系统性红斑狼疮(SLE)是自身免疫介导的以免疫性炎症为突出表现的弥漫性结缔组织病,常累及肾脏,继而发展为狼疮肾炎(LN)
[1, 2]。B细胞过度分化导致自身抗体产生和免疫复合物在肾脏沉积,激活补体导致肾脏损害是最为直接的原因
[3-5]。黑色素瘤缺乏因子2(AIM2)是一种模式识别受体,参与炎性小体组装和激活,并调节先天性和适应性免疫反应
[6,7]。B细胞分化过程主要受B淋巴细胞诱导的成熟蛋白1(Blimp-1)-B细胞淋巴瘤6蛋白(Bcl-6)轴的调节
[8]。研究报道,SLE患者中AIM2异常增加,通过Blimp-1/Bcl-6轴介导B细胞分化,对SLE肾脏产生致病作用
[9],表明AIM2/ Blimp-1/Bcl-6信号通路是SLE免疫的潜在调节机制,这可能为SLE 的治疗提供新的思路。目前SLE肾脏损害病因及发病机制尚未明确,现有的治疗方案尚不能有效控制病情发展,临床缺乏特效药物干预疾病进展。因此对SLE肾脏损害进行深入研究意义重大。
芪黄健脾滋肾颗粒(QJZ)由经方“六味地黄丸”临床应用加减而成,由黄芪、菟丝子、熟地、山药、麸炒白术、茯苓、覆盆子、金樱子肉组成。脾肾亏虚是SLE的基本发病机制,QJZ(专利号:ZL202011227827.8)为我院特色医院制剂,具有“健脾滋肾”之功效,临床广泛应用。既往研究表明,可以有效治疗SLE肾损害并调节免疫,改善肾脏系膜细胞增殖等作用
[10-14]。然而,QJZ影响B细胞分化的具体机制尚未得到充分阐述。基于此,本研究旨在评估QJZ是否通过介导AIM2/Blimp-1/Bcl-6信号通路抑制B细胞分化以改善MRL/lpr小鼠肾损害的机制。
1 材料和方法
1.1 实验动物和实验设计
30只8周龄雌性MRL/lpr小鼠,体质量20±2 g;6只8周龄雌性C57BL/6小鼠,体质量21±2 g,购自上海斯莱克实验动物有限责任公司[许可证号码:SCXK(沪)2022-0004]。所有小鼠均饲养于合肥综合性国家科学中心人工智能研究院SPF级别动物房。
8周龄雌性C57BL/6小鼠作为正常组(Control);将30只MRL/lpr小鼠采用随机数字表法随机分成5组:模型组(Model)、芪黄健脾滋肾颗粒组(QJZ组,7.8 g/kg)、泼尼松组(Pred组,4.55 mg/kg)、芪黄健脾滋肾颗粒加泼尼松组(QJZ+Pred组)、AIM2抑制剂组(AIM2 Inhibitor),6只/组。适应性饲养1周。动物实验中的剂量根据小鼠和成人临床等效剂量的转换因子9.1计算。对照组及模型组小鼠均予以等量生理盐水灌胃,小鼠灌胃量按0.1 mL/10 g体质量计算。Pred组予以4.55 mg·kg·d
-1的泼尼松溶液灌胃,QJZ组的灌胃量根据前期课题组实验获得的最佳剂量
[15],予以7.8 g·kg
-1·d
-1的QJZ灌胃;JZ+Pred组予以4.55 mg·kg
-1·d
-1的Pred溶液7.8 g·kg
-1·d
-1的QJZ灌胃;AIM2抑制剂组予以ODN TTAGGG Sodium溶液100 μg/只,连续腹腔注射7 d。连续给药8周。
1.2 实验药品
芪黄健脾滋肾颗粒(黄芪、菟丝子、熟地黄、山药、白术、茯苓、覆盆子、金樱子组成,配比为2∶1∶1∶1.5∶1∶1∶1∶1)由安徽中医药大学第一附属医院制剂中心提供(皖药制备字Z20220041000,批号:20231124),规格10 g/包,30 g/袋。醋酸泼尼松片(天津天药药业有限公司,批号:H12020689),5 mg/片,100片/瓶。ODN TTAGGG Sodium(MCE,货号 HY-150751C),剂量100 μg/只,连续腹腔注射7 d)。
