何娜祯 田慧 许志 陈光宇 李亮 谢梦洲
本文引用: 何娜禎, 田 慧, 许 志, 陈光宇, 李 亮, 谢梦洲. 精苓鹜枣固体饮料对COPD小鼠肺部炎症因子的影响[J]. 湖南中医药大学学报, 2024, 44(4): 580-586.
〔摘要〕 目的 观察精苓鹜枣固体饮料对慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)模型小鼠肺组织中炎症反应的影响,探讨其可能的作用机制,为该方的临床应用提供实验依据,也为中医药膳防治COPD提供一定的思路借鉴。方法 将24只雄性C57BL/6小鼠随机分为正常组、模型组、精苓鹜枣组(2.5 g/kg)、地塞米松组(1.0 mg/kg),每组6只。除正常组外,其他组均采用鼻滴脂多糖联合香烟烟雾建立COPD小鼠模型。干预30 d后取材,采用HE染色观察各组小鼠肺组织及脂肪组织iWAT、BAT的病理形态学变化; ELISA检测小鼠血清和支气管肺泡灌洗液(broncho alveolar lavage fluid,BALF)中肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-6(interleukin 6,IL-6)含量;qRT-PCR检测小鼠肺组织中TNF-α、ICAM-1、SELE、 SP-A、SP-D mRNA相对表达水平。结果 与正常组比较,模型组小鼠可见大量炎性细胞浸润,肺泡壁破坏融合出现肺大泡,脂肪细胞直径较大,血清及BALF中的TNF-α和IL-6的浓度显著升高(P<0.01),TNF-α、ICAM-1、SELE mRNA表达水平均显著升高(P<0.01);与模型组相比,精苓鹜枣组和地塞米松组小鼠肺组织损伤减轻,iWAT细胞变小紧致,具有棕色化趋势,BAT细胞分布增多且排列紧密,血清中TNF-α和IL-6水平均降低(P<0.05),精苓鹜枣组和地塞米松组TNF-α、ICAM-1、SELE、SP-A mRNA水平降低(P<0.05)。结论 精苓鹜枣固体饮料能改善COPD模型小鼠肺组织形态,抑制炎性反应,促进肺组织修复。
〔关键词〕 精苓鹜枣固体饮料;COPD;气道炎症;炎症因子;小鼠模型;药食同源
〔中图分类号〕R285.5 〔文献标志码〕A 〔文章编号〕doi:10.3969/j.issn.1674-070X.2024.04.008
Effects of Jingling Wuzao Solid Beverage on pulmonary inflammatory factors in mice with COPD
HE Nazhen1,2,4,5, TIAN Hui1,2,4,5, XU Zhi3, CHEN Guangyu1,2,4,5, LI Liang1,2,4,5, XIE Mengzhou1,2,4,5*
1. Hunan University of Chinese Medicine, Changsha, Hunan 410208, China; 2. Hunan Engineering Research Center of Medicine-Food Homologous Functional Food, Changsha, Hunan 410208, China; 3. Hunan Tianjin Pharmaceutical Co., Ltd, Changsha, Hunan 410119, China; 4. Provincial Key Laboratory of TCM Diagnostics, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha, Hunan 410208, China; 5. Key Laboratory of TCM Heart and Lung Syndrome Differentiation, Medicated Diet and Dietotherapy, Hunan University of Chinese Medicine, Changsha, Hunan 410208, China
〔Abstract〕 Objective To observe the effects of Jingling Wuzao Solid Beverage (JLWZSB) on the inflammatory response in the lung tissue of mouse models of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), to explore its possible mechanism of action, to provide an experimental evidence for the clinical application of this formula, and to offer some insights for the prevention and treatment of COPD with Chinese medicinal diet therapy. Methods Twenty-four male C57BL/6 mice were randomized into normal, model, JLWZSB (2.5 g/kg), and dexamethasone (1.0 mg/kg) groups, with six mice in each group. All groups except the normal group were exposed to nasal drops of lipopolysaccharide combined with cigarette smoke to establish the COPD mouse models. Samples were collected after 30 days of intervention. HE staining was used to observe the pathological morphological changes in the lung tissue and adipose tissue iWAT and BAT of each group; ELISA was employed to measure the levels of tumor necrosis factor-α (TNF-α) and interleukin 6 (IL-6) in mouse serum and bronchoalveolar lavage fluid (BALF); qRT-PCR was conducted to check the relative mRNA expression levels of TNF-α, ICAM-1, SELE, SP-A, and SP-D in lung tissue of mice. Results Compared with the normal group, the model group mice showed a significant infiltration of inflammatory cells, destruction and fusion of alveolar walls resulting in pulmonary bullae, the diameter of adipocytes was larger in the model group of mice, and a significant increase in the concentrations of TNF-α and IL-6 in serum and BALF (P<0.01). The mRNA expression levels of TNF-α, ICAM-1, and SELE were significantly elevated (P<0.01). Compared with the model group, the JLWZSB and the dexamethasone groups showed reduced lung tissue damage, iWAT cells become smaller and tighter with a tendency to brown out, BAT cells become more numerous and tightly arranged in distribution, and decreased levels of TNF-α and IL-6 in serum (P<0.05), as well as reduced mRNA levels of TNF-α, ICAM-1, SELE, and SP-A (P<0.05). Conclusion JLWZSB can improve the lung tissue morphology, inhibit inflammatory responses, and promote lung tissue repair in COPD mouse models.
