陈金虎 ,余万鑫,耿福能,张成桂,何 苗∗,巫秀美
(1.大理大学,云南省昆虫生物医药研发重点实验室,药用特种昆虫开发国家地方联合工程研究中心,中国西南药用昆虫及蛛形类资源开发利用协同创新中心,云南大理 671000;2.药用美洲大蠊四川省重点实验室,四川成都 610000)
溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)是一种以结肠和直肠黏膜弥漫性炎症为特征的慢性炎症性疾病。UC 的病因机制尚不清楚,多数研究认为其主要是由遗传易感性、外界环境刺激、自身免疫性疾病、肠道菌群失调和肠黏膜屏障损伤共同作用的结果[1]。目前治疗UC 的一线药物为氨基水杨酸类,其治疗周期长、有效性低,长期服用不良反应大、疾病易复发,严重增加了患者的经济负担和生活困扰,并有可能提高结肠癌的风险[2]。
美洲大蠊Periplaneta americana L.作为一味中药材,入药始载于《神农本草经》,其主要化学成分为氨基酸、凝集素、活性肽类及硫酸黏糖多糖类[3]。现代药理学证明,美洲大蠊提取物具有加速病损组织修复、改善病灶部位微循环、消除炎症水肿、抗病毒、巩固机体防御机制、调节机体T淋巴细胞与B 淋巴细胞比例等功能[4]。本课题组前期研究证实了美洲大蠊提取物对噁唑酮(Oxazolone,OXZ)[5]、2,4-二硝基氯苯(1-chloro-2,4-dini-trochlorobenzene,DNCB)[6]诱导UC 大鼠均有显著地促黏膜修复作用,但是治疗前期抑制炎症的作用却不明显。蒲公英作为一种药食两用的菊科植物,主要成分为酚酸类、黄酮类和多糖类[7]。现代药理研究证明,蒲公英具有抗炎、抗氧化和免疫调节等功效[7]。在临床和实验性结肠炎中均已证明蒲公英提取物对UC 具有治疗作用[8-9]。因此,课题组依据中医治疗UC 的特点将美洲大蠊与具有抗炎功效的蒲公英进行配伍,组成抗炎和促修复作用更为显著的动植物药复方Ento-PB。其中美洲大蠊入心、肝、脾、肾,健脾、散瘀消肿、敛疮生肌促修复,加强收敛止泻;蒲公英苦寒,清热燥湿,泻火解毒,善治肠胃湿热所致泄泻、痢疾;两药合用以共同调补脏腑,益气健脾、去腐生肌、消除炎症水肿之功效。本研究通过噁唑酮诱导的大鼠UC 模型,评价复方Ento-PB 对活动期UC 的作用,以期为其中药配方制剂的研究提供实验基础。
1.1 动物 60 只SD 大鼠,SPF 级,雌雄各半,体质量180~220 g,购于湖南斯莱克景达实验动物有限公司 [许可证号SCXK(湘)-2016-0004]。在大理大学实验动物中心饲养[许可证号SYXK(滇)2011-0004]。
1.2 药物与试剂 蒲公英全草(批号170306)购于云南大理中药材市场,由大理大学生药学专业何苗助理研究员鉴定为蒙古蒲公英Taraxacum mongolicum Hand.-Mazz.;蜚蠊成虫干燥全体(批号YF1807014)购于四川好医生攀西药业责任有限公司,经大理大学动物学专业杨自忠教授鉴定为美洲大蠊Periplaneta americana L.。柳氮磺吡啶(SASP,批号09160503,上海信谊天平药业有限公司);咖啡酸(批号110885-200102)、丙氨酸对照品(批号140676-201706)均购于中国食品药品检定研究院;三氟乙酸(TFA,Lot 17040277,美国天地有限公司);噁唑酮(OXZ,Lot 11432-035,深圳市丽晶生化科技有限公司);大鼠白介素4(IL-4,批号R171229-002a)、大鼠白介素10(IL-10,批号R170112004a)、大鼠肿瘤坏死因子-α(TNF-α,批号R170103-002a)、表皮生长因子(EGF,批号R71105-099a)试剂盒均购于欣博盛生物科技有限公司;隐血试剂盒(批号20170424)、大鼠白介素13(IL-13,批号 20171215)、髓过氧化物酶(MPO,批号20170112)、一氧化氮合酶(NOS,批号20171022)试剂盒均购于南京建成生物工程研究所。
1.3 仪器 SpectraMax M2 多功能酶标仪(美国Molecular Devices);HC3018R 型高速离心机(安徽中科中佳科学仪器有限公司);UV-6000PC 型紫外-可见分光光度计(上海元析仪器有限公司);Agilent 1260 高效液相色谱仪(美国安捷伦科技有限公司)。
