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青蒿琥酯体外抗弓形虫作用的实验研究

崔洁 吴心悦 王小莉 杨小迪 夏惠 沈继龙 陈兴智

引用本文:
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青蒿琥酯体外抗弓形虫作用的实验研究

    作者简介: 崔洁(1985-),女,硕士,实验师
    通讯作者: 陈兴智, chen007835@163.com
  • 基金项目:

    蚌埠医学院自然科学研究重点项目 2020byzd034

  • 中图分类号: R965

Anti-Toxoplasma Gondii effect of artesunate in vitro

    Corresponding author: CHEN Xing-zhi, chen007835@163.com
  • CLC number: R965

  • 摘要: 目的观察青蒿琥酯(Artesunate, Art)对体外培养的弓形虫感染模型的抑制作用。方法采用表达绿色荧光蛋白的转基因弓形虫RH株(RH-GFP)感染小鼠腹腔巨噬细胞(Macrophage, Mφ), 建立体外作用模型并分为对照组(0.9%氯化钠溶液阴性对照); Art组, 药物浓度分别为1.562 5、3.125、6.25、12.5、25、50、100和200 μg/mL; 阿奇霉素(Azithromycin, Azm)组(阳性对照), 药物浓度分别为12.5、25、50、100、200、400、800和1 600 μg/mL; Art+Azm组, 药物浓度分别为: Art1.562 5+Azm12.5、Art3.125+Azm25、Art6.25+Azm50、Art12.5+Azm100、Art25+Azm200和Art50+Azm400 μg/mL。各组孵育24 h后以流式细胞仪检测感染体系中虫体和细胞比例变化, 以吉姆萨染色观察速殖子形态和结构变化。结果与对照组相比, Art组弓形虫速殖子比例自3.125 μg/mL起随着药物浓度的增加明显下降(P < 0.01), 50 μg/mL时游离虫体比例低于0.3%, Mφ感染率低于1.6%。Azm组速殖子在400 μg/mL时比例低于0.6%, Mφ感染率低于3.5%。Art+Azm组中Art12.5 +Azm100 μg/mL起速殖子比例低于0.04%, 此时Mφ感染率低于1.8%。吉姆萨染色显示, 各组随着药物浓度增加, 弓形虫速殖子由香蕉状逐渐肿胀变形, 细胞质内呈泡沫状, 内部结构崩塌瓦解, 直至细胞膜破裂内容物溢出, 视野内仅残留固缩深染的胞核或碎片。结论体外实验中, Art可显著杀伤弓形虫游离速殖子, 降低宿主细胞感染率, 该抗虫效果在一定范围内与浓度呈正相关。
  • 图 1  RH-GFP感染后第3, 4天小鼠腹腔抽提物组分比例流式细胞图

    图 2  RH-GFP感染后第3天的腹腔抽提物涂片(同一视野,红色箭头示感染Mϕ)

    图 3  梯度浓度Art作用24h后感染体系各组分比例变化流式图

    图 4  梯度浓度Azm作用24h后感染体系各组分比例变化流式图

    图 5  梯度浓度Art+Azm作用24h后感染体系各组分比例变化流式图

    图 6  随药物浓度增加虫体形态结构的变化(吉姆萨染色)

    表 1  梯度浓度Art作用24 h后感染体系各组分比例变化(ni=3;x±s)

    分组 未感染Mφ/% 感染Mφ/% 游离虫体/% Mφ感染率/%
    对照组 2.37±0.16 2.38±0.07 82.98±2.33 50.09±2.30
    Art/(μg/mL)
      1.562 5 2.32±0.02 3.42±0.17 81.17±0.51 59.58±0.96
      3.125 2.59±0.15 3.22±0.07 74.00±0.53 55.41±1.84
      6.25 3.82±0.05 2.41±0.06 56.33±1.14 38.65±0.89
      12.5 5.24±0.26 1.73±0.08 35.50±0.44 24.82±0.15
      25 9.26±0.25 1.29±0.04 9.84±1.43 12.23±0.28
      50 13.15±0.59 0.09±0.11 0.12±0.14 0.67±0.78
      100 13.83±0.65
      200 14.57±0.67
      F 568.60 864.30 3 603.00 1 421.00
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
      MS组内 0.156 0.009 1.361 1.586
    下载: 导出CSV

    表 2  梯度浓度Azm作用24 h后感染体系各组分比例变化(ni=3;x±s)