1.3 实验取材
治疗8周后,将小鼠放入代谢笼中采集小鼠尿液。4 ℃、2000 r/min,离心5 min,吸取上清于-80 ℃保存。称取小鼠体质量,腹腔注射3%戊巴比妥钠(20 μL/10 g)麻醉小鼠,通过眼底静脉取血收集小鼠血液,室温静置2 h。4 ℃、3000 r/min,离心15 min,吸取血清并分装,-80 ℃保存备用。剪开小鼠腹部皮肤充分暴露腹腔,用镊子分离小鼠脾脏及肾脏,剥除周围脂肪及结缔组织。脾脏称重、计算脾脏指数(脾脏指数=脾脏质量/小鼠体质量)并拍照后,放入含10% FBS的RPMI 1640培养基中备用。留取肾脏标本,右肾液氮冻存后置于-80 ℃保存备用,左肾福尔马林固定保存,同时留取3~4块芝麻大小的同侧同方向肾组织戊二醛固定,用于后续实验。本研究获得安徽中医药大学实验动物伦理委员会审查与批准(伦理批号:AHUCM-mouse-2024200)。
1.4 生化指标检测
采用日立3100全自动生化分析仪检测小鼠尿液中尿白蛋白(南京建成生物工程研究院,C035-2-1 & 20240522)、尿总蛋白(南京建成生物工程研究院,A045-4 & 20240522)、尿肌酐含量,对尿白蛋白/尿肌酐(ACR)、尿总蛋白/尿肌酐(TPCR)进行测定;对小鼠血清中肌酐(Scr)和血尿素氮 (BUN) 水平检测。
1.5 酶联免疫吸附测定(ELISA)检测自身抗体、细胞因子
使用ELISA试剂盒测定抗双链DNA抗体(dsDNA)、白细胞介素(IL)-10、IL-21、B细胞激活因子(BAFF,武汉基因美)水平;CXC趋化因子受体(CXCR)-12、CXCR19(上海酶联生物科技有限公司)水平。
1.6 苏木精-伊红(HE)、过碘酸-雪夫(PAS)、Masson染色观察肾脏病理情况
取小鼠新鲜肾皮质组织,将肾脏组织放入4%多聚甲醛溶液冰箱固定3 d,依次脱水、包埋、组织切片(切片厚度约3 μm)、脱蜡、脱水后,分别进行HE、PAS和Masson染色,常规酒精脱水、二甲苯透明,中性树胶封片后,显微镜下观察结果。在400倍数的光学显微镜下随机计数带有尿极或血管极的20个肾小球横切面细胞数目,并取其平均值;用Austin法计算狼疮鼠肾组织活动性指数(AI)评分及肾组织慢性化指数(CI)评分。AI根据Austin评分标准,观察肾小球内皮细胞增殖、细胞新月体、炎症细胞浸润、核碎裂坏死、清晰血栓 或白金耳改变、间质炎症细胞浸润6项指标。各指标按病变程度(-)~(+++)分为0、1、2、3分。新月体形成、纤维样坏死评分可双分,AI总分为24分。CI主要包括肾小球硬化、纤维新月形形成、间质纤维化和肾小管萎缩4个指标。按病变程度轻、中、重度分为0、1、2、3分,总分为12分。
1.7 透射电镜下观察肾脏超微结构情况
将若干块1 mm3组织立刻固定到2.5%戊二醛中24 h,把固定液倒入PBS缓冲液6 h,放入1%锇酸后固定2 h。用30%、50%乙醇及70%乙醇醋酸铀(包埋前染色)3 h,80%、89.5%、100%乙醇2次、环氧丙烷脱水处理。纯环氧树脂包埋后入烤箱,后进行切片,铜网捞片。电子染色后(铅染色)采用透射电镜(日本电子,JEM1400)拍照。
1.8 流式细胞术检测脾脏B细胞各亚群水平
