溃疡性结肠炎(UC)是以慢性炎症反应和肠道黏膜上皮损伤为特征的慢性非特异性炎症性疾病
[1],病变常从直肠黏膜开始向近端发展
[2, 3]。近年来,UC的发病率在全世界范围内迅速增加
[4],在我国也逐年上升
[5]。由于长期、慢性的肠道炎症刺激,UC患者患结直肠癌的风险也逐年升高
[6]。有报道显示
[7],UC超过8~10年,患者每年患UC相关结直肠癌(UC-CRC)的风险增加0.5%~1%。
UC的发病机制较为复杂,免疫失衡是UC发病的中心环节
[8, 9]。辅助性T细胞17(Th17)/调节性T细胞(Treg)失衡与UC关系密切
[10]。病理状态下,Th17可释放大量的促炎细胞因子,加重肠道炎症反应
[11],维甲酸相关孤儿受体γt(RORγt)是其特有转录因子。Treg细胞可抑制多种免疫细胞的活性,维持免疫稳态
[12],叉状头转录因子p3(Foxp3)是其特有转录因子。近年来研究发现,恢复Th17/Treg免疫平衡是治疗UC极具潜力的靶点之一
[13]。
刘建平教授认为“浊毒内蕴”为UC的基本病机,临床应用泄浊解毒方疗效显著。但中药治疗疾病具有多成分,多靶点以及各成分之间相互协同的特点
[14],传统研究方法很难全面而准确的阐明其潜在的作用机制
[15],因此,泄浊解毒方治疗UC的作用机制尚未完全阐明。目前,网络药理学已广泛应用于中药配伍及作用机制阐释等方面
[16, 17],这为研究中医复方治疗疾病的复杂机制提供了新的视角
[18]。课题组前期通过网络药理学分析发现
[19],泄浊解毒方可通过抑制Th17分化治疗UC。动物实验结果也表明
[20, 21],泄浊解毒方可调节促炎与抑炎细胞因子之间的平衡,调节肠道免疫功能治疗UC。基于以上研究,课题组推测泄浊解毒方治疗UC可能与调节Th17/Treg免疫平衡有关。本研究通过动物实验首次验证泄浊解毒方对UC大鼠Th17/Treg免疫平衡的影响,以期为泄浊解毒方的临床应用和进一步研究提供依据。
1 材料和方法
1.1 材料
1.1.1 实验动物
SD大鼠(6~8周龄,雄性,体质量200~220 g)70只,购自北京维通利华公司(批号:SCXK2021-0006)。所有动物研究均通过实验动物伦理审批(伦理批号:DWLL202109012)。
1.1.2 主要试剂和仪器
泄浊解毒方颗粒(车前子、败酱草、薏苡仁、葛根、鱼腥草、黄连、黄芩、大血藤、木香、清半夏)(广东一方制药有限公司);三硝基苯磺酸(Sigma);IL-6、IL-10、IL-17试剂盒(上海森雄);Anti-IL-6、Anti-IL-10、Anti-IL-17、Anti-Occludin、ZO-1、Anti-Foxp3(武汉赛维尔生物科技有限公司);Anti-RORγt(Bioss);高速低温离心机(Servicebio);石蜡包埋机、石蜡切片机(Leica)。
1.2 方法
1.2.1 模型建立与分组
随机抽取10只大鼠设为空白组,剩余60只按照Morris
[22]的方法(即TNBS/乙醇复合灌肠法)建立UC模型。使用软管插入距肛门约8 cm处,注入TNBS与乙醇的混合液,捏紧肛门的同时倒置大鼠,5 min后将大鼠头低足高位放回饲养笼中。造模期间死亡4只,可能为灌肠用力过猛肠穿孔或灌肠后肠管变细、狭窄形成肠梗阻所致。大鼠模型建立成功的标准:造模后大鼠精神呈现萎靡的状态、嗜睡、活动量减少、体质量下降、毛发干枯稀疏、黏液脓血便、粪便隐血试剂盒检测隐血;随机处死6只进行观察,观察大鼠结肠组织损伤情况,发现有无肠壁增厚、肠黏膜水肿、溃疡、糜烂或隆起性改变;观察结肠病理变化,若有充血、水肿、伴炎细胞浸润、杯状细胞减少、小溃疡形成等,提示模型制备成功
