子宫腺肌病(adenommyosis,AM)是一种良性妇科疾病,主要特征为子宫内膜腺体与间质侵入子宫肌层。临床症状涉及子宫异常出血、月经过多及痛经
[1],严重情况下可能导致不孕,并对辅助生殖技术的助孕效果产生负面影响
[2],多发于育龄妇女,发病率为7%~23%,且呈逐年增高的趋势
[3]。尽管子宫切除术是治疗AM的根治性方案,但难以满足女性对生育的需求,药物治疗多采用孕激素、促性腺激素类似物等控制疾病进展,具有诸多副作用,影响生育能力,患者接受度低
[4],因此,寻找高效低毒的药物是当前迫切需要解决的问题。
相对于西医严重不良反应,中药在改善痛经、调经助孕等领域展现出独特的优势,已被列入2020年《子宫腺肌病诊治中国专家共识》诊疗指南
[5]。课题组前期研制了组方融合桂枝茯苓丸、宫血宁胶囊等多个经典名方验方主要成分的医疗机构制剂“通脉化癥合剂”(鲁药制备字Z20240154000),临床证实可显著降低AM病人月经量、痛经程度和血清CA125水平
[6],《中成药治疗痛经临床应用指南(2021年)》
[7]提示,桂枝茯苓丸可减少AM病灶,改善痛经和妊娠结局,且能明显降低AM小鼠子宫内膜浸润肌层
[8]。《宫血宁胶囊妇产科临床应用指导建议》
[9]明确指出,宫血宁胶囊展现出显著优势,能够有效减少子宫异常出血患者的出血量。因此,课题组取桂枝茯苓丸中的核心成分桂枝,以其温经通脉、止痛之效,同时引入宫血宁胶囊单一成分重楼,旨在解毒化瘀、止血,构建桂楼关键药对,协同作用于病症,开展了一系列实验研究,以揭示其治疗AM的科学机制。
课题组前期研究发现,桂楼药对可通过调控Rho/ROCK通路有效抑制AMDC的迁移、侵袭能力
[10],桂枝中的主要药物成分
[11]及重楼中的药物成分
[12,13]均可降低AMDC的侵袭和迁移,但桂楼药对中具体有效组分尚不明确,其联合应用在AM中的作用机制仍有待进一步阐述。近年来,张伯礼院士创新性的提出了组分中药的概念,以中医药理论为指导,遵循方剂配伍理论与原则,由有效组分配伍而成的现代中药
[14],具有安全、有效、稳定、可控的特征,可有效解决单味药治疗复杂病情的局限性,有望为临床带来低毒高效的新药,越来越为研究的热点
[15]。因此,在AM体内外模型中验证桂楼有效组分联用(简称PT)调控ROCK/LIMK/cofilin通路,阻断或延缓异位内膜细胞侵袭、迁移的作用效果,探究深层次作用机理,为中医药治疗AM提供新策略。
1 材料与方法
1.1 实验动物与细胞
SPF级ICR雌性小鼠48只,雄性小鼠9只(6周龄),购自维通利华[SYXK(鲁)2022-0009],于山东中医药大学附属医院的SPF隔离室中进行饲养,环境设定在(22±2) ℃的恒温条件下,遵循12 h/12 h周期的固定饮食周期,确保常规且稳定的生长环境。此研究已获山东中医药大学附属医院伦理委员会的批准与支持(批准号:AWE20230823001)。
AM异位病灶标本取自临沂市中心医院就诊的AM患者。所有患者均签署了知情同意书,且该研究方案已获得伦理委员会的批准(2018临床科研申报号第021号)。将AM病灶组织于无菌条件下剪切成1 mm3大小,加入4倍体积的0.1%胶原酶Ⅳ,置于37 ℃环境孵育4 h,直至成完全溶解至乳糜状态,通过70 µm和40 µm孔径细胞筛网过滤,1 000 r/min离心5 min后,去除上清,沉淀物中加入DMEM/F-12完全培养液(含10%胎牛血清和1%青链霉素混合液)重悬,并计数细胞数量,接种于6孔板中,置于5% CO2培养箱中进行培养。取3~10代的AM异位病灶细胞作为后续的研究对象。
1.2 药品与试剂
