刺山柑总生物碱对系统性硬皮病小鼠基质金属蛋白酶及其抑制剂的影响
2016-12-21康小龙刘晶何承辉卢军杨俊玲
康小龙,刘晶,何承辉,卢军,杨俊玲
1.新疆医科大学附属中医医院,新疆 乌鲁木齐 830000;2.新疆维吾尔自治区药物研究所,新疆 乌鲁木齐 830004
刺山柑总生物碱对系统性硬皮病小鼠基质金属蛋白酶及其抑制剂的影响
康小龙1,刘晶1,何承辉2,卢军1,杨俊玲1
1.新疆医科大学附属中医医院,新疆 乌鲁木齐 830000;2.新疆维吾尔自治区药物研究所,新疆 乌鲁木齐 830004
目的 观察刺山柑总生物碱对系统性硬皮病(SSc)小鼠Ⅳ型胶原(Col-Ⅳ)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)、基质金属蛋白酶抑制剂-1(TIMP-1)和纤溶酶原激活物抑制因子-1(PAI-1)水平的影响,探讨其抗SSc组织纤维化的作用机制。方法 BALB/c小鼠90只随机分为空白对照组、模型组、青霉胺组及刺山柑总生物碱低、中、高剂量组。除空白对照组外,其余各组小鼠背部注射盐酸博莱霉素建立SSc模型。成模后刺山柑总生物碱组小鼠背部外敷不同剂量刺山柑总生物碱乳膏,青霉胺组予青霉胺灌胃,空白对照组、模型组背部外敷不含药基质,每日1次,连续60 d。末次给药后,ELISA检测小鼠皮肤Col-Ⅳ和血清MMP-9、TIMP-1、PAI-1含量。结果 与模型组比较,刺山柑总生物碱中、高剂量组小鼠血清MMP-9含量及MMP-9/TIMP-1比值升高,血清TIMP-1及皮肤Col-Ⅳ含量降低(P<0.05,P<0.01),但对PAI-1水平无明显影响(P>0.05)。结论 刺山柑总生物碱可通过调节MMP-9/TIMP-1失衡,减少Col-Ⅳ合成,改善SSc组织纤维化。
刺山柑总生物碱;系统性硬皮病;Ⅳ型胶原;基质金属蛋白酶-9;基质金属蛋白酶抑制剂-1;纤溶酶原激活物抑制因子-1;小鼠
系统性硬皮病(systemic sclerosis,SSc)是一种病因不明的慢性多系统疾病,以皮肤组织器官纤维化为特征。基质金属蛋白酶-9(MMP-9)及其抑制剂-1(TIMP-1)和纤溶酶原激活物抑制因子-1(PAI-1)可能在SSc细胞外基质(ECM)的合成中起了重要作用。刺山柑Capparis spinosa L.为白花菜科Capparaceae山柑属Capparis L.植物,系维吾尔医习用药材之一。前期研究表明,刺山柑乙醇提取物可抑制SSc患者成纤维细胞增殖及Ⅰ型胶原的合成[1];刺山柑鲜果75%乙醇调制的糊膏及刺山柑流浸膏均能显著抑制硬皮病模型小鼠的真皮增厚、胶原沉积[2]。本课题组从刺山柑中提取有效部位刺山柑总生物碱,观察其对SSc小鼠Ⅳ型胶原(Col-Ⅳ)、MMP-9、TIMP-1和PAI-1水平的影响,探讨其抗SSc组织纤维化的作用机制。
1 材料与方法
1.1 药物及制备
刺山柑药材购自新疆麦迪森维药有限公司饮片厂,经新疆维吾尔自治区药物研究所何江研究员鉴定为正品;盐酸博莱霉素粉针剂,日本化药株式会社,批号430312;青霉胺片,上海信谊药厂,批号052130503。刺山柑总生物碱乳膏制备方法:将刺山柑总生物碱与基质(硬脂酸、白凡士林、单硬脂酸甘油酯、月桂氮卓酮)混匀,于水浴加热至90 ℃使熔融,做为油相;甘油与浓缩液混合,于水浴加热至90 ℃做为水相;十二烷基硫酸钠、对羟基苯甲酸乙酯溶于适量水中,于水浴加热使溶解为乳化剂,当油相、水相温度降至85 ℃时,依次将水相和乳化剂加入油相中,边加边搅拌至乳化完全。
1.2 动物
8周龄清洁级BALB/c小鼠90只,体质量18~24 g,新疆实验动物研究中心,合格证号SCXK(新)2003-0002,置于清洁级环境,普通饲料和水饲养。
1.3 主要试剂与仪器
