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目的:阐释姜黄素通过阻断肺泡巨噬细胞NLRP3炎性小体活化,下调肺组织IL-1β、IL-18等炎症因子分泌,进而改善矽肺纤维化进展的分子机制。
方法:首先构建一次性气管注射SiO2致肺纤维化的小鼠矽肺模型,对药物干预后矽肺纤维化小鼠肺组织中NLRP3炎症小体相关炎症因子IL-1β、IL-18和肺纤维化相关指标TGF-β1、羟脯氨酸含量进行检测,并观察比较各组肺组织纤维化病理变化,探讨姜黄素对矽肺纤维化的干预作用;进一步在SiO2刺激肺泡巨噬细胞模型上应用qRT-PCR、Western-Blot、ELISA、免疫荧光、流式细胞术等实验技术对姜黄素阻断NLRP3炎症小体活化、抑制IL-1β和IL-18分泌的具体分子机制进行了深入研究;最后,通过SPR-MS技术进行了小分子-蛋白垂钓,对姜黄素的潜在分子靶点进行了筛选。
结果:(1)姜黄水煎液和姜黄素各剂量,尤其是姜黄素大剂量(400mg/g/天)、中剂量(200mg/g/天)干预可有效抑制SiO2刺激诱导的小鼠分泌NLRP3炎性小体相关的炎症因子IL-1β和IL-18,其中假手术对照组检测值分别为77.13±14.94pg/mL和53.7±3.269pg/mL,姜黄素大剂量组检测值分别为107.6±15.91pg/m和80.82±12.69pg/mL,姜黄素中剂量组检测值分别为215.2±17.62pg/mL和243.4±35.27pg/mL。并且检测结果可见,姜黄素下调炎症因子IL-1β和IL-18分泌的药物活性作用呈剂量依赖性。进一步检测发现姜黄素大剂量组(178.5±45.50pg/mL、327.9±38.84μg/g)和中剂量组(262.7±11.58pg/mL、433.7±39.07μg/g)小鼠肺组织肺纤维化指标TGF-β1、羟脯氨酸含量较假手术对照组(77.3±14.07pg/mL、236.8±24.07μg/g)均显著下降,并且此两组小鼠肺组织病理炎症和纤维化程度均较模型组明显改善。
(2)姜黄素在SiO2诱导的巨噬细胞炎症反应模型中对NLRP3炎症小体相关基因的转录水平具有抑制活性,并且能明显下调NF-κB信号通路活化导致的TNF-α分泌,提示其具有抑制NF-κB通路的作用,这与之前的研究报道相符;但姜黄素对NLRP3活化导致的Caspase-1剪切和IL-1β、IL-18分泌具有较NF-κB通路抑制剂TPCA-1更显著的抑制作用,提示姜黄素除通过NF-κB通路抑制NLRP3相关基因转录外,还能通过其他未知途径对NLRP3炎性小体活化发挥直接抑制作用。
(3)姜黄素干预可有效逆转SiO2刺激诱导的肺泡巨噬细胞溶酶体损伤和细胞酸化;还通过改变受刺激细胞线粒体转运功能阻止线粒体向核周转位和聚集,进而阻断NLRP3炎性复合物的组装活化;进一步检测线粒体膜电位发现,姜黄素能改善受刺激细胞的线粒体膜电位稳定性,提示姜黄素阻止线粒体转位聚集的功能可能与改善线粒体膜电位稳定性有关。
(4)采用SPR-MS技术,筛选得到63个姜黄素候选靶点蛋白,其中线粒体功能相关功能蛋白7个,功能酶类蛋白19个。随后对筛选得到的可疑候选蛋白进行了蛋白质结构功能初步分析,为下一步明确鉴定姜黄素的靶点蛋白奠定了基础。
结论:(1)姜黄素干预用药可显著降低染矽尘小鼠肺组织炎症因子IL-1β、IL-18和纤维化指标TGF-β1、羟脯氨酸含量,进而改善小鼠肺纤维化病变。
(2)姜黄素可通过直接阻断NLRP3炎性小体的活化、组装及下游分子剪切,发挥阻断NLRP3炎性小体活化的作用。
(3)姜黄素直接阻断NLRP3炎症小体活化的作用机制一方面与阻止溶酶体破坏、避免细胞酸化对NLRP3炎症小体的激活作用有关;另一方面通过稳定线粒体膜电位,阻止线粒体功能障碍导致的线粒体重分布和聚集,阻断了NLRP3炎性小体蛋白复合体的组装。
