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黄芪-桑白皮含药血清对人支气管上皮细胞炎症的影  PDF

  • 彭朗萍 1
  • 章澳 1
  • 谭卫 1
  • 张钰 1
  • 李福星 1
  • 刘雨 2,3
  • 谭光波 2,3
1. 湖南中医药大学(湖南 长沙 410208); 2. 湖南省中医药研究院(湖南 长沙 412000); 3. 湖南省中医药研究院附属医院(湖南 长沙 412000)

最近更新:2024-11-05

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摘要

目的

探讨黄芪-桑白皮配伍对慢性阻塞性肺疾病(COPD)炎症状态下人支气管上皮细胞(BEAS-2B细胞)的影响。

方法

制备大鼠含药(黄芪-桑白皮)血清,采用10%香烟烟雾提取物和20 ng·mL-1脂多糖构建BEAS-2B细胞COPD炎症状态的模型,利用CCK8检测BEAS-2B细胞活力,Western blot法检测前期网络药理学预测的Caspase3、HIF-1α蛋白表达。

结果

与空白组比较,模型组BEAS-2B细胞活性降低(P<0.05),Caspase3、HIF-1α蛋白表达显著增多(P<0.05),提示COPD造模成功;与模型组比较,中药组BEAS-2B细胞活性升高(P<0.05),中药组Caspase3、HIF-1α蛋白表达明显降低(P<0.05)。

结论

香烟烟雾及脂多糖可诱导BEAS-2B细胞中Caspase3、HIF-1α蛋白高表达,成功建立细胞模型。黄芪-桑白皮药对可明显抑制Caspase3、HIF-1α蛋白表达,初步揭示了黄芪-桑白皮药对通过抑制炎症反应、影响肺部细胞焦亡及氧化应激的反应等来治疗COPD。

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是以呼吸困难、咳嗽、咳痰为特征的一种异质性肺部状态,乃气道异常或肺泡异常所导致的持续性进展性的气流阻塞。据WHO预计,COPD将在2030年排名全球第3位死[

1]。现代医学治疗COPD的主要药物有支气管扩张剂、抗生素及吸入性糖皮质激素(Inhaled Corticosteroids,ICS),越来越多临床研究表明中医药结合现代医学治疗可显著改善慢阻肺患者的临床症状和生活质量,且明显缩短其住院时[2]

COPD归属于中医学“喘证”“肺胀”“咳嗽”等范畴,主要症状为咳、痰、喘、气促等,其发病机制以正虚痰瘀为主,治疗上应以扶正为主,佐以化痰活[

3]。根据中医整体观、辨证论治的理念,中医药对COPD的治疗具有多靶点、多成分、整体把控的优势,疗效显著且比西药治疗更安[4]

黄芪-桑白皮是临床治疗COPD的常用药对,经典方剂补肺汤、黄芪[

5]等均有二者配伍。黄芪味甘、性微温,归脾、肺经,具有补气固表、利尿排毒、生肌收疮的作用,是补气的首选,尤适用于呼吸系统虚损性疾病的治[6]。桑白皮味甘、苦、辛,性寒凉,甘能补虚,苦能清泻肺热,辛可消肿利水,其甘寒之性可制黄芪稍热之性,主治肺热导致的咳嗽、咯黄痰、小便不利,用于肺有水热互结[7]。黄芪主升补肺气,桑白皮降肺气,一升一降共调肺气,正如《景岳全书·喘促》所说:“然发久者气无不虚,故于消散中宜酌加温补,或于温补中宜量加消散,此等证候……必使元气渐充,庶可望其渐愈。”二者配伍既能补气补虚,促进正气的恢复,又有泻肺平喘、宣肺清痰功效,此外,“气能行血”,黄芪补气则能促进血液运行而防止血液瘀滞,而桑白皮在《本草纲目》中记载其有“散血”之效,故二者合用具有补气化痰活血之功,可标本兼顾调理和治疗COPD。但黄芪-桑白皮药对治疗COPD的作用机理尚不清楚,配伍的科学性尚未阐明,有待深入研究。