小鼠MMP-9 ELISA试剂盒(批号201502)、小鼠TIMP-1 ELISA试剂盒(批号201502),上海泛科生物科技公司;小鼠PAI-1 ELISA试剂盒(批号E11030163),武汉华美生物科技公司;小鼠Col-ⅣELISA试剂盒(批号201502),上海江莱生物科技公司;二辛可宁酸蛋白定量试剂盒(批号20150223),江苏碧云天生物技术研究所。酶标仪,美国赛默飞世尔科技公司。
1.4 分组、造模与给药
实验小鼠随机分为空白对照组、模型组、青霉胺组(125 mg/kg)和刺山柑总生物碱低(225 mg/kg)、中(450 mg/kg)、高(900 mg/kg)剂量组,每组15只,实验前用剃毛刀将背部毛剃除。采用博莱霉素皮下注射制备SSc动物模型[3],造模组小鼠背部皮下注射300 μg/mL,每日1次,每次0.1 mL,共4周,观察小鼠背部注射部位皮肤是否出现皮肤增厚、弹性变差等变化。4周后,刺山柑总生物碱组小鼠背部外敷不同剂量的刺山柑总生物碱乳膏,青霉胺组给予青霉胺灌胃,空白对照组和模型组背部外敷不含药基质,1次/d,连续60 d。
1.5 小鼠皮肤Ⅳ型胶原含量测定
末次给药后4 h,取小鼠背部注射区皮肤制成10%组织匀浆,4000 r/min离心10 min,提取上清液分装,二辛可宁酸蛋白定量试剂盒测定皮肤匀浆液中蛋白浓度,ELISA试剂盒检测匀浆液中Col-Ⅳ含量,操作按试剂盒说明书进行,测定结果以每1 mL匀浆液中蛋白含量进行校正。
1.6 小鼠血清基质金属蛋白酶-9、基质金属蛋白酶抑制剂-1和纤溶酶原激活物抑制因子-1含量测定
末次给药后4 h,摘除眼球采血,4000 r/min离心10 min,分离血清,ELISA试剂盒检测血清中MMP-9、TIMP-1和PAI-1含量,按试剂盒说明书进行操作。
1.7 统计学方法
采用SPSS11.0统计软件进行分析。实验数据以—x±s表示,组间比较采用方差分析。P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 对模型小鼠皮肤Ⅳ型胶原含量的影响
与空白对照组比较,模型组小鼠皮肤Col-Ⅳ含量明显升高(P<0.01);与模型组比较,刺山柑总生物碱各剂量组和青霉胺组皮肤Col-Ⅳ含量明显降低(P<0.01)。结果见表1。
表1 各组小鼠皮肤Col-Ⅳ含量比较(s)
表1 各组小鼠皮肤Col-Ⅳ含量比较(s)
注:与空白对照组比较,##P<0.01;与模型组比较,*P<0.05,**P<0.01(下同)
组别 只数剂量/(mg/kg) Col-Ⅳ/(pg/mg)空白对照组 15 5.03±0.80模型组 15 10.01±1.02##刺山柑总生物碱低剂量组 15 225 8.62±1.32**刺山柑总生物碱中剂量组 15 450 7.98±0.68**刺山柑总生物碱高剂量组 15 900 7.38±1.09**青霉胺组 15 125 8.14±0.93**
2.2 对模型小鼠血清基质金属蛋白酶-9、基质金属蛋白酶抑制剂-1和纤溶酶原激活物抑制因子-1含量的影响
与空白对照组比较,模型组小鼠血清MMP-9含量明显降低、TIMP-1含量明显升高(P<0.01),PAI-1含量无明显差异(P>0.05);与模型组比较,刺山柑总生物碱中、高剂量组和青霉胺组MMP-9含量及MMP-9/TIMP-1比值升高(P<0.05,P<0.01),刺山柑总生物碱高剂量组和青霉胺组TIMP-1含量降低(P<0.01),刺山柑总生物碱各剂量组和青霉胺组PAI-1含量无明显差异(P>0.05);与青霉胺组比较,刺山柑总生物碱高剂量组血清MMP-9、TIMP-1含量及MMP-9/TIMP-1比值无明显差异(P>0.05)。结果见表2。
