复方银花解毒颗粒对脂多糖致幼龄大鼠急性肺炎模型的抗炎作用及TLR4/NF-κB/NLRP3信号通路的影响
2021-01-06秦婷婷马占强马世平
徐 颖,王 爽,秦婷婷,马占强,傅 强,马世平
复方银花解毒颗粒对脂多糖致幼龄大鼠急性肺炎模型的抗炎作用及TLR4/NF-κB/NLRP3信号通路的影响
徐 颖,王 爽,秦婷婷,马占强,傅 强,马世平*
中国药科大学中药学院,江苏 南京 211198
研究复方银花解毒颗粒(Compound Yinhua Jiedu Granule)对脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)致幼龄大鼠急性肺炎模型的抗炎作用及Toll样受体4(Toll like receptor 4,TLR4)/核转录因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)/NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)信号通路的影响。将120只幼龄大鼠随机分为6组,分别为对照组、模型组、布洛芬颗粒组(0.8 g/kg)及复方银花解毒颗粒低、中、高剂量(1.25、2.5、5 g/kg)组,ig给药1周,末次给药1 h后尾iv LPS(1 mg/kg)制备急性肺炎模型,6 h后采用麻醉后颈椎脱臼处死。采用ELISA试剂盒检测各组大鼠肺泡灌洗液及血清中炎症因子白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、IL-17、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平的变化;HE染色观察肺组织形态学变化;运用免疫组化染色法检测肺组织TLR4,入核NF-κB和NLRP3蛋白的表达,Western blotting法检测肺组织中TLR4、磷酸化NF-κB(p-NF-κB)、磷酸化核转录因子-κB抑制蛋白α(nuclear factor-κB inhibitor protein α,p-IκBα)和NLRP3蛋白的表达。复方银花解毒颗粒预处理对LPS诱导幼龄大鼠急性肺损伤具有较强的保护作用,可降低模型大鼠肺泡灌洗液及血清中炎症因子IL-1β、IL-17、TNF-α的水平,减少肺组织中TLR4、NF-κB的激活和NLRP3蛋白的表达。复方银花解毒颗粒对LPS致幼龄大鼠急性肺炎模型具有抗炎作用,其机制可能与下调TLR4/NF-κB/NLRP3炎症信号通路有关。
复方银花解毒颗粒;LPS;急性肺炎;炎症因子;Toll样受体4;核转录因子-κB;NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3
急性肺炎是一种多发的呼吸道疾病,患者以0~5岁的婴幼儿为主,是导致婴幼儿死亡的重要原因之一。其主要表现为发病迅速,症状重,并发症多,容易造成呼吸系统和循环系统衰竭,一旦发展为重症肺炎,会严重危害患儿的生命,甚至造成死亡[1]。临床上,常用抗生素治疗小儿急性肺炎,然而,长期滥用抗生素产生的病毒抗性使其治疗效果不佳,并导致了抗生素的耐药性的发展[2]。因此,探索更加安全、有效的防治途径成为临床上亟待解决的问题。复方银花解毒颗粒是由山银花、连翘、荆芥、薄荷、青蒿等中药提取加工制成的颗粒剂,具有疏风解表、清热解毒之功效,善治温病发热等病证。临床常用于上呼吸系统感染及流行性感冒的治疗[3],目前尚未有涉及复方银花解毒颗粒治疗急性肺炎的研究。故本研究建立了脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导的幼龄大鼠急性肺炎模型,旨在考察复方银花解毒颗粒对幼龄大鼠急性肺炎模型的抗炎作用、量效关系及作用机制。
1 材料与仪器
1.1 实验动物
SPF级雄性SD幼龄大鼠(3~5周),体质量50~70 g,购自浙江省医学科学院实验动物中心,合格证号SCXK(浙)2019-0002。动物饲养于中国药科大学药学动物实验中心,许可证号SYXK(苏)2018-0019,自由摄食和饮水,室温(25±2)℃,相对湿度50%~60%,昼夜12 h交替。适应性喂养3 d后进行实验,所有动物实验均严格按照实验动物管理法规的规定和总则建议进行(伦理审批号2020-12-001)。
1.2 药品及试剂