1.4 复方Ento-PB 制备 按7 ∶3 的比例称取蜚蠊和蒲公英,加水煮沸,滤过,滤液浓缩后加入适量的乙醇,搅拌均匀,静置过夜,离心,取上清液,浓缩至干燥即得复方Ento-PB 提取物,密封保存在-20 ℃。
1.5 复方Ento-PB 中总氨基酸和咖啡酸含量测定根据《四川省中药材标准》 和2020 年版《中国药典》 对美洲大蠊和蒲公英的质量控制要求,采用茚三酮显色法测定复方Ento-PB 中的总氨基酸含量,同时HPLC 法测定复方Ento-PB 中咖啡酸的含量。用超纯水配制1.0 mg/mL 的复方Ento-PB 供试液,按文献[10-11]方法对复方Ento-PB 中的总氨基酸和咖啡酸含量进行检测,并建立丙氨酸线性曲线(Y=0.028 7X+0.003 9,r =0.999 8),计算得复方Ento-PB 中总氨基酸含量为9.85%;用0.22 μm微孔滤膜过滤复方Ento-PB 供试液,HPLC色谱条件为Sepax HP-C18(4.6 mm × 250 mm,5 μm);流动相0.1% TFA 水溶液(A)-0.1%TFA 甲醇(B),梯度洗脱(0 min,11% B;15 min,11%B;21 min,70%B;30 min,11%B);体积流量1.0 mL/min;进样量10 μL;检测波长323 nm;室温。测定得复方Ento-PB 中的咖啡酸质量分数为0.08%。
2.1 模型建立 本研究参考并改进了文献报道的噁唑酮诱导结肠炎的方法[12]。造模前1 d,对所有大鼠背部2 cm × 2 cm 的区域进行剃毛,同时,随机选取10 只大鼠作为正常组,雌雄各半。其余大鼠以0.2 mL 噁唑酮(30 mg/mL,无水乙醇)涂抹在暴露的皮肤处,连续7 d。第7 天禁食不禁水24 h 后,用异氟醚麻醉大鼠,将聚乙烯软导管(外径2.00 mm,长度10 cm)通过直肠小心地插入结肠,其尖端位于肛门近端约8 cm 处,将0.4 mL噁唑酮(10 mg/mL,50% 乙醇溶液)使用1 mL 注射器通过软导管缓慢注入结肠,缓缓拔出导管,使大鼠保持头部朝下姿势60 s。正常组大鼠用生理盐水代替造模剂按上述方法平行操作。
2.2 分组 造模结束24 h 后,将造模大鼠按文献[13]标准进行疾病活动指数(disease activity index,DAI)评分,并剔除DAI 评分为0~6 分的大鼠,剩余大鼠随机分为模型组,SASP 组(0.3 g/kg),复方Ento-PB 低、中、高剂量组(0.05、0.1、0.2 g/kg),每组10 只,雌雄各半。分组当天给药,每天1 次,持续7 d。
2.3 指标检测 给药期间,每天观察大鼠的一般状态,并在给药的第1、4、7 d 对大鼠进行DAI 评分。末次给药24 h 后,水合氯醛麻醉大鼠,腹主动脉取血,3 500 r/min 离心10 min,取血清,用试剂盒检测tNOS、iNOS 活性及 IL-4、IL-10、IL-13、EGF 表达。解剖大鼠取出肝脏、脾脏和胸腺,称重,计算脏器指数。取出结肠,剔除肠系膜周围脂肪组织,沿肠系膜剪开,冷生理盐水洗净粪便,参照文献[14]方法进行结肠黏膜损伤指数(colon mucosal damage index,CMDI)评分。将结肠纵向剪取一半称定质量,按1 ∶9 用冰生理盐水匀浆,3 500 r/min 离心10 min,取上清液,试剂盒检测匀浆液中MPO 活性及炎性标志物TNF-α 表达。剩余结肠组织用4%多聚甲醛固定,包埋后制成5 μm 切片,苏木精-伊红(H&E)染色,参照文献[15]方法进行组织病理学(histopathological score,HS)评分。
2.4 统计学分析 通过SPSS 24.0 软件进行处理,数据以()表示,多组间比较采用One-way ANOVA 分析,两两比较采用LSD 检验方法或Tamhane’s T 检验。以P <0.05 为差异有统计学意义。
3.1 复方Ento-PB 对UC 大鼠一般状态的影响给药期间,正常组大鼠活泼好动,被毛光滑发亮,体质量增加,大便成形。模型组大鼠毛色无光泽、枯乱,体质量明显减轻,精神萎靡,出现拱背、扎堆等现象,大便多为黏液便和脓血便。UC 大鼠经SASP 治疗后精神状态明显好转,活动增多,粪便基本成形;复方Ento-PB 各剂量组也能不同程度的改善大鼠稀便、血便等症状,粪便基本成形,体质量逐渐回升。
