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电针对慢性溃疡性结肠炎小鼠C3a/C3aR通路相关蛋白的影响

2024-12-13胡晓妹田楚宁李芊潘妍颖汤雅思陈兴宇张泓易细芹

湖南中医药大学学报 2024年12期
关键词:焦亡补体电针

〔摘要〕 目的 观察电针对慢性溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)模型小鼠补体C3蛋白3a(complement 3a, C3a)/补体C3蛋白3a受体(complement 3a receptor, C3aR)通路相关蛋白的影响。方法 将48只BALB/c小鼠采用随机数表法分为空白组(12只)和造模组(36只)。造模组采用3%葡聚糖硫酸钠(dextran sodium sulfate, DSS)自由饮水(7 d诱导+5 d缓解)为1个周期,共4个周期构建慢性UC模型。造模成功后再二次随机分为模型组、电针组、柳氮磺胺嘧啶(sulfasalazine, SASP)组,每组12只。空白组不予处理,模型组仅捆绑,电针组针刺关元、天枢、足三里、上巨虚穴,每天20 min,SASP组每天灌胃SASP混悬液[500 mg/(kg·d)],连续14 d。记录各组小鼠的疾病活动指数(disease activity index, DAI)、体质量、结肠长度和结肠指数;HE染色观察结肠黏膜损伤指数(colonic mucosal damage index, CMDI)评分变化;Western blot检测结肠组织中C3aR蛋白的表达量;免疫组织化学染色检测半胱氨酸蛋白酶-1(caspase-1)和消皮素D(gasdermin D, GSDMD)蛋白水平;ELISA检测结肠组织中C3a蛋白及血清中肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF-α)和白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)等炎性因子的表达情况。结果 与空白组相比,模型组小鼠的体质量显著下降,DAI评分、结肠缩短、结肠指数和CMDI评分均显著增加(Plt;0.01);结肠组织中C3a、C3aR蛋白的表达增加(Plt;0.05);Caspase-1、GSDMD蛋白的表达水平显著升高(Plt;0.01);血清中的IL-1β和TNF-α炎性因子的含量显著上升(Plt;0.01)。与模型组相比,电针组和SASP组小鼠的体质量增加,DAI和CMDI评分均降低(Plt;0.05),结肠长度恢复、结肠指数评分显著降低(Plt;0.01);结肠组织中C3aR蛋白的表达显著减少(Plt;0.01),C3a蛋白的表达减少(Plt;0.05);Caspase-1和GSDMD蛋白的表达水平降低(Plt;0.05);血清中IL-1β和TNF-α炎性因子的含量下降(Plt;0.05)。结论 电针能够改善UC模型小鼠结肠组织细胞焦亡与慢性炎症,其机制可能与抑制C3a/C3aR通路蛋白的表达有关。

〔关键词〕 慢性溃疡性结肠炎;电针;补体;C3a/C3aR通路;焦亡;慢性炎症

〔中图分类号〕R245" " " " "〔文献标志码〕A" " " " " 〔文章编号〕doi:10.3969/j.issn.1674-070X.2024.12.013

Effects of electroacupuncture on the C3a/C3aR pathway-related"proteins in mice with chronic ulcerative colitis

HU Xiaomei1,2, TIAN Chuning1, LI Qian1, PAN Yanying1, TANG Yasi1, CHEN Xingyu2,"ZHANG Hong1*, YI Xiqin1*

1. School of Acupuncture-moxibustion, Tuina and Rehabilitation, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha,"Hunan 410208, China; 2. College of Medical Imaging Laboratory and Rehabilitation, Xiangnan University,"Chenzhou, Hunan 423000, China