首先制备脾细胞悬液,进行流式细胞术操作,剩余脾细胞悬液分装、离心后-80 ℃冻存备用。每个样本均吸取100 μL 细胞悬液至5 mL圆底流式管用于制备样本管。从各组样本取出适量的细胞悬液混匀,吸取100 μL用于制备空白管、抗体单染管。按各抗体说明书要求于细胞悬液中加入1.25 μL的PerCP抗小鼠CD19抗体(BioLegend,B401260)、1.25 μL的PerCP抗小鼠CD27抗体(BioLegend,B310542),1.25 μL的PE抗小鼠CD138(BioLegend,B351080)、CD69(BioLegend,B341205)抗体,轻柔涡旋混匀;于4 ℃避光孵育30 min。洗涤后过膜及上机,使用CytoFLEXS流式细胞仪进行检测,利用CD19+和CD27-圈出初始B细胞,再根据CD19+和CD27+表示记忆B细胞,进行圈门;利用CD19+和CD69+圈出活化B细胞,CD19-和CD138+表示浆细胞,进行圈门。
1.9 Western blotting测定相关转录因子的相对表达情况
取肾脏组织,加入RIPA裂解液进行裂解,提取总蛋白后,依次经过样品处理以充分变性蛋白、上样与电泳、转膜后加入5%脱脂奶粉室温封闭2 min;加入Blimp1一抗(Bioss,bsm-60268M,1∶1000)、Bcl-6一抗(Abcam,ab33901,1∶2000)、Pax5一抗(Bioss,bsm-60221R,1∶1000)、XBP-1一抗(Bioss,bs-23973R,1∶2000),GAPDH抗体(Zsbio,TA-08,1∶1000),4 ℃缓慢摇动孵育过夜;按照1∶20 000用二抗稀释液稀释辣根过氧化物酶(HRP)标记的二抗室温孵育1.2 h;PBST洗膜3次,HRP化学发光底物曝光,使用ECL发光试剂盒来检测蛋白,全自动化学发光成像分析系统显影成像,拍照,保存图像。采用ImageJ图像分析软件统计分析条带蛋白灰度值。
1.10 免疫荧光染色观察肾脏IgG、AIM2、CD19、CD138水平
取肾组织切片,依次进行二甲苯和乙醇的处理,清洗,使用柠檬酸盐修复液进行抗原修复,用阻水笔在每张样本上画疏水圈,然后滴加3%过氧化氢溶液,室温避光孵育10 min,去除内源性过氧化物酶,滴加山羊血清封闭液进行非特异性靶标封闭,分别滴加稀释后的兔属AIM2(Bioss,bs-5986R,1∶300)、CD19(武汉三鹰,27949-1-AP,1∶2000)、CD138(武汉三鹰,10593-1-AP,1∶2000)、IgG(武汉三鹰,30000-0-AP,1∶500)孵育60 min,PBST溶液冲洗后,滴加二抗(HRP标记的山羊抗兔/鼠IgG,1∶400),孵育30 min,滴加TSA荧光染料反应液反应以及适量Dapi染液复染切片,用抗荧光淬灭封片剂封片,荧光显微镜下观察并采集IgG、AIM2、CD19、CD138免疫荧光图像。
1.11 免疫组化测定肾脏C3、C4表达
取肾组织切片,依次进行二甲苯和乙醇的处理,清洗,使用柠檬酸盐修复液进行抗原修复,切片放入3% H2O2中室温孵育10 min,滴加兔源C3(Affinity,DF13224,1:200)、C4(武汉三鹰,22233-1-AP,1∶200)一抗孵育60 min,PBST溶液冲洗后,滴加HRP标记的山羊抗兔/鼠二抗(福州迈新, KIT-5220,即用型试剂)试剂孵育30 min,滴加DAB显色剂后,苏木素衬染2 min,水洗干净后分别1%盐酸酒精分化10 s以及碳酸锂溶液蓝化30 s,水洗干净。常规脱水,二甲苯透明后中性树胶封片,显微镜观察C3、C4表达情况。
1.12 统计学分析
采用SPSS26.0和GraphPadPrism10.1.2软件对数据进行统计学分析。计量资料以均数±标准差表示,多组间数据比较采用单因素方差分析。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 QJZ对MRL/lpr狼疮鼠SCr、BUN、TPCR、ACR水平的影响
