基于TGF-β/smad/miRNA信号通路探讨芪归方对特发性肺纤维化的临床和实验研究

来源 :湖北中医药大学 | 被引量 : 11次 | 上传用户:xboaty
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特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)是一种病因不明的慢性进行性纤维化性间质性肺炎,主要表现为咳喘、进行性加重的呼吸困难,伴限制性通气功能障碍和气体交换障碍,导致低氧血症、呼吸衰竭等,除了肺移植及长期氧疗,目前尚无疗效确切的治疗手段。所以探索新的并且有效的治疗IPF方法是目前非常紧迫而艰难的课题。中医在临床治疗特发性肺纤维化方面上有一定的疗效优势,近年来,临床上对于益气活血法治疗特发性肺纤维化的报道越来越多,疗效明确。中药药理研究表明,益气活血药既具有调节免疫的功能,还能抑制肺间质纤维化,根据临床观察,芪归方单用或联合西药治疗均有一定改善肺纤维化的作用,有学者报道黄芪当归治疗肺纤维化的研究,但细胞因子网络庞大而复杂,有众多信号通路,芪归方(黄芪当归)影响的细胞因子从哪些信号通路起抗纤维化作用?除了该文中检测出的细胞因子以外,芪归方是否还调节了其他细胞因子抗肺纤维化?多大的芪归方剂量能起最佳的抗肺纤维化效果?临床治疗疗效如何?不同治则的中医药疗效如何?国内外尚未见相关报道。从这些问题出发设计了该实验,应用芪归方治疗特发性肺纤维化(IPF),观察其临床疗效,并通过动物实验探讨其抗纤维化的可能机制。同时通过不同治则清热滋阴止咳、益气活血通络和清热解毒活血为主要治法的代表方和代表药麦门冬汤、芪归方、虎杖等进行对比研究,观察芪归方治疗特发性肺纤维化的效应与机制,分析临床治疗组方或中药的基本规律,更进一步探讨芪归方拮抗大鼠特发性肺纤维化作用。第一部分:临床观察研究目的观察芪归方治疗特发性肺纤维化(IPF)的有效性和安全性,探讨其治疗IPF的可能机制。方法以武汉大学中南医院中医科、呼吸科门诊收集的证属肺气亏虚、瘀血内阻型的IPF患者为研究对象,将患者随机分为观察组和对照组。对照组采用常规治疗方法,观察组在对照组的基础上加用芪归方,2组均连续治疗12周,评价2组患者临床疗效和对强的松副作用的影响,观察两组患者中医证候积分、6分钟步行试验(6MWT)、生活质量评分,肺功能(DLco%、VC%)变化、动脉血气分析(PaO2、SaO2),应用酶联免疫法检测血清肿瘤坏死因子α(TNF-α)和转化生长因子-β1(TGF-β1)等炎性因子水平。监测治疗前后相关指标的变化,探讨其临床疗效及机制研究。结果(1)观察组总有效率为84%,对照组总有效率76%,观察组高于对照组(P<0.05),而强的松副作用如向心性肥胖、痤疮、失眠等观察组有明显改善(P<0.01);(2)中医证候积分、生活质量积分情况比较,两组治疗后较治疗前减少,差异均有统计学意义(P<0.01);且观察组改善情况优于对照组(P<0.05)。(3)六分钟步行试验(6MWD)情况的比较:治疗后2组6分钟步行距离均较治疗前上升(P<0.01),且观察组优于对照组(P<0.05);(4)肺功能及动脉血气分析比较:治疗后两组VC%无差异(P>0.05),而观察组DLco%较治疗前有改善(P<0.05)。PaO2、SaO2两组治疗前后比较均无明显变化。(5)炎性因子比较:TNF-α和TGF-β1均较治疗前显著下降,且观察组优于对照组(P<0.05或P<0.01);结论在西医常规治疗上加用芪归方治疗特发性肺纤维化,能有效改善患者临床症状,提高运动耐力和生活质量,降低患者体内炎性因子水平,且疗效优于对照组,未能明显改善患者血气指标及肺功能,但对延缓病情进展有一定积极作用。