[23]。将建模成功的50只大鼠随机分为模型组、美沙拉秦组(Mesalamine组)、泄浊解毒方高剂量组(XZJD-H组)、泄浊解毒方中剂量组(XZJD-M组)和泄浊解毒方低剂量组(XZJD-L组),10只/组。
1.2.2 给药与取样
各组于建模成功后第1天开始灌胃给药,参照《药理实验方法学》
[24]计算大鼠的用药量,按每天成人70 kg体质量使用泄浊解毒方量为148 g,转换为大鼠用药量则为成人用药的6.3倍,则大鼠泄浊解毒方颗粒等效剂量折合生药量为13.32 g/kg,此剂量灌胃为XZJD-M组,2倍等效剂量为XZJD-H组(26.64 g/kg),0.5倍等效剂量为XZJD-L组(6.66 g/kg)。将泄浊解毒方颗粒溶解于100 ℃蒸馏水中,自然冷却,现配现用。Mesalamine组大鼠灌胃剂量为0.36 g/kg。空白组和模型组生理盐水灌胃,其余各组按照相应的药物和剂量分别灌胃14 d。末次给药后,所有大鼠禁食24 h。麻醉大鼠,采集血液,用于血清炎症因子检测;剪取结肠组织,冲洗干净后分段,用于后续检测。
1.2.3 病理形态学观察
4%多聚甲醛溶液固定结肠组织,石蜡包埋并切片,后经脱蜡、染色、梯度乙醇脱水等步骤,透明处理后中性树脂封片,显微镜下观察。
1.2.4 IL-6、IL-10、IL-17的含量测定
按照酶联免疫吸附法(ELISA)操作方法对1.2.2血清中IL-6、IL-10和IL-17的含量进行测定。
1.2.5 免疫组化(IHC)法
将石蜡包埋的结肠组织切片、烤片、脱蜡,采用柠檬酸钠抗原修复液进行抗原修复,过氧化氢孵育,磷酸盐缓冲生理盐水(PBS)溶液中浸泡5 min,重复3次,加入封闭液,室温下在湿盒中孵育10 min,加入一抗IL-6(稀释比例1∶500)、IL-10(稀释比例1∶500)、IL-17(稀释比例1∶500),4 ℃下在湿盒中孵育过夜,PBS中洗涤5 min,重复洗涤3次,加入二抗HRP标记的山羊抗兔IgG(稀释比例1∶200),避光孵育10 min,PBS洗涤3次,5 min/次,加入过氧化物酶,室温下避光孵育10 min,放入DAB显色液,室温下孵育3~10 min,复染、脱水、透明、封片,室温晾干,使用显微镜观察并拍照。IL-6、IL-10和IL-17细胞的蛋白染色后多呈棕黄色,颜色越深表达越强。利用Aipathwell®软件对图像进行分析,测定阳性表达面积,计算平均光密度值(总光密度值/阳性像素面积)。
1.2.6 免疫荧光(IF)检测
取肠组织石蜡切片进行脱蜡和水化处理,将水化后的切片置于柠檬酸抗原修复液中进行抗原修复,冷却至室温后放置于摇床上,PBS洗涤3次,洗涤5 min/次,破膜,PBS洗涤3次×5 min后封闭,滴加一抗Occludin(稀释比例1∶500)、ZO-1(稀释比例1∶500),4 ℃冰箱孵育过夜。次日经洗涤后,滴加二抗CY3标记山羊抗兔IgG(稀释比例1∶300),室温孵育1 h。放入PBS洗涤3次×5 min,复染核,PBS洗涤3次×5 min,将多余的水分吸干,滴加抗荧光淬灭封片剂封片,利用荧光显微镜拍照并观察结果。
1.2.7 流式细胞术检测结肠组织Th17和Treg细胞的比例
将结肠组织剪成小块状,用4 ℃的PBS清洗。清洗完成后,用研磨器轻轻研磨,用移液器通过滤网将细胞分离液过滤,反复离心、红裂至单细胞悬液澄清后,再次离心收集细胞悬液备用。按照细胞表面抗原染色法进行标记,在细胞悬液样本管中加入CD4抗体和CD25抗体,在4 ℃下孵育30 min,加入流式细胞分析染色缓冲溶液,洗涤细胞,离心3 min(3000 r/min),弃上清并重悬1次,加入破膜固定浓缩剂,再加入破膜固定稀释液,混匀,在4 ℃下避光孵育40 min,破膜缓冲液中按1∶4比例加入去离子水,制成破膜工作液,加入样本管中离心2 min(3000 r/min),洗涤细胞2次并弃去上清液,加入Foxp3(或IL-17A)抗体,在4 ℃下避光孵育25 min,加入破膜工作液离心洗涤细胞2次并弃上清,0.5 mL PBS重悬细胞后使用流式细胞仪检测Th17细胞和Treg细胞的比例。