反式肉桂醛购自上海源叶生物科技有限公司(批号:B50765-1mL);重楼皂苷Ⅰ(PolyphyllinⅠ,PPⅠ,批号:MUST-19031905)、重楼皂苷Ⅱ(PolyphyllinⅡ,PPⅡ,批号:MUST-21062804)、重楼皂苷Ⅶ(PolyphyllinⅦ,PPⅦ,批号:MUST-18062201)购自于成都曼斯特生物科技有限公司;米非司酮购自美国MedChemExpres公司(批号:26593);胎牛血清购自苏州双洳生物科技有限公司(批号:S711-001S);DMEM/F-12培养基(批号:F3023N1)购自中科迈晨(北京)科技有限责任公司;0.25%胰蛋白酶(批号:J121102)、青霉素-链霉素双抗溶液(批号:J121004)购自上海源培生物科技股份有限公司;Matrigel基质胶购自博奥森生物科技有限公司(批号:354234);细胞固定液(批号:20191217)、结晶紫(批号:20211009)购自武汉索莱宝生物科技有限公司;CCK-8试剂盒购自武汉伊莱瑞特生物科技股份有限公司(批号:E-CK-A362);复方米非司酮片购自武汉九珑人福药业有限责任公司(国药准字H20040365,批号:07230501);他莫昔芬购自美国Sigma-Aldrich公司(批号:WXBD7619V);苏木素-伊红(hematoxylin-eosin,H&E)染色试剂盒(批号:HADGP);BCA蛋白浓度检测试剂盒(批号:Z928240816);PVDF膜(批号:000176876)购自广州伟伯科技股份有限公司;ROCK1抗体购自Proteintech公司(批号:21850-1-AP);p-LIMK抗体购自美国CST公司(批号:AF3345);p-cofilin抗体购自美国ABCclonal公司(批号:AP0178);KI67抗体购自武汉塞维尔科技有限公司(批号:GB111141)。
1.3 仪器
二氧化碳培养箱(德国Memmert);5424R型高速低温离心机(德国Eppendorf公司);Multiskan Go1510型酶标仪(美国Thermo公司);HP30型自动组织脱水机[达科为(深圳)医疗设备有限公司];DHG-9070A型鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司);BM450A型包埋机、BM450型包埋冷冻台、PH60型病理组织漂烘仪(常州派斯杰医疗设备有限公司);531CM-Y43型轮转式切片机(德国Leica公司);WS-10病理切片扫描仪(中国Wisleap)。
1.4 药物制备
购买PPⅡ粉末和反式肉桂醛4 ℃避光密封保存。TCA溶于二甲基亚砜,配成浓度为200 mmol/L母液,-20 ℃保存;取20 mg PPⅡ粉末溶于23.39 mL二甲基亚砜,配制终浓度1 mmol/L的母液,贮存于-20 ℃;将25 mg米非司酮粉末与100 μL二甲基亚砜混合,制备成浓度为250 mg/mL的母液。母液应于-20 ℃的避光条件下长期保存,用于后续体外试验。
参照通脉化癥合剂(鲁药制备字Z20240154000)中的标准临床用量,成年人(60 kg)每日服用桂枝、重楼的量分别为10 g和9 g,符合《中国药典》,根据人体与小鼠体表面积比值换算方法
[16],PT的1倍临床剂量为7.88 mg/kg 的PPⅡ加上53.34 mg/kg的TCA充分混合,以37 ℃、50 Hz超声振荡30 min,设置浓度梯度分组为1/2和1倍的临床用量。复方米非司酮的1倍临床等效剂量相当于3.25 mg/kg,将复方米非司酮片溶解于生理盐水之中
[17],用于后续体内实验。