表2 各组小鼠血清MMP-9、TIMP-1、PAI-1含量及MMP-9/TIMP-1比值比较(±s)
表2 各组小鼠血清MMP-9、TIMP-1、PAI-1含量及MMP-9/TIMP-1比值比较(±s)
组别 只数 剂量/(mg/kg)MMP-9/(pg/mL) TIMP-1/(pg/mL) MMP-9/TIMP-1 PAI-1/(ng/mL)空白对照组 15 14.44±1.91 7.68±1.62 1.94±0.40 17.84±2.13模型组 15 8.73±1.97##11.65±1.72##0.77±0.24##19.36±3.60刺山柑总生物碱低剂量组 15 225 9.60±2.18 12.01±2.30 0.83±0.23 18.33±3.12刺山柑总生物碱中剂量组 15 450 10.73±2.22*10.83±2.53 1.04±0.33*19.16±2.97刺山柑总生物碱高剂量组 15 900 11.52±2.43**8.38±1.82**1.42±0.40**18.04±2.79青霉胺组 15 125 12.32±1.84**8.86±1.86**1.45±0.37**16.66±3.79
3 讨论
基质金属蛋白酶(MMPs)是一组锌离子依赖的内肽酶,是ECM降解过程中必不可少的酶类,几乎能降解ECM的所有成分,其活性可被TIMPs抑制,其中MMP-9是MMPs家族中的主要成分,是降解Col-Ⅳ最主要的酶,MMP-9受MMP相应的负性调节剂TIMP-1的抑制,抑制其对ECM的降解,MMP-9与TIMP-1的活性平衡对于维持ECM的稳定至关重要。Kikuchi等[4]研究显示,SSc患者血清MMP-9活性水平明显降低,且MMP-9含量与调整的Rodnan皮肤厚度指数呈负相关,提示血清MMP-9水平可作为SSc疾病活动性尤其是皮肤病变严重程度的一个指标。Giannelli等[5]检测了SSc肺动脉高压患者血清中MMP-9含量,结果肺动脉高压患者的血清MMP-9含量显著降低,经波生坦治疗症状改善后,再次进行同样检测,患者血清MMP-9含量显著升高,从而认为升高MMP-9活性可能对SSc有一定的治疗作用,这项研究表明MMP-9水平可能可用于判断某些药物治疗SSc的疗效。Kuroda等[6]检测了SSc患者和正常人皮肤成纤维细胞TIMP-1 mRNA的表达,结果SSc患者TIMP-1 mRNA表达明显高于对照组。Bou-Gharios等[7]用流式细胞技术检测SSc患者成纤维细胞合成的TIMP-1较正常对照高50%,TIMP-1是评估SSc严重程度的指标。本研究发现,刺山柑总生物碱中、高剂量可降低SSc小鼠皮肤Col-Ⅳ及血清TIMP-1水平,升高血清MMP-9水平及MMP-9/TIMP-1比值,本课题组前期研究亦表明,刺山柑总生物碱可使SSc小鼠真皮鳞状上皮变薄,胶原纤维明显减少,减少Ⅰ、Ⅲ型胶原的合成,提示刺山柑总生物碱可能通过增加MMP-9表达,抑制TIMP-1表达,使SSc ECM降解增加,减少胶原合成,改善SSc组织纤维化。
尿激酶/组织型纤溶酶原激活物(uPA/tPA)和纤溶酶对维持体内ECM合成和分解平衡有重要调节作用,且其活性受uPA/tPA的抑制剂PAI-1的调节。PAI-1对机体有保护性调节作用,若生成过多可因过度抑制uPA/tPA和纤溶酶而导致胶原和其他ECM生成过多,引起多器官和组织纤维化。本研究结果显示,各组小鼠血清PAI-1水平未见明显差异,提示刺山柑总生物碱可能对SSc PAI-1水平无影响。
综上,刺山柑总生物碱可通过调节MMP-9/TIMP-1失衡,减少Col-Ⅳ合成,改善SSc组织纤维化。
[1]曹越兰,李欣,王群.槌果藤对硬皮病小鼠模型皮肤硬化抑制作用的实验研究[J].中国中药杂志,2008,33(2):215-217.