1.2.8 实时荧光定量聚合酶链式反应(RT-PCR)检测
将结肠组织剪成小块,研磨混匀后提取总RNA。将总RNA按反转录试剂盒说明合成cDNA。将cDNA作为模板进行PCR扩增,按照预变性、变性、退火、延伸、终延伸等步骤进行,扩增产物电泳,使用凝胶成像系统观察并进行拍照,以GAPDH为内参基因,使用2
-ΔΔCt法进行计算。引物由武汉赛维尔生物科技有限公司合成(
表1)。
1.2.9 Western blotting检测
将1.2.2冻存的结肠剪碎,研磨、裂解,测蛋白浓度,分离蛋白后转膜,依次加入一抗RORγt(稀释比例1∶1000)或Foxp3(稀释比例1∶1000)和HRP标记的山羊抗兔二抗(稀释比例1∶5000)卵育,进行凝胶成像显影,采用AIWBwellTM软件计算分析灰度值。
1.3 统计学分析
使用GraphPad Prism 9.5软件进行数据统计分析,计量资料以均数±标准差表示,多组间比较采用单因素方差分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 泄浊解毒方对UC大鼠结肠组织病理的影响
HE染色显示,空白组结肠结构完整,隐窝正常,腺体规则整齐;模型组结肠组织破坏严重,出现大量炎性浸润,溃疡形成伴腺体排列紊乱;Mesalamine组和XZJD-H组结肠组织结构基本完整,腺体排列整齐,偶见炎细胞浸润;XZJD-M组结肠黏膜结构部分排列整齐,偶有隐窝脓肿,炎细胞浸润明显减少;XZJD-L组结肠黏膜结构部分完整,可见隐窝炎和隐窝脓肿形成,偶见浅表溃疡(
图1)。
2.2 各组大鼠IL-6、IL-17、IL-10的含量
ELISA结果显示,与空白组比较,模型组血清中IL-6与IL-17的含量增多(P<0.001),IL-10的含量减少(P<0.001);与模型组比较,各治疗组药物干预后IL-6与IL-17含量均减少(P<0.01),IL-10的含量增多(P<0.01);与XZJD-L组比较,XZJD-H组IL-6、IL-17含量降低(P<0.05),IL-10的含量升高(P<0.05,图2)。
2.3 各组大鼠结肠组织IL-6、IL-17、IL-10蛋白的表达
免疫组化结果显示,与空白组比较,模型组结肠组织中IL-6与IL-17表达增多(
P<0.001),IL-10表达减少(
P<0.001);与模型组比较,各治疗组药物干预后IL-6与IL-17表达减少(
P<0.01),IL-10的表达增多(
P<0.01,
图3)。
2.4 各组大鼠结肠组织Occludin、ZO-1蛋白表达的比较
免疫荧光结果显示,与空白组比较,模型组Occludin与ZO-1荧光表达强度减少,模型组肠黏膜屏障受损;与模型组比较,泄浊解毒方各剂量组Occludin、ZO-1蛋白荧光表达升高(
图4)。
2.5 大鼠结肠组织Th17细胞及Treg细胞的比例
流式细胞术检测结果显示,与空白组相比,模型组结肠组织中Th17细胞占比升高(
P<0.001),Treg细胞占比降低(
P<0.001);与模型组比较,各给药组Th17细胞占比降低(
P<0.001),Treg细胞占比升高(
P<0.001);美沙拉秦组和泄浊解毒方中、高剂量组Th17细胞、Treg细胞比例差异无统计学意义(
P>0.05,
图5)。
2.6 大鼠结肠RORγt、Foxp3 mRNA表达的比较
与空白组比较,模型组RORγt mRNA的表达升高(
