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吡非尼酮与槲皮素通过 S1P / SPHK 信号通路抗小鼠肺纤维化比较研究

2019.11.10
来源部门: 作者: 系统

吡非尼酮与槲皮素通过 S1P / SPHK 信号通路抗小鼠肺纤维化比较研究
张兴彩1 蔡余力2 张伟1 陈宪海1
( 1山东中医药大学附属医院肺病科山东 济南 250014; 2山东中医药大学附属医院关节骨科山东 济南 250014)
 
摘 要: 目的: 探讨比较吡非尼酮与槲皮素两药对肺间质纤维化的治疗作用以及与 S1P / SPHK 信号通路的相关性。方法: 本课题组通过建立 IPF 动物模型,将小鼠分为模型组、对照组、吡非尼酮组、槲皮素组,对小鼠肺间质纤维化模型进行病理学观察,运用 Real-time PCR 检测小鼠肺组织中 SphK1mRNA 表达水平,Western - blot 法检测小鼠肺组织中纤维化相关蛋白 FN、α - SMA、Collagen  Ⅰ、Collagen  Ⅲ和 SphK1 蛋白表达水平,ELISA 法检测小鼠血清和肺组织中 S1P 表达水平。结果: 吡非尼酮与槲皮素均可以减轻博来霉素致小鼠肺纤维化损伤,有效抑制肺纤维化相关蛋白 FN,α - SMA,Collagen  I,的表达水平,抑制 S1P、SphK1 表达。结论: 吡非尼酮与槲皮素均可以通过调节 S1P / SphK1 信号通路发挥治疗改善小鼠肺纤维化的作用,两者比较无显著性差别。
关键词: 特发性肺纤维化; 吡非尼酮; 槲皮素; S1P / SphK1 信号通路; 纤维化相关蛋白
 

特发性肺纤维化( IPF) 是由慢性的上皮细胞损伤,纤维细胞异常活跃造成的,而吡非尼酮作为 IPF 治疗的新晋推荐药物,具有抗炎、抗氧化及抗纤维化的作 用,但吡非尼酮调节纤维增生的机制至今尚未完全清 楚,其生物学活性可能是多靶点的。槲皮素是一种黄 酮类化合物,存在于多种具有抗纤维化作用的草药中。我们的先期研究发现槲皮素通过抑制 SphK1 / S1P  信号在体内和体外均可改善肺纤维化[1]。有研究表明, S1P / SphK1 通过与多种细胞作用参与促纤维炎症及纤维化的过程,其中包括改变血管通透性、白细胞浸润、迁移、成纤维细胞和肌成纤维细胞的分化增殖[2-3]。本研究初步探讨吡非尼酮抗肺纤维化作用是否与调节S1P / SphK1 信号通路有关,并与槲皮素进行比较,为临床用药提供更多的理论支撑。

