠肝细胞排列紧密,肝窦未见明显扩张或挤压,也未观察到明显的炎症变化,见
图1A;APAP模型组小鼠肝组织大面积坏死,大量肝细胞核固缩、深染、碎裂或溶解,伴有粒细胞浸润,见
图1B;低剂量EC组小鼠肝组织出现坏死,肝细胞核固缩、深染、碎裂或溶解,伴有粒细胞浸润,见
图1C;中剂量EC组小鼠肝组织出现肝细胞核固缩、深染,伴有少量炎性细胞浸润,见
图1D;高剂量EC组小鼠肝组织和肝窦未见明显扩张或挤压,可观察到轻微的炎症变化。见
图1E。
2.2 各组小鼠血清中AST和ALT活性
与空白对照组比较,APAP模型组小鼠血清中ALT和AST活性明显升高(
P<0.01)。与APAP模型组比较,低、中和高剂量EC组小鼠血清中ALT和AST活性明显降低(
P<0.05或
P<0.01)。见
表1。
2.3 各组小鼠肝组织中MPO活性及TNF-α和IL-1β水平
与空白对照组比较,APAP模型组小鼠肝组织中MPO活性及TNF-α和IL-1β水平明显升高(
P<0.01)。与APAP模型组比较,低、中和高剂量EC组小鼠肝组织中MPO活性及TNF-α和IL-1β水平明显降低(
P<0.05或
P<0.01)。见
表2。
2.4 各组小鼠肝组织中MDA、ATP、GSH和Fe2+水平
与空白对照组比较,APAP模型组小鼠肝组织中MDA和Fe
2+水平明显升高(
P<0.05),ATP和GSH水平降低(
P<0.05);与APAPS模型组比较,低、中和高剂量EC组小鼠肝组织中MDA和Fe
2+水平明显降低(
P<0.05或
P<0.01),ATP和GSH水平明显升高 (
P<0.05或
P<0.01)。见
图2。
2.5 各组小鼠肝组织中xCT和GPX4蛋白表达水平
与空白对照组比较,APAP模型组小鼠肝组织中xCT和GPX4蛋白表达水平明显降低(
P<0.05);与APAP模型组比较,低、中和高剂量EC组小鼠肝组织中xCT和GPX4蛋白表达水平明显升高(
P<0.01)。见
图3。
2.6 各组小鼠肝组织中NF-κB p-p65和p-IκBα蛋白表达水平
与空白对照组比较,APAP模型组小鼠肝组织中NF-κB p-p65和p-IκBα蛋白表达水平明显升高(
P<0.05);与APAP模型组比较,低、中和高剂量EC组小鼠肝组织中NF-κB p-p65和p-IκBα蛋白表达水平明显降低(
P<0.01)。见
图4。
2.7 各组小鼠肝组织中Nrf2和HO-1蛋白表达水平
与空白对照组比较,APAP模型组小鼠肝组织中Nrf2和HO-1蛋白表达水平明显升高(
P<0.05);与APAP模型组比较,低、中和高剂量EC组小鼠肝组织中Nrf2和HO-1蛋白表达水平明显升高(
P<0.01)。见
图5。
2.8 各组Nrf2-/-小鼠肝组织病理形态表现
对照组Nrf2
-/-小鼠肝细胞排列紧密,肝窦未见明显扩张或挤压,也未观察到明显的炎症变化,见
图6A;APAP组Nrf2
-/-小鼠肝组织大面积坏死,大量肝细胞核固缩、深染、碎裂或溶解,伴有粒细胞浸润,见
图6B;APAP+EC组小鼠肝组织出现坏死,肝细胞核固缩、深染、碎裂或溶解,伴有粒细胞浸润,见
图6C。
2.9 各组Nrf2-/-小鼠血清中AST和ALT活性及肝组织中MDA、ATP、GSH和Fe2+水平
与对照组比较,APAP组Nrf2
-/-小鼠血清中AST和ALT活性及肝组织中MDA和Fe
