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连翘脂素通过抑制IL-17信号改善2, 4, 6-三硝基苯磺酸诱导的小鼠克罗恩病样结肠炎

张紫凝 杨子 张文静 张小凤 胡建国

引用本文:
Citation:

连翘脂素通过抑制IL-17信号改善2, 4, 6-三硝基苯磺酸诱导的小鼠克罗恩病样结肠炎

    作者简介: 张紫凝(2001-),女,学生
    通讯作者: 胡建国, jghu9200@163.com
  • 基金项目:

    国家级大学生创新创业项目 11910110547

    蚌埠医学院重大科技项目孵育计划 2020byfy003

  • 中图分类号: R516.1

Phillygenin alleviated 2, 4, 6-trinitrobenzene sulfonic acid-induced Crohn's disease-like colitis by inhibiting IL-17 signaling

    Corresponding author: HU Jian-guo, jghu9200@163.com
  • CLC number: R516.1

  • 摘要: 目的探究连翘脂素(PHI)对2, 4, 6-三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的克罗恩病(CD)样结肠炎的治疗效果及潜在的分子机制。方法选取18只6~8周龄的野生型小鼠(C57BL/6J), 并将其随机分为对照组(WT组)、模型组(TNBS组)和PHI干预组(PHI组), 每组6只。其中TNBS组和PHI组小鼠均采用TNBS诱导CD样结肠炎模型, PHI组小鼠于造模成功后给予PHI干预(20 mg·kg-1·d-1, 灌胃), 而WT组和TNBS组小鼠给予等量的0.9%氯化钠溶液。干预7 d后, 采用疾病活动度指数(DAI)、体质量变化及结肠长度评估小鼠肠炎症状; 采用HE染色和炎症评分观察小鼠结肠组织炎症程度; 采用酶联免疫吸附实验检测小鼠结肠黏膜组织中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)和干扰素-γ(IFN-γ)水平。使用网络药理学预测PHI作用于CD的可能机制, 并进一步采用免疫印迹法进行验证。结果PHI组小鼠DAI评分、结肠缩短程度均低于TNBS组(P < 0.01), 高于WT组(P < 0.01);PHI小鼠体质量高于TMBS组(P < 0.01), 低于WT组(P < 0.01);PHI组小鼠结肠组织学评分及肠黏膜炎症介质(TNF-α、IL-6和IFN-γ)水平均低于TNBS组(P < 0.01), 高于WT组(P < 0.01)。网络药理学分析获得PHI作用于CD的潜在靶点共63个; 生物信息学富集分析显示, PHI主要参与炎症反应的调控过程, 且可能与白细胞介素-17(IL-17)信号通路有关。免疫印迹结果显示PHI组小鼠结肠黏膜组织中IL-17、白细胞介素-17受体A及核因子-κB激活剂1表达水平较TNBS组降低, 但仍高于WT组(P < 0.05~P < 0.01)。结论PHI可改善TNBS诱导的小鼠CD样结肠炎, 这可能与其抑制IL-17信号通路有关。
  • 图 1  各组小鼠结肠组织HE染色代表性图片

    图 2  网络药理学预测PHI治疗CD的潜在作用靶点

    图 3  PHI和CD交集靶点的GO和KEGG通路富集分析

    图 4  各组小鼠结肠黏膜组织中IL-17信号相关蛋白的表达水平

    表 1  各组小鼠肠炎症状比较(x±s)

    分组 n DAI评分/分 体质量变化/g 结肠长度/cm
    WT组 6 2.06±0.46 11.02±0.30
    TNBS组 6 4.17±0.75 -1.16±0.53** 7.42±0.48**
    PHI组 6 1.83±0.75# 0.99±0.34**## 9.40±0.95**##
    F 5.37 79.86 48.15
    P < 0.01 < 0.01 < 0.01
    MS组内 0.203 0.408
    △示t值;q检验:与WT组比较**P < 0.01;与TNBS组比较#P < 0.05, ##P < 0.01
    下载: 导出CSV

    表 2  各组小鼠结肠黏膜组织炎症介质表达水平(x±s; pg/mg)

    分组 n TNF-α IL-6 IFN-γ
    WT组 6 9.93±1.79 13.34±4.08 10.42±2.38
    TNBS组 6 43.63±7.91** 51.39±8.92** 48.37±11.17**
    PHI组 6 23.18±6.08**## 31.24±7.28**## 25.93±4.96**##
    F 50.54 43.73 42.28
    P < 0.01 < 0.01 < 0.01
    MS组内 34.211 49.705 51.665
    q检验:与WT组比较**P < 0.01;与TNBS组比较##P < 0.01
    下载: 导出CSV