    分组 未感染Mφ/% 感染Mφ/% 游离虫体/% Mφ感染率/%
    对照组 2.37±0.16 2.38±0.07 82.98±2.33 50.09±2.30
    Azm/(μg/mL)
      12.5 2.73±0.05 3.29±0.09 66.47±2.89 54.67±1.05
      25 3.80±0.06 2.20±0.01 35.63±0.31 36.68±0.29
      50 4.85±0.27 1.57±0.04 18.77±1.36 24.44±0.77
      100 6.80±0.14 1.53±0.02 10.11±1.19 18.34±0.44
      200 9.23±0.22 1.27±0.02 4.30±0.14 12.12±0.35
      400 9.99±0.48 0.16±0.18 0.29±0.33 1.51±1.75
      800 14.50±0.53
      1 600 17.40±0.46
    F 869.30 668.90 1 692.00 1 021.00
    P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
    MS组内 0.147 0.007 1.125 1.326
    下载: 导出CSV

    表 3  梯度浓度Art+Azm作用24 h后感染体系各组分比例变化(ni=3;x±s)

    分组 未感染Mφ/% 感染Mφ/% 游离虫体/% Mφ感染率/%
    对照组 2.37±0.16 2.38±0.07 82.98±2.33 50.09±2.30
    Art+Azm/(μg/mL)
    1.562 5+12.5 4.24±0.15 1.61±0.07 26.63±0.51 27.53±1.33
    3.125+25 6.84±0.60 1.32±0.05 8.57±1.41 16.26±1.73
    6.25+50 8.32±0.97 1.13±0.06 3.21±1.42 12.02±1.61
    12.5+100 9.33±0.08 0.16±0.02 0.03±0.01 1.65±0.15
    25+200 13.70±0.17
    50+400 14.43±0.21
    F 350.40 1 239.00 2 089.00 590.70
    P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
    MS组内 0.204 0.005 1.263 1.358
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-10-17
  • 录用日期:  2023-05-30
  • 刊出日期:  2023-08-15

青蒿琥酯体外抗弓形虫作用的实验研究

    通讯作者: 陈兴智, chen007835@163.com
    作者简介: 崔洁(1985-),女,硕士,实验师
  • 1. 蚌埠医学院 显微形态综合实验室, 安徽 蚌埠 233030
  • 2. 蚌埠医学院 临床医学院, 安徽 蚌埠 233030
  • 3. 蚌埠医学院 病原生物学教研室, 安徽 蚌埠 233030
  • 4. 安徽医科大学, 安徽省人兽共患病重点实验室, 安徽 合肥 230032
基金项目:  蚌埠医学院自然科学研究重点项目 2020byzd034

摘要: 目的观察青蒿琥酯(Artesunate, Art)对体外培养的弓形虫感染模型的抑制作用。方法采用表达绿色荧光蛋白的转基因弓形虫RH株(RH-GFP)感染小鼠腹腔巨噬细胞(Macrophage, Mφ), 建立体外作用模型并分为对照组(0.9%氯化钠溶液阴性对照); Art组, 药物浓度分别为1.562 5、3.125、6.25、12.5、25、50、100和200 μg/mL; 阿奇霉素(Azithromycin, Azm)组(阳性对照), 药物浓度分别为12.5、25、50、100、200、400、800和1 600 μg/mL; Art+Azm组, 药物浓度分别为: Art1.562 5+Azm12.5、Art3.125+Azm25、Art6.25+Azm50、Art12.5+Azm100、Art25+Azm200和Art50+Azm400 μg/mL。各组孵育24 h后以流式细胞仪检测感染体系中虫体和细胞比例变化, 以吉姆萨染色观察速殖子形态和结构变化。结果与对照组相比, Art组弓形虫速殖子比例自3.125 μg/mL起随着药物浓度的增加明显下降(P < 0.01), 50 μg/mL时游离虫体比例低于0.3%, Mφ感染率低于1.6%。Azm组速殖子在400 μg/mL时比例低于0.6%, Mφ感染率低于3.5%。Art+Azm组中Art12.5 +Azm100 μg/mL起速殖子比例低于0.04%, 此时Mφ感染率低于1.8%。吉姆萨染色显示, 各组随着药物浓度增加, 弓形虫速殖子由香蕉状逐渐肿胀变形, 细胞质内呈泡沫状, 内部结构崩塌瓦解, 直至细胞膜破裂内容物溢出, 视野内仅残留固缩深染的胞核或碎片。结论体外实验中, Art可显著杀伤弓形虫游离速殖子, 降低宿主细胞感染率, 该抗虫效果在一定范围内与浓度呈正相关。

