溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一种慢性的、具有非特异性特征的炎症性疾病,主要影响结直肠黏膜及其下层,通常以腹泻、腹痛、黏液脓血便等为主要症状,该病病程长,复发率较高,给患者带来了巨大的痛苦
[1]。近年来,UC发病率及癌变率的危险性持续上升,世界卫生组织已将其归类为当代难以治愈的疾病之一,影响了全球数百万人。UC的发病原因较为复杂,目前尚未完全明确,它的发展可能涉及多个因素
[2],如遗传倾向、免疫系统功能异常、上皮屏障的缺损、微生物群落失衡以及环境因素等,其中,氧化应激反应过度激活被认为是UC发病的关键机制之一,氧化应激可诱发炎症反应,从而促进UC的发展
[3]。核因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid‑2‑related factor 2,Nrf2)/血红素氧合酶1(heme oxygenase 1,HO‑1)通路是Nrf2最经典的效应产生途径,是一条与氧化应激密切相关的重要通路,在氧化应激细胞调控方面发挥关键作用
[4],其中,Nrf2是机体抗氧化应激的重要调节因子,HO‑1则是血红素加氧酶家族的一员,具有抗炎、抗氧化反应等作用
[5]。Nrf2/HO‑1通路可通过控制氧化应激来减轻肠道炎症和损伤,并对维护肠道结构完整性起着关键作用
[6]。
《太平惠民和剂局方》中记载的参苓白术散
[7],是治疗UC的经典中药配方,其中包含了如党参、茯苓、白术、山药、莲子、白扁豆、薏苡仁、砂仁、桔梗和甘草等多种成分,具有健脾益气,利水渗湿的功效,广泛用于多种肠道疾病,且其临床治疗UC安全性、有效性均得到验证。调查表明,参苓白术散对肠道的保护作用,可能与肠道菌群、黏膜屏障、氧化应激及免疫系统等密切相关
[8],然而其在治疗UC方面的具体作用机理尚不明确,因此,本研究拟通过Nrf2/HO‑1信号通路探讨参苓白术散对UC大鼠的氧化应激损伤的影响,以此为其治疗UC提供科学的理论支持。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 动物
本实验采用了72只雄性SD大鼠,均为8周龄,质量(220±20) g,购置于湖南斯莱克景达实验动物有限公司[生产许可证SCXK(湘)2019‑0004]。所有大鼠均在SPF级动物设施中进行饲养管理,温度22~26 ℃,湿度45%~65%,保证标准颗粒饲料、干净饮用水充足,维持12 h照明,12 h黑暗周期的循环。本实验所设计的方案已经通过江西中医药大学实验动物伦理委员会的严格审议,并获得正式批准,批准文件编号为JZLLSC20240550。
1.1.2 药物与试剂
参苓白术散颗粒剂组成:白扁豆、白术、茯苓、甘草、桔梗、莲子、人参、砂仁、山药、薏苡仁(北京同仁堂股份有限公司,规格:12 g/袋,货号:22101007);美沙拉秦肠溶片(葵花药业集团,货号:国药准字H9980148)。葡聚糖硫酸钠(DSS)(上海源叶生物科技有限公司,货号:M11IS209185);粪便隐血试剂盒(珠海贝索生物技术有限公司,货号:BA2020B);BCA试剂盒(北京索莱宝生物公司,货号:PC0020);白介素‑6(interleukin‑6,IL‑6)、白介素‑1β(interleukin‑1β,IL‑1β)、肿瘤坏死因子‑α(tumor necrosis factor‑α,TNF‑α)、超氧化物歧化酶 (superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)试剂盒(江苏酶免实业有限公司,货号分别为:MM‑0190R1、MM‑0047R2、MM‑0180R1、MM‑0386R2、MM‑0385R2);TransZol Up Plus RNA Kit(北京全式金生物技术股份有限公司,货号:CW3008);MagicSYBR Mixture(康为世纪生物科技有限公司,货号:ER501‑01);一抗Nrf2、HO‑1、醌氧化物还原酶1(quinone oxidoreductase 1,NQO1)、β‑actin、辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG(武汉三鹰科技有限公司,货号分别为:10503‑2‑AP、12186‑1‑AP、67240‑1‑Ig、66009‑1‑Ig、S0001)。