〔Keywords〕 Jingling Wuzao Solid Beverage; chronic obstructive pulmonary disease; airway inflammation; inflammatory factor; mouse model; homology of medicine and food
慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是由炎症和气道重塑引起的持续气流阻塞,以慢性咳嗽、咳痰、气短、喘息等为主要临床表现的慢性呼吸道疾病,严重者可发展为肺心病、肺性脑病等[1]。COPD发病机制复杂,普遍认为和炎症细胞活化导致肺实质的慢性炎症有关[2]。近年来,由于环境污染加重及吸烟因素的影响,COPD的患病率和死亡率逐年上升,严重影响患者的健康和生活质量[3]。
中医学认为,COPD属于“肺胀”“喘证”等范畴。近年来,中医药在COPD病防治方面有理论基础和较好的临床疗效,并获得了一些成果,日益受到临床的重视[4-7]。随着中医药事业不断发展,针对COPD的营养治疗研究不断深入,中医药膳在提高营养状况下可控制临床症状,对疾病预防与康复具有重要作用。
精苓鹜枣固体饮料是由湖南省药食同源工程中心研发的一款防治COPD的药膳产品,以养阴润肺为组方原则,由黄精、茯苓、陈皮、金银花、鱼腥草、大枣、白鸭肉等组成。全方养阴益气、润肺健脾、补虚扶正,能够提升机体正气。本研究采用鼻滴脂多糖联合香烟烟雾的方法制备COPD小鼠模型,通过观察精苓鹜枣固体饮料对模型小鼠一般状态、体质量的改变情况,以及对小鼠病理形态学的影响,从而为精苓鹜枣固体饮料对COPD患者的防治提供可靠的实验依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物
SPF级雄性C57BL/6小鼠24只,由湖南中医药大学实验动物中心订购,动物实验许可证号为SCXK(湘)2019-0004,质量合格证号为No.430727221101566954,体质量18~22 g,8周龄。于湖南中医药大学实验动物中心SPF级动物房,室温(22±2) ℃、相对湿度65%~75%环境下饲养,实验期间自由饮水、摄食,适应性饲养3 d后用于模型制备。本实验经湖南中医药大学实验动物伦理委员会审查通过,伦理审批编号:LLBH-202204150004。
1.2 主要试剂
脂多糖(批号:12352201,广州硕谱生物科技有限公司);精苓鹜枣固体饮料(批号:Q/AYTJ0009S,湖南天劲制药有限责任公司);醋酸地塞米松(批号:LB2185,浙江仙据制药股份有限公司);反转录试剂盒(批号:05238502,苏州近岸蛋白质科技股份有限公司);超纯总RNA提取试剂盒(批号:20220613,杭州新景生物试剂开发有限公司提供);肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-6(interleukin 6,IL-6)ELISA检测试剂盒(批号:202211、202210,北京普利莱基因技术有限公司)。
1.3 主要仪器
自制烟熏箱(80 cm×70 cm×60 cm);Galileo 38355切片機(意大利DIAPATH公司);BIOBASE BT-1/B摊片(山东博科医疗器械有限公司);LightCycler 480实时荧光定量PCR系统(上海罗氏诊断产品有限公司);iMaik酶标仪(伯乐生命医学产品上海有限公司);ZWL-PAI-10超纯水机(湖南中沃水务环保科技);HTP-312型300 g-0.01 g电子天平(上海花潮电器);TGL18W高速冷冻离心机(长沙英泰仪器有限公司)。