1.5 细胞实验
1.5.1 CCK‑8实验
以每孔3.5×103的AMDC培养于100 μL/孔的96孔板内,培养24 h后,加入不同摩尔浓度的PPⅠ(0、0.5、1、2、4、8 μmol/L)、PPⅡ(0、0.25、0.5、1、2、4 μmol/L)、PPⅦ(0、0.5、1、2、4、8 μmol/L)、TCA(0、30、60、120、240、480 μmol/L)和不同摩尔浓度的米非司酮(0、25、45、90、180、360 μmol/L),各组设置3个复孔,对照组加入空白培养基。处理48 h后,更换孔内液体为含10% CCK-8的培养基,37 ℃保持2 h,用酶标仪测量光吸收度。通过GraphPad Prism 9软件统计实验数据处理并计算AMDC的半抑制浓度(IC50)。
1.5.2 Transwell侵袭实验
将Transwell小室放入24孔板内,将Matrigel基质胶与DMEM/F-12培养基按照1∶9的比例稀释混合,每孔滴入25 μL稀释好的基质胶,37 ℃孵育30 min;将生长至对数期的细胞消化,每个小室加入500 μL含2.5×104细胞的无血清培养基,在下室加入600 μL完全培养基(含10% FBS),将上室放入其中,24孔板置于37 ℃培养箱,培养48 h后取出,将Transwell小室底部浸入4%组织固定液中固定20 min,后浸入0.1%结晶紫,37 ℃染色30 min,后用棉签将基质胶擦掉,上室底部浸入PBS中,洗去多余结晶紫,倒置晾干,显微镜下拍照。
1.5.3 Transwell迁移实验
与侵袭实验不同的是操作过程中不使用基质胶,其余步骤与“1.5.2项”相同。
1.5.4 免疫荧光法
将对数生长期的AMDC接种于含有细胞爬片的24孔板内,并加入梯度浓度的PT药物(0、3.94 mg/kg PPⅡ+26.67 mg/kg TCA、7.88 mg/kg PPⅡ+53.34 mg/kg TCA),培养过夜。细胞贴壁后,弃培养基,用预温的PBS洗涤3次,5 min/次,洗去细胞表面多余的培养液;经细胞组织固定液固定10 min、0.2%TritonX-100(PBS稀释)通透,加入TRITC-phalloidin(稀释度为1∶100)200 μL,慢摇30 min;PBS清洗3次,加入200 μL DAPI染液染色5 min,将细胞爬片取出,用荧光淬灭剂封片,在室温下静置一夜,用激光共焦显微镜对其荧光强度进行观测并测定。
1.5.5 Western blot实验
使用蛋白裂解液对收集的各组AMDC进行裂解,提取细胞中的总蛋白,利用BCA试剂盒对其浓度的进行检测。采用12% SDS-PAGE对所获得的蛋白质进行分离,再将其转移到PVDF膜上,在室温下用含有5%脱脂奶粉TBST的封闭液封闭1 h后,分别加入ROCK1(1∶1 000)、LIMK(1∶1 000)、p-LIMK(1∶1 000)、cofilin(1∶1 000)、p-cofilin(1∶1 000)和GAPDH(1∶5 000)抗体,4 ℃过夜孵育;随后孵育相对应二抗(1∶5 000),TBST清洗3次后,采用ECL化学发光试剂盒结合(化学发光)成像仪,拍照并记录蛋白的表达情况后,运用ImageJ软件对图像的灰度值进行分析。
1.6 动物实验
1.6.1 动物造模分组及给药
ICR小鼠(6周龄)适应性饲养1周后,将其按照雌∶雄2∶1的比例进行随机合笼,交配后随机选取32只新生雌性ICR小鼠,自出生第2天至第5天滴喂5 μL/g的花生油、卵磷脂和炼乳混合液(体积比2∶0.2∶3)+2.7 μmol/kg的他莫昔芬,制备AM模型小鼠。此外,取8只ICR雌性小鼠,自出生第2天至第5天滴喂不含他莫昔芬的混合液