1.1.3 主要仪器
SCIENTZ‑48型高通量组织研磨器购自宁波新芝生物公司;Allegra X‑30R型高速低温离心机购自贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司;Tanon‑4800全自动化学发光图像分析仪购自上海天能有限公司;Perkin E1mer EnSight多功能酶标仪购自珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司;SCI1000‑G PCR梯度基因扩增仪购自美国SCILOGEX公司;Archimed‑X4荧光定量PCR仪购自ROCGENE(北京)科学仪器有限公司;SD型Western blot电泳及转印系统购自美国Bio‑Rad公司。
1.2 方法
1.2.1 实验分组、模型构建与药物处理
经过7 d的适应性饲养后,从全部SD大鼠中随机选取12只作为对照组,剩余的60只则归入造模组中,除对照组外,其余各组均采用5%DSS溶液连续7 d自由饮来建立大鼠UC模型,每天记录大鼠体重变化,观察大鼠粪便性状、便血等情况,观察到大鼠出现腹泻、血便、肛周污秽等症状,随机选取造模组大鼠中的一只处死,其结肠组织出现局部溃疡、糜烂及水肿现象,在光学显微镜下,可见明显的炎症浸润和腺体减少等病理改变,表明UC模型已成功建立
[9]。造模结束后,根据人和动物之间体表面积折算的等效剂量比值表来计算各组大鼠的给药剂量。参苓白术散低、中、高剂量组分别按颗粒剂0.54、1.08、2.16 g⋅kg
‑1⋅d
‑1灌胃,美沙拉嗪组予美沙拉嗪溶液0.42 g⋅kg
‑1⋅d
‑1灌胃干预,对照组、模型组予0.2 g⋅kg
‑1⋅d
‑1蒸馏水灌胃,连续给药14 d。
1.2.2 样本采集
末次给药后,禁食不禁饮12 h,予3%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉大鼠,腹主动脉取血,3 000 r/min 4 ℃离心10 min,收集血清于-80 °C冰箱中保存待测。冰上迅速剖腹摘取脾脏,切取结肠组织,取1 cm结肠组织放至4%多聚甲醛固定液中用于病检,余下结肠组织放入-80 °C冰箱保存用于基因蛋白的检测。
1.2.3 一般状况及DAI
每日对各组大鼠的一般状况进行观察,包括其精神状态、毛色光泽、活动程度、体重变化、粪便是否带血及其性状,并依据
表1所提供的评分标准,对每组大鼠的疾病活动指数(disease activity index,DAI)进行评定
[10]。
1.2.4 苏木精‑伊红(HE)染色及组织损伤评分
首先将结肠组织在4%的多聚甲醛溶液中进行固定,随后,采用乙醇进行梯度脱水处理,接着执行石蜡包埋步骤并制备成切片。对切片实施染色与封固处理之后,使用光学显微镜(×100)对各组结肠组织的病理形态变化进行观察。根据
表2的评分准则,对各组大鼠的结肠组织损伤指数(tissue damage index,TDI)进行量化评分
[11]。
1.2.5 结肠长度
对大鼠进行解剖,提取结肠部分,并利用游标卡尺对各组大鼠从回盲部延伸至肛门区域的结肠长度进行精确测定,并记录数据以便后续分析
[12]。
1.2.6 酶联免疫吸附实验(ELISA)检测炎症因子水平
将各组结肠组织加入适量生理盐水匀浆捣碎,离心取上清,并严格遵循试剂盒说明书中的操作步骤,对大鼠血清中的TNF‑α、IL‑1β、IL‑6水平以及结肠组织中的SOD、MDA含量进行测定。
1.2.7 RT‑qPCR检测结肠组织目的基因表达
将称量好的结肠组织,快速充分地研磨,使用Trizol试剂从样本中提取总RNA,并对其浓度和纯度进行检测。然后根据逆转录试剂盒的说明,将提取的RNA逆转录合成为cDNA并进行扩增,以
GAPDH作为内部参照基因,通过2
‑ΔΔCt法计算各组目的基因的相对表达量,相关引物的序列详见
表3。
1.2.8 Western blot检测结肠组织目的蛋白的表达
称取适量的结肠组织,剪碎、加入RIPA裂解液,充分研磨、裂解,4 °C、13 000 r/min离心10 min,收集上清,用BCA试剂盒检测蛋白浓度,加入上样缓冲液,100 °C水浴加热使蛋白变性。根据目的蛋白相对分子大小进行SDS‑PAGE电泳,转膜,5%脱脂奶粉封闭2 h后进行洗膜处理。加入稀释的β‑actin(1∶5 000)、Nrf2(1∶1 000)、HO‑1(1∶1 000)、NQO1(1∶1 000)一抗4 °C孵育过夜,洗膜,加入稀释后的二抗(1∶5 000)室温下孵育2 h,洗膜,接着加入ECL发光液进行显影,最后,采用凝胶图像分析系统来对目标条带所呈现的光密度值进行精确的量化分析。
