徐文轩,宋汶轩,喇孝瑾,申明宇,王 硕,李 超,王秀萍,陈 震,齐亚娟,李继安*
(1.华北理工大学中医学院,河北省中西医结合防治糖尿病及其并发症重点实验室,河北 唐山 063200;2.华北理工大学基础医学院,河北 唐山 063200; 3.河北省农林科学院滨海农业研究所,河北 唐山 063210; 4.匈牙利东方国药集团,匈牙利 布达佩斯 999024)
非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD) 是最常见的慢性肝病之一[1],可进展为肝硬化甚至肝细胞癌[2]。此外,NAFLD患者常伴有肥胖、糖尿病等,其心血管疾病和肝外癌症发生的风险也随之增加[3-4]。近年来,亚洲地区NAFLD 的患病率大幅上升[5],已成为严重的公共卫生问题。以往研究者通过“二次打击” 理论来阐释NAFLD 的发病机制,即通过脂毒性的“一次打击” 后,继以胰岛素抵抗(insulin resistance,IR) 为基础,其他如氧化应激、细胞凋亡、炎症因子等多因素形成“第二次打击”,从而导致脂肪肝的发病[6]。当肝细胞脂肪变性发生时,大量游离脂肪酸可引起肝脏IR,同时激活内质网应激引发细胞损伤,Bcl-2 家族的抗凋亡蛋白(Bcl-2) 和促凋亡蛋白(Bax) 调节失衡,肝细胞无法维持结构和功能完整性,启动肝细胞凋亡[7-8]。因此,调节凋亡信号通路是防治NAFLD 肝细胞凋亡的主要机制之一。
现代中医认为NAFLD 属于“肥气” “肝痞”等范畴,根据临床分析,该病以脾虚肝郁、湿热蕴结、气滞血瘀为基础病机。基于此,课题组以枳术丸为基础,加清利湿热、活血化瘀中药拟定了脂肝清方。本研究以脂肝清方干预NAFLD 小鼠,观察小鼠肝组织病理形态学、肝细胞凋亡相关蛋白及mRNA 表达等,初步探索其作用机制。
1.1 动物 48 只SPF 级C57BL/6J 雄性小鼠,8周龄,体质量18~22 g,购自北京华阜康生物科技股份有限公司 [实验动物生产许可证号SCXK(京) 2020-0004],饲养于华北理工大学实验动物中心屏障实验室,昼夜周期为12 h,温度20 ~22 ℃,相对湿度40% ~60%。动物实验方案经华北理工大学实验动物伦理委员会审查批准后实施(伦理号LX202090)。
1.2 药物 白术、枳实、茵陈、蒲公英、草决明、荷叶、姜黄、五味子、炒山楂(批号036210901、188211001、188211001、154211101、234210301、245211001、143220101、106210901、099210401)药材购自北京同仁堂药店唐山分公司,经李继安教授鉴定为正品。盐酸吡格列酮片 (国药准字H2010047) 购自江苏德源药业股份有限公司。
1.3 试剂 胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST) 检测试剂盒(江苏艾迪生生物科技有限公司,批号 20211211、20211211、G20211117S、G20211117S、G20211118S、G20211118S); 小鼠C肽(C-Peptide)、胰岛素 (INS) ELISA 试剂盒(江苏晶美生物科技有限公司,批号202110、202110); 一步法TUNEL 细胞凋亡检测试剂盒(绿色荧光) (上海碧云天生物技术有限公司,批号C1088); 兔源Bcl-2、caspase-3 多克隆抗体(英国Abcam 公司,批号GR224831-1、GR228406-3);兔源Bax 多克隆抗体、小鼠源β-actin 单克隆抗体(武汉三鹰生物技术有限公司,批号00094203、66009-l-lg); 小鼠源tubulin alpha 1a (TUBA1A)单克隆抗体(武汉华美生物工程有限公司,批号10308); 兔源cleaved caspase-3 多克隆抗体(美国Affinity Biosciences 公司,批号8354054); 总RNA提取试剂盒(北京金沙生物科技有限公司,批号22RE70303)。
