白头翁皂苷B5通过抑制S100A9/MAPK/NF-κB信号通路缓解炎症性肠病

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目的:炎症性肠病(inflammation bowel disease,IBD)主要包括三种慢性的、非特异性的疾病,即溃疡性结肠炎(UC)、克罗恩病(CD)以及未分类的炎症性肠病(IBDU),它们的治疗难度大,病情复杂,严重者可能出现肠穿孔、中毒性巨结肠,甚至引发结直肠癌而危及生命。近二十年里,IBD的发病率在亚洲的发展中国家中持续增加,而目前对于IBD的病因尚不明确,研究发现与遗传的易感性、免疫系统异常和环境因素相关。现临床上用于治疗IBD的药物大多存在副作用,缺乏安全有效的治疗药物。白头翁具有清热解毒,凉血止痢的药效,临床上尤善于治疗炎症性肠病。白头翁皂苷B5是白头翁中含量较高的单体化合物,对IBD具有治疗作用,但是其机制还不清楚,本论文对白头翁皂苷B5治疗IBD的机制展开系统研究,以期为临床上治疗IBD提供候选药物分子。方法:体内采用 2,4,6-三硝基苯磺酸(2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid,简称为TNBS)诱导SD大鼠克罗恩病模型,每天记录大鼠的体重,计算疾病活动指数(DAI),给药7天后取大鼠结肠,测量长度,称重,组织病理学检查,采用ELISA试剂盒测定炎症因子的水平,采用TUNEL试剂盒和EdU试剂盒考察肠壁细胞凋亡和增殖情况,并采用western blotting方法考察凋亡相关蛋白Bax、Bcl-2、p53和cleaved-caspase 3的表达,系统地评价白头翁皂苷B5抑制TNBS诱导的大鼠IBD的作用;采用无标记定量蛋白质组学技术分析白头翁皂苷B5给药组和TNBS模型组大鼠结肠样品的差异蛋白,寻找白头翁皂苷B5调控的蛋白,并对获得的蛋白采用MetaScape软件进行信号通路分析;此外,建立LPS或者S100A9重组蛋白诱导的Caco-2细胞炎症模型,采用western blotting分析MAPK/NF-κB通路蛋白的表达;取小鼠骨髓来源的血细胞,采用分选型流式细胞仪分选小鼠的中性粒细胞,并用fMLP刺激中性粒细胞脱颗粒,通过western blotting、ELISA等方法考察中性粒细胞脱颗粒后上清液中弹性蛋白酶(NE),基质金属蛋白酶9(MMP-9)的活性和S100A9的含量。用western blotting、免疫组化等方式研究了结肠上皮细胞内紧密连接蛋白ZO-1、Claudin-1和Occludin的水平。结果:TNBS诱导的大鼠克罗恩病模型中,与正常组大鼠相比,大鼠体重明显下降,DAI分数升高,结肠长度降低,结肠系数增加,溃疡严重,炎症因子TNF-α、IL-6以及IL-1β表达上调,而腹腔注射白头翁皂苷B5(0.625、1.25、2.5 mg/kg)后,大鼠体重下降趋势明显减缓,DAI评分与结肠系数有所降低,炎症因子TNF-α、IL-6和IL-1β释放被抑制。EdU与TUNEL检测结果显示白头翁皂苷B5可抑制上皮细胞的凋亡,促进上皮细胞的再生增殖能力,抑制凋亡蛋白Bax、p53与cleaved-caspase 3的升高。在体外LPS诱导Caco-2细胞炎症模型中,白头翁皂苷B5可抑制TLR4二聚化和MyD88募集,抑制下游MAPK/NF-κB信号通路,降低JNK、ERK、p38和p65蛋白的磷酸化修饰。无标记定量蛋白质组学结果表明定量和鉴定441个蛋白,其中有显著差异的蛋白18个,MetaScape信号通路分析,这些蛋白主要参与中性粒细胞脱颗粒、调节血液凝固和蛋白质稳定等生物功能,其中参与中性粒细胞脱颗粒的S100A9蛋白改变明显,采用western blotting实验已验证白头翁皂苷B5能引起S100A9蛋白的水平明显降低。在大鼠结肠样品中,白头翁皂苷B5减少中性粒细胞的募集。我们采用S100A9重组蛋白刺激Caco-2细胞,白头翁皂苷B5(0.1、1、10 μM)抑制S100A9蛋白的下游信号MAPK/NF-κB通路,降低了 JNK、ERK、p38和p65蛋白的磷酸化修饰。在大鼠的结肠样本上,白头翁皂苷B5(0.625、1.25、2.5 mg/kg)抑制S100A9蛋白的下游信号MAPK/NF-κB通路;在fMLP诱导的中性粒细胞脱颗粒的实验中,白头翁皂苷B5可抑制脱颗粒的生物标志物NE和MMP-9的活性,抑制S100A9蛋白的水平。在大鼠TNBS模型上,TNBS破坏肠上皮屏障,降低细胞连接蛋白ZO-1、Claudin-1和Occludin的水平,而白头翁皂苷B5能修复肠上皮屏障,可提高连接蛋白ZO-1、Claudin-1和Occludin的表达。结论:白头翁皂苷B5通过降低中性粒细胞的募集、活化,减少S100A9的表达,抑制MAPK/NF-κB的信号通路的激活,抑制炎症因子的分泌,抑制上皮细胞凋亡以及修复上皮屏障,从而达到缓解IBD的作用。
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