〔Abstract〕 Objective To observe the effects of electroacupuncture on complement 3a (C3a)/complement 3a receptor (C3aR) pathway-related proteins in a mouse model of chronic ulcerative colitis (UC). Methods A total of 48 BALB/c mice were divided into a blank group (n=12) and a modeling group (n=36) by a random number table method. With a regimen of 3% dextran sodium sulfate (DSS) administered through free water drinking (seven days of induction+five days of remission) as one cycle, the modeling group underwent a total of four cycles to establish a chronic UC model, and was then randomly subdivided into model, electroacupuntcture, and sulfasalazine (SASP) groups after successful modeling, with 12 mice in each group. The blank group was not treated; the model group was only bundled; the electroacupuntcture group was treated with electroacupuntcture at Guanyuan (CV 4), Tianshu (ST 25), Zusanli (ST 36), and Shangjuxu (ST 37) for 20 minutes daily; the SASP group was given SASP suspension [500 mg/(kg·d)] by gavage daily. All intervention lasted for 14 consecutive days. The disease activity index (DAI), body weight, colon length, and colon index of each group of mice were recorded; the changes in colonic mucosal damage index (CMDI) were observed through HE staining; the expression of C3aR protein in colon tissues was examined through Western blot; the protein levels of Caspase-1 and gasdermin D (GSDMD) were checked through immunohistochemistry; the expressions of C3a protein in colon tissues and the inflammatory factors such as tumor necrosis factor (TNF-α) and interleukin-1β (IL-1β) in serum were determined through ELISA. Results Compared with the blank group, mice in the model group showed significant decreases in body weight and colon length, along with significant increases in DAI score, colon index, and CMDI score (Plt;0.01); the expression levels of C3a and C3aR proteins in colon tissues increased (Plt;0.05); the expression levels of Caspase-1 and GSDMD proteins increased significantly (Plt;0.01); the serum levels of IL-1β and TNF-α increased significantly (Plt;0.01). Compared with the model group, mice in both electroacupuncture and SASP groups showed an increase in body weight, along with decreases in the DAI and CMDI scores (Plt;0.05); colon length was partially restored and the colon index score was significantly reduced in these groups (Plt;0.01); the expression of C3aR protein in colon tissues decreased significantly (Plt;0.01), and the expression of C3a protein decreased (Plt;0.05); the expression levels of Caspase-1 and GSDMD proteins decreased (Plt;0.05); the serum content of IL-1β and TNF-α decreased (Plt;0.05). Conclusion Electroacupuncture can alleviate pyroptosis and chronic inflammation in colon tissues of UC model mice, and its mechanism may be related to the inhibition of the expressions of C3a/C3aR pathway-related proteins.

〔Keywords〕 chronic ulcerative colitis; electroacupuncture; complement; C3a/C3aR pathway; pyroptosis; chronic inflammation

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)作为一种慢性自身免疫性肠道疾病,主要表现为腹痛、腹泻和血便[1]。近年来,UC的发病率逐年增高,因其病程缠绵和易复发的特性,严重影响患者的生活质量[2]。UC现有的治疗药物主要有5-氨基糖苷类、硫嘌呤类药物及生物制剂等[3],但这些药物长期使用后常伴有肝脏损伤、肾功能代谢异常等毒副作用,亟须寻找新的治疗方式。电针作为临床上常见的补充替代疗法,结合了传统医学和现代康复的优点。在临床试验与动物实验中均证实了电针改善UC的优效性:JOOS等[4]研究表明,电针可降低UC患者的疾病活动指数;陈正鑫[5]研究表明,电针可以降低UC患者粪便钙卫蛋白、红细胞沉降率等炎症指标,提高内镜下黏膜愈合率。但其具体作用机制仍需进一步探索。

补体(complement, C)在UC的发生和发展中起重要作用,补体系统中的C1q、CD46等因子有助于保护肠道屏障,减少肠道炎症,而C3、C5和C5a则被证实会加剧肠道损伤,促进UC的发展[6]。研究发现,在UC慢性阶段,C3通过裂解产生C3a,激活细胞膜上的C3aR受体,从而激活C3a/C3aR通路,促进肠上皮细胞焦亡,进一步加剧肠道炎症反应[7]。既往研究表明,紫锥菊提取物可通过下调C3a/C3aR信号通路发挥抗炎作用并改善UC症状[8]。因此,抑制C3a/C3aR通路可能是治疗UC的关键分子途径。然而,电针是否可以通过调节C3a/C3aR通路治疗UC尚不明确。因此,本研究以慢性UC模型小鼠为观察目标,从补体角度探索电针对溃疡性结肠炎C3a/C3aR通路相关蛋白的影响,为电针治疗UC提供理论依据。

1 材料与方法

1.1" 实验动物

健康SPF级BALB/c小鼠52只[湖南斯莱克景达实验动物公司,许可证号:XYXK 2019-0009],雌雄各半,8周龄,体质量(20±2) g。SPF级实验室适应性分笼饲养7 d,培养温度20~25 ℃,相对湿度50%~70%,压力梯度20~50 Pa,换气15~20次/h。本研究实验已通过湖南中医药大学伦理委员会审核(伦理批号:LL2022112304)。