笔者团队前期已通过网络药理学研[

8]探讨了补肺汤治疗COPD的作用机制,而进一步分析后发现与黄芪、桑白皮相关的核心靶点Caspase3、HIF-1α可改善COPD炎症状态。本研究基于体外细胞实验进一步验证黄芪-桑白皮对COPD炎症状态的影响,探讨其治疗COPD的相关调控蛋白,以期为后续研究提供思路方法。

1 材料与方法

1.1 实验动物

7只SPF级SD大鼠,体质量为(250±50) g,由湖南斯莱克景达实验动物有限公司提供,许可证编号为SYXK(湘)—20190009,实验动物伦理批号:LLBH-202212030001。动物饲养环境的相对湿度为40%~70%,温度为24~26 ℃,每小时通风换气8~12次。

1.2 实验药物

(1)中药:黄芪6 g,桑白皮12 g。中药饮片购自湖南省中西医结合医院,加水熬煮30 min,熬2次,过滤,浓缩得到生药质量为4 g/mL的药液备用。(2)西药:注射用甲泼尼龙琥珀酸钠(天津金耀药业有限公司,国药准字H20103047)。

1.3 主要仪器及试剂

台式冷冻离心机(湖南湘仪,货号H1650R);电泳仪(北京六一,货号DYY-6C);电泳槽(北京六一,货号DYCZ-24DN);转膜仪(北京六一,货号DYCZ-40D);旋涡混合器(江苏其林贝尔,货号GL-88B);还原型5XSDS上样缓冲液(abiowell,货号AWB0055);1.5 mol/L Tris·HCl(pH8.8)(abiowell,货号AWB0073);1.0 mol/L Tris·HCl(pH6.8)(abiowell,货号AWB0074);10%APS(abiowell,货号AWB0093);10%SDS(abiowell,货号AWT0047);TEMED(abiowell,货号AWB0068);PBST 缓冲液(abiowell,货号AWI0130);30%Acr/Bic(abiowell,货号AWB0020);电泳液缓冲液(abiowell,货号AWB0083);转膜缓冲液(abiowell,货号AWC0114);蛋白磷酸酶抑制剂(abiowell,货号AWH0650);SuperECL Plus 超敏发光液(abiowell,货号AWB0005);显影液(上海佳信,货号BW-61);定影液(上海佳信,货号BW-62);抗体HIF1a(英国abcam,货号ab179483);抗体Caspase3(英国abcam,货号ab184787);脂多糖(碧云天,ST1470-10 mg);β-actin(美国proteintech,货号66009-1-Ig)。

1.4 CSE溶液制备

香烟烟雾提取物(Cigarette smoke extract,CSE)溶液制备方法如下:取1支香烟燃烧5 min,烟雾在注射器驱动吸引下溶于10 mL 37 ℃预热的PBS溶液中,pH调节至7.4左右,经0.22 μm滤膜过滤除菌后,作为100% CSE 原液,用无血清培养液稀释成10%CSE溶液。

1.5 含药血清的制备

按照千克体重剂量折算法:大鼠剂量(mg·kg-1)=折算系数 W(6.25)×人的剂量(mg·kg-1),计算出中药组生药量为0.4 g·kg-1·d-1,扩大10倍[

9],最终确定中药组生药量为4 g·kg-1·d-1。将SD大鼠适应性喂养5 d后,予以中药(黄芪-桑白皮药液)灌胃,每天1次,灌胃前空腹6 h,连续5 d;第5 d末次灌胃后1 h,用4%水合三氯乙醛对SD大鼠进行腹腔注射麻醉,收集腹主动脉血,静置2 h凝固,以2000 r/min离心10 min,吸取上清液,合并同组血清,用0.22 μm微孔滤膜除菌,然后用无菌试管分成单独的试管,保存在-20 °C冰箱以备后用,避免反复冻融。

1.6 实验细胞

实验细胞为人支气管上皮细胞(Bronchial Epithelium transformed with Ad12-SV40 2B,BEAS-2B),购自北纳创联生物科技有限公司,细胞培养在湖南中医药研究院细胞实验室,培养箱设置为37 ℃,5%浓度二氧化碳(CO2)。BEAS-2B细胞用含10%胎牛血清(fetal bovine serum,FBS)的DMEM培养液培养,换液24 h/次,按1∶2比例传代。