    表 3  各组小鼠检测信号蛋白水平比较(x±s)

    分组 n IL-17 IL-17RA Act1
    WT组 6 1.00±0.25 1.00±0.20 1.00±0.16
    TNBS组 6 4.96±0.92** 4.94±0.85** 3.25±0.65**
    PHI组 6 1.94±0.29**# 2.94±0.73**# 1.92±0.37**#
    F 77.06 54.32 39.18
    P < 0.01 < 0.01 < 0.01
    MS组内 0.333 0.430 0.195
    q检验:与WT组比较**P < 0.01;与TNBS组比较#P < 0.05
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-05
  • 录用日期:  2023-07-30
  • 刊出日期:  2023-08-15

连翘脂素通过抑制IL-17信号改善2, 4, 6-三硝基苯磺酸诱导的小鼠克罗恩病样结肠炎

    通讯作者: 胡建国, jghu9200@163.com
    作者简介: 张紫凝(2001-),女,学生
  • 1. 蚌埠医学院 临床医学院, 安徽 蚌埠 233030
  • 2. 蚌埠医学院第一附属医院 胃肠外科, 安徽 蚌埠 233004
  • 3. 蚌埠医学院第一附属医院 检验科, 安徽 蚌埠 233004
  • 4. 蚌埠医学院第一附属医院 中心实验室, 安徽 蚌埠 233004
  • 5. 蚌埠医学院第一附属医院 炎症相关性疾病基础与转化研究安徽省重点实验室, 安徽 蚌埠 233004
基金项目:  国家级大学生创新创业项目 11910110547蚌埠医学院重大科技项目孵育计划 2020byfy003

摘要: 目的探究连翘脂素(PHI)对2, 4, 6-三硝基苯磺酸(TNBS)诱导的克罗恩病(CD)样结肠炎的治疗效果及潜在的分子机制。方法选取18只6~8周龄的野生型小鼠(C57BL/6J), 并将其随机分为对照组(WT组)、模型组(TNBS组)和PHI干预组(PHI组), 每组6只。其中TNBS组和PHI组小鼠均采用TNBS诱导CD样结肠炎模型, PHI组小鼠于造模成功后给予PHI干预(20 mg·kg-1·d-1, 灌胃), 而WT组和TNBS组小鼠给予等量的0.9%氯化钠溶液。干预7 d后, 采用疾病活动度指数(DAI)、体质量变化及结肠长度评估小鼠肠炎症状; 采用HE染色和炎症评分观察小鼠结肠组织炎症程度; 采用酶联免疫吸附实验检测小鼠结肠黏膜组织中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)和干扰素-γ(IFN-γ)水平。使用网络药理学预测PHI作用于CD的可能机制, 并进一步采用免疫印迹法进行验证。结果PHI组小鼠DAI评分、结肠缩短程度均低于TNBS组(P < 0.01), 高于WT组(P < 0.01);PHI小鼠体质量高于TMBS组(P < 0.01), 低于WT组(P < 0.01);PHI组小鼠结肠组织学评分及肠黏膜炎症介质(TNF-α、IL-6和IFN-γ)水平均低于TNBS组(P < 0.01), 高于WT组(P < 0.01)。网络药理学分析获得PHI作用于CD的潜在靶点共63个; 生物信息学富集分析显示, PHI主要参与炎症反应的调控过程, 且可能与白细胞介素-17(IL-17)信号通路有关。免疫印迹结果显示PHI组小鼠结肠黏膜组织中IL-17、白细胞介素-17受体A及核因子-κB激活剂1表达水平较TNBS组降低, 但仍高于WT组(P < 0.05~P < 0.01)。结论PHI可改善TNBS诱导的小鼠CD样结肠炎, 这可能与其抑制IL-17信号通路有关。

