柴胡皂甙d抑制博来霉素诱导的肺纤维化小鼠细胞焦亡机制的研究

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目的间质性肺疾病(Interstitial lung disease,ILD)是一组引起炎症反应及组织纤维化的肺部弥漫性实质病变的总称。特发性肺纤维化(Idiopathic Pulmonary Fibrosis,IPF)是其中最常见、最具侵袭性的病种之一,其特征为慢性、进行性间质纤维化,肺功能快速下降并进展为呼吸衰竭,最终导致患者死亡。IPF患者确诊后的平均中位生存期仅2-3年,但其病因与发病机制仍未明确。目前仅有吡非尼酮和尼达尼布获FDA批准应用于IPF临床治疗,但仍不能逆转肺纤维化。因此,寻找新的治疗靶点与药物是亟须突破的难题。本课题旨在通过研究柴胡皂甙d(Saikosaponin d,SSd)对IPF中的细胞焦亡(pyroptosis)及上皮间充质转化(Epithelial Mesenchymal Transformation,EMT)的干预作用,探讨细胞焦亡在博来霉素诱导构建的IPF模型小鼠中的活化水平及SSd对于细胞焦亡的调控作用。并进一步探讨其可能的分子机制,即SSd是否通过对细胞焦亡经典通路核转录因子-κB(NF-κB)下游NLR家族PYRIN域蛋白3(NLRP3)和半胱天冬氨酸蛋白水解酶1(Caspase-1)进行调控从而发挥抗肺纤维作用,为SSd应用于IPF临床治疗提供依据。方法健康雄性C57BL/6小鼠108只按随机数字表法分为6组,其中5组使用博来霉素(Bleomycin,BLM)进行气管内注射构建肺纤维化小鼠模型,分为模型组(BLM+vehicle组)、低浓度SSd组(BLM+L-SSd组)、中浓度SSd组(BLM+M-SSd组)、高浓度SSd组(BLM+H-SSd组)和地塞米松(Dexamethasone,DXM)组(BLM+DXM组),18只/组;造模后1h,DXM组和低、中、高浓度SSd组分别腹腔注射DXM 5 mg/kg(0.1 m L)和SSd 1.5mg/kg(0.15 m L)、2.0 mg/kg(0.20 m L)、2.5 mg/kg(0.25 m L),模型组腹腔注射0.25 m L生理盐水,1次/日,持续进行28天。另一组为假手术组(Sham+vehicle组),共18只,将固定量生理盐水注入小鼠气管内,随后每日固定时间腹腔注射对应量生理盐水。在给予药物处理后第7天、第14天和第28天随机选取各组小鼠6只进行处死取样,每周记录小鼠体质量变化趋势及一般情况,并计算第28天肺系数评估肺水肿及肺纤维化水平。取各组小鼠左肺进行组织染色(HE和Masson),评估肺组织炎症程度及纤维化水平;碱裂解法测量各组肺组织羟脯氨酸(HYP)含量;蛋白印迹法(Western blot)和免疫组织化学染色法(IHC)测定各组肺组织上皮与间质相关蛋白、细胞焦亡相关蛋白及NF-κB/NLRP3/Caspase-1通路相关蛋白表达;实时荧光定量PCR法(Real Time Quantitative PCR,RT-qPCR)检测各组转化生长因子β1(Transforming growth factor-β1,TGF-β1)m RNA表达量,酶联免疫吸附测定法(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)检测各组小鼠肺组织细胞焦亡细胞因子相对表达情况。结果(1)记录小鼠一般情况,左肺石蜡包埋后行HE染色和Masson染色:与模型组相比,中、高浓度SSd组可以明显减缓纤维化小鼠体质量下降,改善小鼠一般情况。同时显著减轻肺纤维化小鼠早期肺泡炎症和中晚期肺部胶原沉积程度(P<0.01),且这一变化与DXM组无统计学差异(P>0.05)。(2)碱裂解法检测肺组织HYP含量:与假手术组相比,模型组肺组织中HYP含量在第7天开始呈上升趋势,随后持续上升并在第28天达峰值;与模型组相比,在第7天及第28天时,除低浓度SSd组外,余各浓度SSd组与DXM组的HYP表达水平均有统计学差异(P<0.05,P<0.01);与DXM组相比,中浓度SSd组在3个时间段均有升高(P<0.05),但与高浓度SSd组无统计学差异(P>0.05)。(3)Western blot法及RT-qPCR法检测TGF-β1表达水平:TGF-β1在假手术组肺组织中有少量表达,而经BLM作用后,第7天TGF-β1表达开始上升,第28天TGF-β1含量最高。除低浓度SSd组外,余中、高浓度SSd组及DXM组均较模型组TGF-β1显著降低(P<0.05);与DXM组相比,中浓度SSd组TGF-β1含量上升(P<0.05),而与高浓度SSd组差异不明显(P>0.05)。(4)Western blot法和IHC法检测上皮及间质相关蛋白:α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)、I型胶原蛋白(Type I collagen,Col-I)含量在各组变化趋势一致。与假手术组相比,模型组α-SMA、Col-I含量均明显上升;与模型组相比,除低浓度SSd组外,余3个治疗组在第均呈明显下降趋势(P<0.01),中浓度SSd组略高于高浓度SSd组和DXM组(P<0.05),而后两个治疗组变化无明显差异(P>0.05)。IHC结果提示各时期中,模型组和低浓度SSD组,α-SMA、Col-I均表达增加,棕黄色颗粒色深且面积广,而余各治疗组染色较浅,以高浓度SSd组和DXM组明显。(5)Western blot法检测NF-κB/NLRP3/Caspase-1通路蛋白:即NF-κB、NLRP3、Caspase-1 p20及连接蛋白凋亡相关斑点样蛋白(Apoptosis-associated specklike protein containing a CARD,ASC)、白细胞介素1β(Interleukin 1β,IL-1β)及白细胞介素18(Interleukin 18,IL-18)。与假手术组对照,模型组第7天肺组织内NF-κB、NLRP3、Caspase-1 p20、ASC、IL-1β、IL-18含量均升高(P<0.01),并在第7天达峰值,第14天下降,第28天逐步趋于基线水平;与模型组相比,各时间段中、高浓度SSd组和DXM组,肺内细胞焦亡相关蛋白含量减低(P<0.01);与DXM组相比,各组肺组织匀浆各蛋白含量差异无统计学意义(P>0.05)。(6)IHC法检测NLRP3、Caspase-1、IL-1β蛋白表达:以第28天各组小鼠肺组织进行检测,结果提示三种蛋白表达变化一致,与假手术组对照,模型组染色深且面积广,而各治疗组与模型组对照,染色明显减弱。(7)ELISA法检测IL-1β、IL-18含量:与假手术组相比,模型组两种细胞因子含量均明显上升(P<0.01),而与模型组相比,SSd组与DXM组含量均明显下降(P<0.01),且两者之间无统计学差异(P>0.05)。结论SSd能够明显降低肺纤维化小鼠模型的肺泡炎及肺部胶原沉积,其作用机制可能与调控NF-κB/NLRP3/Caspase-1信号通路减轻细胞焦亡并抑制小鼠肺组织EMT过程相关。
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