特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)是一种病因不明,慢性进行性纤维化性间质性肺炎
[1],患病率为每10万人7~1 650人之间,发病率随着年龄的增长急剧增加
[2],死亡率高,诊断后预期寿命为2~3年
[3]。然而,目前只有尼达尼布和吡非尼酮这两种药物被批准用于肺纤维化治疗,而且这些药物只能部分延缓疾病进展
[4]。因此,明确IPF的发病机制和开发有效的治疗手段,依此来改善患者的生活质量并减轻社会的疾病负担刻不容缓。中医药具有多成分、多靶点、多通路的独特优势,临床防治IPF疗效显著
[5,6],多根据患者的症状和体征依照“肺痿”和“肺痹”辨证论治
[7]。其病机可概括为“正气亏虚、痰浊交阻、血瘀络痹”,治则治法不离补气、化痰和活血。益肺通络方以此立法组方,整方以生脉散进行加减,全方阴阳共调,精准切中肺纤维化“痰、淤、虚”的病机。课题组前期对益肺通络方进行了相关实验研究
[8],证明益肺通络方对博来霉素诱导的肺纤维化大鼠具有保护作用,其可能通过下调IL‑17A分泌改善大鼠肺纤维化程度,现对其调控的具体生物学过程进一步探究,阐释益肺通络方介导IL‑17A调控IL‑17RA/TRAF6/ACT1通路改善大鼠肺纤维化的效应机制,及评价益肺通络方对肝肾功能指标的影响,以期为益肺通络方治疗IPF提供实验和理论依据。
1 材料与方法
1.1 动物
健康雄性SD大鼠,SPF级,年龄7周,体重(180±20) g,购自济南朋悦实验动物繁育有限公司,生产证许可证号为91370181589911068A。室内保持12 h光照,12 h避光循环饲养,给予标准饲料和饮用水,控制室内温度为(22±1) ℃、相对湿度约40%。本研究通过山东中医药大学附属医院实验伦理委员会审查(SDSZYYAWE20240221001)。
1.2 实验药物
硫酸博来霉素(Bleomycin, BLM)(25 mg)(批号:B802467,Macklin),购自广州齐湘生物科技有限公司,用生理盐水配制成5 mg/mL的溶液,置于4 ℃冰箱中备用。醋酸泼尼松片(5 mg)(批号:H37020647),购自辰欣药业股份有限公司,置乳钵内研碎加生理盐水配制成10 mg/mL混悬液,置于4 ℃冰箱中备用。选取道地药材组益肺通络方(人参12 g,麦冬12 g,五味子6 g,黄芪30 g,炒白果仁9 g,水蛭3 g,浙贝母12 g,蜜桑白皮15 g,丹参15 g),购自山东中医药大学附属医院。
1.3 主要试剂与仪器
大鼠白介素1β(JYM0419Ra)、大鼠肿瘤坏死因子α(JYM0635Ra)酶联免疫分析试剂盒购自武汉基因美生物科技有限公司;TRAF3IP2 Rabbit pAb(A6776)、TRAF6 Rabbit pAb(A16991)、IL‑17RA Rabbit mAb(A5163)购自武汉爱博泰克生物科技有限公司;HRP‑conjugated GAPDH Monoclonal antibody(HRP‑60004)、HRP‑conjugated Affinipure Goat Anti‑Rabbit IgG(H+L)(SA00001‑2)购自武汉三鹰生物技术有限公司;IL‑17RA、TRAF6、ACT1、TNF‑α、IL‑6、IL‑1β引物购自生工生物工程股份有限公司;RN‑GAPDH购自BBI生命科学有限公司。
PCR分析仪(Tone96,德国耶拿);实时荧光定量PCR仪(LightCycler480 Ⅱ,Roche);酶标仪(A51119500C,赛默飞世尔科技);化学发光成像分析系统(Tanon 5200,北京原平皓生物技术有限公司);全自动生化分析仪(深圳雷杜生命科技,Chemray 240)。
1.4 分组、造模及给药
随机分为5组:空白对照组(Control)、模型组(Model)、强的松组(PRED)、益肺通络方低剂量组(YFTL‑L)、益肺通络方高剂量组(YFTL‑H)。参照肺纤维化大鼠模型造模方法
[12]及课题组前期造模经验,除空白对照组以外,其余各组均被制成肺纤维化模型。各组动物分别于造模第2天开始灌胃,按照每10 mL/kg给药,同时抽取与之相等剂量的生理盐水,给予模型组和空白对照组灌胃,每日1次,连续给药14 d。
1.5 检测指标与方法