与Control组相比,Model组MRL/lpr狼疮鼠尿液中TPCR、ACR水平,血清中SCr、BUN水平均升高(P<0.05);与Model组相比,QJZ组小鼠血清中TPCR、ACR、SCr、BUN水平降低(P<0.05)。与Pred组相比,QJZ在降低ACR、TPCR更有优势(P<0.05)。与Pred组相比,QJZ+Pred组在降低TPCR、ACR、SCr、BUN水平更明显(P<0.05)。
2.2 QJZ对抗双链DNA抗体、细胞因子、趋化因子水平的影响
与Control组相比,Model组小鼠血清中ds-DNA、BAFF、IL-21、CXCR-12、CXCR-19水平升高(
P<0.05),IL-10水平降低(
P<0.05);与Model组比较,QJZ组小鼠血清中ds-DNA、BAFF、IL-21、CXCR-12、CXCR-19水平降低(
P<0.05),IL-10水平升高(
P<0.05);与Pred组、QJZ组比较,QJZ+Pred组ds-DNA、BAFF、IL-21、CXCR-12、CXCR-19水平降低(
P<0.01),IL-10水平升高(
P<0.05,
图2)。
2.3 QJZ对MRL/lpr狼疮鼠肾脏病理的影响
小鼠肾脏 HE、PAS和Masson染色结果及病理学评分结果显示,LN是免疫复合物沉积导致的肾疾病,侵犯部位主要为肾小球。正常组小鼠肾小球大小正常、轮廓清晰,基底膜呈细线状,周围肾间质炎性细胞浸润较少;PAS染色可见肾小球结构清晰,基底膜和肾小管等部位糖原沉积不明显;Masson染色下见肾小球及周围无明显胶原沉积。Model组狼疮小鼠肾脏中见肾小球大小及形态不规则,肾小囊扩张,系膜细胞和基底膜增生,肾间质炎性细胞浸润明显增加;PAS染色可见明显增厚的基底膜及增生的系膜基质;Masson染色可见肾小球毛细血管内皮下广泛的条带状胶原沉积,肾小球出现局灶性硬化及纤维性新月体形成;AI及CI评分较Control组升高,差异有统计学意义(
P<0.05)。与 Model组相比,QJZ组及Pred 组以及芪黄健脾滋肾颗粒加泼尼松组肾小球大小、形态恢复,系膜细胞增生情况好转,基底膜厚度降低,炎性细胞浸润减少;糖原及胶原沉积情况好转,AI评分及CI评分均下降,差异有统计学意义(
P<0.05,
图3)。
2.4 QJZ对MRL/lpr狼疮鼠肾小球超微结构的影响
透射电镜示Model组小鼠肾小球系膜细胞、基底膜厚度正常,细胞质内常见发达的高尔基体与丰富的核糖体,内质网较丰富;Model组可见系膜区散在或团块状高电子密度物质、系膜基质增厚、细胞外基质增多、细胞核染色质浓缩、边集,胞质空泡化,胞膜完整性破坏;与Model组小鼠相比较,Pred组、QJZ组,基底膜异常增厚有所减轻,团块状高电子密度物质减少,胞质空泡化现象改善,细胞核形态改善,胞膜较完整(
图4)。
2.5 QJZ对MRL/lpr狼疮鼠肾脏中C3、C4沉积的影响
与Control组相比,Model组小鼠肾脏组织中C3、C4沉积增多;与Model组比较,QJZ组、Pred组、QJZ+Pred组小鼠肾脏中C3、C4水平均降低(
P<0.05)。QJZ+Pred组与Pred组及QJZ组相比,C3、C4表达降低(
P<0.05,
图5)。
2.6 QJZ对MRL/lpr狼疮鼠B细胞分化关键转录蛋白的影响
与Control组相比,Model组Blimp-1、XBP-1的表达升高、Bcl-6、PAX5的表达下降(