P<0.01),Foxp3 mRNA表达降低(
P<0.01);与模型组比较,泄浊解毒方各组结肠组织中RORγt mRNA的表达降低(
P<0.05),Foxp3 mRNA的表达升高(
P<0.05,
图6)。
2.7 大鼠结肠RORγt、Foxp3蛋白表达的比较
Western blotting检测结果显示,与空白组相比,模型组RORγt表达升高(
P<0.001),Foxp3表达下降(
P<0.001);与模型组比较,泄浊解毒方各组RORγt蛋白表达降低(
P<0.01),Foxp3蛋白表达升高(
P<0.01,
图7)。
3 讨论
UC是最常见的炎症性肠病,其迁延难愈、复发率高,癌变率高,使患者生活质量严重下降,WHO将其确定为现代难治性疾病之一
[25, 26]。中医认为,浊邪易结滞脉络,缠绵耗气,毒邪性烈善变,易致肿疡。浊、毒性质虽不同,常胶结致病,故浊毒并称。浊毒学说纳入了现代病因学的内容,推动了中医病因病机学说的丰富完善,为UC的治疗提供了新的思路
[27]。基于浊毒理论,结合多年研究,刘建平教授由葛根芩连汤和薏苡附子败酱散加减化裁而成泄浊解毒方。泄浊解毒方由鱼腥草、车前子、黄芩、黄连、败酱草、大血藤、半夏、葛根、木香、薏苡仁组成,方中鱼腥草辛寒,既可清热解毒,又能消痈排脓,车前子甘寒,能利水湿,分清浊而止泻,共为君药;黄芩、黄连苦寒,清热解毒、燥湿止痢,败酱草辛苦微寒,泻热解毒,尤善治疗热毒肠痈,大血藤消痈排脓,半夏燥湿化痰,共为臣药;葛根甘辛而凉,可清阳明之热,同时升发脾胃清阳而止泻生津,木香疏肝理脾,薏苡仁甘淡而寒,健脾利湿、清热排脓,共为佐使药,诸药合用,共奏泄浊升清,化湿解毒之功。动物实验证实,泄浊解毒方可明显改善UC大鼠的症状
[28]。临床研究发现,泄浊解毒方可明显改善UC患者的临床症状和肠镜表现,调节患者肠道菌群平衡
[29],抑制炎症反应,且具有安全性高
[30]等优势。
目前普遍认为UC的发生是遗传因素、环境因素、免疫失衡、肠道屏障功能障碍、肠道菌群失调等综合作用的结果
[31]。有研究表明
[32],UC与促炎与抑炎细胞因子之间的平衡被破坏密切相关。IL-6是促炎细胞因子,具有多种生物学功能,对Th17细胞的分化和增殖非常重要,它能够刺激Th17细胞的分化,而Th17细胞的增多也可促进IL-6的生成,引发并加重结肠黏膜炎性反应
[33]。IL-6还能够促使中性粒细胞、单核细胞募集并粘附迁移至炎症部位,诱导抗凋亡信号分子分泌以防止促炎细胞死亡,从而加剧肠道炎症反应
[34],其含量与UC的炎性反应程度密切相关。IL-17是炎症反应的起始因子,具有强大的促炎活性,刺激成纤维细胞和内皮细胞产生炎症因子,可引起炎症反应和明显的组织损伤,介导UC等免疫性疾病的发生发展过程
[35, 36]。IL-10作为关键抗炎因子,具有较强的免疫抑制作用,能抑制炎症因子的合成和释放,尤其在肠道黏膜免疫中有重要作用
[37]。IL-10在UC患者或模型动物中表达相对不足,导致炎症难以有效控制。研究表明
[38],湿浊致病作用与炎性细胞因子水平相关。湿邪不去,成浊生毒,浊毒胶结与炎性细胞因子对机体内环境的影响相似,而炎性细胞因子引起的炎症反应与宿主的免疫功能密切相关
[39]。本研究使用ELISA法观察泄浊解毒方对UC大鼠血清IL-6、IL-17和IL-10的影响,首次通过IHC法观察泄浊解毒方对UC大鼠结肠组织IL-6、IL-17和IL-10的影响。实验结果显示,与模型组比较,泄浊解毒方各组均能显著降低血清和结肠组织中IL-6、IL-17的表达,同时又能显著升高血清和结肠组织IL-10的表达,这表明泄浊解毒方可同时对UC大鼠血清和结肠组织中促炎和抑炎细胞因子进行调节,改善炎症反应。