给药14 d后,将每组大鼠充分麻醉后仰面固定,打开腹腔,腹主动脉取血约5 mL,离心后取上层血清,供ELISA检测和肝肾功能指标检测;打开胸腔,分离肺组织,剥离双肺,右肺放入4%的多聚甲醛中固定,供免疫荧光检测;左肺放入-80 ℃冰箱冻存,供聚合酶链式反应(polymerase chain reaction, PCR)、蛋白质印迹(Western blot, WB)检测。
1.6 统计学处理
采用独立t检验比较两组之间的数据,单因素方差分析比较多组之间的数据,采用SPSS 27.0软件统计数据,借助GraphPad Prism 10.0软件绘制图表,P<0.05为差异具有统计学意义。
2 实验结果
2.1 大鼠肺组织TRAF6、ACT1免疫荧光分析
免疫荧光结果显示,TRAF6、ACT1主要分布在细胞质中。与空白对照组相比,模型组大鼠肺组织中的TRAF6和ACT1荧光强度高、分布广;与模型组相比,强的松组、益肺通络方低剂量组及益肺通络方高剂量组大鼠肺组织中上述两种蛋白的荧光强度均有不同程度降低,见
图1、
2。
2.2 大鼠肺组织IL‑17RA、TRAF6、ACT1 mRNA表达
应用PCR测定大鼠肺组织
IL‑17RA、
TRAF6、
ACT1 mRNA的表达,结果显示,与空白对照组相比,模型组大鼠肺组织
IL‑17RA、
TRAF6、
ACT1 mRNA表达明显升高(
P<0.01);与模型组相比,药物干预后,大鼠肺组织
IL‑17RA、
TRAF6、
ACT1 mRNA表达显著降低(
P<0.05),差异均具有统计学意义,见
图3。
2.3 大鼠肺组织IL‑17RA、TRAF6、ACT1蛋白检测
应用WB检测各组大鼠肺组织IL‑17RA、TRAF6、ACT1蛋白表达水平,结果显示,与空白对照组相比,模型组大鼠肺组织IL‑17RA、TRAF6、ACT1蛋白表达明显升高(
P<0.05);与模型组相比,强的松组、益肺通络方低剂量组、益肺通络方高剂量组肺组织IL‑17RA、TRAF6、ACT1蛋白表达显著下调(
P<0.05),差异均具有统计学意义,见
图4。
2.4 大鼠血清IL‑1β、TNF‑α含量分析
应用ELISA法测定各组大鼠血清TNF‑α、IL‑1β含量,空白对照组大鼠平均TNF‑α含量为(61.56±10.56) pg/mL,平均IL‑1β含量为(40.93±0.45) pg/mL;模型组大鼠平均TNF‑α含量为(111.30±5.42) pg/mL,平均IL‑1β含量为(47.73±0.43) pg/mL;强的松组大鼠平均TNF‑α含量为(81.09±4.75) pg/mL,平均IL‑1β含量为(43.05±0.64) pg/mL;益肺通络方低剂量组大鼠平均TNF‑α含量为(77.11±11.40) pg/mL,平均IL‑1β含量为(39.43±2.33) pg/mL;益肺通络方高剂量组大鼠平均TNF‑α含量为(68.42±2.00) pg/mL,平均IL‑1β含量为(39.38±0.76) pg/mL。与空白对照组相比,模型组大鼠TNF‑α与IL‑1β含量明显升高(
P<0.001);与模型组相比,强的松组、益肺通络方低剂量组、益肺通络方高剂量组大鼠TNF‑α与IL‑1β含量明显降低(
P<0.01),差异均具有统计学意义(
图5)。
2.5 大鼠肺组织IL‑1β、IL‑6、TNF‑α mRNA表达
应用PCR测定各组大鼠肺组织
TNF‑α、
IL‑6、
IL‑1β mRNA表达,结果显示,与空白对照组相比,模型组大鼠
TNF‑α、
IL‑6、
IL‑1β mRNA表达明显升高(
P<0.01);与模型组相比,药物干预后,大鼠
TNF‑α、
IL‑6、
IL‑1β mRNA表达显著降低(
P<0.05),差异均具有统计学意义(
图6)。
2.6 大鼠肝肾功能相关指标检测结果
应用全自动生化分析仪进一步研究了益肺通络方在大鼠体内的生物安全性,分析的肾功能指标包括,血尿素氮(BUN)、肌酐(CR)和尿酸(UA);肝功能指标包括,白蛋白(ALB)、碱性磷酸酶(ALP)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(AST)、直接胆红素(DBIL)、总胆汁酸(TBA)、总胆红素(TBIL)和γ‑谷氨酰基转移酶(γ‑GT)。结果显示,空白对照组、模型组、强的松组、益肺通络方低剂量组、益肺通络方高剂量组相比较,差异不具有统计学意义(