[18-20]。常规饲养90 d后,将32只ICR雌性小鼠按照随机数表法分为模型组、复方米非司酮组(3.25 mg/kg)、1/2 PT组(3.94 mg/kg PPⅡ+26.67 mg/kg TCA)、PT组(7.88 mg/kg PPⅡ+53.34 mg/kg TCA),另设空白对照组,每组8只。各给药组小鼠每日腹腔注射100 μL给药溶液,空白对照组和模型组腹腔注射等体积的生理盐水,西药对照组灌胃等体积复方米非司酮溶液,各组持续干预30 d。末次给药2 h后,经戊巴比妥钠麻醉小鼠后,眼球取血获取血液样本,分离血清置于-80 ℃保存,随后处死小鼠,获取子宫、肝、脾、肾组织,进行形态学观察后,置于4%组织细胞固定液中固定,用于H&E染色和免疫组化检测。
1.6.2 小鼠血清学检测
使用促凝管通过摘眼球方式采集各组小鼠血液,室温下静置30 min,3 200 r/min离心15 min,取上清液,遵循ELISA试剂盒说明书检测血清中AST、ALT、ALP活性和BUN含量。
1.6.3 H&E染色
取各组小鼠子宫、肝、脾、肾组织,用4%多聚甲醛固定,石蜡包埋后切片,将切片在二甲苯中脱蜡,苏木素染色20 s、伊红复染30 s,随后用清水冲洗,完成切片的脱水透明处理,并以封片剂包封,最终在病理切片扫描仪下进行拍照。
1.6.4 免疫组化检测小鼠子宫组织中ROCK1、p‑LIMK、p‑cofilin和KI67的蛋白表达
对子宫组织切片进行脱蜡水化处理后,接着使用过氧化氢进行内源性过氧化物酶的封闭,并在37 ℃条件下孵育30 min,PBS洗3次。山羊血清封闭30 min后依次滴加稀释后的一抗孵育过夜(ROCK1 1∶800、p-LIMK 1∶300、p-cofilin 1∶100、KI67 1∶300),第2天组织切片室温下放置30 min复温,PBS洗3次,滴加二抗孵育40 min(稀释比为1∶200),加入DAB工作液显色。采用苏木素复染30 s后,依次进行脱水、透明和封片处理,观察并拍摄ROCK1、p-LIMK、p-cofilin以及KI67的免疫组化染色情况,利用Image-Pro Plus进行分析计算。
1.7 统计学处理
使用GraphPad Prism 9.0软件对数据进行统计学分析,计量资料符合正态分布者采用()进行描述,多组间运用one-way ANOVA进行分析,P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 细胞实验
2.1.1 各药物抑制AMDC的活力
CCK-8结果显示,PPⅠ、PPⅡ、PPⅦ、TCA和米非司酮均能有效抑制AMDC的活力,通过对数据的分析,获得各药物对应IC
50值,PPⅠ为(1.67±0.04) μmol/L(
图1A),PPⅡ为(0.80±0.02) μmol/L(
图1B),PPⅦ为(2.40±0.05) μmol/L(
图1C),TCA为(161.43±4.20) μmol/L(
图1D),米非司酮为(109.5±3.64) μmol/L(
图1E)。结果显示,同浓度下PPⅡ与TCA抑制AMDC活力作用较强。通过正交实验
[21],各设置3个水平(即0、1/2 IC
50、1/4 IC
50)验证了不同浓度PPⅡ和TCA药物组合对AMDC活力的影响,见
表1。
2.1.2 PT抑制AMDC的迁移和侵袭
通过Transwell实验检测PT对AMDC迁移和侵袭的影响。单独使用PPⅡ与TCA处理AMDC 48 h后,与对照组相比,PPⅡ(
P<0.05)与TCA(
