糖分子探针与炎症因子、Claudin-8在结肠炎大鼠肠黏膜通透性改变中的相关性*

施 慧 王震凯 王少东 路又可 汪芳裕▲

南京军区南京总医院消化内科1 (210002) 南方医科大学南京临床学院2



糖分子探针与炎症因子、Claudin-8在结肠炎大鼠肠黏膜通透性改变中的相关性*

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南京军区南京总医院消化内科1(210002) 南方医科大学南京临床学院2

背景：肠黏膜通透性改变是溃疡性结肠炎发展的重要环节。糖分子探针是检测通透性的一种安全无创的方法，其与炎症因子、claudin-8在黏膜通透性改变中的相关性尚不明确。目的：探讨糖分子探针与TNF-α、CRP和claudin-8在结肠炎大鼠肠黏膜通透性改变中的相关性。方法： 24只大鼠随机分为模型组和正常对照组，以DSS溶液制备结肠炎模型。ELISA法检测TNF-α、CRP表达，免疫组化法检测claudin-8表达，高效液相色谱仪检测糖分子探针含量，分析炎症因子、claudin-8与糖分子探针的相关性。结果：与正常对照组相比，模型组结肠组织TNF-α、CRP表达显著升高(P<0.01)；claudin-8表达显著降低(P<0.01)；乳果糖和三氯蔗糖排出量以及乳果糖/甘露醇比值明显升高(P<0.01)，甘露醇排出量明显降低(P<0.01)。乳果糖、三氯蔗糖排出量与TNF-α、CRP表达呈正相关(P<0.01)，与claudin-8表达呈负相关(P<0.01)；而乳果糖/甘露醇比值、甘露醇排出量与TNF-α、CRP表达呈负相关(P<0.01)，与claudin-8表达呈正相关(P<0.01)。结论：糖分子探针与TNF-α、CRP以及claudin-8表达在提示大鼠肠黏膜通透性改变上的结果一致。糖分子探针可作为一种反映肠黏膜通透性改变的潜在检测方法。

通透性； 分子探针； 肿瘤坏死因子α； C反应蛋白质； claudin-8； 结肠炎, 溃疡性

Colitis, Ulcerative

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)是一种肠道慢性炎症性疾病，肠黏膜屏障功能损伤是UC发生、发展的重要环节。TNF-α在UC患者结肠组织和巨噬细胞表面均有表达，血清TNF-α水平与反映疾病活动度的临床和实验指标密切相关。CRP在炎症性肠病与肠道功能性疾病的鉴别诊断中起重要作用，UC患者血清CRP含量明显升高，与疾病严重程度相关，可作为检测UC病情进展的重要参数。Claudin是一种四次跨膜的结构蛋白，是细胞间隙通透性的重要调节因子。UC活动期结肠上皮细胞claudin-8亚型与上皮细胞间隙通透性有密切的关系。糖分子探针通过口服一定剂量的糖，检测糖在代谢过程中的消耗量来评估胃肠道吸收情况，从而间接反映胃肠黏膜受损情况，特定糖的吸收部位有所不同，故可根据糖的种类确定受损部位。目前糖分子探针与炎症因子、claudin-8在黏膜通透性改变中的相关性尚不明确。本实验采用高效液相色谱仪(high performance liquid chromatography, HPLC)检测大鼠尿液中糖分子探针含量，旨在对其与炎症因子、claudin-8在UC肠黏膜通透性中的相关性作一分析。

材料与方法

一、实验动物和主要试剂

健康清洁级雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠24只，3月龄，体质量(200±20) g，由南京军区南京总医院比较医学科提供。大鼠饲养于标准实验鼠笼中，适应性喂养1周。

二、研究方法

1. 模型制备：SD大鼠随机分成正常对照组和模型组，每组各12只，正常对照组大鼠自由饮水进食，模型组大鼠自由饮用DSS溶液7 d，建立结肠炎模型。每日测定大鼠体质量，粪便隐血试验阳性甚至出现肉眼血便，表示造模成功。

2. 取材和标本处理：造模成功后，采取灌胃法分别口服2 mL 0.06 g/mL乳果糖、0.04 g/mL甘露醇、0.03 g/mL三氯蔗糖。10%的麝香草酚加入异丙醇配制成100 mL溶液，以阻止细菌降解尿糖。大鼠禁水3 h。收集24 h尿液。麻醉后处死大鼠，取结肠远端长约0.5 cm的组织，置于4%甲醛溶液中固定，用于HE染色和免疫组化染色。其余结肠组织-20 ℃保存，用于检测TNF-α和CRP水平。