P>0.05),见
图7、
8。
3 讨论
3.1 益肺通络方通过下调IL‑17A相关细胞因子分泌发挥抗炎作用
IPF与重复性上皮细胞损伤和慢性炎症反应相关
[9],课题组前期实验研究发现益肺通络方对博来霉素诱导的肺纤维化大鼠具有保护作用,其可能通过下调IL‑17A分泌改善大鼠肺纤维化程度。现对IL‑17A下游相关炎性细胞因子进行检测,包括TNF‑α、IL‑1β在血清中的含量,及
TNF‑α、
IL‑1β、
IL‑6 mRNA的相对表达量,实验结果显示益肺通络方可以下调上述炎性细胞因子的水平,这表明益肺通络方能够通过下调IL‑17A相关细胞因子分泌发挥一定的抗炎作用。IL‑6是一种炎性细胞因子,在感染和炎症过程中水平升高
[10]。IL‑17A与受体结合后激活下游通路刺激产生大量IL‑6,研究表明细胞因子IL‑6在IPF患者中表达升高
[11],sIL‑6Ra作为细胞因子IL‑6信号传导的配体,在IPF患者肺中表达也明显增加
[12],提示IL‑6在肺纤维化进程中发挥作用。TNF‑α是肺部局部损伤和炎症的关键介质,在肺纤维化动物和IPF患者的肺组织中表达水平均升高
[13]。IL‑1β同样在BLM诱导的纤维化发展起到重要作用,且IL‑1β诱导的炎症反应程度高度依赖IL‑17A
[14]。以上实验结果均提示益肺通络方能够下调IL‑17A相关炎性细胞因子的分泌,表明益肺通络方改善大鼠肺纤维化的作用机制可能与IL‑17A相关炎性细胞因子分泌有关。
3.2 益肺通络方介导IL‑17A调控IL‑17RA/TRAF6/ACT1发挥抗纤维化作用
相关研究发现,IL‑17A与细胞膜上的IL‑17RA/IL‑17RC异二聚体结合
[15],募集ACT1
[16],ACT1的TRAF结合基序与TRAF6相互作用继而招募TRAF6
[17],进而诱导促炎细胞因子如IL‑1β、IL‑6、TNF‑α的表达促进肺纤维化
[18]。IL‑17RA/TRAF6/ACT1信号通路在高压氧损伤的肺泡上皮细胞
[19]、香烟诱导的COPD气道上皮细胞损伤
[20]、心肌细胞
[21]、类风湿关节炎的滑膜细胞
[22]中得到证实。在本课题实验研究中,采用免疫荧光、PCR、WB等技术手段分析益肺通络方干预后,TRAF6和ACT1的荧光程度,
IL‑17RA、
TRAF6、
ACT1 mRNA的相对表达量,及IL‑17RA、TRAF6、ACT1的蛋白表达水平,结果显示上述信号分子表达均有不同程度的降低,提示益肺通络方能够通过下调IL‑17A水平调控IL‑17RA、TRAF6、ACT1的表达,推测益肺通络方介导IL‑17A抑制肺纤维化的效应机制可能与IL‑17RA/TRAF6/ACT1通路相关。但IL‑17RA、TRAF6、ACT1之间的相互作用机制有待进一步证实。
3.3 益肺通络方未对肝肾功能产生不良影响
ALT、AST、γ‑GT、TBIL、DBIL、TBA、ALB、ALP是常见的评价肝功能的指标,BUN、UA、CR是常见的评价肾功能的指标,实验结果显示,大鼠血清肝肾功能指标均在正常范围内,且各组大鼠间的差异不具有统计学意义,表明益肺通络方未对大鼠的主要器官或血液系统造成实质性伤害。
综上所述,IPF是一种慢性进行性间质性肺疾病,其病因尚不明确,IL‑17A介导多种生物学过程参与肺纤维化过程,是一个有潜力的治疗靶点。在临床治疗IPF方面,中医药具有多成分、多靶点、多通路的独特优势,能为疾病治疗提供新的可能性。本研究探讨了益肺通络方改善肺纤维化的内在机制可能与IL‑17RA/TRAF6/ACT1通路相关,该方通过下调IL‑17A相关细胞因子分泌发挥抗炎作用,并且其对肝肾功能无毒副作用,为益肺通络方治疗IPF提供了一定的实验和理论依据。然而,本课题仍在存在一定的局限性,如关键蛋白IL‑17RA、TRAF6、ACT1之间的相互作用机制仍有待进一步探究,益肺通络方的有效成分仍有待进一步研讨。针对以上不足,后期本课题组需要不断完善,以期对益肺通络方起效的内在机制开展更加深入的研究。
作者贡献度说明:
马先:实验设计、实验实施、数据分析、文章撰写;冯家腾、周博文、李泽峰:实验实施;刘骅漫、徐飞、辛玲杰、贾新华:审校。
所有作者声明不存在利益冲突关系。