第二部分:基于TGF-β/smad/miRNA信号通路探讨芪归方对特发性肺纤维化大鼠的干预作用目的通过体内动物实验,基于miRNA靶向调控TGF-β/smad信号通路探讨芪归方治疗特发性肺纤维化的药效学作用机制。方法博来霉素一次性气管内注射诱导大鼠特发性肺纤维化模型,分别应用芪归方低、中、高剂量、生理盐水、强的松干预特发性肺纤维化模型,并设立健康大鼠为空白对照组。用药7d、28d后,观察大鼠的生存状态、体重、肺的形态、肺系数,用苏木精-伊红染色法(hematoxylin-eosin staining,HE)观察肺组织肺泡炎程度;Masson染色观察肺组织纤维化程度。ELISA法检测血清CTGF、TGF-β1、NF-κB的水平。免疫组化法分析Smad3、P-Smad2和P-Smad3蛋白的表达。用Wester blot方法检测大鼠肺组织中Smad7的含量;real-time PCR检测肺组织中mi R-21、mi R-326、mi R-29b表达;结果(1)一般状况观察:空白组大鼠强壮肥硕,皮毛光亮,精神状态良好,无死亡;各组大鼠造模后均表现出不同程度的咳嗽、喘鸣,呆滞,饮食减少,拱背蜷缩,皮毛晦暗,1周后稍有好转,但均差于空白组。(2)病理结果显示:空白组大鼠肺组织外观始终呈(粉)嫩红色,颜色均一,肺叶轮廓清晰,光泽及弹性较好,无出血点及结节。模型组大鼠第7天双肺组织可见鲜红色水肿样改变及不同程度的局灶性瘀斑等,第28天时肺组织表面苍白,凹凸不平,质地变硬,弹性明显下降。与模型组相比,各给药组大鼠可见双肺色泽、硬度、弹性、体积等有所好转,部分肺叶可见少许点状出血或灰白色斑块,结节样改变以及出血点情况均有减轻,其中以芪归方中高剂量组改善最为突出。HE染色光镜下见:空白组大鼠肺组织结构正常,肺泡间隔均匀,腔内未有明显渗出,无充血、水肿及急慢性炎症,各时间点均未出现明显病理改变。模型组第7d可见肺泡炎改变,有较显著炎症细胞浸润,肺泡腔内分泌物增多。第28d肺泡结构破坏,肺泡腔缩小,有明显的胶原沉积及纤维化区域。中药组、强的松组均可见与模型组相似的病理改变,但程度较轻。Masson染色结果:空白组大鼠支气管壁胶原层较薄,在肺泡内可见少量染成浅蓝色的胶原纤维分布。模型组大鼠第7d肺泡间隔增宽,在肺间质及肺泡间隔内均可见成纤维细胞的增生;第28d肺泡结构明显破坏,在肺间质内可见束状或大片状胶原纤维沉积。与模型组相比,芪归方各剂量组肺泡隔纤维增生灶较少,病变范围较小,肺实质结构破坏较少。(3)CTGF、TGF-β1、NF-κB表达的比较:模型组不同时期血清中CTGF、TGF-β1、NF-κB含量较空白组升高;与模型组比较,芪归方各剂量组能改善肺纤维化大鼠炎性因子分泌,大鼠血清中CTGF、TGF-β1、NF-κB含量均减少;与强的松组相比,各时间点芪归方中剂量和高剂量均能改善IPF大鼠血清NF-κB、TGF-β1、CTGF含量;(4)Smad蛋白的表达:与空白组比较,模型组Smad3、P-Smad2、P-Smad3蛋白表达明显升高,Smad7含量减少。与模型组相比,免疫组化提示芪归方组肺组织P-Smad2、P-Smad3的表达在两个时间点均有下降(P<0.05或P<0.01);Western-blot实验结果表明芪归方能提高肺组织Smad7表达水平。(5)mi R-29b、mi R-326、mi R-21的表达情况比较:模型组大鼠肺组织中存在mi R-29b、mi R-326水平降低,mi R-21水平的升高。芪归方能够抑制mi R-21的表达,增强mi R-29b、mi R-326的活性,减轻肺纤维化。