1.3 统计学处理
采用SPSS 24.0软件和GraphPad Prism 9.1.0软件对实验数据进行处理,其中,正态分布的计量资料采用()表示。采用单因素方差分析(One‑way ANOVA)方法,当方差齐性时,采用LSD法进行组间两两比较,而当方差不齐时,则采用Dunnett's T3法进行分析。P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 一般状况
对照组大鼠毛发色泽光亮,状态较活跃,大便正常呈颗粒状,模型组大鼠表现出毛发失去光泽,萎靡不振,拱背聚集在一起,与对照组相比,其摄食量和饮水量显著减少,并出现稀便和脓血便的症状,肛周不洁净,体重也显著减少;经过不同剂量的参苓白术散和美沙拉嗪的处理后,大鼠的便血和腹泻症状逐渐得到了缓解,体重逐渐恢复(
P<0.05或
P<0.01),见
图1。
2.2 DAI评分
在造模后,模型组和给药组的DAI评分显著高于对照组(
P<0.01),而模型组与给药组之间没有显著差异(
P>0.05)。经过1周的药物治疗,相较于模型组,给药组的DAI评分有所下降(
P<0.05),治疗2周后,与模型组相比,各给药组的DAI评分明显下降(
P<0.01),其中以参苓白术散高剂量组和美沙拉嗪治疗组效果最佳,两组间无统计学差异(
P>0.05),见
表4。
2.3 各组大鼠结肠病理变化
镜下观察结果显示,对照组大鼠结肠组织黏膜结构完整,腺体规则,未观察到炎症细胞的浸润。在模型组中,大鼠结肠黏膜结构被严重破坏,有溃疡性形成,腺体缺失,固有膜间质内可见大量炎症细胞浸润,TDI评分显著升高(
P<0.01)。与模型组相比,给药组结肠黏膜及腺体结构有不同程度的修复,炎症细胞的浸润减少,TDI评分明显降低(
P<0.05)。见
图2。
2.4 大鼠结肠长度变化
结肠长度缩短是衡量UC严重程度的重要指标
[13]。相较于对照组,模型组结肠长度明显缩短(
P<0.01),而相较于模型组,参苓白术散中、高剂量组和美沙拉嗪治疗组的大鼠结肠长度都有显著的增长(
P<0.05)。见
图3。
2.5 大鼠血清及结肠组织中炎症因子的变化
相较于对照组,模型组大鼠血清中IL‑1β、IL‑6、TNF‑α水平有所增加(
P<0.01),同时,其结肠组织的MDA含量上升,而SOD含量则呈现下降趋势(
P<0.01);相较于模型组,给药组血清中IL‑1β、IL‑6、TNF‑α及结肠组织中MDA含量均明显降低,SOD含量明显升高(
P<0.05),见
表5。
2.6 大鼠结肠组织Nrf2、HO‑1、NQO1 mRNA水平的变化
模型组大鼠的结肠组织中
Nrf2、
HO‑1和
NQO1 mRNA水平相较对照组均显著降低(
P<0.01);然而相较于模型组,各干预组大鼠的结肠组织中这些mRNA的表达水平都表现出了不同程度的上升(
P<0.05),见
表6。
2.7 大鼠结肠组织Nrf2、HO‑1和NQO1蛋白表达的变化
与对照组相比,在模型组大鼠的结肠组织中,观察到Nrf2、HO‑1以及NQO1的表达水平出现了明显的下降(
P<0.01)。而与模型组相比,各干预组大鼠的结肠组织中Nrf2、HO‑1、NQO1蛋白的表达水平有不同程度的增加(
P<0.05),见
图4。
3 讨论
UC是一种发病机制复杂的慢性炎症性肠病,被认为是诱发结直肠癌的危险因素
[14]。目前还没有彻底治愈UC的疗法,临床上治疗UC的主要目标包括控制炎症和减轻病症,常用治疗药物有5‑氨基水杨酸、柳氮磺吡啶、皮质类固醇、免疫抑制剂以及单克隆抗体等,然而长期使用药物会引发消化系统问题、肝肾功能异常、骨质疏松症等副作用,且疗效并不尽人意
[15‑17]。因此,研究UC的发病机制并找到既安全又有效的药物治疗方法变得格外关键。中医药以其多靶点、多途径和安全性较高的治疗特性而受到关注,可有效补充西药不足,临床上通常用于UC的治疗。
中医将UC归类于“痢疾”“肠癖”范畴,认为其发病主要是因为脾失健运,未能正常运转,导致湿邪在肠腑中结聚,阻碍气血流通,进而损伤肠膜血络。脾虚湿盛是UC发病的核心机理,始终贯穿于疾病的整个过程