1.2" 主要仪器和试剂

1.2.1" 主要试剂" 葡聚糖硫酸钠(美仑生物技术有限公司,批号:MB5535);柳氮磺吡啶肠溶片(华润双鹤药业股份有限公司,批号:国药准字H11020818);异氟烷(瑞沃德生命科技有限公司,批号:R510-22-16);HE染色试剂盒、免疫组织化学试剂盒(塞维尔生物科技有限公司,批号:G1076、G1216);白细胞介素-1β(interleukin-1β, IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、C3a ELISA试剂盒(伊莱瑞特生物科技有限公司,批号:E-EL-M0044、E-EL-M3063、E-EL-M0337c);半胱氨酸蛋白酶-1(Caspase-1)、消皮素D(gasdermin D, GSDMD)抗体(塞维尔生物科技有限公司,批号:GB15383、GB114198);C3aR抗体(正能生物科技有限公司,批号:822006)。

1.2.2" 主要仪器" 华佗牌电针治疗仪(型号:SDZ-V,苏州医疗用品厂有限公司);可孚一次性使用无菌平柄针灸针(规格:0.18 mm×13 mm,吴江市云龙器械有限公司);多功能微孔板读数仪(型号:Varioskan LUX,美国赛默飞世尔科技公司);数字切片扫描仪(型号:PannoramicMIDIII,匈牙利3DHISTECH公司)。

1.3" UC模型小鼠的建立与分组干预

本研究参考改良的DSS造模方法进行造模[9]。48只BABL/c小鼠按照随机数表法分为空白组12只与造模组36只。空白组予以蒸馏水自由饮用;造模组以3% DSS自由饮水(诱导)7 d+蒸馏水(缓解)5 d为1个周期,共4个周期。造模结束后,进行模型检测,以疾病活动指数(disease activity index, DAI)评分≥2分为成模标准[10]。将造模成功的小鼠再次随机分为模型组、电针组、柳氮磺胺吡啶(sulfasalazine,SASP)组,每组12只。

造模结束后,分组进行干预。空白组不予干预;模型组仅捆绑固定;电针组捆绑固定后,参照《实验针灸学》分别刺入小鼠双侧天枢、上巨虚、关元、足三里穴,直刺5 mm,电针参数选用疏密波(10 Hz/50 Hz),电流为1 mA,强度以肢体轻微抖动为度,每次留针20 min;SASP组参考《实验动物和动物实验技术》[11]中的换算方法,小鼠给药剂量=人体给药剂量/人体体重×9.1,即等效给药剂量约为500 mg/(kg·d)。均每天1次,连续治疗14 d。

1.4" 检测指标及方法

1.4.1" DAI评定" 造模结束后,记录体质量、大便性状。DAI评分=(体质量下降率积分+大便性状积分+便血情况积分)/3[12],具体评分细则详见表1。

1.4.2" 结肠指数测定" 治疗结束后,异氟烷呼吸麻醉并处死小鼠,剖腹取结肠,冲洗结肠内容物,测量结肠袋到肛门口的结肠长度,并称取结肠重量,以重量/长度比值计算结肠指数,结肠指数数值越大表示炎症程度越高[1]。

1.4.3" HE染色观察结肠组织病理变化" 冰0.9%氯化钠溶液清洗结肠,取病变部位进行固定脱水,石蜡包埋,切片后进行HE染色,然后参照改良的结肠黏膜损伤指数(colonic mucosal damage index,CMDI)评分方法进行评价,CMDI评分=炎症细胞浸润评分+组织结构损伤评分[13]。

1.4.4" 免疫组织化学染色检测Caspase-1、GSDMD蛋白水平" 石蜡切片脱蜡水化,行抗原修复,洗涤后,用山羊血清封闭30 min,分别孵育Caspase-1、GSDMD(1∶500)抗体过夜,阴性对照组用PBS孵育过夜,次日洗涤后孵育羊抗兔二抗(1∶500)1 h,洗涤后复染50 μL着色,避光孵育1 min,最后在显微镜下观察,以灰度值/面积计算平均光密度值。