3.2 复方Ento-PB 对UC 大鼠DAI 的影响 如表1所示,给药第1 天,与正常组比较,经噁唑酮处理的各组大鼠DAI 评分升高(P<0.01),提示建模成功,经SASP 和复方Ento-PB 处理后,DAI 评分呈现下降趋势。给药第7 天,与正常组比较,模型组大鼠DAI 评分升高(P<0.01);与模型组比较,SASP 组大鼠DAI 评分降低(P<0.01);复方Ento-PB 组大鼠DAI 评分呈剂量依赖性降低,差异具有统计学意义(P<0.05,P<0.01)。
3.3 复方Ento-PB 对UC 大鼠结肠相关指标的影响 如表2 所示,与正常组比较,模型组大鼠结肠出现缩短变宽,黏膜表面有颗粒状改变,质脆易断并形成炎症性息肉及溃疡,结肠长宽比显著下降、CMDI 评分和结肠指数升高(P<0.01);与模型组比较,SASP 组大鼠结肠长宽比升高、CMDI 评分和结肠指数降低(P<0.05,P<0.01);复方Ento-PB 各剂量组大鼠结肠长宽比升高、CMDI 评分降低,结肠指数呈剂量依赖性降低(P<0.01)。
表1 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠DAI 评分的影响(,n=10)Tab.1 Effects of compound Ento-PB on DAI scores in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
表1 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠DAI 评分的影响(,n=10)Tab.1 Effects of compound Ento-PB on DAI scores in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
注:与正常组比较,∗∗P<0.01;与模型组比较,△P<0.05,△△P<0.01。
表2 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠结肠相关指数的影响(,n=10)Tab.2 Effects of compound Ento-PB on colon-related indices in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
表2 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠结肠相关指数的影响(,n=10)Tab.2 Effects of compound Ento-PB on colon-related indices in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
注:与正常组比较,∗P<0.05,∗∗P<0.01;与模型组比较,△P<0.05,△△P<0.01。
3.4 复方Ento-PB 对UC 大鼠脏器指数的影响如表3 所示,与正常组比较,模型组大鼠胸腺指数和脾脏指数降低(P<0.05),肝脏指数无明显影响;与模型组比较,SASP 组大鼠肝脏指数和脾脏指数升高(P<0.05,P<0.01),复方Ento-PB 组大鼠脾脏指数升高(P<0.05,P<0.01)。
表3 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠脏器指数的影响(,n=10)Tab.3 Effects of compound Ento-PB on visceral indices in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
表3 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠脏器指数的影响(,n=10)Tab.3 Effects of compound Ento-PB on visceral indices in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