1.4 仪器 稳豪倍优型血糖仪(美国强生公司);SpectraMaxM3 多功能微孔板读板机 ( 美国Molecular Devices 公司); JY600E 型通用电泳仪电源及JY-SCZ2+型垂直电泳槽(北京君意东方电泳设备有限公司); ChemiDoc XRS+型凝胶成像系统(美国伯乐公司); BX53 型显微镜及SZX71 型荧光体式显微成像系统(日本奥林巴斯公司); 荧光定量PCR 仪[耶拿分析仪器(北京) 有限公司]。
2.1 药物制备 脂肝清方中白术、枳实、荷叶、茵陈蒸馏法提取挥发油,并用β-环糊精包合; 其药渣与草决明、蒲公英、炒山楂合并水提浓缩; 姜黄、五味子由75% 乙醇提取过滤,滤液回收乙醇并浓缩提取物,最后合并提取物,冷冻干燥备用,临用前使用蒸馏水溶解。药液经高效液相色谱检测,其主要含苍术酮0.038%、绿原酸0.053%、白术内酯I 0.076%。
2.2 造模、分组及给药 将48 只小鼠适应性喂养1 周,随机分为正常组 (8 只) 和造模组 (40只)。正常组小鼠给予普通饲料喂养,造模组小鼠给予60%高脂饲料[9](北京华阜康生物科技股份有限公司,货号H10060,配方比例为脂肪60%、碳水化合物20%、蛋白质20%) 喂养。8 周后将造模组随机分为随机分为模型组、吡格列酮组(1.95 mg/kg) 和脂肝清方低、中、高剂量组(2.75、5.5、11 g/kg),每组8 只,灌胃给予相应剂量药物8 周,给药期间模型组及给药组继续给予60%高脂饲料喂养。
2.3 体质量、空腹血糖和口服葡萄糖耐量检测给药前及给药期间,每周测定1 次体质量,在给药第0、8 周进行口服葡萄糖耐量实验(oral glucose tolerance test,OGTT)。于OGTT 实验前禁食12 h,按2 g/kg 灌胃给予50% 葡萄糖注射液,检测0、30、60、90、120 min 血糖值,并采用Graphpad Prism 软件计算曲线下面积。
2.4 取材 给药结束后,小鼠麻醉并摘眼球取血,离心取血清,于-80 ℃冰箱中保存备用。取血后取肝脏,一半置于4%多聚甲醛中固定48 h,另一半于-80 ℃冰箱中保存备用。
2.5 血清生化指标检测及肝组织形态学观察 生化法检测小鼠血清TG、TC、HDL-C、LDL-C、AST、ALT、INS、C-Peptide 水平,并计算胰岛素抵抗指数(HOMA IR),公式为HOMA IR=取材当天空腹血糖×空腹胰岛素/22.5。取于4%多聚甲醛中固定的小鼠肝组织,经过梯度乙醇脱水后石蜡包埋,制备4 μm 切片,分别行苏木素-伊红(HE)染色和PAS 染色,于显微镜下观察。每只小鼠随机选取一张切片,对其进行NAFLD 活动度评分(NAS),评分标准见表1[10]。
表1 NAS 评分标准Tab.1 NAS scoring standard
2.6 TUNEL 法检测小鼠肝组织细胞凋亡情况 取石蜡切片脱蜡水化,滴加蛋白酶K,室温孵育20 min,PBS 洗涤,滴加TUNEL 检测液,37 ℃避光孵育60 min,PBS 洗涤后DAPI 染核,封片后立即于荧光显微镜下观察,绿色荧光为凋亡细胞,蓝色荧光为细胞核。采用Image J 2.9.0 软件计算绿色荧光平均光密度值。
2.7 小鼠肝组织Bax、Bcl-2、caspase-3、cleaved caspase-3 蛋白表达检测
2.7.1 免疫组织化学法 取石蜡切片常规脱蜡,每组随机选取3 张切片。将切片置于枸橼酸缓冲液中,微波加热进行抗原修复,冷却至室温后,滴加内源性过氧化物酶阻断剂封闭,滴加一抗Bax(1 ∶2 000)、Bcl-2 (1 ∶100) 4 ℃孵育过夜,滴加酶标羊抗小鼠/兔IgG 聚合物孵育,DAB 显色,Mayer 苏木素染核,脱水、透明、中性树胶封片,于显微镜下观察并拍照。采用Image J 2.9.0 软件分离染色图中的棕色通道,使用IHC Profiler 插件将阳性细胞的平均灰度值(染色强度) 和阳性面积百分比(染色面积) 共同作为测量指标。