English Abstract

  • 克罗恩病(Crohn′s disease,CD)归属于炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD),以复发性肠道炎症为主要临床表现[1-2]。CD具有发病机制不明、无法治愈以及致残性等特点[3]。近年来,CD在我国的发病率呈现逐年升高趋势,但其诊疗水平却相对滞后[4]。当前可用于CD治疗的临床药物如免疫抑制剂、糖皮质激素及生物制剂等均有不同程度的不良反应,且长期使用均存在安全性和有效性等问题[5-6],因此,面对日益增长的CD治疗需求,更为安全、有效的新药物亟待开发。近年来,天然植物提取物因其疗效稳定、不易产生药物抵抗和药物依赖等优点引起了学术界的广泛关注[7]。连翘脂素(Phillygenin,PHI)是一种从木犀科植物连翘中提取的天然小分子化合物。既往研究显示,PHI可通过抑制核因子-κB(NF-κB)信号拮抗脂多糖诱导的巨噬细胞炎症反应[8],同时还能够激活过氧化物酶体增殖物激活受体-γ信号进而抑制肺上皮细胞的凋亡[9]。PHI拮抗炎症、保护细胞等多种药理学作用提示其可能具有改善CD肠炎的潜在价值。基于此,本研究首先观察PHI干预对2, 4, 6-三硝基苯磺酸(2, 4, 6-trinitrobenzenesulfonic acid,TNBS)诱导的CD模型小鼠结肠炎的作用效果,并进一步采用网络药理学和在体实验共同分析其可能的分子机制,以期为CD临床治疗发掘新的有效药物。

    • 选取18只6~8周龄,体质量(20±3)g的野生型(Wild type,WT;C57BL/6J背景)小鼠,购自江苏集萃药康生物科技股份有限公司。小鼠于无特定病原菌(specific pathogen free,SPF)环境下饲养,自由进食和饮水。本研究通过蚌埠医学院动物研究伦理委员会的批准。

    • 将WT小鼠随机分成3组:对照组(WT组)、模型组(TNBS组)和PHI干预组(PHI组),每组6只。TNBS组和PHI组均接受TNBS造模处理,造模过程:采用1%戊巴比妥钠麻醉小鼠(腹腔注射),待麻醉成功后,于小鼠肛门处涂抹石蜡油,将聚乙烯软管与1 mL注射器连接后经肛门推注2.5%的TNBS乙醇溶液(5%TNBS与无水乙醇溶液1∶1混合)100 μL,并保持头低足高位5 min[10]。PHI组小鼠在造模成功后给予PHI干预(20 mg·kg-1·d-1,灌胃),给药时间持续7 d,WT组和TNBS组小鼠每日灌胃等量的0.9%氯化钠溶液。造模后第8天处死小鼠,并采集结肠组织标本进行后续检测。

    • 采用疾病活动度指数(disease activity index,DAI)评估各组小鼠肠炎症状,评分范围为0~5分,分值越高代表症状越重[11]。造模前后称量各组小鼠体质量并计算变化量。取检时测量各组小鼠结肠长度。

    • 收集小鼠结肠组织制备石蜡切片,行HE染色,并依据Spencer推荐的肠炎组织学评分量表评估各组小鼠结肠组织炎症程度。分值范围为0~4分,分数越高代表炎症越重。

    • 刮取各组小鼠结肠黏膜组织,称重后加入0.9%氯化钠溶液制备组织匀浆,再经离心获得上清液。采用酶联免疫吸附实验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测结肠黏膜组织中肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)和干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)水平,实验操作依据试剂盒说明书进行。

    • 从Swiss Target Prediction(http://www.swisstargetprediction.ch/)和SuperPred(http://prediction.charite.de/index.php)数据库获取PHI潜在的作用靶点。从GeneCards(https://www.genecards.org)、DrugBank(https://go.drugbank.com)、TTD(db.idrblab.net)、PharmGKB(http-s://www.pharmgkb.org)和DisGeNet(https://www.disgenet.org/)数据库获取CD相关疾病靶点。利用VENNY(https://bioinfogp.cnb.csic.es/tools/venny/)软件绘制韦恩图,去除重复值后,取疾病靶点和药物作用靶点的交集,即为PHI作用于CD的潜在靶点。

    • 采用DAVID(https://david.ncifcrf.gov/tools.jsp)数据库对上述获得的潜在靶点进行基因本体(Gene-Ontology,GO)富集分析和京都基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析,以预测PHI治疗小鼠CD样结肠炎的可能机制。