2+水平明显升高(
P<0.01);与APAP组比较,APAP+EC组Nrf2
-/-小鼠血清中AST和ALT活性及肝组织中MDA和Fe
2+水平差异无统计学意义(
P>0.05)。与对照组比较,APAP组Nrf2
-/-小鼠肝组织中ATP和GSH水平明显降低(
P<0.01);与APAP组比较,APAP+EC组Nrf2
-/-小鼠肝组织中ATP和GSH水平差异无统计学意义(
P>0.05)。见
图7。
3 讨 论
炎症是肝损伤发病机制的关键因素
[15]。研究
[16-17]表明:在APAP诱导的肝损伤期间,驻留的肝库普弗细胞和募集的巨噬细胞在炎症中起着关键作用。APAP可增加巨噬细胞和中性粒细胞中炎症因子的释放
[18]。上述炎症因子可诱导并加剧炎症,导致肝损伤
[19]。MPO是中性粒细胞活化的标志物,其水平和活性代表着中性粒细胞的功能和状态。NF-κB调节炎症因子的转录
[20]。抑制NF-κB活化可以减轻APAP诱导的炎症和肝损伤,NF-κB 可以作为防治APAP诱导肝损伤的潜在靶点
[21]。因此,本研究检测EC对NF-κB信号通路的影响,结果显示:EC可以减弱APAP诱导的MPO活性的升高,促进TNF-α和IL-1β的产生及NF-κB的激活,进而发挥抗炎作用。
铁死亡是一种由脂质过氧化驱动的铁依赖性氧化细胞死亡,是区别于细胞凋亡、细胞自噬的新型细胞程序性死亡方式。各种抗氧化系统在预防脂质过氧化介导的铁死亡中起着重要作用,特别是胱氨酸/谷氨酸反向转运蛋白/GSH/GPX4轴系统
[22]。研究
[23]发现:APAP诱导小鼠肝损伤过程中存在铁死亡的发生,抑制铁死亡可以减轻APAP诱导的肝损伤,表明铁死亡可以作为肝损伤的靶点。本研究结果显示:EC可以抑制APAP诱导的MDA和Fe
2+的产生,同时上调ATP和GSH水平及GPX4和xCT的表达,表明EC可以抑制APAP诱导的肝铁死亡。
GPX4是一种脂质修复酶,也是铁死亡的主要调节因子
[24]。GPX4的表达受Nrf2调控
[25]。当受到外部氧化应激因子的刺激时,Nrf2及其抑制剂蛋白Keap1解离并激活,进入细胞核,开始其下游靶基因[超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、GPX4、xCT和HO-1]的表达,并发挥抗氧化作用
[26-27]。 Nrf2/HO-1信号通路在APAP诱导肝损伤的发展中起重要作用
[28]。激活Nrf2/HO-1通路可以改善脂质功能障碍,保护APAP诱导的肝损伤
[29-30]。研究
[31]表明:激活Nrf2并上调GPX4的表达可以减少细胞中的氧化应激,并抑制GSH过氧化物酶4抑制剂RSL3诱导的成骨细胞铁死亡。这表明Nrf2/GPX4通路的激活可以抑制铁死亡。在本研究中,EC增加了Nrf2、HO-1和GPX4的表达,表明其可激活Nrf2信号通路。为进一步探讨EC对APAP诱导肝损伤的保护作用是否依赖于Nrf2信号通路,本研究利用Nrf2
-/-小鼠检测EC对APAP诱导肝损伤的保护作用,结果显示:在Nrf2
-/-小鼠中,EC对APAP诱导小鼠肝组织病理学变化、炎症因子和铁死亡的影响消失,表明EC对APAP诱导肝损伤的保护作用依赖于Nrf2。
综上所述,EC对APAP诱导的肝损伤具有改善作用,其机制可能与EC激活Nrf2/GPX4信号通路抑制铁死亡有关。