LPS(批号078M4039V,美国Sigma公司),复方银花解毒颗粒(批号180911,天长亿帆制药有限公司),布洛芬颗粒(批号29180412,葵花药业集团有限公司)。白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)ELISA试剂盒(货号E-EL-R0012c)、IL-17 ELISA试剂盒(货号E-EL-R0566c)、TNF-α ELISA试剂盒(货号E-EL-R2856c),均为Elabscience公司产品。Toll样受体4(Toll like receptor 4,TLR4)一抗(货号19811-1-AP)、NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3,NLRP3)一抗(货号19771-1-AP)均为Proteintech公司产品;核转录因子-κB(Nuclear factor-κB,NF-κB)一抗(货号8242S)、磷酸化NF-κB(p-NF-κB)一抗(货号3033S)、核转录因子-κB抑制蛋白(Nuclear factor-κB inhibitor protein, IκBα)一抗(货号4812S)、磷酸化IκBα(p-IκBα)一抗(货号9246S)均为Cell Signaling Technology公司产品;兔二抗(批号AA01201,Bioworld公司)。BCA蛋白浓度测定试剂盒(批号P0010,碧云天生物技术研究所),RIPA裂解液(批号P0013B,碧云天生物技术有限公司),ECL发光试剂盒(批号36208ES60,上海翊圣生物科技有限公司)、PVDF膜(货号ISEQ00010,美国Millipore公司)。其余试剂均为国产分析纯试剂。
1.3 仪器
5430R冷冻离心机(Eppendorf公司);−80 ℃超低温冰箱、SN3001全波长多功能酶标仪、Milli-Q纯水仪(美国Thermo公司);TE124S电子分析天平(北京赛多利斯科学仪器有限公司);EPS 600电泳转膜仪(上海天能科技有限公司)、Chemidoc XRS+高灵敏度化学发光成像系统(美国Bio-Rad公司);GL-5250C磁力搅拌器(海门市其林贝尔仪器制造有限公司)。
2 方法
2.1 动物分组、给药及急性肺炎模型建立
按质量将幼龄大鼠随机分为6组,每组20只,分别为对照组、模型组、布洛芬颗粒(0.8 g/kg)组及复方银花解毒颗粒低、中、高剂量(1.25、2.50、5.00 g/kg)组。各组连续ig给药1周,对照组和模型组给予相同体积的生理盐水。末次给药1 h后尾iv LPS(1 mg/kg)制备幼龄大鼠急性肺炎模型,对照组注射等量的生理盐水,注射6 h后采用10%水合氯醛麻醉后进行后续操作。
2.2 ELISA测定肺泡灌洗液中炎症因子的水平
每组取6只幼龄大鼠ip 10%水合氯醛(3 mg/kg)麻醉后,手术分离颈部气管插管,用PBS灌洗肺组织,灌洗3次,每次静止平衡30 s,合并灌洗液,取灌洗液1 mL,3000 r/min离心5 min,取上清,按照ELISA试剂盒说明书操作,测定其中IL-17、IL-1β和TNF-α的含量。
2.3 ELISA测定血清中炎症因子的水平
每组取6只幼龄大鼠经眼眶取血后,3000 r/min离心15 min,取上清,按ELISA试剂盒说明书操作,测定其中IL-17、IL-1β和TNF-α含量。
2.4 肺组织的病理学观察
每组取3只大鼠ip 10%水合氯醛麻醉后,暴露胸腔,先用PBS经右心室灌注冲血,然后用4%多聚甲醛溶液灌注固定,采用颈椎脱臼处死后迅速摘取右肺,置于10%甲醛溶液中固定,制作石蜡切片,苏木精-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色观察肺组织病理学变化,观察肺泡上皮细胞的损伤程度以及肺泡壁增厚程度。
2.5 免疫组化检测炎症相关信号蛋白水平
每组取3只大鼠ip 10%水合氯醛麻醉后,暴露胸腔,先用PBS经右心室灌注冲血,然后用4%的多聚甲醛溶液灌注固定,采用颈椎脱臼处死后迅速摘取右肺,置于10%甲醛溶液中固定,制作石蜡切片,染色,显微镜下观察肺组织TLR4、NF-κB和NLRP3阳性细胞,分析阳性蛋白含量变化。
2.6 Western blotting检测炎症相关蛋白水平
取大鼠的肺组织,−80 ℃保存备用。肺组织加入RIPA裂解液裂解匀浆,提取蛋白,BCA法测定蛋白浓度,等量蛋白经过SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,转移到PVDF膜上,5%脱脂奶粉室温封闭2 h,一抗4 ℃孵育过夜,TBST漂洗3次,每次10 min,室温二抗孵育90 min,TBST漂洗3次,每次10 min,ECL反应,采集图像。采用Image J软件分析灰度值以统计蛋白表达量。
2.7 统计学分析
3 结果
3.1 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠肺泡灌洗液中炎症因子表达的影响
由图1可知,相比于对照组,模型组肺泡灌洗液中促炎因子IL-1β、IL-17、TNF-α表达水平显著升高(<0.01),而相比于模型组,布洛芬组与复方银花解毒颗粒各剂量组均可显著降低IL-1β、IL-17、TNF-α的表达水平(<0.05、0.01)。提示复方银花解毒颗粒可显著抑制急性肺损伤幼龄大鼠的肺部炎症。
与对照组比较:#P<0.05 ##P<0.01;与模型组比较,*P<0.05 **P<0.01,下图同
3.2 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠血清中炎症因子表达的影响