    • 采用免疫印迹实验对各组小鼠结肠黏膜组织中IL-17、白细胞介素-17受体A(interleukin-17 receptor A,IL-17RA)以及NF-κB激活剂1(nuclear factor kappa B activator 1,Act1)表达水平进行检测。使用RIPA裂解液裂解小鼠结肠黏膜组织,提取总蛋白后经BCA法测定蛋白浓度。用10%聚丙烯酰胺凝胶电泳分离蛋白,依次经转膜、封闭、孵育一抗(IL-17、IL-17RA、Act1或β-actin)、TBST洗膜、孵育二抗、ECL显色后使用凝胶成像系统进行曝光显影。最后利用ImageJ软件对蛋白条带灰度值进行分析,并计算相对表达量。

    • 采用t检验、方差分析以及q检验。

    • 通过对各组小鼠肠炎临床症状进行评估发现:PHI组小鼠DAI评分低于TNBS组;PHI组小鼠体质量下降幅度、结肠缩短程度均低于TNBS组,高于WT组,差异均有统计学意义(P < 0.01)(见表 1)。

      分组 n DAI评分/分 体质量变化/g 结肠长度/cm
      WT组 6 2.06±0.46 11.02±0.30
      TNBS组 6 4.17±0.75 -1.16±0.53** 7.42±0.48**
      PHI组 6 1.83±0.75# 0.99±0.34**## 9.40±0.95**##
      F 5.37 79.86 48.15
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01
      MS组内 0.203 0.408
      △示t值;q检验:与WT组比较**P < 0.01;与TNBS组比较#P < 0.05, ##P < 0.01

      表 1  各组小鼠肠炎症状比较(x±s)

    • 基于HE染色对各组小鼠结肠组织进行病理学评分发现:PHI组小鼠结肠炎症评分(1.67±0.52)分低于TNBS组(3.67±0.52)分(t=6.71,P < 0.01)(见图 1)。

      图  1  各组小鼠结肠组织HE染色代表性图片

    • ELISA检测结果显示:PHI组小鼠结肠黏膜炎症介质水平(TNF-α、IL-6和IFN-γ)低于TNBS组,但仍高于WT组,差异均有统计学意义(P < 0.01)(见表 2)。

      分组 n TNF-α IL-6 IFN-γ
      WT组 6 9.93±1.79 13.34±4.08 10.42±2.38
      TNBS组 6 43.63±7.91** 51.39±8.92** 48.37±11.17**
      PHI组 6 23.18±6.08**## 31.24±7.28**## 25.93±4.96**##
      F 50.54 43.73 42.28
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01
      MS组内 34.211 49.705 51.665
      q检验:与WT组比较**P < 0.01;与TNBS组比较##P < 0.01

      表 2  各组小鼠结肠黏膜组织炎症介质表达水平(x±s; pg/mg)

    • 从Swiss Target Prediction和SuperPred数据库获取PHI潜在的作用靶点,从GeneCards、DrugBank、TTD、PharmGKB和DisGeNet数据库中获取CD相关疾病靶点(见图 2A);去除重复值后,取疾病靶点和药物作用靶点交集,得到交集靶点63个(见图 2B)。

      图  2  网络药理学预测PHI治疗CD的潜在作用靶点

    • 对上述63个交集靶点进行GO和KEGG富集分析,共得到1 072条目,包括生物过程(BP)119个、细胞组分(CC)38个,分子功能(MF)32个,其中生物过程主要涉及对炎症反应的调控作用等(见图 3A)。KEGG通路富集分析共得到34条通路,包括癌症通路、IL-17信号通路和趋化因子信号通路等。根据P值大小选取排名前20条通路进行可视化处理(见图 3B)。其中IL-17信号通路与CD的发生发展密切相关,故我们选择IL-17信号通路进行后续的分子机制验证。

      图  3  PHI和CD交集靶点的GO和KEGG通路富集分析

    • 采用免疫印迹实验对网络药理学预测结果进行在体验证,结果显示:PHI组小鼠结肠黏膜IL-17信号蛋白水平(TNF-α、IL-6和IFN-γ)低于TNBS组,但仍高于WT组,差异均有统计学意义(P < 0.05~P < 0.01)(见图 4表 3)。

      图  4  各组小鼠结肠黏膜组织中IL-17信号相关蛋白的表达水平

      分组 n IL-17 IL-17RA Act1
      WT组 6 1.00±0.25 1.00±0.20 1.00±0.16
      TNBS组 6 4.96±0.92** 4.94±0.85** 3.25±0.65**
      PHI组 6 1.94±0.29**# 2.94±0.73**# 1.92±0.37**#
      F 77.06 54.32 39.18
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01
      MS组内 0.333 0.430 0.195
      q检验:与WT组比较**P < 0.01;与TNBS组比较#P < 0.05