3. ELISA法检测结肠组织TNF-α、CRP水平：将结肠组织配制成匀浆液后离心，经稀释、加样、洗涤、孵育后测定波长为450 nm处的A值。BCA法定量，用上清液蛋白含量对样品中炎症因子含量进行再校正。

4. 免疫组化法检测claudin-8表达：取各组大鼠结肠组织切片，按试剂盒说明书行免疫组化二步法(一抗和二抗的工作浓度分别为 1∶100 和 1∶10)。

结果判断：细胞膜和细胞间隙呈棕黄色为claudin-8阳性表达。用Image-Pro Plus图像分析软件进行图像分析，随机计数4个视野，高倍镜下计数阳性细胞，参照王娟等[1]的研究方法，半定量计算claudin-8阳性表达。

5. HPLC法：尿样、标准样置于氮气环境中，75 ℃温箱干燥。冷却后每管加100 μL肟化液，75 ℃温箱放置30 min。冷却后每管加100 μL N-3甲基硅烷咪唑，75 ℃温箱放置15 min，冷却。采用HPLC检测尿液中乳果糖、甘露醇、三氯蔗糖含量，计算乳果糖/甘露醇(L/M)比值，具体步骤按说明书操作。

三、统计学分析

其中，HU（Hounsfield Unit）为三维空间中每个单元对于二维图像的CT值，ρash为灰度密度值，E为相应位置单元材料的弹性模量，单位为MPa。通过Mimics材料赋值模块，完成骨骼网格模型的非均匀单元赋值。

结 果

一、HE染色

正常对照组黏膜上皮完整，细胞形态正常，杯状细胞可见，腺体排列整齐，黏膜下层、肌层、浆膜层结构清晰。模型组黏膜上皮坏死脱落，上皮内杯状细胞减少，隐窝破坏；炎症渗出，典型溃疡形成，大量炎性细胞浸润，以中性粒细胞为主，可见出血性坏死(图1)。表明成功制备结肠炎模型。

A：正常对照组；B：模型组

二、炎症因子水平

与正常对照组相比，模型组结肠组织TNF-α[(8.51±1.55) pg/mg对(2.21±0.38) pg/mg,P<0.01]、CRP[(161.80±35.60) ng/mg对(50.50±5.90) ng/mg,P<0.01]表达均显著升高。

三、免疫组化染色

模型组claudin-8阳性表达主要定位于上皮细胞和血管内皮细胞的细胞膜和细胞间隙，正常对照组claudin-8表达较低，可见上皮细胞和血管内皮细胞少量表达(图2)；模型组claudin-8表达较正常对照组显著降低(0.100±0.007对0.200±0.011，P<0.01)。

A：正常对照组；B：模型组

四、分子探针含量

与正常对照组相比，模型组乳果糖排出量、三氯蔗糖排出量明显升高(P<0.01)，L/M比值明显升高(17.55±5.02对0.80±0.69，P<0.01)，甘露醇排出量显著降低(P<0.01)(图3)。

五、相关性分析

乳果糖、三氯蔗糖排出量与TNF-α、CRP表达呈正相关(P<0.01)，与claudin-8表达呈负相关(P<0.01)；L/M 比值、甘露醇排出量与TNF-α、CRP表达呈负相关(P<0.01)，与claudin-8表达呈正相关(P<0.01)。

图3 两组大鼠糖分子探针排出量比较(HPLC法)

讨 论

目前研究认为UC的发病机制可能与环境、遗传、免疫等因素共同作用所致的肠黏膜屏障功能损伤有关[2]。肠黏膜通透性改变可能是发病的基础。

肠黏膜局部炎症反应是UC发生、发展的主要病理机制，与一系列细胞因子的级联瀑布效应有关。TNF-α是一种前炎症因子，主要由巨噬细胞、单核细胞和分化的T细胞分泌，可刺激免疫细胞分泌IL-1β和IL-6，上调黏附分子和促凝血因子的表达，引发细胞毒性急性反应[3]。Olsen等[4]发现，组织TNF-α水平与局部炎症反应的分级呈正相关。有研究[5]发现claudin-8在结肠炎模型大鼠结肠组织中的表达降低，导致紧密连接中断，提示claudin-8可能与UC的发生、发展有一定关联。有研究认为，UC患者的CRP与临床表现、内镜下表现以及组织学表现有较好的相关性[6-7]；CRP亦可提示UC患者内镜下肠道表现[8]。

