痛风性关节炎(GA)是由机体尿酸代谢障碍导致尿酸盐积于关节引起的炎性疾病,以剧烈炎症反应驱动的关节肿胀疼痛为主要表现
[1]。作为典型的代谢性疾病之一,GA除了尿酸代谢失常外,脂质代谢的失衡在GA的发生发展中也尤为重要
[2]。既往研究表明在GA中,脂质代谢的紊乱与尿酸、炎症指标的升高密切相关,且高水平的血脂可以增加GA的发病频率
[3, 4]。另外,在脂质代谢中扮演关键角色的脂联素(APN)、瘦素(LP)、抵抗素(RS)、内脂素(VF)等脂肪因子在GA的炎症反应也起重要作用
[5-9]。因此,与尿酸代谢失常相似,脂质代谢紊乱也在一定程度上反应着GA炎症反应的剧烈程度。
黄芩清热除痹胶囊(HQC)是安徽省中医院研制的院内制剂(专利号:ZL201110095718.X;批准文号:皖药制字Z20200001),临床上广泛应用于GA的治疗,具有良好的有效性及安全性
[10]。本团队前期通过临床数据挖掘表明HQC可降低GA患者红细胞沉降率(ESR)、甘油三酯(TG)、血尿酸(BUA)水平
[11],并且通过细胞实验发现HQC可通过调节磷酸酶与紧张素同源物/磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(PTEN/PI3K/AKT)信号通路抑制GA成纤维样滑膜细胞和心肌细胞的生长和炎症反应
[12, 13]。作为熟知的经典转导途径之一,PTEN/PI3K/AKT信号通路除了介导炎症反应外,还涉及氧化应激、细胞凋亡和细胞代谢等多种生物学过程
[14, 15]。研究表明,抑制PI3K/AKT信号通路可以下调尿酸盐转运蛋白1(URAT1)和葡萄糖转运蛋白9(GLUT9)的表达,促进尿酸排泄
[16, 17]。此外,PI3K/AKT信号通路在脂肪形成和脂质积累中的作用也越来越被强调
[18,19]。然而HQC是否可以通过介导PTEN/PI3K/AKT信号通路,调节GA炎症及尿酸、脂质代谢紊乱,目前仍缺乏动物实验证实。因此,本研究通过单钠尿酸盐(MSU)注射踝关节构建GA模型大鼠,观察HQC对GA模型大鼠炎症和尿酸、脂质代谢水平的影响,并探究其作用机制,为HQC治疗GA进一步提供循证医学证据。
1 材料和方法
1.1 实验动物
60只SPF级SD雄性大鼠(6周龄,体质量200~240 g)购于辽宁长生生物技术股份有限公司[生产许可证号:SCXK(辽)2020-0001],于安徽中医药大学动物实验中心分笼饲养,5只/笼。动物房定期消毒,环境温度20±2 ℃,湿度40%~60%,12 h/12 h光暗循环,所有大鼠自由获得食物和水。本研究通过安徽中医药大学实验动物伦理委员会审查批准(伦理批号:AHUCM-rats-2023020)。
1.2 药物
HQC(含生药0.4 g/粒)由安徽省中医院中药房和制剂中心提供。秋水仙碱片(国药准字H53021369)购于西双版纳版纳药业有限责任公司。
1.3 试剂
MSU(AbMole);转化生长因子(TGF)-β1、肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-10、IL-18、APN、LP、RS、VF酶联免疫分析试剂盒(武汉基因美科技有限公司);BUA、TG、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、总胆固醇(TC)检测试剂盒(南京建成生物工程研究所);反转录试剂盒(TaKaRa);p-AKT抗体、AKT抗体(CST);p-PI3K抗体、PI3K抗体、PTEN抗体(abcam);GAPDH抗体(Zsbio);苏木素染液、醇溶伊红染液(ebiogo)。
1.4 仪器
荧光定量PCR仪(Thermo Scientific);高速台式冷冻离心机(安徽嘉文仪器装备有限公司);电热恒温箱(上海三发科学仪器有限公司);超微量分光光度计(南京五义科技有限公司);酶标仪(雷杜生命科学股份有限公司);电泳仪(Tanon);转膜仪(Tanon);自动曝光仪(上海培清科技有限公司);足趾容积测量仪(成都泰盟软件有限公司);显微镜(Olympus)。
1.5 MSU悬液制备
将MSU晶体置于研钵中,以研杵研磨至无明显颗粒感,高压灭菌后,加入生理盐水配制浓度为25 mg/mL的MSU悬液,无菌环境中保存备用。