P<0.01)处理AMDC迁移和侵袭的数量均减少,见
图2A、B;采用PT药物(0.4 μmol/L PPⅡ和40 μmol/L TCA)干预AMDC 48 h后,观察对应分组细胞数量,与对照组相比,1/2 PT与PT浓度抑制AMDC迁移性和侵袭性的细胞数量更显著(
P<0.001),且呈浓度梯度依赖效应,见
图2C。
2.1.3 PT调控AMDC中的ROCK/LIMK/cofilin信号通路
Western blot结果显示PT可下调AMDC中ROCK1蛋白的表达和LIMK、cofilin蛋白的磷酸化水平(
P<0.05),免疫荧光结果显示空白对照组AMDC中F-actin表现出细丝结构异常,胞质F-actin面积较大,伪足伸出较多,细胞大多表面不规则且排列紊乱,见3A、B;1/2 PT和PT干预后细胞伪足数量减少,胞质F-actin面积缩小,荧光强度较对照组显著降低(
P<0.001),见
图3C、D。
2.2 动物实验
2.2.1 PT药物对小鼠肝、脾、肾功能的损伤程度评价
各浓度药物干预后,病理结果显示小鼠肝脏组织切片可见肝小叶结构无异常,肝细胞及血窦清晰,脾脏组织切片可见界限清晰的红髓区和白髓区,肾小体结构无异常,见
图4A。各给药组小鼠血清ALP活性、BUN水平以及AST/ALT比值未见显著性差异,见
图4B。饲养期间,观察小鼠生存状况,各组身体状况良好,饮食正常,皮毛、二便等行为表现均正常,无中毒和死亡情况,各组间小鼠体重呈上升趋势,未见显著性差异,见
图4C。
2.2.2 PT改善AM模型小鼠子宫中腺体向肌层的侵袭
利用滴喂他莫昔芬法构建小鼠AM模型(
图5A)。称量各组小鼠子宫质量,与空白对照组比较,模型组小鼠子宫质量显著升高(
P<0.01);与模型组相比,1/2 PT(
P<0.01)和PT组(
P<0.01)子宫质量显著降低,复方米非司酮组子宫质量也降低,未出现显著性差异,见
图5B。观察结果显示,空白对照组中子宫内膜与肌层界限分明,未观察到内膜腺体及间质细胞向肌层的浸润;而在模型组中,子宫内膜与肌层的界限模糊,肌层内部出现了多个内膜腺体向肌层的浸润现象;1/2 PT组和复方米非司酮组子宫内膜与肌层边界较清晰,偶见腺体与间质侵入肌;PT组子宫内膜与肌层界限清楚,肌层完整,无明显浸润肌层的现象,见
图5C。
2.2.3 PT抑制AM模型小鼠子宫组织中ROCK1、p‑LIMK、p‑cofilin和KI67的表达
与空白对照组相比,模型组子宫组织ROCK1、p-LIMK、p-cofilin及KI67显著升高(
P<0.05);与模型组相比,1/2 PT(
P<0.05)、PT剂量组(
P<0.001)和复方米非司酮组(
P<0.05)子宫组织ROCK1、p-LIMK及KI67均显著降低,PT剂量组(
P<0.01)和复方米非司酮组(
P<0.001)子宫组织的p-cofilin蛋白表达也显著降低,见
图6A、B。
3 讨论
AM发病及进展过程中,必然伴随子宫内膜对于肌层的入侵和浸润,故AMDC侵袭、迁移能力的增强是AM发生的关键
[2,22]。因此,找寻特异性药物抑制AMDC的侵袭和迁移,是当前亟待解决的问题。随着中医药的传承发展与创新,张伯礼院士提出要发展由有效组分配伍而成的现代中药,既能保持传统中药配伍增效减毒,同时药效物质基础及其作用机理又相对比较清楚,能够更加精准的作用于药物靶点,可有效提高疗效
[23,24],现代中药组分的开发正逐渐成为中医药领域的研究热点。《景岳全书·妇人规》云:“瘀血留滞作癥,惟妇人有之”,“瘀血内阻”为AM核心病机。桂枝和重楼分别是AM临床治疗有效中成药桂枝茯苓丸和宫血宁胶囊的主要成分,也是课题组前期研发验证有效的医疗机构制剂“通脉化癥合剂”的核心药对