2.7.2 蛋白免疫印迹法 取冻存的肝组织,加入RIPA 裂解液,振荡提取总蛋白,BCA 法测定各组样本蛋白浓度,加入蛋白示踪上样缓冲液,根据浓度加入相应体积的双蒸水,于恒温混匀仪100 ℃加热变性5 min。蛋白样本经聚丙烯酰胺凝胶电泳后,电转至PVDF 膜,于快速封闭液中封闭2 h,TBST缓冲液洗涤,加一抗Bax (1 ∶5 000)、Bcl-2 (1 ∶100)、caspase-3 (1 ∶ 2 000)、cleaved caspase-3(1 ∶700)、tubulin (1 ∶25 000)、β-actin (1 ∶50 000) 4 ℃孵育过夜,加二抗(1 ∶9 000) 室温孵育,使用超敏ECL 发光液显影、曝光,通过Image Lab 6.1 软件测定各条带灰度值并记录。
2.8 小鼠肝组织Bax、Bcl-2、caspase-3 mRNA 表达检测 每组取出3 只肝组织,剪取60 mg 置于离心管中,滴加适量TRIzol 试剂后匀浆,抽提总RNA,加入氯仿混匀,高速离心后吸出上层无色液体与异丙醇混合,离心取沉淀,将沉淀与75%乙醇混匀,离心后弃去上清,加入DEPC 水溶解后冻存。采用M5 Super plus qPCR RT kit with gDNA 试剂盒将总RNA 反转录为cDNA,加样后于PCR 仪进行进行定量PCR 反应。引物序列见表2。
表2 引物序列Tab.2 Primer Sequences
2.9 统计学分析 通过SPSS 26.0 软件进行处理,计量资料以(±s) 表示,多组间比较采用单因素方差分析,若方差齐时两两比较比较采用LSD 检验,若方差不齐时2 组间比较采用Tamhane's 检验; 不符合正态分布的数据采用非参数检验。P<0.05 为差异有统计学意义。
3.1 脂肝清方对NAFLD 小鼠体质量的影响 造模8 周时造模组小鼠体质量较正常组升高。给药期间正常组小鼠体质量略有上升,模型组小鼠体质量大幅上升,吡格列酮组和脂肝清方各剂量组体质量逐渐下降。给药8 周时,模型组小鼠体质量高于正常组(P<0.05); 脂肝清方各剂量组小鼠体质量低于模型组(P<0.05),趋近于正常组水平,见图1。
图1 各组小鼠体质量变化趋势Fig.1 Trend in mouse body mass change of each group
3.2 脂肝清方对NAFLD 小鼠空腹血糖值及OGTT曲线下面积的影响 给药干预前(第0 周),模型组和各给药组小鼠空腹血糖较正常组升高(P<0.05); 而模型组与各给药组之间无明显变化(P>0.05)。给药8 周后,与模型组比较,吡格列酮组和脂肝清方各剂量组小鼠空腹血糖和OGTT 曲线下面积(OGTT AUC) 降低(P<0.05,P<0.01),见表3。
表3 各组小鼠空腹血糖值及OGTT AUC 比较(±s,n=8)Tab.3 Comparison of mouse fasting blood glucose value and OGTT AUC in each group (±s,n=8)
表3 各组小鼠空腹血糖值及OGTT AUC 比较(±s,n=8)Tab.3 Comparison of mouse fasting blood glucose value and OGTT AUC in each group (±s,n=8)
注: 与正常组比较,**P<0.01; 与模型组比较,#P<0.05,##P<0.01。
组别第0 周空腹血糖/(mmol·L-1)第8 周空腹血糖/(mmol·L-1)第8 周OGTT AUC正常组3.55±0.323.53±0.2730.22±2.77模型组5.03±0.33**6.37±0.92**56.83±5.09**吡格列酮组5.20±0.13**4.42±0.33#49.26±3.19##脂肝清方低剂量组5.05±0.48**4.40±0.28#49.97±5.01##脂肝清方中剂量组4.92±0.62**4.07±0.19#44.81±3.94##脂肝清方高剂量组5.08±0.32**3.35±0.63##41.68±3.32##