1.6 HQC及秋水仙碱悬液制备
将HQC胶囊内粉末溶于生理盐水中,充分搅拌均后,制备不同浓度(72、144、288 mg/mL)HQC悬液。将秋水仙碱片置于研钵中研磨至粉末状,加入生理盐水配制浓度为0.03 mg/mL秋水仙碱悬液。
1.7 GA模型、干预及取材
SD大鼠适应饲养1周,将60只大鼠按随机数字表法分为6组:正常组,模型组,HQC低(HQC-L)、中(HQC-M)、高(HQC-H)剂量组,秋水仙碱组,10只/组。根据改良Coderre法
[20]对除正常组以外的大鼠进行GA大鼠模型复制,具体方法如下:使用1 mL注射器抽取0.2 mL MSU悬液,针尖方向与胫骨呈35°~45°,从右踝关节外后方刺入踝关节腔,缓慢注射,注入标准为关节囊对侧鼓起,形成GA模型。模型鉴定参考先前研究
[21],大鼠踝关节皮色变红,肿胀,行走迟缓,皮温升高,甚至右足跛行、蜷缩为造模成功。正常组右踝关节以同样方法注射等量生理盐水。造模成功后开始给药,1次/d,连续7 d。参照先前HQC动物实验灌胃剂量进行低中高剂量组灌胃
[22],分别为0.72、1.44、2.88 g/kg,秋水仙碱组剂量为0.3 mg·kg
-1,正常组和模型组予等量生理盐水灌胃,灌胃量为10 mL/kg。第7天灌胃1 h后,以30 mg/kg为标准将1%戊巴比妥钠注入大鼠腹腔进行麻醉,取腹主动脉血及踝关节组织。
1.8 足趾肿胀度检测
参照使用说明,通过足趾容积测量仪对各组大鼠造模后4、8、24、48、72 h后的右足进行足趾肿胀度测量。
1.9 组织学分析
取右踝关节滑膜组织,置于4%多聚甲醛溶液过夜进行组织固定,脱水、透明、浸蜡、包埋后,切成3~4 μm薄片,展片、烤片、脱蜡、至水,按步骤进行HE染色,封片(中性树胶),显微镜观察组织学变化。
1.10 ELISA检测
室温下以3000 r/min离心腹主动脉血15 min,取血清;取滑膜组织,适量液氮下研磨成粉末状,加入适量的生理盐水,匀浆,3000 r/min离心10 min,取上清液。按照ELISA试剂盒操作说明,检测血清中TNF-α、TGF-β1、IL-10、IL-18、APN、LP、RS和VF的表达,检测滑膜上清液中APN、LP、RS和VF的表达。
1.11 生化法检测
严格按照生化检测试剂盒操作说明,检测血清中BUA、TC、TG和HDL-C的表达水平。
1.12 RT-qPCR检测
取滑膜组织,液氮下研磨成粉末状,加入1 mL TRIzol裂解。完全裂解后,加入0.2 mL氯仿(振荡15 s,静置5 min)。4 ℃离心10 min(12 000 r/min),取上清加入到另一EP管中。加入0.5 mL异丙醇,-20 ℃孵育30 min后,4 ℃离心15 min(12 000 r/min),弃上清。加入1 mL75%乙醇。4 ℃离心5 min(12 000 r/min),弃上清。重复上步骤。室温干燥RNA沉淀,-80 ℃保存备用。在0.2 mL EP管中加入1 μg RNA,常规去除基因组DNA反应后,参照反转录试剂盒说明,获取cDNA。以cDNA作为模板,进行荧光定量PCR反应。β-actin为内参,2
-△△Ct值表示基因相对表达量。引物设计见
表1。
1.13 Western blotting检测
取滑膜组织样本,加入RIPA裂解液,离心15 min(12 000 r/min)后,收集上清液。蛋白样品中加入4倍SDS-PAGE蛋白上样缓冲液,沸水浴15 min,变性蛋白。冷却后,将蛋白样品直接上样到SDS-PAGE胶加样孔内,80 V电泳1 h。转膜装置(含PVDF膜)进行转膜,PTEN、PI3K、p-PI3K、AKT、p-AKT、GAPDH转膜时间分别为50、65、65、55、55、40 min。Western封闭液室温封闭2 h,参照说明书用一抗稀释液进行稀释(
表2),再按照1∶2×10
4稀释辣根过氧化物酶标记的二抗,室温孵育1.2 h。洗涤后,按说明书用ECL试剂盒测定蛋白含量。
1.14 统计学方法
使用SPSS 27.0进行统计学分析,计量资料以均数±标准差表示;数据符合正态分布、方差齐时,组间比较采用两独立样本t检验,多组比较采用单因素方差分析;不符合正态分布或方差不齐时,组间比较采用两独立样本Wilcoxon秩和检验。P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 HQC对GA大鼠足趾肿胀度的影响