[2]曹越兰,李欣,郑敏.槌果藤对进行性系统性硬化症患者成纤维细胞增殖和Ⅰ型胶原产生的影响[J].中国中药杂志,2008,33(5):560-562.
[3]沈佚葳,王京,周平.阿维A对硬皮病小鼠的治疗作用及机制研究[J].中国医药导报,2013,10(25):20-22.
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[5]GIANNELLI G, IANNONE F, MARINOSCI F, et al. The effect of bosentan on matrix metalloproteinase-9 levels in patients with systemic scleroderma-induced pulmonary hypertension[J]. Curr Med Res Opin,2005,21(3):327-332.
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Effects of Capparis Spinosa Total Alkaloid on MMP-9 and TIMP-1 Levels in Systemic
Sclerosis Mice
KANG Xiao-long1, LIU Jing1, HE Cheng-hui2, LU Jun1, YANG Jun-ling1(1. Hospital of Chinese
Medicine Affiliated to Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, China; 2. Xinjiang Medicine Research Institute, Urumqi 830004, China)
Objective To investigate the effects of capparis spinosa total alkaloid on type Ⅳ collagen (Col -Ⅳ), matrix metalloproteinase-9 (MMP-9), tissue inhibitor of metalloproteinase-1 (TIMP-1) and plasminogen activator inhibitor-1 (PAI-1) in bleomycin-induced systemic sclerosis (SSc) mice; To explore the effective mechanism of capparis spinosa total alkaloid on fibrosis of SSc. Methods Totally 90 BALB/c mice were randomly divided into control group, model group, penicillamine group and capparis spinosa total alkaloid low-, medium- and high-dose group. Mice models with SSc were established by repeated local injections of bleomycin in mice back, except for the control group. Mice in medication groups
external application with capparis spinosa total alkaloid cream; mice in penicillamine group were given penicillamine for gavage; mice in the control and model group
external application without substance, one time a day, for 60 days. The contents of MMP-9, TIMP-1 and PAI-1 in serum and Col-Ⅳ in skin tissue were detected respectively by ELISA after the last medication. Results Compared with the model group, the levels of MMP-9 and ratio of MMP-9/TIMP-1 markedly increased and the levels of Col-Ⅳ and TIMP-1 markedly decreased in medium and high- dose of capparis spinosa total alkaloid group (P<0.05, P<0.01). But the level of PAI-1 was not influenced (P>0.05). Conclusion Capparis spinosa total alkaloid is effective in treating fibrosis of SSc by adjusting imbalance of MMP-9/TIMP-1 and decreasing expression of Col-Ⅳ.
capparis spinosa total alkaloid; systemic sclerosis; type Ⅳ collagen; MMP-9; TIMP-1; PAI-1; mice
10.3969/j.issn.1005-5304.2016.03.014
R285.5
A
1005-5304(2016)03-0051-03
国家自然科学基金(81260235)
何承辉,E-mail:408705201@qq.com
(2015-05-29)
(2015-06-21;编辑:华强)