3.3 脂肝清方对NAFLD 小鼠血清脂质和肝功能水平的影响 与正常组比较,模型组小鼠血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、ALT、AST 水平升高 (P<0.01); 与模型组比较,吡格列酮组和脂肝清方中、高剂量组小鼠血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、ALT、AST 水平均降低(P<0.05,P<0.01),脂肝清方低剂量组小鼠TC、TG、LDL-C 水平降低(P<0.01),见图2。
图2 各组小鼠血清TC、TG、HDL-C、LDL-C、ALT、AST 水平比较(±s,n=8)Fig.2 Comparison of mouse serum levels of TC,TG,HDL-C,LDL-C,ALT and AST in each group (±s,n=8)
3.4 脂肝清方对NAFLD 小鼠血清C-Peptide、INS水平及IR 指数的影响 与正常组比较,模型组小鼠血清C-Peptide、INS 水平降低(P<0.01),IR指数升高(P<0.01); 与模型组比较,吡格列酮组和脂肝清方各剂量组小鼠血清C-Peptide、INS 水平升高 (P<0.05,P<0.01),IR 指数降低 (P<0.05,P<0.01),见图3。
图3 各组小鼠血清C-Peptide、INS 水平及IR 指数比较(±s,n=8)Fig.3 Comparison of mouse serum levels of INS,C-Peptide and IR index in each group (±s,n=8)
3.5 脂肝清方对NAFLD 小鼠肝组织病理形态的影响 正常组肝组织细胞排列致密,大小均匀,结构完整,细胞质分布均匀且清晰,细胞核位于细胞质的中心; 模型组肝组织出现大范围脂肪变性及脂滴堆积,细胞质受到脂滴的占位挤压,排列疏松,呈渔网状分布,同时可见大量炎性细胞浸润; 吡格列酮组和脂肝清方各剂量组肝组织脂肪变性有不同程度改善,炎性浸润减少,见图4。各组小鼠肝组织NAS 评分如表4 所示,与正常组比较,模型组小鼠肝组织NAS 评分升高(P<0.01); 与模型组比较,吡格列酮组和脂肝清方各剂量组小鼠肝组织NAS评分均降低(P<0.01)。
图4 各组小鼠肝组织HE 染色(×200)Fig.4 HE staining of mouse liver tissue in each group(×200)
表4 各组小鼠肝组织NAS 评分比较(±s,n=8)Tab.4 Comparison of NAS scores in mouse liver tissue of each group (±s,n=8)
表4 各组小鼠肝组织NAS 评分比较(±s,n=8)Tab.4 Comparison of NAS scores in mouse liver tissue of each group (±s,n=8)
注: 与正常组比较,**P<0.01; 与模型组比较,##P<0.01。
组别NAS 评分/分正常组0.00±0.00模型组4.13±0.64**吡格列酮组1.88±0.99##脂肝清方低剂量组2.25±0.46##脂肝清方中剂量组1.87±0.83##脂肝清方高剂量组1.50±0.53##
3.6 脂肝清方对NAFLD 小鼠肝组织糖原分布的影响 正常组肝组织糖原阳性物质呈紫红色,细胞核呈蓝色,糖原分布饱满且均匀; 模型组肝细胞排列紊乱,出现大量脂肪空泡,PAS 糖原阳性反应较弱,糖原分布稀薄且不均匀,镜下呈粉红色; 吡格列酮组和脂肝清方各剂量组脂肪空泡减少,PAS染色相对饱满且均匀,见图5。
图5 各组小鼠肝组织糖原分布(PAS 染色,×200)Fig.5 Distribution of glycogen in mouse liver tissue of each group (PAS staining,×200)
3.7 脂肝清方对NAFLD 小鼠肝组织细胞凋亡的影响 正常组肝组织中鲜见凋亡细胞(TUNEL 绿色荧光阳性细胞); 与正常组比较,模型组TUNEL阳性表达增加(P<0.01),即凋亡细胞数量增加;与模型组比较,吡格列酮组和脂肝清方各剂量组TUNEL 阳性表达降低(P<0.01),即凋亡细胞数量减少,见图6。