注:与正常组比较,∗P<0.05,∗∗P<0.01;与模型组比较,△P<0.05,△△P<0.01。
3.5 复方Ento-PB 对UC 大鼠血清生化指标的影响 如表4 所示,与正常组比较,模型组大鼠血清tNOS、iNOS、IL-13 水平升高(P <0.01),IL-4、IL-10、EGF 表达降低(P<0.01);与模型组比较,SASP 组大鼠血清tNOS、iNOS、IL-13 水平降低(P<0.05,P<0.01),IL-4、IL-10、EGF 表达升高(P <0.01);复方Ento-PB 高剂量组大鼠血清tNOS、iNOS、IL-13 水平降低(P <0.05,P <0.01),IL-4、IL-10 和EGF 的表达升高(P<0.05,P<0.01)。
3.6 复方Ento-PB 对UC 大鼠结肠组织TNF-α 及MPO 的影响 如表5 所示,与正常组比较,模型组大鼠结肠TNF-α 水平、MPO 活性升高(P <0.05,P<0.01);与模型组比较,SASP 组大鼠结肠TNF-α 水平、MPO 活性降低(P <0.05,P <0.01);复方Ento-PB 组可呈剂量依赖性降低大鼠结肠TNF-α 水平(P<0.01),并且高剂量组大鼠结肠MPO 活性降低(P<0.05)。
表4 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠血清tNOS、iNOS、IL-13、IL-4、IL-10、EGF 水平的影响(,n=10)Tab.4 Effects of compound Ento-PB on serum levels of tNOS,iNOS,IL-13,IL-4,IL-10 and EGF in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
表4 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠血清tNOS、iNOS、IL-13、IL-4、IL-10、EGF 水平的影响(,n=10)Tab.4 Effects of compound Ento-PB on serum levels of tNOS,iNOS,IL-13,IL-4,IL-10 and EGF in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
注:与正常组比较,∗P<0.05,∗∗P<0.01;与模型组比较,△P<0.05,△△P<0.01。
表5 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠结肠组织TNF-α、MPO 水平的影响(,n=10)Tab.5 Effects of compound Ento-PB on TNF-α and MPO levels in colonic tissue of oxazolone-induced UC rats(,n=10)
表5 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠结肠组织TNF-α、MPO 水平的影响(,n=10)Tab.5 Effects of compound Ento-PB on TNF-α and MPO levels in colonic tissue of oxazolone-induced UC rats(,n=10)
注:与正常组比较,∗P<0.05,∗∗P<0.01;与模型组比较,△P<0.05,△△P<0.01。
3.7 复方Ento-PB 对UC 大鼠结肠HS 评分的影响 如表6、图1 所示,与正常组比较,模型组大鼠结肠病理表现为隐窝消失、杯状细胞面积丢失、黏膜层坏死,固有层出血、炎细胞浸润到黏膜肌或黏膜肌下层。模型组大鼠结肠上皮细胞、炎细胞浸润评分和HS 评分均高于正常组(P<0.01);与模型组比较,SASP 组大鼠结肠上皮细胞、炎细胞浸润评分、HS 评分降低(P <0.01),复方Ento-PB高剂量组大鼠结肠上皮细胞、炎细胞浸润评分降低(P<0.05,P<0.01),复方Ento-PB 各剂量组大鼠HS 评分降低(P<0.05,P<0.01)。