[18],健脾和利湿是治疗UC的核心原则,因此,参苓白术散的治疗效果与中医对UC的病因理解是完全一致的。参苓白术散已被证实具有抗炎、抗氧化应激等药理作用
[19,20]。此外,有动物实验发现参苓白术散对UC有较好的治疗效果
[21‑23],但其治疗UC的作用机理尚需进一步明确。
氧化应激和炎症反应通常被看作是导致UC发病和进一步发展的关键因素。氧化应激反应通过产生过量自由基和活性氧,增加脂质过氧化产物如MDA的生成,损伤肠黏膜屏障,激活免疫细胞,促进炎症因子如TNF‑α、IL‑1β和IL‑6的释放,从而加重UC的炎症反应。同时,MDA水平升高会加重氧化应激反应,进一步加重肠上皮细胞受损。TNF‑α、IL‑1β和IL‑6通过激活多种信号通路,引发炎症细胞的浸润和组织破坏,促使白细胞、中性粒细胞、巨噬细胞等聚集并释放活性氧,加剧氧化应激反应,损伤肠黏膜屏障功能,进而诱发UC
[24]。总之,氧化应激和炎症反应间相互串扰形成恶性循环,加速了UC的发展
[25‑27]。在本研究中,模型组的大鼠血清中TNF‑α、IL‑1β、IL‑6以及结肠组织的MDA含量都有了明显的上升(
P<0.01),结果与李姿慧等
[28]的研究报道相吻合,经过参苓白术散的治疗,大鼠的血清中TNF‑α、IL‑1β、IL‑6以及结肠组织的MDA含量都有所减少(
P<0.05),推测参苓白术散能够通过抑制炎症介质MDA以及炎性因子TNF‑α、IL‑1β、IL‑6的释放,减轻炎症反应,从而对肠道黏膜起到保护作用。
Nrf2/HO‑1信号途径作为一条关键的内源性抗氧化应激路径,与UC的发生、发展密切相关
[29,30],可能是治疗UC的潜在靶点。Nrf2是一种参与维持氧化还原稳态的关键转录调节分子,可调控抑炎因子和抗氧化基因的表达中。在一般情况下,Nrf2与Kelch样ECH相关蛋白1(Kelch‑like ECH‐associated protein 1,Keap1)以复合体的形态共同存在于细胞质内,当受到氧化应激的刺激时,Nrf2会从其与Keap1形成的复合体中解离出来,然后转移到细胞核,在细胞核中,Nrf2与抗氧化反应元件结合,从而启动多个抗氧化酶的转录和表达,如HO‑1、NQO1和SOD等。在Nrf2的诱导下,HO‑1能够分解血红素产生胆红素、一氧化碳和铁,这些产物具有抗氧化和抗炎作用;NQO1能降低肠道内毒性物质的水平;而SOD则能催化超氧阴离子的歧化反应,减少自由基的产生
[31,32]。Nrf2、HO‑1、NQO1和SOD的表达增加是一种保护机制,它们通过协同作用,共同调节UC的发病机制,抑制炎症因子的表达,从而减轻氧化应激对肠道黏膜的损伤
[33,34],这与本研究的发现相符合。本研究发现,模型组大鼠SOD活性及Nrf2、HO‑1、NQO1蛋白和其mRNA表达均明显下降(
P<0.01),经过参苓白术散治疗后,结肠组织的SOD水平以及Nrf2、HO‑1、NQO1 mRNA和蛋白表达均有升高(
P<0.05)。推测参苓白术散能通过激活Nrf2信号通路,促进HO‑1、NQO1和SOD等抗氧化基因的表达,从而增强抗氧化应答,降低炎症因子水平,减轻氧化应激和炎症反应,保护肠道上皮细胞,抑制炎症细胞的浸润和活化,最终达到缓解UC症状的目的。
综上所述,参苓白术散能够通过调节Nrf2/HO‑1信号通路的关键分子表达,增强抗氧化反应,降低炎症因子水平,减轻氧化应激和炎症反应,有助于修复损伤的结肠黏膜,最终达到缓解UC症状的目的。尽管参苓白术散在调节Nrf2/HO‑1信号通路治疗UC方面显示出一定的潜力,但该治疗方法也存在一些局限性和不足之处。中药复方的成分较为复杂,其确切的活性成分和作用靶点可能难以明确,这限制了对其治疗机制的深入理解。此外,炎症因子的调节是一个涉及多途径的复杂过程,并且这些途径之间存在相互干扰,使得研究变得更加复杂。目前关于参苓白术散治疗UC的机制研究还不够充分,若要克服其局限性和不足,仍需要更深入的研究来实现,包括采用现代药理学方法、化学分析和生物技术等手段,对参苓白术散中成分进行系统分析,研究其成分与UC发病机制中的关键细胞受体或分子靶点的相互作用,探讨由此引发的信号传导路径,阐述其对UC治疗的分子层面影响。
作者贡献度说明:
张秀钗:论文撰写及修改;张全辉:指导论文撰写,确立论文最终定稿;董德刚:参与数据分析及论文修改;苏亮、曾锦兰、王逸:参与实验动物饲养、相关指标检测。
所有作者声明不存在利益冲突关系。