1 材料与方法
1.1 药物及仪器
    博来霉素: 购自日本株式会社规格: 15 mg / 吡非尼酮原料药: 购自大连美仑生物技术有限公司槲皮素原料购自中国上海阿拉丁生物技术有限公司试剂: 05%羧甲基纤维素钠( CMCNa) 溶液鞘氨醇1磷酸( S1P) 检测试剂盒( 酶联免疫吸附试验法) 购自武汉优尔生科技股份有限公司货号 CEG031GeExicy- clerTM 96 荧光定量仪( 韩国 BIONEER 公司) 凝胶图象处理系统( GelProAnalyzer 软件)
1.2 动物造模及给药
    选择成年雄性 C57BL /6 小鼠周龄体质量( 20±2) g随机分为 4 每组 20 对照组 A博来霉素组 B博来霉素+吡非尼酮组 C博来霉素+槲皮素 D) 除对照组外其余组小鼠经气管滴注博来霉( 10 mg / kg溶于 100  μL 生理盐水诱导肺纤维化照组给予同剂量生理盐水造模当天为第 0  从第天开始组小鼠每天灌胃给药吡非尼酮( 200 mg / kg溶于 0 5%  CMC  Na 溶液中组小鼠每天灌胃给药槲皮素( 100 mg / kg) 200 μL 共给药20 d对照组和博来霉素组灌胃给予同剂量 05% CMC-Na 溶液。第 21 天,各组小鼠摘除眼球取血后腹腔注射50 mg / kg戊巴比妥钠过量麻醉致死,取肺组织,部分肺组织固定于 10%中性甲醛溶液中,部分肺组织液氮速冻转至-80℃ 保存备用。
1.3小鼠肺间质纤维化模型病理学观察
   行HE 染色和Masson 染色,分别于 100 倍和 400 倍光学显微镜下进行观察肺组织肺泡炎和肺纤维化程度。
1.4Real-time PCR 检测各组小鼠肺组织中鞘氨醇磷酸化酶 1( SphK1) mRNA 表达水平
    步骤遵循试剂盒说明书,利用总 RNA 提取试剂盒提取样本总 RNA,将得到的 RNA 样本进行反转录,得到对应的 cDNA,PCR 反应体系包括: cDNA 模板 1 μL,上下游引物( 10  μM) 各 0. 5  μL,SYBR  GREEN mastermix 10 μL,用 ddH2 O 补足至 20  μL,采用 Prime Premier 5.0 软件进行引物设计,实验中所用到的引物如下: 小鼠 Sphk1( forward 5' - ACGAGCAG GTGACTA- ATGAAGA- 3',reverse  5' - GTGCCCACTGTGAAACGAA-  3') ,内 参 GAPDH  ( forward   5'  -  GGACGCATTG- GTCGTCTGG - 3',reverse 5' - TTTGCACTGGTACGTGTTGAT-3') 本实验利用韩国 BIONEER 公司生产的 Exi- cyclerTM  96  荧光定量仪进行荧光定量分析,每种样本每个基因进行 4 个复孔平行实验,实验数据的选取,舍去误差较大的数值,取剩余数值的平均值作为最终实验保留数据,结果数据采用方程 2 - △△ CT 计算目的基因的表达水平。
1.5Western- blot 检测各组小鼠肺组织中 fibronectin ( FN) 、α-SMA、Collagen Ⅰ、Collagen Ⅲ和 SphK1 蛋白表达水平
    根据每个样本的质量及体积加入相应体积的 RI- PA 裂解液,裂解样本,然后继续置于冰上静置 5 min。低温冷冻离心机,10 000 r / min,4℃ ,离心 10 min,分离上清为所得的蛋白质抽提物。用考马斯亮蓝法测定蛋 白浓度,取总蛋白含量为 40 μg / 孔上样,进行 SDS - PAGE 约 2.5 h,电转移于 PVDF 膜上( 电压 80  V 转印1.5h) 上,用 5%( M / V) 脱脂奶粉稀释抗体,制成抗体工作液。一抗 4℃ 孵育过夜。实验中所孵育的一抗分别为: fibronectin  antibody( 1: 300,BOSTER,BA1771,中国) α- SMA  antibody( 1: 500,BOSTER,BM4172,中国) Collagen  I  antibody ( 1: 500  ,Bioss,bs - 7158R,中国) Collagen III antibody( 1: 500  ,BOSTER,BM1625,中国) Sphk1 antibody( 1: 300,BOSTER,BA2865,中国) 次日 TBST 洗膜洗 4 次,每次 5  min,分别加入相应二抗 Fi- bronectin,α-SMA,Collagen I,Sphk1 二抗为羊抗兔 IgG-HRP( 1: 5000,碧云天,A0208,中国) Collagen  III  二抗为羊抗小鼠 IgG-HRP( 1: 5000,碧云天,A0216,中国) 37℃ 孵育 45  min,TBST 洗膜洗 6 次,每次 5  min,后加入化学发光试剂,X 线胶片曝光。同时以内参 GAPDH进行对照,染色方法同上。将胶片进行扫描,用凝胶图象处理系统( Gel-Pro-Analyzer 软件) 分析目标条带的光密度值。
1.6ELISA 试剂盒检测各组小鼠血清和肺组织中1-磷酸鞘氨醇( S1P) 表达水平