English Abstract

  • 刚地弓形虫作为严格细胞内寄生的一类机会致病性原虫,通过入侵温血动物有核细胞的方式引发弓形虫病[1-3]。家猫和野生猫科动物作为其唯一终宿主[4],全球阳性率大约为35%和59%[5]。既往血清学研究[6-8]显示,全球人群的弓形虫感染率高达30%。一般情况下弓形虫的致病力取决于虫株毒力、增殖能力及宿主种类,宿主在感染早期的固有免疫对感染后的结局亦至关重要[9]。作为TORCH综合征的主要病因之一,弓形虫感染对孕产妇及胎儿有着流产、致畸等重大生命威胁[10-13]。由于弓形虫复杂的生物学特性,针对弓形虫病的治疗药物显得较为不足[14-15]。磺胺嘧啶、乙胺嘧啶等传统药物存在疗程长、停药后易复发以及产生耐药性等诸多问题,经长期临床应用药物不良反应较大[16-18],因此研发低毒高效的抗弓形虫药物仍是弓形虫病治疗的重要任务。青蒿素作为我国自主研发的一线抗疟药物,有研究[19-21]显示,该类药物亦显现出较强的抗弓形虫作用。青蒿琥酯(Artesunate,Art)为双氢青蒿素半琥珀酸酯衍生物,是青蒿素主要衍生物之一。陈炘等[22]报道,Art在弓形虫脑病的治疗过程中发挥了积极作用。还有研究[23]表明,阿奇霉素(Azithromycin,Azm)与Art配伍使用取得了很好的体内抗弓形虫效果。但青蒿琥酯抗弓形虫相关的体外研究较少,且观察手段较为传统,主观性较大。本实验采用流式细胞术对药物作用后的转基因弓形虫进行检测分析,旨在为Art作为弓形虫病治疗药物提供线索。

    • RH-GFP株系中国农业大学动物医学院索勋教授惠赠,本室液氮保种。

    • BALB/c小鼠(雌性,6~8周,SPF级)和昆明小鼠(雌性,6~8周,SPF级)购于安徽医科大学实验动物中心,动物伦理批准文号:AMU26-08061。

    • Art为桂林南药股份有限公司产品,Azm为东北制药集团沈阳第一制药有限公司产品,吉姆萨染液为美国Sigma公司产品,RPMI-1640培养液、小牛血清和PBS均购自上海生工公司。

    • 荧光显微镜(CX31)为日本OLMPUS公司产品。流式细胞仪(FACSVerse)为美国BD公司产品。CO2培养箱(SERIES 8000 DH)为Thermo Scientific Napco公司产品。

    • 虫株经复苏、连续传代3~4次后,取发病晚期小鼠乙醚麻醉处死,75%乙醇浸泡后沥干,充分暴露腹膜,用5 mL预冷的RPMI-1640冲洗小鼠腹腔并重复此操作2次收集腹腔灌洗液约10 mL,800 r/min离心3 min取上清液,再以3 000 r/min离心10 min,此时弃上清液重悬,分离纯化速殖子后取10 μL悬液光镜下计数,调整虫体密度备用。

    • 为便捷有效地观察药物对RH-GFP感染宿主巨噬细胞(Macrophage, Mφ)的影响,我们将新鲜收集的RH-GFP速殖子以(1~2)×106的量经腹腔感染BALB/c小鼠,感染后72 h将小鼠乙醚麻醉处死,冲洗小鼠腹腔,以RPMI-1640完全培养基重悬细胞并接种于24孔细胞培养板,调整其密度为1×106/孔。

    • 我们设置了对照组(0.9%氯化钠溶液阴性对照);Art组,使其终浓度分别为1.562 5、3.125、6.25、12.5、25、50、100和200 μg/mL;Azm组(阳性对照),终浓度分别为12.5、25、50、100、200、400、800和1 600 μg/mL;Art+Azm组,终浓度分别为:Art1.562 5+Azm12.5、Art3.125+Azm25、Art6.25+Azm50、Art12.5+Azm100、Art25+Azm200和Art50+Azm400 μg/mL。各组每浓度于细胞培养板中设5复孔,每孔定容1 mL。