P<0.05)。与Model组比较,QJZ组小鼠Blimp-1、XBP-1的表达下降,Bcl-6、PAX5表达上升(
P<0.05)。与Pred组相比,QJZ在升高Bcl-6方面表达更显著(
P<0.05)。与QJZ组及Pred组比较,QJZ+Pred组Blimp-1、XBP-1表达降低,Bcl-6、PAX5表达升高(
P<0.05,
图6)。
2.7 QJZ影响MRL/lpr小鼠的B细胞活化
与Control组相比,Model组脾脏指数升高;与Model组比较,QJZ组、Pred组、QJZ+Pred组小鼠脾脏指数的表达均下降(
P<0.05)。QJZ+Pred组与Pred组比较小鼠脾脏指数的表达均下降义(
P<0.05,
图7)。各组小鼠脾脏主要B细胞亚群比例方面,与Control组相比,未经治疗的模型组小鼠脾脏中活化B细胞、记忆B细胞、浆细胞比例升高(
P<0.05);与Model组相比,QJZ组、Pred 组以及QJZ+Pred组小鼠脾脏活化B细胞、记忆B细胞、浆细胞比例降低(
P<0.01,
图8)。
2.8 QJZ对MRL/lpr狼疮鼠肾组织 IgG、AIM2、CD19、CD138水平的影响
与Control组相比,Model组小鼠肾组织IgG、AIM2、CD19、CD138荧光强度增加;与Model组相比,QJZ、Pred、QJZ+Pred组小鼠肾组织中IgG、AIM2、CD19、CD138表达降低。且QJZ组相较于Pred组,降低IgG、AIM2光密度更显著(
图9)。
2.9 QJZ调节AIM2/Blimp-1/Bcl-6抑制B细胞分化
Western blotting结果显示,与模型组相比
,AIM2抑制剂组Blimp-1、XBP-1蛋白相对表达量降低,Bcl-6蛋白相对表达量升高(
P<0.01,
图10A~E)。病理结果显示,与模型组相比
,AIM2抑制剂组肾小球大小、形态恢复,系膜细胞增生情况好转,基底膜厚度降低,炎性细胞浸润减少;糖原及胶原沉积情况好转(
图10F)。流式细胞术结果显示,AIM2抑制剂组活化B细胞比例、浆细胞比例降低(
图10H)。IF结果显示,AIM2抑制剂组IgG表达相对模型组降低(
图10G)。免疫组化结果显示,AIM2抑制剂组C3、C4沉积减少(
图10I)。
3 讨论
肾损害是SLE最常见的系统损害,是SLE总体发病率和死亡率的主要危险因素,尽管有有效的抗炎和免疫抑制疗法,但仍有太多患者以慢性肾脏病或终末期肾病(5%~20%)告终,早期干预和改善SLE的预后具有重要意义
[16]。在中医认识中,SLE归属于“阴阳毒”、“红蝴蝶疮”等范畴,出现肾损害表现又称为“肾痹”,总体核心病机呈现“脾肾亏虚为本”的特点。芪黄健脾滋肾颗粒具有健脾滋肾、益气固元的功效,在临床应用中疗效明显。有研究对QJZ进行质谱分析以及药物代谢学检测发现
[17],QJZ含有如槲皮素、金丝桃苷、山柰素(山柰酚)、芍药苷、毛蕊异黄酮苷、紫云英苷、鞣花酸、山柰酚-3-0-芸香糖苷等多种成分。有研究表明,槲皮素治疗可降低BUN、Scr、24 h UP、肾脏肥大指数、肾小球评分、肾小管间质评分以及肾小管评分,有效保护系统性红斑狼疮肾脏功能,改善其免疫功能,且可能通过下调AKT/mTOR通路来抑制初始T细胞向Tfh细胞分化,并减少衰老的Tfh细胞的比例,进而改善MRL/Lpr鼠的狼疮样表型,可能作为SLE治疗的潜在药物
[18-20]。 金丝桃苷
[21]可通过抑制Yes相关蛋白(YAP)发挥缓解肾小管间质纤维化作用,保护肾组织。山柰素(山柰酚)