1.4 分组与造模
随机将24只雄性C57BL/6小鼠分为4组:正常组、模型组、精苓鹜枣组及地塞米松组,每组6只。其中精苓鹜枣固体饮料是由湖南省药食同源功能性食品研究中心所研发的针对COPD的功能性食品,成分含有黄精、茯苓、白鸭肉、大枣、陈皮、金银花、鱼腥草等;阳性药物为地塞米松[8-9]。参考徐叔云教授主编的《药理实验方法学》[10],精苓鹜枣固体饮料用量按每天成人20 g换算成小鼠的用量为2.5 g/kg,造模第31天开始进行灌胃给药,每天灌胃1次,连续灌胃30 d。本实验参照文献[11]采用鼻滴脂多糖联合香烟烟雾建立COPD小鼠模型,将点燃的8根香烟放入自制烟熏箱中,将造模小鼠放入烟箱,持续暴露于烟雾中,15 min中重新点燃8支香烟放入烟箱,约15 min后待烟雾散尽,休息30 min,重复上述操作。造模第1天和第15天将模型小鼠经鼻滴入脂多糖(50 μL/只,1 mg/mL),正常组小鼠滴入无菌生理盐水,当日不再进行熏烟操作。造模持续时间为60 d。COPD小鼠模型评价:对小鼠行为学改变、肺组织病理学改变及炎症因子表达水平等进行评价。(1)小鼠行为学改变:造模成功后的小鼠体质量下降,观察发现小鼠毛发干枯、发黄、容易掉落,神情倦怠无力,活动减少等,烟熏之后出现点头呼吸、腹肌抽搐等症状;(2)肺组织病理变化:与正常组相比,模型组各级支气管周围可见炎性细胞浸润、管腔狭小、肺泡间隔增宽等;(3)炎症因子表达水平变化:炎症因子TNF-α、ICAM-1、SELE作为主要炎症介质参与COPD的发生发展,在用药组中表达水平升高。
1.5 指标检测
1.5.1 样本采集 各组小鼠摘眼球取血,室温静置2 h待血液分层后,4 ℃、2 000 r/min离心10 min,离心半径为8 cm,吸取上层血清于离心管中,-80 ℃保存。收集支气管肺泡灌洗液(broncho alveolar lavage fluid,BALF):对颈部皮肤消毒并脱毛,沿颈部行纵切口,暴露小鼠气管将无菌留置针插入气管,无菌缝合线打结固定,由注射器向内注入1 mL生理盐水,缓慢回抽灌洗液,重复3次(1 mL生理盐水约回收0.6 mL BALF)后注入无菌EP管于冰上保存。后于离心机中1 500 r/min离心15 min,取上清于-80 ℃保存待测。
1.5.2 一般状态评价 在造模及药物干预前后对小鼠的体质量、活跃程度、精神状态、毛发光泽等变化进行观察记录。
1.5.3 体质量观察 体质量可在某种程度上反映COPD患者的营养状态,国内外文献表明10%~15%的轻中度COPD和50%伴有慢性呼吸衰竭的重度COPD患者都有体质量和营养不良等状况存在[12]。本实验通过比较各组小鼠的体质量变化量考察精苓鹜枣固体饮料对小鼠营养状态的影响。熏烟造模操作持续60 d,对各组小鼠造模后第1天、造模第30天(第31天开始边熏烟边给药)、造模第45天(给药第15天)、造模第60天(造模结束及给药结束)的体质量进行观察。
1.5.4 病理组织学观察 收集完BALF后,取右肺组织。肺组织剥离完成后取小鼠腹股沟白色脂肪组织(inguinal white adipose tissue, iWAT)和小鼠肩胛骨部位的棕色脂肪组织(brown adipose tissue, BAT),精确称质量后,将右肺组织和脂肪组织置于4%多聚甲醛中固定,取出后依次梯度脱水,进行石蜡包埋,切片,采用HE染色试剂盒对切片进行染色,随后经脱水、透明、封片后,置于显微镜下观察肺组织和脂肪组织的病理变化。
1.5.5 ELISA检测 按照ELISA试剂盒说明书,采用ELISA法测定血清及BALF中IL-6、TNF-α含量。