如图2所示,模型组血清中促炎因子IL-1β、IL-17、TNF-α表达水平显著高于对照组(<0.05、0.01);与模型组相比,布洛芬组血清中IL-1β、IL-17表达水平有降低趋势,但无显著性差异,复方银花解毒颗粒各剂量组均可显著减少血清中IL-1β表达水平(<0.05、0.01)。对于血清中IL-17水平,仅复方银花解毒颗粒高剂量组(5.00 g/kg)可显著降低(<0.05)。此外,布洛芬与复方银花解毒颗粒中、高剂量组(2.50、5.00 g/kg)均显著降低血清中TNF-α表达水平(<0.05、0.01)。提示复方银花解毒颗粒可降低急性肺炎模型幼龄大鼠血清中炎症因子的含量,抑制炎症。
图2 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠血清中的炎症因子表达的影响()
3.3 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠中肺组织病理变化的影响
HE染色结果显示,对照组中肺泡结构完整,基本正常,未见出血及炎性细胞浸润。LPS造模后,大鼠肺部发生组织病变,细胞核固缩,细胞膜破坏,肺泡壁变薄,肺泡大小不一,肺泡腔破损,有部分细胞核释放到肺泡腔内。布洛芬组和复方银花解毒颗粒各剂量组均可不同程度地改善这种病变。见图3。
图3 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠中肺组织病理变化的影响(n = 3, ×200, HE)
3.4 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠的肺组织中TLR4、NF-κB及NLRP3蛋白表达的影响
免疫组化结果显示,与对照组相比,模型组大鼠肺部组织中TLR4的蛋白表达水平显著升高(<0.01);布洛芬组及复方银花解毒颗粒低、高剂量组(1.25、5.00 g/kg)能够显著降低模型组TLR4的蛋白表达水平(<0.05)。模型组大鼠相比于对照组肺部组织中入核NF-κB的蛋白表达水平显著升高(<0.01);布洛芬组及复方银花解毒颗粒各剂量组均能够显著降低模型组NF-κB的蛋白表达水平(<0.01)。与对照组相比,模型组大鼠肺部组织中NLRP3的蛋白表达水平显著升高(<0.01);布洛芬组及复方银花解毒颗粒高剂量组(5.00 g/kg)能够显著降低模型组NLRP3的蛋白表达水平(<0.01)。见图4~6。
3.5 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠的肺组织中TLR4/NF-κB/NLRP3信号通路的影响
上述结果表明,复方银花解毒颗粒可下调LPS诱导急性肺炎幼龄大鼠中显著增加的TLR4、NF-κB和NLRP3的蛋白表达水平。为了进一步揭示复方银花解毒颗粒的抗炎作用机制,采用Western blotting实验检测TLR4/NF-κB/NLRP3信号通路的相关蛋白,见图7。结果显示,与对照组相比,模型组肺组织中TLR4、p-NF-κB、p-IκBα、NLRP3的蛋白表达水平显著升高(<0.05、0.01)。而与模型中相比,布洛芬组及复方银花解毒颗粒高剂量组(5.00 g/kg)均显著降低TLR4、p-NF-κB、p-IκBα和NLRP3的蛋白表达水平(<0.05、0.01)。
图4 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠的肺组织中TLR4表达的影响(n = 3, ×400)
图5 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠的肺组织中入核NF-κB表达的影响(n = 3, ×400)
图6 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠的肺组织中NLRP3表达的影响(n = 3,×400)
4 讨论
急性肺炎是一种主要由病原体引起的下呼吸道疾病,临床表现为发热、咳嗽、咳痰、喘息等,不仅造成小儿身体的伤害,严重时还可造成死亡[4]。目前认为,多种病原体感染会导致患儿肺泡出现炎性改变或炎症细胞浸润,进而引起肺组织的损害和破坏[5]。研究发现,包括巨噬细胞、淋巴细胞和中性粒细胞在内的多种免疫细胞参与了肺部炎症的过程。活化的巨噬细胞释放多种炎症因子,如活性氧、细胞因子IL-1β和TNF-α,促进炎症的严重破坏[6]。而急性肺炎常与微生物(如内毒素)的炎症刺激有关,LPS作为内毒素的主要成分,在体内外可引起炎症因子高表达,且常用于制备小动物感染性损伤模型,如肺炎模型被用来研究药物抗炎作用[7]。
图7 复方银花解毒颗粒对急性肺炎模型幼龄大鼠的肺组织中TLR4/NF-κB/NLRP3信号通路的影响(n=3)