[22]可以减轻肾小管上皮细胞炎症因子的分泌,增加相关氧化还原酶的表达,进而减轻肾损伤,保护肾功能。 芍药苷
[23]具有广泛的抗炎和免疫调节作用,抑制淋巴细胞增殖和活化,广泛用于SLE的治疗。本研究发现,QJZ降低了 MRL/lpr小鼠的抗dsDNA、IgG、CREA、BUN、TPCR、ACR的水平,降低了肾脏组织中C3和C4的沉积,HE染色及电镜下结果均表明,QJZ对SLE肾损害明显的保护作用。
课题组前期研究主要围绕在其对肾小球系膜细胞增殖、炎症、足细胞凋亡、自噬等方面
[12-15],尚未对B细胞分化展开研究。但B细胞过度分化在LN的发病机制中起关键作用
[24]。B细胞分化水平与LN疾病活动呈正相关,靶向B 细胞的治疗具有重要意义
[25]。因此本研究主要观察QJZ对B细胞分化的影响及作用机制,首先评价了脾脏指数以评估淋巴细胞增殖程度,结果显示模型组明显升高,但QJZ给药后脾脏指数降低;流式细胞术分析显示,QJZ可抑制B细胞分化,减少了浆细胞的形成,说明QJZ可以通过抑制B细胞过度分化,改善狼疮肾损害。
AIM2是干扰素诱导型PYHIN蛋白家族的成员
[26],在免疫细胞中,AIM2主要存在于先天免疫细胞中,其功能是感知病原体相关或宿主衍生的胞质dsDNA,募集其他炎性小体成分,并诱导caspase依赖性炎性小体形成
[27-29]。成人中,AIM2主要在B细胞中表达
[30, 31],在SLE B细胞中高表达
[32-34]。Blimp-1、Bcl-6均是控制B细胞分化的关键转录因子
[35, 36],Blimp-1抑制 Bcl-6、Pax5的基因转录,进而抑制浆细胞分化
[37]。既往有研究显示,活动性 SLE B细胞中发现AIM2的表达升高,IL-10的刺激增加了AIM2的蛋白表达。CD19
+B细胞中AIM2的沉默导致Bcl-6、Pax5的mRNA表达降低,Blimp-1、Xbp1的表达增加,结果表明,AIM2 可能通过直接相互作用负向调节 Blimp-1 表达,正向调节 Bcl-6 表达
[15]。本研究发现,AIM2在SLE模型组中表达增加,而QJZ干预后可减少AIM2的表达,抑制B淋巴细胞分化关键转录蛋白Blimp-1、XBP-1的表达,增加Bcl-6、Pax-5的表达。因此,本研究进一步分析了QJZ改变B细胞群可以缓解SLE疾病的机制。本研究显示,使用AIM2抑制剂后,B细胞分化关键转录因子blimp-1水平降低,Bcl-6水平升高,浆细胞比例减少,IgG生成减少,有效改善了肾损害水平,减少了C3、C4的沉积。
B淋巴细胞的存活、成熟和分化也受到各种B细胞相关细胞因子的影响,例如B细胞活化因子(BAFF)、IL-21
[38]。IL-21是浆细胞分化和增殖的关键驱动因素。从SLE患者中分离的B淋巴细胞在用自体CD3
+ T淋巴细胞和IL-21刺激时,IgG产生显著增加,而用针对IL-21受体的Fc融合蛋白治疗会抑制B淋巴细胞分化为浆细胞
[39],本研究显示,QJZ干预后降低了IL-21、BAFF、CXCR-12、CXCR-19的表达,提高了IL-10水平。
综上所述,芪黄健脾滋肾颗粒可下调MRL/lpr小鼠 AIM2、Blimp-1、Bcl-6、免疫学和肾损害指标,改善C3、C4沉积水平,改善MRL/lpr小鼠免疫稳态及肾损
害,其机制可能是通过AIM2/Blimp-1/Bcl-6轴抑制B细胞分化从而改善SLE的肾损害。本研究为中医药干预SLE提供一定的科学依据,但也存在不足,由于中药组方存在多成分、多靶点的特点,在机制研究上需要更多的实验验证。课题组后续将补充细胞功能验证,为今后临床广泛应用奠定理论基础。