    根据组织重量和 PBS1: 9 匀浆。10  000  r / min,离心 10 min,上清为实验所需蛋白样品,血清 1 000 r / min离心 10  min,取上清即可检测。参照 ELISA 试剂盒说明书进行试验,以空白孔调零,酶标仪 450 nm 波长,依序测量各孔吸光度。每孔设 3 个平行孔,以标准品浓度的对数为纵坐标,OD 值为横坐标,做出标准曲线,然后计算含量。
1.7统计学方法
    实验数据利用 SPSS 17.0 统计软件进行分析。组间数据比较采用单因素方差分析进行 t 检验以 P <0. 05 为差异有统计学意义。
2结果
2.1 HE 染色及Masson  染色观察各组小鼠肺部损伤情况
    结果显示,10  mg / kg 博来霉素经气管滴注给药,可引起小鼠肺组织严重损伤且出现严重的纤维化程 度,如图 1A、B 所示。HE 染色于 100 倍、400 倍光镜下观察博来霉素诱导的小鼠肺组织内的病理以炎性渗 出、肺泡炎为主,炎性细胞总数多,以中性粒细胞为主, 可见成纤维细胞增殖及细胞外基质沉积,肺泡壁和肺 泡间隔增厚明显,肺组织结构破坏严重,这也验证了 10 mg / kg 博来霉素诱导 IPF 小鼠模型建立成功,Mas- son 染色病理学观察博来霉素诱导的小鼠肺组织内在胸膜下、大气道及血管壁周围的深蓝色基质胶原明显 增多,有大量纤维组织增生,而吡非尼酮与槲皮素均可 以减轻这些损伤,起到保护肺脏的作用,其中槲皮素镜 下改善表现更加突出。
2.2小鼠肺组织中纤维化相关蛋白的表达
    博来霉素显著增加小鼠肺组织中纤维化相关蛋白FN,α-SMA,Collagen I,Collagen  III 的表达量,从分子水平上提示博来霉素诱导 IPF 小鼠模型建立成功,而吡非尼酮,槲皮素均可有效抑制肺纤维化相关蛋白FN,α-SMA,Collagen I 的表达水平从而起到抵抗肺纤
维化的作用( P<0.01) ,如图 2 所示。这个结果与 HE、Masson 染色结果一致。两者比较无显著性差异。吡非尼酮与槲皮素在抑制 Collagen III 的表达方面均不明显,与模型组比较无显著差异。
3.讨论
    特发性肺纤维化是( idiopathic pulmonary fibrosis, IPF) 是一种慢性进行性纤维化性间质型肺病其病理组织学改变与普通的间质型肺炎相似是特发性间性肺炎中最常见的类型4但发病原因尚未完全阐 目前也没有有效的治疗手段且患病率和病死率成 逐年上升的趋势故也成为国内外学者研究的热点之56最近研究证明IPF 是由慢性的上皮细胞损 纤维细胞异常活跃造成的7-12]近年来 Milara 2]研究发现在 IPF 患者的血清和肺泡灌洗液中 S1P 水平升高且这种 S1P  水平升高与肺功能呈负相关性; 也发现 IPF 患者肺组织中 SphK1 表达增加与αSMA形蛋白及Ⅰ型胶原蛋白的表达增加相关
    成纤维细胞主要表达 S1P1S1P2 S1P3 S1P 号反应中S1P1 介导细胞迁移和小鼠胚胎成纤维细胞增相反S1P2 介导抑制细胞迁移和 EMFs 及人肺纤维细胞HLF1 的增殖2-3]King 13]研究也证实S1P 通过自分泌 TGFβ 的方式诱导人肺泡上皮细胞A549 的上皮间质转化( EMT) TGF  β  S1P 之间的交联机制部分是依赖SphK1 活性及S1P 的产生S1P 具有类似于 TGFβ 的作用S1P 也可引起肺纤维细胞表达 α 平滑肌肌动蛋白S1P 可使肺纤维细胞转化为肌成纤维细胞在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中发现肺纤维化灶中出现高表达的 SPHKl  α 平滑肌肌动蛋白当使用 SphK 抑制剂和 siRNA 基因敲除 S1P2 / SphK1  S1P3 / SphK 可降低TGFβ诱导的 αSMA纤维连接蛋白和胶原蛋白的表达;以上研究结果表明S1P 及其受体可能参与肺纤维化过程14]
    2015  ATS / ERS / JRS / ALAT 联合发表的特发性肺纤维化国际指南中吡非尼酮成为IPF 治疗的新晋推荐药物吡非尼酮是口服的吡啶类药物能调节许多 细胞因子包括转化生长因子β( TGFβ) 、结缔组织生长因子( CTGF) 、血小板衍生因子( PDGF) 和肿瘤坏死因子( TNF α) 改变胶原表达合成和累积抑制细胞外基质增殖和表达3具有抗炎抗氧化及抗纤维化的作用吡非尼酮调节纤维增生的机制至今尚未完 全清楚其生物学活性可能是多靶点的银杏叶是一 种中药在抑制呼吸道炎症15]急性肺损伤修复16] 肺癌恶性肿瘤抑制17]等方面发挥作用槲皮素是一  种黄酮类化合物存在于多种草药中包括银杏叶18] 已有报道槲皮素在动物模型中抑制 CCl4  诱导的肝纤维化异丙肾上腺素诱导的心脏纤维化和单侧输尿管 梗阻性肾纤维化19-21]最近有报道称槲皮素可以减博莱霉素诱导的 Wistar 大鼠肺纤维化22但其机制 尚未阐明本研究发现吡非尼酮与槲皮素抗肺纤维化 用与调节 S1P / SPHK  信号通路有关这可能是用于肺纤维化的临床治疗的原因研究比较观察了吡非尼 酮与槲皮素干预 S1P / SPHK  信号通路的作用结果认为两种药物在调节 S1P / SPHK  信号通路方面未见明显差异提示可进一步开发研究含槲皮素类药物用于 肺纤维化的临床治疗未来研究可以进一步观察两药 合使用对于肺纤维化的治疗效果是否有协同作用

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