中医理论认为急性肺炎是由风热病毒引起的肺瘀,属于风温肺热型疾病范畴,需利用“透”和“泄”的方式来治疗。复方银花解毒颗粒是以“银翘散”为基础方化裁而来,方中山银花、连翘为君,二药合用解表透邪,清热解毒;以荆芥、豆豉、薄荷为臣,共助君药疏散解表。山银花味甘、性寒,气味芳香,常用于温病发热等证;连翘性凉、味苦,气味俱薄。荆芥温而不燥,方中伍入此药则凉而有辛,可加强解表透邪之力;豆豉味苦、性寒,宜散表邪;薄荷辛凉,可发汗解热,利咽喉;佐入青蒿、大青叶、野菊花、鸭跖草、前胡,可起到清热解毒、凉血、肃肺化痰之效。现代药理学研究表明,此方中的许多中药的化学成分具有抗炎、抗病毒、解热等作用,如山银花中主要有效成分绿原酸和咖啡酸具有较好的抗炎、抗病毒、抑菌、抗氧化等作用,并且可通过减少肺部炎症因子TNF-α、IL-1β的分泌,以治疗LPS所致急性肺炎[8]。连翘中连翘酯苷能下调LPS诱发炎症因子TNF-α、环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)的释放,连翘苷能抑制急性肺损伤模型大鼠肺部出血,中性粒细胞浸润等病理改变[9]。荆芥的主要药效成分挥发油类有抗病毒、抗炎、镇痛、免疫调节等作用,与薄荷挥发油类配伍时可减少甲型流感病毒感染小鼠肺部促炎因子的表达[10-11]。此外,青蒿中青蒿琥酯可通过抑制NF-κB炎症信号通路的激活,实现减轻巨细胞病毒感染小鼠肺部组织炎症的作用[12],故推测此方对急性肺炎有一定的疗效。
TLR是介导天然免疫的重要模式识别受体,其介导的信号通路在炎症的发生和发展过程中极其重要[13]。研究表明,LPS介导的免疫反应完全依赖于TLR4,TLR4在引发免疫效应、吞噬细菌等方面起主要作用。而TLR4作为识别LPS的关键上游受体,控制着LPS炎症信号的细胞内转导和NF-κB的激活,以及众多炎症因子的释放。据报道,LPS刺激后,肺部巨噬细胞和内皮细胞的TLR4可与不同的适配器分子结合,导致负责生产促炎细胞因子的下游信号通路的激活和随后的炎性细胞的浸润[14]。研究表明TLR4/NF-κB信号通路在LPS大鼠急性肺损伤模型的发展过程中起重要作用,TLR4的激活可引起NF-κB的活化入核[15]。正常情况下,NF-κB蛋白二聚体在体内与IκBα结合在一起以复合体形式存在于细胞质中,当机体被LPS或细胞因子刺激后,IκBα被上游的IκB激酶磷酸化,最终导致NF-κB磷酸化后活化并易位至细胞核,可以诱导免疫、炎性反应等有关的多种基因转录后翻译[16]。如NLRP3炎症小体的转录激活[17],近年来的研究表明,NLRP3炎性小体在急性肺损伤的炎症和细胞凋亡中起着非常重要的作用,在调节炎症反应和急性感染性肺炎的发生发展中具有重要意义,NLRP3可通过NF-κB相关通路激活而引起肺损伤,可能成为治疗肺损伤的新靶点[18-19]。随着体内TNF-α、IL-6、IL-1β和IL-12等促炎因子的增多,NF-κB可以进一步被激活,周而复始,炎症级联反应逐渐被放大,这种无法控制的炎症反应最终导致正常肺泡毛细血管屏障功能的丧失与肺组织结构的严重破坏[20-23]。
本实验结果显示,LPS激活了幼龄大鼠肺组织的TLR4,促进了IκBα磷酸化,与NF-κB的磷酸化活化入核,进而激活NLRP3炎症小体使其表达增多,导致肺泡灌洗液促炎因子IL-17、IL-1β和TNF-α水平的增加,形成局部炎症,损伤肺组织结构,使正常肺泡腔结构破裂,最终炎症级联蔓延至全身,促使循环血清中的促炎因子(IL-17、IL-1β、TNF-α)水平也显著增加。给予布洛芬颗粒及不同剂量复方银花解毒颗粒后,可减轻LPS引起的肺组织损伤,不同程度地降低肺泡灌洗液及血清炎症因子(IL-17、IL-1β、TNF-α)水平,其中高剂量组(5.00 g/kg)改善肺组织损伤作用最为明显。并且复方银花解毒颗粒预给药可显著下调TLR4、p-IκBα、p-NF-κB与NLRP3的表达,提示其可能通过降低TLR4的表达,从而抑制NF-κB与NLRP3炎症小体的激活,而减少促炎因子的表达而发挥抗炎作用。
综上所述,本研究结果表明复方银花解毒颗粒预处理对LPS诱导幼龄大鼠急性肺损伤具有较强的保护作用,其作用机制可能与减少肺部组织病变,降低肺泡灌洗液和血液中炎症因子水平,以及下调TLR4/NF-κB/NLRP3炎症信号通路有关。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
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Anti-inflammatory effect of Compound Yinhua Jiedu Granules on LPS induced acute pneumonia in juvenile rats and its effect on TLR4/NF-κB/NLRP3 signaling pathway
XU Ying, WANG Shuang, QIN Ting-ting, MA Zhan-qiang, FU Qiang, MA Shi-ping
College of Traditional Chinese Medicine, China Pharmaceutical University, Nanjing 211198, China