      表 3  各组小鼠检测信号蛋白水平比较(x±s)

    • 本研究以TNBS诱导的结肠炎小鼠为研究对象,首先通过在体实验证实PHI干预能够改善TNBS模型小鼠肠炎临床症状、结肠组织学损伤并抑制肠黏膜炎症介质水平;进一步通过网络药理学预测和在体实验验证发现PHI改善TNBS模型小鼠CD样结肠炎可能与抑制IL-17信号有关。

      TNBS诱导的结肠炎小鼠是目前国内外较为公认且运用广泛的CD动物模型,具有造模周期短、诱导成功率高及肠炎稳定等特点[12]。本研究首先通过在体动物实验发现,PHI干预可显著缓解TNBS小鼠DAI评分、体质量下降幅度以及结肠缩短等症状。以上结果初步证实PHI具有改善CD模型小鼠肠道炎症的潜力。肠黏膜组织炎症细胞浸润是CD肠道重要的病理学改变[13]。本研究通过HE染色发现,PHI干预后显著抑制了TNBS模型小鼠结肠黏膜组织中炎症细胞的聚集和浸润。同时,对小鼠结肠组织炎症损伤程度进行量化发现,PHI组小鼠结肠组织病理学评分较TNBS组显著降低。以上结果进一步证实PHI对CD模型小鼠结肠组织损伤具有改善作用。此外,通过ELISA检测我们发现,PHI可显著抑制TNBS小鼠结肠黏膜组织中TNF-α、IL-6及IFN-γ的水平。CD肠道炎症反应主要由辅助性T淋巴细胞1和经典激活型巨噬细胞(M1型)介导,其可通过分泌TNF-α、IL-6及IFN-γ等促炎因子以直接损伤或诱发炎症级联反应等形式损伤肠道[14], 因此,我们的实验结果分别从肠炎临床症状、组织病理学和分子层面共同证实PHI具有保护CD模型小鼠肠道炎症的作用。

      接下来,我们尝试进一步探究PHI改善CD样肠炎的可能分子机制。本研究首先通过网络公共数据库获取PHI治疗CD的交集靶点,并对其进行GO和KEGG富集分析。GO-BP富集结果显示PHI主要参与炎症反应的调控过程。既往报道显示,PHI不仅可以保护小鼠足跖组织免受角叉菜胶的炎性损伤[15],还能通过调控TLR4/MyD88/NF-κB信号通路抑制脂多糖诱导的人肝星形细胞炎症反应[16]。我们的研究发现PHI能够显著改善TNBS小鼠CD样结肠炎,这不仅验证了网络药理学的预测结果,还进一步拓宽了PHI发挥抗炎作用的疾病应用领域。同时,KEGG富集分析结果显示,PHI改善CD样结肠炎作用可能与IL-17信号通路有关。诸多研究表明,CD病人肠黏膜组织中IL-17水平升高[17]。IL-17是一种主要由Th17细胞分泌的促炎型细胞因子,其可与IL-17受体(IL-17RA)结合传递信号,导致细胞内NF-κB激活剂1(Act1)的募集[18]。Act1是IL-17及其受体家族信号传导的关键蛋白,其可通过激活下游不同的信号通路从而诱导促炎介质(TNF-α、IL-6和IFN-γ)的表达[19]。最后,本研究采用免疫印迹实验对各组小鼠结肠黏膜组织中IL-17信号通路关键蛋白进行检测并发现,PHI能够显著抑制TNBS小鼠结肠黏膜组织中IL-17、IL-17RA以及Act1的表达水平,因此,IL-17信号可能在一定程度上解释PHI改善TNBS小鼠CD样结肠炎的作用机制。

      本研究具有一定的临床应用价值。CD是一种复发和缓解交替进行的慢性炎症性疾病,手术切除病变肠管仅是权宜之计,采用药物诱导或维持肠炎缓解是治疗CD的主要手段[20]。然而,缺少更为安全、有效的治疗药物是当前CD临床治疗的主要短板[21]。我们的研究发现PHI可显著改善TNBS模型小鼠CD样结肠炎,提示其具有潜在的药物开发价值,并有望为CD临床治疗药物选择提供参考。

参考文献 (21)

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