糖分子探针可对尿液中的糖进行检测，无需取血，是目前公认的检测胃肠黏膜损伤的无创性方法[9]。目前有三类糖分子探针：第一类糖探针在离开胃时就已完全被破坏，如蔗糖，用于检测上胃肠道黏膜通透性；第二类糖探针在离开小肠时就已完全被破坏，如乳果糖、甘露醇，用于检测小肠黏膜通透性；第三类糖探针全程均不降解，如三氯蔗糖，用于检测全消化道黏膜通透性[10]。乳果糖和甘露醇在肠道内的吸收途径不同[11]，乳果糖分子质量为342 kDa (1 Da=0.992 1 u)，通过小肠黏膜上皮细胞间的静脉连接吸收；甘露醇分子质量为182 kDa，通过小肠上皮细胞膜的水溶性微孔吸收。进入血液循环后两者均不易代谢，最终从尿液中排出，因此可通过定量尿液中两者的含量，反应其吸收量。尿液中L/M比值升高，表明上皮细胞间的结构发生改变，如肠黏膜紧密连接破坏，区域性肠上皮细胞缺失或绒毛末梢损伤，并因此造成黏膜通透性增加，组织间隙水肿。故测定尿液中L/M比值可较为准确地反映肠黏膜通透性的改变[12]。

结合多种检测方法可较为准确地反映肠黏膜的改变。目前临床上主要通过结肠镜观察黏膜的溃疡性改变，并通过取活检观察黏膜超微结构的改变来了解肠道损伤情况，有时还需进一步采取免疫组化检测炎症因子来了解肠黏膜损伤情况，但这些检测耗时且费用不低。而糖分子探针是一种更为简单易行、创伤小、费用低、安全可靠的检测方法。本研究首先成功构建了结肠炎大鼠模型，再分别利用结肠组织TNF-α、CRP、claudin-8表达以及糖分子探针检测大鼠肠道通透性的改变。结果显示模型组大鼠表现为典型的结肠炎改变，黏膜上皮坏死脱落，炎症渗出，典型溃疡形成，大量炎性细胞浸润，可见出血性坏死。L/M比值和三氯蔗糖排出量明显改变，提示结肠炎时肠黏膜通透性发生改变。且模型组TNF-α、CRP表达均明显高于正常对照组，说明结肠炎时肠道发生炎症性改变，与文献报道一致[4-5,13]；紧密连接蛋白claudin-8表达明显降低，提示肠黏膜通透性发生改变。上述结果与糖分子探针一致，共同反映了肠黏膜的炎症损害。相关性分析显示乳果糖、三氯蔗糖排出量与TNF-α、CRP表达呈正相关，与claudin-8表达呈负相关；而L/M比值、甘露醇排出量与TNF-α、CRP表达呈负相关，与claudin-8表达呈正相关。

综上所述，糖分子探针与TNF-α、CRP、claudin-8表达在提示大鼠肠黏膜通透性改变上具有一致性。有望作为临床上检测肠黏膜通透性的无创方法，具有较好的临床使用前景。

1 王娟, 贾立群, 谭煌英, 等. 生姜泻心汤对伊立替康化疗后大鼠肠黏膜损伤修复的影响[J]. 中国中西医结合杂志, 2015, 35 (10): 1236-1243.

2 Xavier RJ, Podolsky DK. Unravelling the pathogenesis of inflammatory bowel disease[J]. Nature, 2007, 448 (7152): 427-434.

3 Begue B, Wajant H, Bambou JC, et al. Implication of TNF-related apoptosis inducing ligand in infammatory intestinal epithelial lesions[J]. Gastroenterology, 2006, 130 (130): 1962-1974.

4 Olsen T, Goll R, Cui G, et al. Tissue levels of tumor necrosis factor-alpha correlates with grade of inflammation in untreated ulcerative colitis[J]. Scand J Gastroenterol, 2007, 42 (11): 1312-1320.

5 Xia XM, Wang FY, Zhou J, et al. CXCR4 antagonist AMD3100 modulates claudin expression and intestinal barrier function in experimental colitis[J]. PLoS One, 2011, 6 (11): e27282.

6 Karoui S, Laz S, Serghini M, et al. Correlation of C-reactive protein with clinical and endoscopic activity in patients with ulcerative colitis[J]. Dig Dis Sci, 2011, 56 (6): 1801-1805.