To study the anti-inflammatory effect of Compound Yinhua Jiedu Granules (复方银花解毒颗粒) and on lipopolysaccharide (LPS) induced acute pneumonia in juvenile rats the effect of TLR4/NF-κB/NLRP3 signaling pathway.A total of 120 juvenile rats were randomly divided into six groups: normal control group, model group, Ibuprofen granule group (0.8 g/kg), and Compound Yinhua Jiedu Granules low-dose group, medium-dose group, high dose group (1.5, 2.5, and 5 g/kg). The drug was ig preadministered for one week, and LPS (1 mg/kg) was injected into the tail vein 1 h after the last administration to prepare the acute pneumonia model, than the animals was sacrificed by cervical dislocation after anesthesia 6 h later. The inflammatory factors interleukin-1β (IL-1β), interleukin-17 (IL-17), tumor necrosis factor-α (TNF-α) level change in alveolar lavage fluid and serum of mice in each group were detected by ELISA kit, at the same time, the changes of lung histopathology were observed by HE staining. The protein expression of TLR4, the nuclear NF-κB and NLRP3 in lung tissues were detected by immunohistochemical staining. The protein expression of TLR4, phosphorylated NF-κB (p-NF-κB), phosphorylated IκBα (p-IκBα), and NLRP3 in lung tissues were detected by Western blotting.The preadministration of Compound Yinhua Jiedu Granules had a strong protective effect on LPS-induced acute lung injury in juvenile rats, reduced the inflammatory factors IL-1β, IL-17, and TNF-α in juvenile rats alveolar lavage fluid and serum, and decreased the avtivation of TLR4, NF-κB and the expression NLRP3 in lung tissues.The anti-inflammatory protective effect of Compound Yinhua Jiedu Granules on LPS-induced acute pneumonia in juvenile rats may be related to the down-regulation of the TLR4/ NF-κB /NLRP3 inflammatory signaling pathway.
Compound YinhuaJiedu Granules; lipopolysaccharide; acute pneumonia; inflammatory factors; TLR4; NF-κB; NLRP3
R285
A
0253 - 2670(2021)01 - 0203 - 08
10.7501/j.issn.0253-2670.2021.01.024
2020-06-21
徐 颖(1996—),在读硕士,主要从事中药药理学研究工作。Tel: 19825817002 E-mail: 2429116613@qq.com
马世平(1956—),教授,博士生导师,主要从事中药及复方的药理、毒理学研究。E-mail: spma@cpu.edu.cn
[责任编辑 潘明佳]