1.4.5" ELISA检测结肠组织C3a蛋白及血清IL-1β、TNF-α蛋白的表达" 麻醉小鼠后,取结肠组织研磨,经心脏采血,离心机设置3 000 r/min、半径8 cm、温度4 ℃,离心15 min后取上清,按C3a、IL-1β、TNF-α的ELISA检测试剂盒说明书操作,使用酶标仪于450 nm波长测量光密度。

1.4.6" Western blot检测结肠组织C3aR蛋白的表达水平" 取100 mg结肠组织,按照1∶100的比例加入RIPA裂解液,组织破碎仪90 Hz、45 s循环5次,以破碎结肠组织。冰上裂解20 min后,12 000 r/min、半径8 cm、温度4 ℃离心15 min,取上清。参照BCA试剂盒说明书测量蛋白浓度,随后在样品中加入上样缓冲液,水浴锅100 ℃、15 min,将样品煮沸。用12%PAGE胶电泳分离不同分子量的蛋白后,将蛋白转印到PVDF膜上,5%脱脂牛奶封闭1 h,分别加入C3aR抗体、β-actin(1∶1 500),4 ℃封闭过夜。TBST洗膜6次后(5 min/次),加入HRP标记二抗,室温下孵育60 min。采用化学发光法显影,以目的蛋白与内参蛋白灰度值的比值作为目的蛋白的相对表达量,实验重复3次。

1.5" 统计学分析

所有数据均使用SPSS 26.0软件进行分析,计量资料以“x±s”表示。计量资料符合正态分布和方差齐性,采用单因素方差分析进行组间比较,并使用LSD检验进行后续的两两比较;不符合正态分布或方差不齐的数据,采用非参数检验进行分析。均以Plt;0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1" 电针对UC模型小鼠体质量、结肠长度、DAI评分、结肠指数的影响

空白组小鼠毛发柔顺、行动敏捷、粪便成形;模型组小鼠出现便血、粪便稀溏、蜷缩等症状,结肠长度明显缩短,结肠重量增加,体质量显著下降、DAI评分和结肠指数明显增高(Plt;0.01);电针组和SASP组干预后,小鼠一般情况改善、便血症状好转,行动能力提高,结肠长度均有所恢复,结肠重量下降,体质量增加、DAI评分降低(Plt;0.05),结肠指数显著降低(Plt;0.01);电针组和SASP组的体质量、DAI评分和结肠指数比较,差异无统计学意义(Pgt;0.05)。详见图1。

2.2" 电针对UC模型小鼠结肠组织病理改变的影响

HE染色结果表明,空白组小鼠肠道绒毛及上皮结构完整,未见中性粒细胞浸润;模型组小鼠出现溃疡性结肠炎的典型改变,绒毛严重脱落坏死,结肠隐窝-绒毛结构破坏缺失,伴有严重中性粒细胞浸润;电针组与SASP组肠上皮形态基本正常,腺体结构形态改善,黏膜下层可见少量炎症浸润与轻微水肿。与空白组相比,模型组CMDI评分显著升高(Plt;0.01);与模型组相比,电针组与SASP组的CMDI评分均降低(Plt;0.05);但电针组和SASP组之间CMDI评分比较,差异无统计学意义(Pgt;0.05)。详见图2。

2.3" 电针对UC模型小鼠结肠C3a/C3aR通路蛋白的影响

与空白组相比,模型组小鼠C3a、C3aR蛋白水平增加(Plt;0.05);与模型组相比,电针组与SASP组C3a、C3aR蛋白水平降低(Plt;0.05,Plt;0.01);电针组和SASP组C3a、C3aR蛋白表达水平比较,差异无统计学意义(Pgt;0.05)。详见图3。

2.4" 电针对UC模型小鼠结肠细胞焦亡的影响

免疫组织化学结果表明,与空白组相比,模型组小鼠结肠组织Caspase-1、GSDMD蛋白表达显著增高(Plt;0.01)。与模型组相比,电针组与SASP组小鼠结肠组织Caspase-1、GSDMD蛋白表达减少(Plt;0.05);电针组和SASP组小鼠结肠组织Caspase-1、GSDMD蛋白比较,差异无统计学意义(Pgt;0.05)。详见图4。

2.5" 电针对UC模型小鼠炎性因子的影响

与空白组相比,模型组小鼠血清中TNF-α、IL-1β的含量显著增高(Plt;0.01);与模型组相比,电针组与SASP组TNF-α、IL-1β的含量均降低(Plt;0.05);电针组和SASP组TNF-α、IL-1β的含量比较,差异无统计学意义(Pgt;0.05)。详见图5。