[9]。桂枝有温阳通脉散结作用,重楼具有清热解毒化瘀功效。现代药理学研究发现,桂枝对人肿瘤细胞具有抑制增殖及促进凋亡的功效
[25],重楼能够阻断子宫内膜的侵袭和增殖,加速大鼠异位子宫内膜细胞的凋亡,减缓AM的进展
[26,27],但其抑制AM侵袭和迁移的机制和主要组分尚不清楚。
有研究发现,中药复方
[28]可及中药组分
[29]均可通过调节ROCK/LIMK/cofilin信号通路抑制细胞骨架破坏的进程,以及细胞的迁移和侵袭。2020版《中国药典》
[30]指出PPⅠ、PPⅡ、PPⅦ是对重楼质量控制的指标性成分,TCA则被用于桂枝的鉴定。通过CCK-8实验筛选出重楼中有效组分为PPⅡ,且已有研究表明PPⅡ
[31,32]与TCA
[33,34]单独使用对多种肿瘤细胞均具有一定的抑制作用。因此,本研究进一步筛选PPⅡ与TCA最佳比例进行联合应用(简称PT),经Transwell实验证实,PT较PPⅡ、TCA单独使用抑制AMDC的侵袭和迁移效果更佳。
有研究显示,ROCK/LIMK/cofilin信号通路的过表达可增强细胞侵袭和迁移能力,可能是抑制子宫内膜细胞侵入、浸润子宫肌层的重要靶点
[35],在机制上,ROCK通过激活下游的LIMK磷酸化,从而抑制纤维蛋白中肌动蛋白解聚活性,影响细胞骨架的稳定,而cofilin是LIMK下游的肌动蛋白解聚因子,在有丝分裂开始时刺激肌动蛋白丝的分离和解聚,是肌动蛋白丝动力学和解聚的调节剂,其活性主要由LIMK调节,LIMK的磷酸化可导致cofilin蛋白失去活性,抑制cofilin蛋白与ADP-肌动蛋白结合,聚合态的F-actin发生解聚,磷酸化程度受损害,细胞骨架重排程度也将减少
[36]。因此,基于ROCK/LIMK/cofilin信号通路在细胞骨架重排中的关键作用
[37],本研究通过免疫荧光和Western blot,检测PT作用于ROCK/LIMK/cofilin信号通路的磷酸化水平以及观察细胞骨架纤维的形态改变,发现PT可下调ROCK/LIMK/cofilin信号通路的表达及磷酸化水平,最终抑制AMDC骨架蛋白重排,实现对细胞运动能力的调控,减弱了AMDC的侵袭和迁移能力,见
图7。
同时,本研究通过体内实验对PT药物进行了亚慢性毒性评估
[38],检测能够反映肝、脾、肾功能损伤的ALP活性、BUN水平及AST/ALT比值
[39],未发现PT对小鼠肝、脾、肾功能的损伤,初步确定了PT的安全性;研究发现,激活ROCK/LIMK/cofilin通路会加速肿瘤细胞的转移进展
[37,40],AM作为一种具有向远处的侵袭和转移等部分肿瘤特征的疾病,ROCK/LIMK/cofilin极有可能是调控其运动能力的重要信号通路。因此,本研究进一步通过PT干预AM模型小鼠,发现PT可减少AM模型小鼠子宫肌层中腺体的数量,降低子宫组织中ROCK1、p-cofilin和p-LIMK的表达,此外,增殖标志物KI67
[22]的表达也相对减弱。
综上,本研究实验结果表明,PT能够延缓AM的进展,其机制可能与其调控ROCK/LIMK/Cofilin通路介导细胞骨架重排,抑制异位内膜细胞运动能力的机制相关,可为AM的药物研发提供物质研究基础。
作者贡献度说明:
曹涵:负责完成实验、分析数据、撰写论文;王子璐:协助撰写论文与投稿;王楚矗:协助完成实验;石雅馨:协助分析数据;师伟:负责写作指导、项目管理和方法论指导。
所有作者声明不存在利益冲突关系。
国家自然科学基金资助项目(82474559)
山东省自然科学创新发展联合基金资助项目(ZR2023LZY024)