    • 将24孔板置37 ℃、5%CO2细胞培养箱中孵育24 h,各孔常规制样以流式细胞仪检测感染体系中游离速殖子、感染Mφ以及未感染Mφ各组分比例变化,检测结果用FlowJoV10软件分析。

    • 按照前述方法加药孵育24 h后各孔轻柔混匀取样以1 500 r/min离心10 min,弃上清液取6 μL置无菌EP管, 加入6 μL小牛血清轻柔混匀并简短离心,此时取3 μL涂片以吉姆萨染液A液与B液以1∶9比例充分混匀后滴加染色,10 min后以细水流冲洗(勿直接冲洗涂膜),晾干后油镜观察并拍照。

    • 采用单因素方差分析。

    • 根据前期检测结果,将提纯后的(1~2)×106个RH-GFP速殖子经腹腔感染小鼠的第2~3天,腹水中Mφ与游离虫体数目的比例约为1∶1,小鼠腹腔Mφ的感染率接近50%,感染第4天,腹腔Mφ的整体数量急剧下降,游离虫体数目迅速上升(见图 1)。为更加便捷,在反复预实验后确立选取感染后2~3 d的小鼠腹腔抽提物进行流式检测(见图 2)。

      图  1  RH-GFP感染后第3, 4天小鼠腹腔抽提物组分比例流式细胞图

      图  2  RH-GFP感染后第3天的腹腔抽提物涂片(同一视野,红色箭头示感染Mϕ)

    • 与对照组相比,Art组速殖子自3.125 μg/mL起呈梯度减少(P < 0.01),50 μg/mL时,游离虫体比例已经低于0.3%(P < 0.01),Mφ感染率自1.562 5 μg/mL逐渐下降,在6.25 μg/mL已明显低于对照组(P < 0.01),至50 μg/mL时低于1.6%(见图 3表 1)。Azm组随药物浓度递增,速殖子比例下降明显(P < 0.01),在400 μg/mL时虫体比例低于0.6%,Mφ感染率低于3.5%(见图 4表 2)。Art+Azm组速殖子随药物浓度升高明显减少(P < 0.01),在Art12.5 +Azm100 μg/mL组,游离虫体的比例低于0.04%,此时Mφ感染率低于1.8%(见图 5表 3)。

      图  3  梯度浓度Art作用24h后感染体系各组分比例变化流式图

      分组 未感染Mφ/% 感染Mφ/% 游离虫体/% Mφ感染率/%
      对照组 2.37±0.16 2.38±0.07 82.98±2.33 50.09±2.30
      Art/(μg/mL)
        1.562 5 2.32±0.02 3.42±0.17 81.17±0.51 59.58±0.96
        3.125 2.59±0.15 3.22±0.07 74.00±0.53 55.41±1.84
        6.25 3.82±0.05 2.41±0.06 56.33±1.14 38.65±0.89
        12.5 5.24±0.26 1.73±0.08 35.50±0.44 24.82±0.15
        25 9.26±0.25 1.29±0.04 9.84±1.43 12.23±0.28
        50 13.15±0.59 0.09±0.11 0.12±0.14 0.67±0.78
        100 13.83±0.65
        200 14.57±0.67
        F 568.60 864.30 3 603.00 1 421.00
        P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
        MS组内 0.156 0.009 1.361 1.586

      表 1  梯度浓度Art作用24 h后感染体系各组分比例变化(ni=3;x±s)

      图  4  梯度浓度Azm作用24h后感染体系各组分比例变化流式图

      分组 未感染Mφ/% 感染Mφ/% 游离虫体/% Mφ感染率/%
      对照组 2.37±0.16 2.38±0.07 82.98±2.33 50.09±2.30
      Azm/(μg/mL)
        12.5 2.73±0.05 3.29±0.09 66.47±2.89 54.67±1.05
        25 3.80±0.06 2.20±0.01 35.63±0.31 36.68±0.29
        50 4.85±0.27 1.57±0.04 18.77±1.36 24.44±0.77
        100 6.80±0.14 1.53±0.02 10.11±1.19 18.34±0.44
        200 9.23±0.22 1.27±0.02 4.30±0.14 12.12±0.35
        400 9.99±0.48 0.16±0.18 0.29±0.33 1.51±1.75
        800 14.50±0.53
        1 600 17.40±0.46
      F 869.30 668.90 1 692.00 1 021.00
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
      MS组内 0.147 0.007 1.125 1.326

      表 2  梯度浓度Azm作用24 h后感染体系各组分比例变化(ni=3;x±s)