图6 各组小鼠肝组织细胞凋亡情况(TUNEL 染色,×200,±s,n=6)Fig.6 Apoptosis in mouse liver tissue of each group (TUNEL staining,×200,±s,n=6)
3.8 脂肝清方对NAFLD 小鼠肝组织Bax、Bcl-2、caspase-3 蛋白表达的影响
3.8.1 免疫组化实验 与正常组比较,模型组小鼠肝组织Bax 蛋白表达升高(P<0.01),Bcl-2 蛋白表达降低(P<0.01); 与模型组比较,吡格列酮组和脂肝清方中、高剂量组小鼠肝组织Bax 蛋白表达降低 (P<0.01),Bcl-2 蛋白表达升高 (P<0.05,P<0.01),脂肝清方低剂量组小鼠肝组织Bax 蛋白表达降低(P<0.01),见图7。
图7 各组小鼠肝组织Bax、Bcl-2 蛋白免疫组化染色(×200,±s,n=3)Fig.7 Immunohistochemical staining of Bax and Bcl-2 protein in mouse liver tissue of each group (×200,±s,n=3)
3.8.2 Western blot 实验 与正常组比较,模型组小鼠肝组织Bcl-2 蛋白表达降低(P<0.01),Bax、caspase-3、cleaved caspase-3 蛋白表达和Bax/Bcl-2比值升高(P<0.01); 与模型组比较,吡格列酮组和脂肝清方各剂量组小鼠肝组织Bcl-2 蛋白表达升高(P<0.05,P<0.01),Bax、cleaved caspase-3 蛋白表达和Bax/Bcl-2 比值降低(P<0.01),吡格列酮组和脂肝清方中、高剂量组小鼠肝组织caspase-3 蛋白表达降低(P<0.01),见图8、表5。
图8 各组小鼠肝组织Bax、Bcl-2、caspase-3、cleaved caspase-3 蛋白条带图Fig.8 Protein bands of Bax,Bcl-2,caspase-3 and cleved caspase-3 in mouse liver tissue of each group
表5 各组小鼠肝组织Bax、Bcl-2、caspase-3、cleaved caspase-3、Bax/Bcl-2 蛋白表达比较(±s,n=3)Tab.5 Comparison of Bax,Bcl-2,caspase-3 and cleaved caspase-3 protein expressions in mouse liver tissue of each group(±s,n=3)
表5 各组小鼠肝组织Bax、Bcl-2、caspase-3、cleaved caspase-3、Bax/Bcl-2 蛋白表达比较(±s,n=3)Tab.5 Comparison of Bax,Bcl-2,caspase-3 and cleaved caspase-3 protein expressions in mouse liver tissue of each group(±s,n=3)
注: 与正常组比较,**P<0.01; 与模型组比较,#P<0.05,##P<0.01。
组别Bax/tubulinBcl-2/tubulincaspase-3/tubulincleaved caspase-3/β-actinBax/Bcl-2正常组0.22±0.020.32±0.020.33±0.014.21±0.140.69±0.04模型组0.51±0.04**0.19±0.05**0.42±0.05**6.57±0.24**2.80±0.48**吡格列酮组0.29±0.03##0.25±0.01#0.34±0.01##5.14±0.20##1.19±0.18##脂肝清方低剂量组0.34±0.06##0.27±0.05##0.39±0.015.70±0.21##1.26±0.12##脂肝清方中剂量组0.33±0.08##0.26±0.003#0.35±0.04##5.47±0.14##1.27±0.28##脂肝清方高剂量组0.27±0.02##0.27±0.05##0.31±0.02##4.93±0.13##0.99±0.07##