(6)第7天和28天比较,强的松组及中药组差异均有统计学意义(P<0.05),芪归方抑制肺纤维化具有时间依赖性,治疗时间长,效果更明显;芪归方中、高剂量组作用明显,但中、高剂量组疗效差异不显著,提示芪归方改善肺纤维化与剂量有关,但剂量过高并不能增强其疗效,故临床上以中剂量疗效更理想。结论芪归方抗肺纤维化的作用可能与抑制mi R-21,改善mi R-326、mi R-29b的表达,从而干预TGF-β1/Smad信号通路,减少细胞外基质沉积有关,能有效抑制肺泡炎症和纤维化。第三部分:中药对特发性肺纤维化大鼠干预作用的实验研究目的观察芪归方(QG组)、麦门冬汤(M组)、虎杖(H组)对特发性肺纤维化(IPF)大鼠的影响,在相同条件下以不同治则的中药做参照,评价芪归方治疗IPF的疗效。方法博来霉素一次性气管内注射复制大鼠特发性肺纤维化模型,随机分为芪归方组、麦门冬汤组、虎杖组及模型组;正常组大鼠予以生理盐水。用药7d、28d后,观察大鼠的一般情况及体重变化、肺系数,用HE染色观察肺组织肺泡炎程度;Masson染色观察肺组织肺纤维化程度。ELISA法检测血清CTGF、TGF-β1、NF-κB的水平。结果(1)一般情况观察:空白组大鼠反应灵敏,精神状态较好,活动自如,呼吸平稳。模型组大鼠在第7天表现出精神萎靡不振,第28天精神状态明显变差,呼吸急促,动作迟缓,摄食饮水量较空白组下降。各给药组大鼠活动状态明显优于模型组,但较空白组差。(2)病理结果显示:空白组大鼠肺组织外观呈浅粉红色,颜色均一,表面光滑,无斑点、大泡等病理改变。7d时模型组大鼠肺组织表面可见数量、大小不等瘀血点,颜色较空白组深;28d时肺组织表面苍白,凹凸不平,质地变硬,弹性明显下降。HE染色光镜下见:空白组肺内结构正常,无急慢性炎症及充血水肿等,各时间点均未出现明显病理改变;模型组第7d可见肺毛细血管充血,肺泡壁增厚,肺泡腔内出现炎症细胞浸润;第28d可见肺泡结构破坏,病灶处肺组织充血、轻度水肿,肺组织以胶原沉积、肺纤维化改变为主,肺纤维化瘢痕形成。中药各组与同期模型组相比,肺组织病理变化有不同程度的改善,肺泡炎病理学积分有下降,强的松组与中药组各时间点病理变化基本相似。三组中药相比,7d时间点虎杖组及中药芪归方组降低明显,28d时间点则三组均能改善肺泡炎,但以芪归方组降低明显(P<0.01),而虎杖组与麦门冬汤组降低肺泡炎积分相似,无统计学意义。Masson染色结果:空白组大鼠支气管壁胶原层较薄,肺泡区有少量染成浅蓝色的胶原纤维分布。模型组大鼠第7d肺泡间隙明显増宽,可见染成蓝色的胶原纤维;第28d可见大量蓝色胶原纤维增生,弥漫性肺纤维化生成。与同期模型组相比,各中药组第7d肺泡间隔增宽,在肺泡间隔、血管壁以及支气管壁均可见染成蓝色的胶原纤维,颜色浅淡。第28d时间点蓝染区域面积未见明显増加,纤维化程度轻,胶原总含量较少。与模型组比较,各时间点强的松组和中药组肺纤维化病理学积分均有下降(P<0.01)。三种中药相比,第7天3组中药肺纤维化病理学积分改善情况比较无统计学意义,但均优于强的松组(P<0.05);第28天芪归方组肺纤维化病理学积分明显下降(P<0.01),优于虎杖组、麦门冬汤组,而虎杖组、麦门冬汤组比较无统计学意义(P>0.05)。(3)血清CTGF、TGF-β1、NF-κB含量:与模型组相比,各治疗组均可减少血清CTGF、TGF-β1、NF-κB含量(P<0.05)。结论中医清热滋阴止咳法、益气活血通络法、清热解毒活血法等中药辩证治疗特发性肺纤维化,对IPF模型动物均有不同程度的保护作用,但益气活血通络法疗效更明显。芪归方治疗IPF疗效优于麦门冬汤和虎杖。
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