与正常组比较,模型组足趾肿胀度升高(
P<0.05),且在48 h时达到高峰;与模型组比较,HQC低、中、高剂量组和秋水仙碱组在造模后4、8、24、48、72 h均可不同程度改善GA大鼠足趾肿胀度(
P<0.05),且HQC高剂量组、秋水仙碱组对足趾肿胀度的改善程度最显著(
图1,
表3)。
2.2 HQC对GA大鼠滑膜组织学的影响
HE染色显示:正常组滑膜细胞排列紧密,血管分布基本正常,周围可见散在炎性细胞浸润;与正常组比较,模型组可见大量炎性细胞浸润和滑膜组织增生;与模型组比较,HQC低、中、高剂量组和秋水仙碱组可不同程度减轻炎性细胞浸润和滑膜组织增生,改善滑膜组织病理损伤,且HQC高剂量组、秋水仙碱组对滑膜组织病理损伤的改善程度最显著(
图2)。
2.3 HQC对IL-10、IL-18、TNF-α、TGF-β1的影响
ELISA结果显示:与正常组比较,模型组TGF-β1、IL-18、TNF-α的表达升高,IL-10的表达降低(
P<0.05);与模型组比较,HQC低、中、高剂量组和秋水仙碱组可不同程度降低TGF-β1、IL-18、TNF-α的表达,升高IL-10的表达,且HQC高剂量组、秋水仙碱组对IL-10、IL-18、TNF-α、TGF-β1的影响最显著(
P<0.05,
图3)。
2.4 HQC对TC、TG、HDL-C、APN、LP、RS、VF、BUA的影响
生化检测结果显示:与正常组比较,模型组TG、TC、BUA的水平明显上升,HDL-C的水平明显下降(
P<0.05);与模型组比较,HQC低、中、高剂量组和秋水仙碱组可不同程度降低TG、TC、BUA的水平,升高HDL-C的水平,且HQC高剂量组、秋水仙碱组对TG、TC、BUA、HDL-C的影响最显著(
P<0.05)。ELISA结果显示:与正常组比较,模型组血清和滑膜中LP、RS、VF的表达显著上调,APN的表达显著下调(
P<0.05);与模型组比较,HQC低、中、高剂量组和秋水仙碱组可不同程度下调血清和滑膜中LP、RS、VF的表达,上调APN的表达,且HQC高剂量组、秋水仙碱组对LP、RS、VF、APN的影响最显著(
P<0.05,
图4)。
2.5 HQC对PTEN、PI3K、AKT mRNA的影响
RT-qPCR结果显示:与正常组比较,模型组PI3K、AKT mRNA的表达升高,PTEN mRNA的表达降低(
P<0.05);与模型组比较,HQC低、中、高剂量组和秋水仙碱组可不同程度降低PI3K、AKT mRNA的表达,升高PTEN mRNA的表达,且HQC高剂量组、秋水仙碱组对PTEN、PI3K、AKT mRNA的影响最显著(
P<0.05,
图5)。
2.6 HQC对PTEN、PI3K、p-PI3K、AKT、p-AKT 蛋白的影响
Western blotting结果显示:与正常组比较,模型组p-PI3K、p-AKT蛋白表达升高,PTEN 蛋白表达降低(P<0.05),而PI3K、AKT蛋白的表达差异无统计学意义(P>0.05);与模型组比较,HQC低、中、高剂量组和秋水仙碱组可不同程度降低p-PI3K、p-AKT蛋白的表达,升高PTEN蛋白的表达,且HQC高剂量组、秋水仙碱组对PTEN、p-PI3K、p-AKT蛋白的影响最显著(P<0.05,图6)。
3 讨论
GA是由代谢障碍引起的关节炎性疾病,除了熟知的尿酸代谢障碍外,脂质代谢失衡也越来越受到关注
[23]。现有研究表明
[24-27],在GA中,尿酸代谢、脂质代谢、炎症反应之间可能存在着潜在的相互调节机制,因此进行GA炎症、尿酸和脂质代谢的相关研究具有重要意义。本研究通过MSU注射右踝关节制备GA模型大鼠,并观察造模后GA模型大鼠的炎症反应及尿酸和脂质代谢状态,结果显示与正常组比较,GA模型组的大鼠除了高炎症反应及高尿酸状态外,TC、TG、LP、RS、VF的水平显著升高,HDL-C、APN的水平显著降低,表明着在GA大鼠中也存在着脂质代谢的失衡。另外,本研究设置了HQC低、中、高剂量组干预GA模型大鼠,结果显示HQC低、中、高剂量组均可显著减轻GA大鼠的足趾肿胀度和滑膜病理损伤,降低促炎细胞因子的分泌,同时改善尿酸和脂质代谢紊乱,表明HQC对GA的综合调节作用。HQC为安徽省中医院研制的一种中药复方,主要由黄芩、栀子、威灵仙、桃仁、薏苡仁组成,在临床中用于治疗GA湿热证(急性发作期)患者,显示出良好的疗效及安全性