表6 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠HS 评分的影响(,n=10)Tab.6 Effects of compound Ento-PB on HS scores in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
表6 复方Ento-PB 对噁唑酮诱导UC 大鼠HS 评分的影响(,n=10)Tab.6 Effects of compound Ento-PB on HS scores in oxazolone-induced UC rats(,n=10)
注:与正常组比较,∗P<0.05,∗∗P<0.01;与模型组比较,△P<0.05,△△P<0.01。
UC 是一种与黏膜炎症反应持续存在、免疫功能异常和肠屏障受损相关的结肠炎症性疾病[16]。噁唑酮诱导的急性结肠炎模型,在病理学特征、免疫学特征和炎症分布上均类似临床活动期的UC 患者,具有建模周期短、可重复性好等特点,是较为理想的人类活动期UC 模型[17]。
在本研究中,在皮肤预先用噁唑酮致敏后,通过直肠内给予低剂量的噁唑酮来诱发大鼠急性结肠炎。造模后大鼠出现腹泻,黏液血便,体质量减轻等临床表现,DAI、CMDI 评分升高。镜下检查可见单核细胞透壁浸润、杯状细胞大面积丢失和隐窝结构变形,HS 评分升高。此外,模型组大鼠结肠组织中MPO 活性和血清中tNOS、iNOS 表达上调,这是结肠黏膜中中性粒细胞浸润致使炎症上升的标志。SASP 和复方Ento-PB 各剂量组显著减轻了结肠的病理损伤,组织中MPO 活性以及血清中tNOS、iNOS 表达均不同程度的降低。提示复方Ento-PB 可以抑制炎症细胞浸润,改善UC 相关的临床症状,对噁唑酮诱导的结肠炎大鼠有保护作用。
图1 各组大鼠结肠组织的组织病理学评分(HE,×200)Fig.1 Histopathological scores of rats colon tissue in each group(HE,×200)
IL-4 作为调节细胞可激活Th0 细胞向Th2 细胞分化,具有抑制炎症反应和维持肠道免疫平衡作用[18]。IL-10 作为典型的抗炎细胞因子与免疫抑制性Th2 型细胞因子,能从分子水平上抑制TNF-α、IL-1β 等促炎因子的分泌,并下调Th1 细胞的分化[19]。IL-4 和IL-10 协同作用下可逆转Th1/Th2 细胞活化过程,从而改善黏膜损伤情况。IL-13 作为Th2 细胞关键效应细胞因子,其局部浓度过高不仅导致上皮屏障功能受损,而且还影响肠上皮细胞凋亡,紧密连接和恢复速度[18]。TNF-α 由单核巨噬细胞和活化Th1 细胞分泌,具有诱导iNOS、COX2(环氧化酶)等多种促炎细胞因子合成,启动“瀑布式”炎症联级反应,加剧UC 病情的发展[20]。EGF 是作用于组织、细胞、分化基因的一种多功能修复细胞因子,通过增加细胞内蛋白质的合成,刺激组织的生长,在肠道黏膜损伤和修复中发挥着重要作用[21]。在本研究中,模型组大鼠血清中IL-13 和结肠组织TNF-α 表达量升高,而血清IL-4、IL-10、EGF 表达量降低,提示模型组大鼠肠屏障功能受损、机体抗炎能力降低。而经复方Ento-PB治疗后,TNF-α、IL-13 水平降低,而IL-4、IL-10和EGF 水平升高。其中复方Ento-PB 高剂量组治疗效果接近于阳性药SASP 组。提示复方Ento-PB可以通过调节炎性细胞因子分泌,减轻机体炎症反应,最终达到治疗UC 的作用。
综上所述,复方Ento-PB 高剂量组的治疗作用趋近于SASP 组。且在促进黏膜修复方面优于SASP,这从CMDI 评分以及EGF 和MPO 的表达上可以体现,提示复方Ento-PB 具有促进黏膜损伤后的快速愈合作用,若与抗炎药物配伍使用,将会弥补抗炎药物对UC 患者黏膜愈合率低的缺陷。课题组后期将深入研究复方Ento-PB 抗UC 的作用机制,以期为复方Ento-PB 的药动学与药效作用的关联提供理论依据和证明。