1.5.6 qRT-PCR检测 按照试剂盒说明书,对肺组织进行 RNA 提取、去除基因组DNA 反应、反转录反应、终止反应。RT-PCR结果分析采用QuantStudioTM Design&Analysis Software vl.3.0软件自动生成扩增曲线。TNF-α正向:5'-CCCTCACACTCAGATCATCTTCT-3',反向:5'-GCTACGACGTGGGCTACAG-3';ICAM-1正向:5'-GTGATGCTCAGGT?ATCCATCCA-3',反向:5'-CACAGTTCTCAAAGCA?CAGCG-3';SELE正向:5'-ATGCCTCGCGCTTTCT?CTC-3',反向:5'-GTAGTCCCGCTGACAGTATGC-3';SP-A正向:5'-GAGGAGCTTCAGACTGCACTC-3',反向:5'-AGACTTTATCCCCCACTGACAG-3';SP-D正向:5'-AAGGTCCACGGGGTGAGAA-3',反向:5'-TTTGCCTTGAGGTCCTATGTTC-3'。采用2-ΔΔCt法计算mRNA的相对表达水平。
1.6 统计学方法
采用SPSS 25.0 统计学软件分析实验数据,以“x±s”表示各组数据实验结果。采用单因素方差分析进行组间比较,P<0.05表示差异有统计学意义,统计图采用GraphPad Prism 8.0.2 绘制。
2 结果
2.1 各组小鼠一般情况
实验期间,正常组小鼠毛发光亮柔顺,饮食正常,进行称重、灌胃等处理时四肢挣扎力度较大;与正常组小鼠相比,其他熏烟组小鼠可见毛发干枯发黄,易于脱落,弓背蜷缩,活动减弱,体质量相比正常组增长明显缓慢或下降;与模型组小鼠相比,各给药组小鼠用药后毛发干枯掉落现象有所好转,体质量略有稳定或上升,神情倦怠情况有所好转。
2.2 各组小鼠体质量变化
造模第30天正常组体质量有明显增长,其余各组体质量增长缓慢。造模后第30、45、60天,与正常组比较,模型组体质量显著降低(P<0.001);与模型组比较,造模后第30、45天,精苓鹜枣组体质量显著升高(P<0.01);与模型组比较,造模后第45、60天,地塞米松组体质量显著升高(P<0.05,P<0.01)。造模第60天时模型组体质量呈负增长。详见表1和图1。
2.3 精苓鹜枣对COPD小鼠肺组织的病理学形态影响
正常组小鼠肺泡组织结构完整,未见明显炎性细胞浸润及出血情况;模型组小鼠可见大量炎性细胞浸润,肺泡壁破坏融合出现大量肺大泡,符合慢阻肺小鼠肺组织病理学改变;经用药干预后,精苓鹜枣组小鼠肺组织病理学损伤、炎性细胞浸润程度有不同程度减轻,肺大泡数量减少,大小较为均匀。详见图2。
2.4 精苓鹜枣对COPD小鼠脂肪组织的病理学形态影响
通过HE染色观察iWAT和BAT的脂肪细胞大小的变化,相对于正常组,模型组小鼠皮下iWAT较为松散,脂肪细胞直径较大,细胞中脂滴为单室且直径较大;BAT数量减少,细胞直径较大,细胞中脂滴数量少。与模型组相比,精苓鹜枣组和地塞米松组小鼠iWAT细胞变小紧致,具有棕色化趋势;BAT细胞分布增多排列紧密,细胞中含有大量脂滴,脂滴为多室且脂滴直径比较小。详见图3。
2.5 精苓鹜枣对COPD小鼠炎症因子表达的影响
与正常组比较,其余组小鼠血清及BALF中的TNF-α和IL-6的浓度均有明显升高(P<0.01)。与模型组比较,精苓鹜枣组和地塞米松组血清和BALF中TNF-α和IL-6水平均降低(P<0.05)。与地塞米松组相比,精苓鹜枣组血清及BALF中TNF-α、IL-6水平較高,但差异无统计学意义(P>0.05)。详见图4。
2.6 COPD小鼠肺组织中TNF-α、ICAM-1、SELE、SP-A、SP-D mRNA表达