1.7 细胞分组及干预

取对数生长期细胞进行实验,将DMEM培养液+10% FBS加入T25培养瓶中,于37 ℃、5% CO2培养箱培养24 h,细胞贴壁后去除原培养基,加入无血清DMEM培养液,于37 ℃、5% CO2培养箱饥饿培养24 h;再去除原培养基,以培养瓶为单位,将其随机分为空白组、模型组、中药组、西药组。(1)空白组:常规培养基培养24 h;(2)模型组:10% CSE和20 ng·mL-1脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)干预12 h后,加入常规培养基继续干预12 h,构建BEAS-2B细胞COPD炎症状态模型;(3)中药组:10% CSE和20 ng·mL-1 LPS干预12 h后,加入15%含药血清继续干预12 h;(4)西药组:10% CSE和20 ng·mL-1 LPS干预12 h后,加入2 μmol/L甲泼尼龙(此处为甲泼尼龙粉剂用培养基溶解后的液体)继续干预12 h。各组细胞均置于37 ℃、5% CO2培养箱中培养,后收集细胞进行细胞形态、细胞活性及Western blot蛋白检测。

1.8 细胞活性检测

按照“1.7”所述分组,将CCK-8 溶液加入细胞培养液中,孵育2.5 h后,酶标仪测定450 nm处吸光度值。细胞存活率=100%-(正常细胞组吸光值-加药组吸光值)/(正常细胞组)×100%[

10]

1.9 Western

blot蛋白检测 采用 Western Blot 检测空白组、模型组、中药组和西药组细胞中Caspase3、HIF-1α蛋白相对表达量,通过裂解细胞提取蛋白、蛋白定量、电泳、转膜、封闭、一抗(Caspase3稀释比例1∶2000,HIF-1α稀释比例1∶1000,β-actin 稀释比例1∶5000)孵育、二抗(HRP goat anti-mouse IgG稀释比例1∶5000,HRP goat anti-rabbit IgG稀释比例1∶5000)孵育、显影以测定各样本蛋白相对表达量。

1.10 统计学处理

应用SPSS 25.0软件,计量资料以(x±s)表示。资料符合正态性及方差齐性时,组间比较采用单因素方差分析;不满足正态性或方差齐性时,采用非参数检验秩和检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 细胞形态

空白组、模型组、中药组、西药组细胞培养按照1.7所述方法进行培养24 h后,在400倍显微镜下观察BEAS-2B细胞数量和形态(见图1)。与空白组细胞比较,CSE和LSP干预后的模型组培养基中的细胞数量显著减少,细胞形态变短圆,细胞间隙扩大。中药组和西药组细胞数目下降幅度低于模型组,且细胞形态性较好。结果表明黄芪-桑白皮可以提高COPD炎症状态下的BEAS-2B细胞存活率。

图1  显微镜下各组BEAS-2B细胞形态

长度标尺200 μm,放大倍数40×10倍

2.2 CCK-8结果

10% CSE和20 ng·mL-1 LPS干预后,BEAS-2B的细胞增殖受到抑制;使用15%含药血清以及阳性药物(甲泼尼龙)对损伤的BEAS-2B细胞进行干预后,CCK-8结果显示含药血清和阳性药物对损伤的BEAS-2B细胞具有一定的恢复增殖的作用。见表1

表1  各组BEAS-2B细胞活性比较(χ¯±sn=6)
组别450 nm 吸光光度值(OD 值)
空白组 1.11±0.64
模型组 0.57±0.13
中药组 0.84±0.20*
西药组 1.04±0.25*

注:  与模型组比较*P<0.05;与空白组比较P<0.05

2.3 Western

blot分析结果 与空白组比较,模型组的Caspase3、HIF-1α蛋白条带增粗且颜色加深(P<0.05),证明模型建立成功。与模型组相比,西药组、中药组的Caspase3、HIF-1α蛋白条带不同程度地变细,颜色变浅,西药组比中药组蛋白条带更细更浅(P<0.05)。这说明甲泼尼龙、黄芪-桑白皮均可抑制Caspase3、HIF-1α的表达,其中甲泼尼龙抑制程度更大。见图2图3

  

  

图2  各组细胞Caspase3、HIF-1α表达比较(χ¯±sn=2)