3 讨论

UC是一种慢性、进行性和复发性的肠道疾病,据统计,我国UC发病率为11.6/10万,并有持续增加的趋势,已成为我国重要的公共卫生问题[14]。临床治疗以水杨酸、类固醇激素等药物为主,虽有一定疗效,但存在毒副作用,限制了其长期应用。而电针作为一种传统医学与现代医学相结合的治疗手段,对UC的腹痛、便血等症候群改善方面具有明显作用[15]。UC归属于中医学“痢疾”“久痢”“肠澼”等范畴,其病机为脾肾虚弱、痰热湿瘀等邪气客于肠道[16]。在电针治疗中,天枢、足三里、上巨虚、关元作为UC治疗的高频穴位[17]。其中,天枢为大肠募穴,可厚肠理气;足三里为胃经合穴和胃腑下合穴,可健脾和胃;上巨虚为大肠下合穴,可通肠化滞。课题组前期研究表明,电针治疗可以显著抑制Th17相关特异性因子,调节异常免疫,从而保护肠黏膜屏障[18]。关元为任脉与足三阴之会、小肠募穴,能培元固本、补益精血、调理冲任。在临床实践中,四穴共伍可调和肠腑气血、厚肠止泻,缓解病症。

本实验采用DSS构建UC模型,模拟UC发作期与缓解期的交替病理特点。造模后,UC模型小鼠表现出体质量下降、大便稀溏、粪便隐血阳性等症状,同时慢性炎症导致结肠缩短、水肿增加、结肠指数升高,均提示该模型制备成功。结果表明,与模型组相比,电针组与SASP组小鼠体质量增加、DAI评分降低、结肠指数降低,提示电针与SASP疗效相当,均可显著改善UC症状。此外,HE染色结果表明电针对UC具有保护作用,包括炎性细胞浸润减少、肠黏膜病理形态损伤修复,与课题组既往的研究结果一致[19]。

C3a是一种过敏毒素,由C3裂解产生,已被证实广泛表达于肺、肠等损伤的黏膜中,在肠道中C3a与肠上皮细胞上的C3aR受体结合,诱导肠上皮细胞焦亡,在慢性UC发生发展中起关键作用[20]。研究表明,其内在机制可能与焦亡因子Caspase-1、GSDMD有关。当C3a/C3aR通路被激活后,首先诱导Caspase-1表达增加,然后将GSDMD蛋白裂解到N端片段发生结构域易位,从而形成细胞膜孔,这一过程最终造成肠道屏障损伤,并伴随IL-1β、TNF-α等炎性因子释放[21-22]。而抑制C3aR后,以上损伤过程被逆转[23]。上述研究表明,C3a/C3aR通路可能是诱导UC结肠组织损伤的关键靶点。在本研究中,模型组的C3a/C3aR蛋白表达显著增加,同时诱导肠道中焦亡因子Caspase-1、GSDMD表达上调以及促进炎性因子IL-1β、TNF-α释放,表明UC模型小鼠处于焦亡和炎症激活状态;与模型组相比,电针组与SASP组均显著逆转了上述现象,提示电针可能在慢性UC小鼠中通过抑制C3a/C3aR通路介导的焦亡与炎症状态,改善UC肠道损伤,发挥保护作用。

本研究结果验证了临床经验要穴治疗UC的疗效机制,并丰富了电针改善UC慢性炎症的补体级联机制,为临床治疗UC提供了实验理论依据。但本实验仍存在不足之处,缺乏激动剂、抑制剂组以更全面地验证电针对C3a/C3aR通路的机制。此外,补体系统作为免疫的重要组成部分,与适应性免疫相互作用,促进UC的发生发展,电针对补体系统与适应性免疫的交互作用仍有待进一步研究。

参考文献

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〔基金项目〕湖南省自然科学青年基金项基金项目(2022JJ40316);湖南中医药大学学科建设接榜挂帅项目(22JBZ013);湖南省研究生科研创新一般项目(CX20230818);湘南学院校级一流本科专业专项改革项目(2021-11)。

〔通信作者〕*易细芹,女,硕士,讲师,E-mail:995010568@qq.com;张" 泓,男,博士,二级教授,博士研究生导师,E-mail:zh5381271@sina.com。

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