      图  5  梯度浓度Art+Azm作用24h后感染体系各组分比例变化流式图

      分组 未感染Mφ/% 感染Mφ/% 游离虫体/% Mφ感染率/%
      对照组 2.37±0.16 2.38±0.07 82.98±2.33 50.09±2.30
      Art+Azm/(μg/mL)
      1.562 5+12.5 4.24±0.15 1.61±0.07 26.63±0.51 27.53±1.33
      3.125+25 6.84±0.60 1.32±0.05 8.57±1.41 16.26±1.73
      6.25+50 8.32±0.97 1.13±0.06 3.21±1.42 12.02±1.61
      12.5+100 9.33±0.08 0.16±0.02 0.03±0.01 1.65±0.15
      25+200 13.70±0.17
      50+400 14.43±0.21
      F 350.40 1 239.00 2 089.00 590.70
      P < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
      MS组内 0.204 0.005 1.263 1.358

      表 3  梯度浓度Art+Azm作用24 h后感染体系各组分比例变化(ni=3;x±s)

    • 对照组速殖子呈新月形或香蕉状,形态没有非常明显的变化,经吉姆萨染色后胞质呈浅蓝色而胞核为紫红色。其余各组中虫体形态、结构随药物浓度上升而逐渐崩塌。低浓度组中虫体首先呈现外形肿胀,内部出现空泡;随药物浓度增加,虫体变形明显,弓状弧消失,体内空泡增多增大呈泡沫状,部分胞膜、核膜断裂,内容物溢出;至高浓度组,虫体破碎,胞核固缩深染,胞质溶解,视野中无完整虫体存在(见图 6)。

      图  6  随药物浓度增加虫体形态结构的变化(吉姆萨染色)

    • 伴随宠物饲养的普遍性、畜牧业的发展以及饮食方式的多样化,人兽共患的弓形虫病仍是世界性的公共卫生问题。传统用药方案疗程长、根治率低、不良反应大[17-18],抗弓形虫药物的筛选任重道远。Art由我国自主研制,为青蒿素衍生物,其药理作用广泛,药物活性显著,不仅是临床一线抗疟药物,在病毒、肿瘤及其他寄生虫领域也有较强作用。有研究[22, 24-25]提示,Art对弓形虫病有积极治疗作用。

      本实验利用虫株胞质稳定表达绿色荧光蛋白的转基因弓形虫(RH-GFP),以流式细胞仪检测分析,相比以往台盼蓝染色后以肉眼计数虫体存活率更为准确、客观。利用此方法分析药物的的抗弓形虫作用较为创新,且该虫株在运动能力、胞内增殖速度和致病性上与野生虫株无显著差异[26]。Mφ是弓形虫感染早期宿主固有免疫屏障中的重要成员之一,与感染结局息息相关,因此观察药物对Mφ感染弓形虫后的影响极具潜在临床应用价值。有研究[23, 27]显示,当Azm和Art配伍时亦获得了更好的抗虫效果。所以我们选择Azm作为阳性对照的同时又设置了Art+Azm组进行了联合用药的尝试。本实验中药物作用剂量参照以往文献报道(剂量大小较为参差宽泛)以及前期预实验结果自行设计,以10∶1→5∶1→2∶1倍比稀释梯度摸索,确立有效范围后以2∶1倍比稀释设立。为减小误差,每组每浓度设5个复孔,统计时舍去最高值和最低值,取其余三孔平均值,同时在每浓度梯度上进行了3次以上的流式检测,取3次检测结果代表。结果显示,50 μg/mL浓度Art 24 h后可达99%以上的攻虫效果,杀灭速殖子、降低Mφ感染率,而Azm在400 μg/mL时方接近此效果。联合组展现出一定优势,Art 12.5+Azm 100 μg/mL组统计结果与Art 50 μg/mL组或Azm 400 μg/mL组结果接近,同等效果下药物浓度梯度有所降低。吉姆萨染色显示,随着药物浓度的梯度上升,虫体由轻度肿胀到破裂,内部结构从轮廓模糊到深染固缩,该结果从形态学角度验证了药物的杀虫效果。

      本实验结果表明,Art在体外具有较强的抗弓形虫作用,Art与Azm联合用药亦有较佳效果,这为其作为弓形虫病治疗药物提供了实验依据。Art杀伤速殖子的机制以及对组织内包囊的效果有待进一步研究。

参考文献 (27)

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