模型组与空白组比较***P<0.001;模型组与给药组比较***P<0.001;模型组与给药组比较**P<0.01

图3  Western blot分析各组细胞中Caspase3、HIF-1α含量

3 讨论

COPD属于中医学“肺胀”“喘证”等范畴,主要表现为反复咳嗽、咯痰、喘息、胸闷。《景岳全书·喘促》云:“盖实喘者有邪,邪气实也;虚喘者无邪,元气虚也。”本病病性为本虚标实,发作期偏于标实,缓解期偏于本虚,气虚贯穿COPD整个疾病过程。黄芪-桑白皮是临床治疗COPD的常用药对。其中,黄芪补脾益肺,扶正固本,为补气首选;桑白皮具有泻肺平喘的功效,现代药理研究表示,桑白皮能够抑制金黄色葡萄球菌的活性,具有清肺消痰、降气平喘之[

11]。黄芪与桑白皮配伍有补气固表、泻肺平喘的功效,能改善正气虚损,增强清泄肺热、利水消肿之功,标本兼顾治疗COPD。

COPD的特征是持续气流受限和急性加重,气流受限通常是持续且逐渐发展的,与慢性炎症反应有关。COPD的病理机制尚未明确,目前所被接受的主要包括炎症假说、氧化和抗氧化失衡的假说,以及免疫和蛋白酶和抗蛋白酶的假[

12]。其中,炎症是目前临床研究的重点,已发现50多种细胞因子参与COPD的发病机[13]。缺氧诱导因子1α(HIF-1α)是氧稳态的主要调节因子,可调节缺氧的病理生理[14],并作为重要的转录调节因子促进细胞对炎症和氧化应激的反[15],在COPD患者的肺部过度表达。研[1617]表明,HIF-1α及其下游血管内皮生长因子基因可能与COPD有关,缺氧可诱导HIF-1α的持续表达,促进肺血管重构,加重COPD病程。

香烟烟雾被认为是COPD发病的关键因素,香烟烟雾会引起内质网应激和线粒体功能障[

18],导致NLRP3炎症小体激活,而炎症是COPD最主要的发病机[19]。激活的NLRP3炎症小体引起 Caspase介导的IL-1β和IL-18释放,导致炎症爆[2021]。焦亡是由GSDM家族诱导的一种新型调节细胞死[22],通常伴有活性促炎细胞因子如IL-1β和IL-18的释[23]。其中GSDME可由Caspase3激活,GSDMB可由caspase-3/6/7激活。GSDMA3的表达可使Caspase3表达上调,意味着Caspase3可能通过GSDM家族与细胞炎症及焦亡密切相[24],进而影响COPD的发生、发展。

BEAS-2B细胞是由腺病毒12-SV40转染的“正常”人支气管上皮细胞系。该细胞系能够替代目前无法获得的正常人支气管上皮细胞,具有来源稳定、易于培养、稳定性好、表达多种肺上皮细胞标志物等优点,可用于评估细胞的表型特征以及研究肺上皮的生理和病理过程,并在众多毒理学和癌症转化实验中作为相关研究的模[

25]。本研究选取吸烟和感染这两个导致人类COPD发展最重要的暴露因素,采用10% CSE和20 ng·mL-1 LPS建立BEAS-2B细胞炎症损伤模型,同时用含药血清干预,结果显示模型组BEAS-2B细胞活性受损,而经含药血清干预的中药组BEAS-2B细胞活性较模型组显著升高(P<0.05),说明黄芪-桑白皮能够提升COPD炎症状态下BEAS-2B细胞的活性,减少细胞损害。此外,本研究还发现,模型组Caspase3、HIF-1α蛋白表达较正常组均显著升高;与模型组比较,中药组能显著降低Caspase3、HIF-1α蛋白表达,提示黄芪-桑白皮可抑制Caspase3、HIF-1α蛋白表达。

综上所述,本研究发现黄芪-桑白皮药对可能通过抑制Caspase3、HIF-1α蛋白的表达,影响肺部细胞对炎症和氧化应激的反应,证实了黄芪-桑白皮药对通过多靶点和多通路发挥治疗慢性阻塞性肺病的作用。后续还可对黄芪-桑白皮药对调控Caspase3、HIF-1α蛋白的作用机制进行深入研究。

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