[10]。君药黄芩、栀子苦寒,以清热利湿、泻火解毒为用。《药性本草》曰:“黄芩,能治热毒、骨蒸……去关节烦闷……”。现代药理学研究表明黄芩含有黄酮多糖类、挥发油等多种成分,具有抗炎、增强免疫功能等多种药理作用
[28];栀子包括黄酮类、二萜类等化学成分,具有良好的抗炎、抗氧化等药理作用
[29]。其中黄芩苷作为黄芩中的重要组成部分,具有显著的抗炎、抑制黄嘌呤氧化酶活性等多种作用
[30]。臣药威灵仙,以祛风湿、通经络为长,能够显著降低BUA,并发挥抗炎镇痛作用
[31]。使药薏苡仁,为药食同源之品。《本草新编》记载:“最善利水……凡湿盛在下身者,最适用之”。现代研究表明薏苡仁包含甾醇、酚酸等营养物质,主要化学药理成分为糖酯、内酰胺类等,具有抗氧化、调脂、抗炎止痛等药理作用
[32]。使药桃仁,擅于祛瘀,主破血通气,《本经》曰:“瘀血血闭,症瘕邪气……”。研究表明桃仁中的苦杏仁甙具有抗炎、抗凝等作用,能有效调节胶原关节炎小鼠中酸敏感离子通道及炎症细胞因子,减轻关节中滑膜和软骨的损伤
[33]。另外,本研究也选择了临床常用的有效药物秋水仙碱作为阳性对照,结果显示秋水仙碱可以降低TNF-α、TGF-β1、IL-18的表达,升高IL-10的表达,发挥抗炎作用,同时还可以通过调节血脂、BUA、脂肪因子的水平发挥抗脂、抗尿酸的作用,这与先前的报道
[34-36]相一致。
由PTEN介导的PI3K/AKT是条重要的自噬、炎症相关信号通路,与尿酸和脂质代谢的生物学进程密切相关
[17, 18],前期细胞实验也表明HQC可以通过PI3K/AKT信号通路抑制GA成纤维样滑膜细胞、心肌细胞的炎症反应及增加APN的表达
[12, 13]。本研究结果发现,HQC可以增加PTEN的表达,抑制PI3K、AKT磷酸化,在基因和蛋白水平上调节PTEN/PI3K/AKT的激活,表明HQC对GA的综合调节作用可能是通过PTEN/PI3K/AKT的调节实现的。此外,与既往报道
[37, 38]相符的是,秋水仙碱也可以通过PTEN调节PI3K/AKT信号通路的激活。PI3K/AKT信号通路对于GA炎症、尿酸代谢的调节也有过报道。在炎症方面,PI3K/AKT信号通路的激活可以通过降低Beclin-1、增加p62的表达抑制自噬,增强GA滑膜组织中TNF-α和IL-1β介导的炎症反应
[39];PI3Kγ的缺失可以降低AKT磷酸化水平,进而减少GA小鼠滑膜趋化因子的产生和中性粒细胞的募集
[40];另外,PI3K/AKT通路还可以通过介导M1/M2型巨噬细胞转化,影响炎性细胞因子的产生
[41]。在尿酸代谢方面,有研究
[16, 17, 42]表明PI3K/AKT信号通路介导了尿酸的排泄,其机制可能与三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G亚家族成员2(ABCG2)、URAT1和GLUT9等尿酸转运蛋白的调节有关。尿酸代谢紊乱导致的高尿酸血症一直被认为是GA最重要的生化基础,而高尿酸血症引起的晶体性炎症是GA患者关节红肿疼痛最直接的病理过程。在本研究所制备的GA大鼠模型中,出现了显著的脂质代谢物的紊乱,这也与前期的研究观察结果一致
[43, 44]。事实上,尿酸与脂质之间可能存在着双向的因果效应,而这种因果效应最终可能会表现在炎症的剧烈程度上
[45]。目前在GA脂质代谢方面,关于PTEN/PI3K/AKT在其中可能作用的研究仍是缺乏的。本研究结果显示,PTEN/PI3K/AKT可能参与了GA脂质代谢的调节。基于上述可以推测,PTEN/PI3K/AKT信号通路一方面可能是直接调节GA脂肪的合成和分解过程,另一方面也可能通过尿酸与脂质的双向因果效应而间接调节脂质的代谢。本研究针对其具体机制缺乏进一步探索,这也是我们未来深入研究的方向。
综上,本研究表明GA大鼠存在着炎症反应和尿酸、脂质代谢失衡,HQC可以减轻GA大鼠足趾肿胀度和滑膜病理损伤,改善炎症反应和尿酸、脂质代谢失衡,其机制可能与抑制PTEN/PI3K/AKT信号通路有关。这一发现为阐明GA发病机制及GA相关药物的开发提供了新的循证医学证据。