与正常组相比,其余各组小鼠肺组织中炎症因子TNF-α、ICAM-1、SELE mRNA表达水平均显著升高(P<0.01)。与模型组比较,精苓鹜枣组和地塞米松组肺组织中TNF-α、ICAM-1、SELE、SP-A mRNA水平降低(P<0.05),其中精苓鹜枣组ICAM-1 mRNA相对表达量低于地塞米松组(P>0.05)。详见图5。
3 讨论
COPD是一种全身性炎症、气流受阻为主要特征的疾病,COPD被认为是炎症和细胞凋亡反应失调,主要表现为气道及肺部炎症和多器官损伤,大量细胞因子参与COPD的发生发展[13]。吸烟是导致COPD最重要的因素之一[14],可导致肺部炎症细胞活化,释放出TNF-α、IL-6等炎性因子。研究表明,TNF-α、IL-6表达水平增加,会加剧COPD患者的病情[15-16]。本研究采用烟熏联合鼻内滴入脂多糖方法构建COPD模型[17],HE染色结果显示,小鼠肺组织中气管狭窄,炎性细胞浸润,肺泡结构破坏,肺泡腔变大,以上改变符合COPD的病理特征,提示造模成功。ELISA结果显示,与正常组比较,模型组血清和肺组织中TNF-α、IL-6的表达水平明显升高;与模型组相比,精苓鹜枣组血清中TNF-α、IL-6表达降低,但在BALF中TNF-α、IL-6表达无显著差异,表明精苓鹜枣固体饮料能改善部分COPD相关指标。营养不良的小鼠脂肪组织空泡脂滴会增多,用药组的脂肪组织可见空泡脂滴减少,白色脂肪细胞棕色化与脂肪组织中炎症因子的水平相关,可以减轻炎症反应,WAT扩张过度使脂肪细胞肥大,会伴随多种炎症因子的产生和分泌增加[18]。通过观察脂肪组织病理学,与正常组比较,模型组小鼠脂肪细胞直径较大,可能产生炎症反应,与模型组比较,精苓鹜枣组小鼠细胞变小紧致,具有棕色化趋势,BAT细胞分布增多排列紧密,提示炎症反应减轻。体质量结果显示,与正常组比较,模型组小鼠体质量显著降低,精苓鹜枣固体饮料干预后小鼠体质量显著升高,表明精苓鹜枣固体饮料能改善COPD模型小鼠的营养状态,提示TNF-α、IL-6等炎性因子介导的炎症反应可能对COPD小鼠的营养状态有影响。PCR结果显示,与正常组相比,模型组小鼠肺组织中炎症因子TNF-α、ICAM-1、SELE mRNA表达水平显著升高;精苓鹜枣组相对模型组TNF-α、ICAM-1、SELE mRNA水平降低,表明精苓鹜枣固体饮料可以有效改善机体炎症水平。
精苓鹜枣固体饮料以养阴润肺的原则立方,由黄精、茯苓、陈皮、金银花、鱼腥草、大枣组成,均为药食同源类药材。方中黄精滋阴补肺、补脾益气,茯苓利水渗湿、健脾、宁心安神,二味共为君药;大枣助黄精增强补中益气之功,陈皮理气健脾、燥湿化痰,二者共为臣药;配以金银花、鱼腥草清热解毒,以清解肺热见长,诸药配伍具益气养阴、润肺健脾之功效。本研究通过实验观察精苓鹜枣固体饮料对COPD小鼠炎症反应的影响,结果显示,精苓鹜枣固体饮料能减轻COPD模型小鼠肺组织的损伤,并且抑制炎性因子TNF-α和IL-6的表达水平,并影响炎症指标ICAM-1、SELE水平,改善机体炎症水平,改善肺组织的功能。
目前,对于COPD治疗的中药研究是研究的热点[19-20],基于药食同源的理论,中医药膳以其“寓医于食”的优势用于COPD在临床上已得到了一定的应用。本研究初步证实了精苓鹜枣固体饮料对COPD炎症的作用机制,在抗炎、调节免疫及改善营养不良方面有一定作用,为产品的功能性提供了科学合理的证据,也为临床研究及工业化生产、推广提供了实验依据。
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〔基金项目〕湖南省重点研发计划(2021-2022年)项目(第二批)(2022SK2018)。
〔通信作者〕*谢梦洲,女,博士,教授,博士研究生导师,E-mail:xiemz64@163.com。