3.9 脂肝清方对NAFLD 小鼠肝组织Bax、Bcl-2、caspase-3 mRNA 表达的影响 与正常组比较,模型组小鼠肝组织Bcl-2 mRNA 表达降低(P<0.01),Bax、caspase-3 mRNA 表达升高 (P<0.05,P<0.01); 与模型组比较,吡格列酮组和脂肝清方高剂量组Bcl-2 mRNA 表达升高 (P<0.05),Bax、caspase-3 mRNA 表达降低 (P<0.05,P<0.01),脂肝清方中剂量组BaxmRNA 表达降低 (P<0.05),见图9。
图9 各组小鼠肝组织Bax、Bcl-2、caspase-3 mRNA 表达比较(±s,n=3)Fig.9 Comparison of mRNA expressions of Bax,Bcl-2 and caspase-3 in mouse liver tissue of each group (±s,n=3)
NAFLD 以肝脏脂肪变性等为主要特征,一般认为脂质过度堆积会促进IR,IR 可导致脂肪肝发生,而脂肪肝又可加重IR[11],从而加剧脂毒性,引起肝细胞凋亡,促进脂质的堆积,加重NAFLD的病理损害,形成恶性循环[12-13]。
半胱氨酸蛋白酶-3 (caspase-3) 为细胞凋亡级联反应通路的核心蛋白。研究证明NAFLD 模型的caspase-3 激活和肝细胞凋亡与疾病严重程度相关[14]。另外,Bcl-2 家族通过影响线粒体膜的通透性来调控凋亡。抗凋亡蛋白Bcl-2 和Bcl-xL 定位于线粒体外膜,抑制细胞色素C 的释放; 促凋亡蛋白Bax 定位于胞浆,在收到凋亡信号后,转移到线粒体中促进细胞色素C 的释放,Bax 过表达可促进细胞凋亡; 而Bcl-2 可与Bax 形成二聚体,抑制Bax 的表达,从而抑制细胞凋亡[15]。调节Bcl-2 家族相关蛋白表达是治疗NAFLD 潜在靶向,对药物研究具有重要意义。
本实验结果显示,模型组小鼠血脂、肝功能指标及HOMA IR 指数升高,INS 和C 肽水平均降低。值得注意的是,模型组小鼠HDL-C 水平出现了异常升高。研究发现,HDL-C 其与心血管疾病、2 型糖尿病等疾病呈“U” 型曲线相关[16],过高水平的HDL-C 会增加死亡风险,出现这一现象可能是过高水平的HDL-C 可促进炎症、增加氧化应激有关[17]。本研究病理结果显示,模型小鼠肝细胞大范围脂肪变性,存在明显的炎性细胞浸润,凋亡细胞数量增加。上述结果提示NAFLD 小鼠存在糖脂代谢紊乱、IR、肝细胞凋亡、脂肪肝和肝组织受损。
脂肝清方中白术、枳实具健脾理气散结之效,为主药; 茵陈、草决明、蒲公英具清利湿热、利尿散结之效,姜黄具行气破瘀之效,焦山楂具消食散瘀之效,荷叶具健脾升清之效,为臣药; 五味子具收敛固涩、益气生津、护肝之效,为佐使药。现代药理学研究发现,白术多糖可调节肠道菌群,减轻肝脏炎症,下调Bax 蛋白表达,上调Bcl-2 蛋白表达,抑制凋亡进而缓解NAFLD 的进展[18]; 枳实可调节肝脏脂代谢紊乱,并有降血糖、肝脏保护作用[19]; 姜黄素通过调节P5 调控caspase-3、Bax、caspase-9、Bcl-2 与线粒体途径相关的细胞色素C分子表达,抑制肝细胞凋亡[20]; 五味子和荷叶具有抗凋亡、抗脂质过氧化作用,对NAFLD 大鼠肝细胞具有保护作用[21-22]。全方具有调节糖脂代谢、抑制肝细胞凋亡、抗炎及改善肝损伤作用。本实验结果显示,脂肝清方可降低模型小鼠体质量、血脂及肝功能指标,改善胰岛素抵抗,改善肝脂肪变性、炎性浸润及糖原储存,减少细胞凋亡,下调Bax、caspase-3 及cleaved caspase-3 蛋白表达,上调Bcl-2 蛋白表达,提示脂肝清方可调控细胞凋亡相关蛋白进而保护肝细胞受损。
综上所述,脂肝清方可调节NAFLD 小鼠糖脂代谢,改善胰岛素抵抗,抑制肝细胞凋亡,从而减轻NAFLD 肝损伤,其作用机制可能与调控Bcl-2、Bax、caspase-3 凋亡蛋白表达,抑制肝细胞凋亡有关。