肠道屏障由机械屏障、免疫屏障等组成,共同维持着肠道功能的正常和肠道内稳态。肠道屏障的完整可以防御炎症因子和细菌的入侵,减轻肠道炎症
[40]。肠道屏障功能受损被认为是UC发病的重要因素
[41]。紧密连接(TJ)是由Occludin和ZO-1等组成的动态多蛋白复合物,与肠上皮细胞共同构成机械屏障,可有效防止肠腔内的细菌、毒素、大分子抗原等有害物质进入体循环,维护肠道内环境稳定
[42],在阻止病原体跨上皮易位中起关键作用
[43]。肠道机械屏障破坏可导致肠道通透性增强,腔内抗原穿过底层组织,激活免疫细胞,促进炎症浸润,破坏肠道微环境的稳态
[44]。本研究首次通过免疫荧光观察泄浊解毒方对UC大鼠结肠组织中Occludin、ZO-1表达的影响,结果显示,泄浊解毒方可明显升高Occludin、ZO-1的表达,提示泄浊解毒方对肠道上皮屏障完整性有保护作用。
UC与免疫失衡密切相关
[45]。Th17/Treg免疫失衡是导致肠道免疫稳态被破坏的关键原因之一
[46]。在UC病变中结肠固有层CD4
+T细胞浸润并出现功能异常
[47],被认为是UC发病的重要因素
[48]。CD4
+T细胞在促炎细胞因子如IL-6等的刺激下分化为Th17细胞。Th17细胞是一类有严重致炎作用的Th细胞,通过分泌IL-17及中性粒细胞加剧炎症反应,在多种疾病的发病过程中起重要作用
[49]。UC患者外周血Th17细胞百分比较健康者明显升高
[50]。RORγt为Th17细胞特有转录因子,可促使TGF-β、IL-6、IL-23等多种促炎因子共同调控Th17细胞分化并可抑制Treg细胞分化,其功能缺陷可引起小鼠Th17细胞明显减少,抑制炎性细胞的浸润和募集,缓解炎症反应
[51]。Treg细胞是CD4
+T细胞的另一个亚群,对调控人体炎症反应发挥着重要的作用
[52],维持免疫耐受和平衡
[53]。Foxp3是Treg细胞特有转录因子,可促使CD4
+T细胞向Treg细胞分化,减少Th17细胞的分化和炎症反应。有研究表明,在Foxp3基因缺失的小鼠不能分化为成熟的Treg细胞
[54]。研究发现,Foxp3基因突变或敲除会诱发严重自身免疫反应
[55]。Th17/Treg细胞平衡对维持肠道免疫稳态意义重大
[56],维持着肠道黏膜免疫的“城墙功能”。UC患者Th17细胞及其下游促炎细胞因子表达增多,而Treg细胞及其下游抑炎细胞因子表达减少,造成肠道免疫屏障障碍及黏膜修复受阻。本研究首次通过流式细胞术检测泄浊解毒方对UC大鼠结肠黏膜中Th17细胞和Treg细胞比例的影响。实验结果显示,泄浊解毒方降低了UC大鼠结肠组织Th17细胞比例,升高Treg细胞比例,调节了Th17/Treg免疫平衡。本研究通过RT-PCR和Western blotting观察泄浊解毒方对UC大鼠结肠中RORγt、FoxP3 mRNA和蛋白的表达,实验结果显示,泄浊解毒方各组可升高Foxp3 mRNA和蛋白质的表达水平,降低RORγt mRNA和蛋白质的表达,进一步表明泄浊解毒方可抑制CD4
+T细胞向Th17细胞方向分化并促使其向Treg细胞分化,恢复Thl7/Treg免疫平衡,改善炎症反应。
综上所述,本研究表明泄浊解毒方可对UC大鼠促炎和抑炎细胞因子进行调节,改善大鼠肠黏膜屏障,其作用机制可能与调节Th17/Treg免疫平衡有关。本研究也存在一些局限性,如:缺少临床试验验证相关结论。在未来研究中,课题组将开展临床试验并继续深入研究泄浊解毒方调节免疫平衡的机制,以期为泄浊解毒方的临床应用和进一步研究提供依据。
国家中医临床基地建设(国中医药办函[2018]131号)
河北省自然科学基金(H2022423326)
河北省中西医结合胃肠病研究重点实验室(SZX2021019)
廊坊市科学技术研究与发展计划项目(2023013085)