7 Yamamoto-Furusho JK, Camacho-Escobedo J, Téllez-Avila F, et al. Serum levels of beta2 microglobulin and ultrasensitive c-reactive protein as markers of histological activity in ulcerative colitis [Article in Spanish] [J]. Gac Med Mex, 2010, 146 (1): 31-35.

8 Turner D, Mack DR, Hyams J, et al. C-reactive protein (CRP), erythrocyte sedimentation rate (ESR) or both? A systematic evaluation in pediatric ulcerative colitis[J]. J Crohns Colitis, 2011, 5 (5): 423-429.

9 van Wijck K, van Eijk HM, Buurman WA, et al. Novel analytical approach to a multi-sugar whole gut permeability assay[J]. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci, 2011, 879 (26): 2794-2801.

10 Frias R, Steiner JM, Williams DA, et al. Urinary recovery of orally administered chromium 51-labeled EDTA, lactulose, rhamnose, d-xylose, 3-O-methyl-d-glucose, and sucrose in healthy adult male Beagles[J]. Am J Vet Res, 2012, 73 (5): 654-658.

11 Vilela EG, Torres HO, Ferrari ML, et al. Gut permeability to lactulose and mannitol differs in treated Crohn’s disease and celiac disease patients and healthy subjects[J]. Braz J Med Biol Res, 2008, 41 (12): 1105-1109.

12 Rao AS, Camilleri M, Eckert DJ, et al. Urine sugars forinvivogut permeability: validation and comparisons in irritable bowel syndrome-diarrhea and controls[J]. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol, 2011, 301 (5): G919-G928.

13 Singh UP, Singh NP, Murphy EA, et al. Chemokine and cytokine levels in inflammatory bowel disease patients[J]. Cytokine, 2016, 77: 44-49.

(2016-03-08收稿；2016-04-03修回)

Correlation of Sugar Molecular Probes with Inflammatory Factors and Claudin-8 in Intestinal Permeability in Colitis Rats

SHIHui1,2,WANGZhenkai1,WANGShaodong1,LUYouke1,WANGFangyu1.

1DepartmentofGastroenterologyandHepatology,JinlingHospitalofNanjingMilitaryCommandofPLA,Nanjing(210002);2SouthernMedicalUniversity,SchoolofMedicine,Guangzhou

WANG Fangyu, Email: wangfy65@nju.edu.cn

Permeability; Molecular Probes; Tumor Necrosis Factor-alpha; C-Reactive Protein; Claudin-8;

10.3969/j.issn.1008-7125.2016.10.006

南京军区南京总医院青年课题基金(批准号：2008021)、中国博士后科学基金面上资助(201150M1575)、中国博士后科学基金特别资助(2012T50895)

#Email: 32767572@qq.com

▲本文通信作者， Email: wangfy65@nju.edu.cn

Background: Intestinal permeability plays an important role in the development of ulcerative colitis. Sugar molecular probes is a safe and non-invasive method to measure intestinal permeability, and its correlation with inflammatory factors and claudin-8 is not clear. Aims: To explore the correlation of sugar molecular probes with TNF-α, CRP and claudin-8 in intestinal permeability in colitis rats. Methods: Twenty-four rats were assigned randomly to model group and normal control group. Colitis model was induced by DSS solution. Expressions of TNF-α, CRP were determined by ELISA, and expression of claudin-8 was determined by immunohistochemistry. Sugar molecular probes were determined by high performance liquid chromatography. Correlations of inflammatory factors and claudin-8 with sugar molecular probes were analyzed. Results: Compared with normal control group, expressions of colonic tissue TNF-α and CRP were significantly increased while expression of claudin-8 was significantly decreased in model group (P<0.01); secretion of lactulose and sucrolose, ratio of lactulose/mannitol (L/M) were significantly increased (P<0.01) while mannitol secretion was significantly decreased (P<0.01). Secretion of lactulose and sucrolose were positively correlated with expressions of TNF-α and CRP (P<0.01), but negatively with expression of claudin-8 (P<0.01). L/M ratio and mannitol secretion were negatively correlated with expressions of TNF-α and CRP (P<0.01), but positively with expression of claudin-8 (P<0.01). Conclusions: Sugar molecular probes and expressions of TNF-α, CRP, claudin-8 have similar results in predicting intestinal permeability in rats. Sugar molecular probes can be used as a potential method to measure intestinal permeability.