(4)通过分子垂钓筛选得到了姜黄素潜在的细胞内靶点候选蛋白信息,为下一步鉴定和验证姜黄素作用靶点、从分子水平上揭示姜黄素药理作用机制提供了研究基础。
方法:首先构建一次性气管注射SiO2致肺纤维化的小鼠矽肺模型,对药物干预后矽肺纤维化小鼠肺组织中NLRP3炎症小体相关炎症因子IL-1β、IL-18和肺纤维化相关指标TGF-β1、羟脯氨酸含量进行检测,并观察比较各组肺组织纤维化病理变化,探讨姜黄素对矽肺纤维化的干预作用;进一步在SiO2刺激肺泡巨噬细胞模型上应用qRT-PCR、Western-Blot、ELISA、免疫荧光、流式细胞术等实验技术对姜黄素阻断NLRP3炎症小体活化、抑制IL-1β和IL-18分泌的具体分子机制进行了深入研究;最后,通过SPR-MS技术进行了小分子-蛋白垂钓,对姜黄素的潜在分子靶点进行了筛选。
结果:(1)姜黄水煎液和姜黄素各剂量,尤其是姜黄素大剂量(400mg/g/天)、中剂量(200mg/g/天)干预可有效抑制SiO2刺激诱导的小鼠分泌NLRP3炎性小体相关的炎症因子IL-1β和IL-18,其中假手术对照组检测值分别为77.13±14.94pg/mL和53.7±3.269pg/mL,姜黄素大剂量组检测值分别为107.6±15.91pg/m和80.82±12.69pg/mL,姜黄素中剂量组检测值分别为215.2±17.62pg/mL和243.4±35.27pg/mL。并且检测结果可见,姜黄素下调炎症因子IL-1β和IL-18分泌的药物活性作用呈剂量依赖性。进一步检测发现姜黄素大剂量组(178.5±45.50pg/mL、327.9±38.84μg/g)和中剂量组(262.7±11.58pg/mL、433.7±39.07μg/g)小鼠肺组织肺纤维化指标TGF-β1、羟脯氨酸含量较假手术对照组(77.3±14.07pg/mL、236.8±24.07μg/g)均显著下降,并且此两组小鼠肺组织病理炎症和纤维化程度均较模型组明显改善。
(2)姜黄素在SiO2诱导的巨噬细胞炎症反应模型中对NLRP3炎症小体相关基因的转录水平具有抑制活性,并且能明显下调NF-κB信号通路活化导致的TNF-α分泌,提示其具有抑制NF-κB通路的作用,这与之前的研究报道相符;但姜黄素对NLRP3活化导致的Caspase-1剪切和IL-1β、IL-18分泌具有较NF-κB通路抑制剂TPCA-1更显著的抑制作用,提示姜黄素除通过NF-κB通路抑制NLRP3相关基因转录外,还能通过其他未知途径对NLRP3炎性小体活化发挥直接抑制作用。
(3)姜黄素干预可有效逆转SiO2刺激诱导的肺泡巨噬细胞溶酶体损伤和细胞酸化;还通过改变受刺激细胞线粒体转运功能阻止线粒体向核周转位和聚集,进而阻断NLRP3炎性复合物的组装活化;进一步检测线粒体膜电位发现,姜黄素能改善受刺激细胞的线粒体膜电位稳定性,提示姜黄素阻止线粒体转位聚集的功能可能与改善线粒体膜电位稳定性有关。
(4)采用SPR-MS技术,筛选得到63个姜黄素候选靶点蛋白,其中线粒体功能相关功能蛋白7个,功能酶类蛋白19个。随后对筛选得到的可疑候选蛋白进行了蛋白质结构功能初步分析,为下一步明确鉴定姜黄素的靶点蛋白奠定了基础。
结论:(1)姜黄素干预用药可显著降低染矽尘小鼠肺组织炎症因子IL-1β、IL-18和纤维化指标TGF-β1、羟脯氨酸含量,进而改善小鼠肺纤维化病变。
(2)姜黄素可通过直接阻断NLRP3炎性小体的活化、组装及下游分子剪切,发挥阻断NLRP3炎性小体活化的作用。
(3)姜黄素直接阻断NLRP3炎症小体活化的作用机制一方面与阻止溶酶体破坏、避免细胞酸化对NLRP3炎症小体的激活作用有关;另一方面通过稳定线粒体膜电位,阻止线粒体功能障碍导致的线粒体重分布和聚集,阻断了NLRP3炎性小体蛋白复合体的组装。
(4)通过分子垂钓筛选得到了姜黄素潜在的细胞内靶点候选蛋白信息,为下一步鉴定和验证姜黄素作用靶点、从分子水平上揭示姜黄素药理作用机制提供了研究基础。