川芎嗪对胶原性关节炎大鼠血清炎性因子与关节滑膜组织的影响*
芦琨, 蒋建平, 郭辉, 李宜川
商丘医学高等专科学校生物化学与分子生物学教研室,商丘 476100

作者简介: 芦琨(1984-),女,满族,河南商丘人,讲师,硕士,主要从事生物化学方面的研究。电话:(0)15937022900,E-mail:lukun198410208@163.com

摘要

目的 观察川芎嗪(TMP)对胶原性关节炎(CIA)大鼠血清白细胞介素(IL)-8、IL-12、IL-33水平和关节滑膜组织基质金属蛋白酶10(MMP-10)、核因子κB(NF-κB)的影响,探讨其对类风湿关节炎可能的治疗机制。方法 将大鼠随机分为正常对照组( n=10)、模型对照组、地塞米松组、川芎嗪小剂量组和川芎嗪大剂量组,每组9只。除正常对照组外,其他组采用Ⅱ型胶原诱导CIA大鼠模型。地塞米松组肌内注射地塞米松2 mg·kg-1,川芎嗪小剂量组和大剂量组分别给予川芎嗪50,100 mg·kg-1。采用足趾容积、关节炎指数评价关节炎症;酶联免疫吸附法测定各组血清IL-8、IL-12、IL-33的水平;Western-blot检测关节滑膜组织MMP-10、NF-κB的表达。结果 与模型对照组比较,川芎嗪大剂量组和地塞米松组大鼠足爪肿胀度和关节炎指数明显下降,大鼠血清IL-8、IL-12、IL-33水平和关节滑膜组织MMP-10、NF-κB的表达显著降低,差异有统计学意义( P<0.01)。川芎嗪小剂量组除对足爪肿胀度和血清IL-8、IL-33水平明显抑制外,其他指标差异无统计学意义( P>0.05)。结论 大剂量川芎嗪对大鼠CIA有明显的抑制作用,其机制可能是通过平衡促炎细胞因子和抗炎细胞因子的效应,改善大鼠免疫功能障碍,降低关节滑膜炎症,减轻关节软骨的破坏,从而发挥治疗作用。

关键词: 川芎嗪; 关节炎; 胶原性; 细胞因子; 基质金属蛋白酶10; 白细胞介素
中图分类号:R965.5 文献标志码:A 文章编号:1004-0781(2016)02-0144-05 doi: 10.3870/j.issn.1004-0781.2016.02.009
Effect of Tetramethylpyrazine on Inflammatory Cytokines in Serum and Joint Synovial Tissues in Rats with Collagen-induced Arthritis
Kun LU, Jianping JIANG, Hui GUO, Yichuan LI
Department of Biochemistry and Molecular Biology,Shangqiu Medical College,Shangqiu 476100,China
Abstract

Objective To observe the effect of tetramethylpyrazine (TMP) on serum interleukin 8 (IL-8),interleukin 12 (IL-12) and interleukin 33 (IL-33) levels and MMP-10 and NF-κB protein expression in joint synovial tissues in rats with collagen-induced arthritis (CIA),and further to investigate the mechanism for treating rheumatoid arthritis.Methods Rats were randomly divided into normal control group( n=10),model control group,dexamethasone group,low-dose of TMP and high-dose of TMP groups ( n=9 each).The CIA model was established in all the groups except for the normal control group.Rats of dexamethasone group were given 2 mg·kg-1 of dexamethasone;Rats of low-dose and high-dose of TMP group were given 50,100 mg·kg-1 of TMP, respectively.The toe volume and arthritis index (AI) were used to evaluate joint inflammation.The levels of IL-8,IL-12 and IL-33 in the serum of rats were detected by ELISA.The expression levels of MMP-10 and NF-κB in joint synovial were detected by Western blotting.Results Compared with model control group,the toe volume and AI were significantly reduced in high-dose of TMP groups and dexamethasone groups,and levels of IL-8,IL-12 and IL-33 and the expression levels of MMP-10 and NF-κB were decreased significantly ( P<0.01).TMP (50 mg·kg-1) could obviously decrease the toe volume and the levels of IL-8 and IL-33.There was no statistical difference in other indices ( P>0.05).Conclusion TMP at 100 mg·kg-1 showed obvious inhibition on CIA rats.The mechanism may be correlated to balancing the effect of proinflammatory factor and anti-inflammatory cytokines,improving immune function in rats,reducing joint synovial inflammation,and alleviating the destruction of the articular cartilage.

Keyword: Tetramethylpyrazine; Arthritis; collagen-induced; Cytokines; Matrix metalloproteinase 10; Interleukin

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA )是一种以对称性多关节炎为主要临床表现的系统性自身免疫性疾病,其基本病理改变为关节滑膜炎症、滑膜细胞增生、炎症细胞大量浸润、血管翳形成、软骨及骨组织破坏等,最终导致关节破坏和功能障碍[1,2]。目前,对于RA的治疗,传统的西药不能根治,主要起到改善症状、缓解病情,并伴有严重的胃肠道、肝肾功能损害等不良反应[3]。川芎嗪(tetramethylpyrazine,TMP)是中药川芎的有效成分之一,有抗肿瘤血管生成、抑制血管内皮细胞的增殖、抗血小板聚集和抗炎等作用,目前已广泛应用于临床,取得突出的疗效[4]。笔者在本实验成功建立大鼠胶原性关节炎(collagen-induced arthritis,CIA)模型的基础上,观察川芎嗪对胶原性关节炎大鼠的治疗作用,探索其可能机制,为临床上治疗RA提供新的实验依据。

1 材料与方法
1.1 实验动物

健康Sprague-Dawley(SD)大鼠50只,鼠龄3个月,雌雄各半,体质量(180±20) g,由华中科技大学同济医学院实验动物中心提供,实验动物生产许可证号:SCXK(鄂)2010-0009。实验动物使用许可证号:SYXK(鄂)2010-0057,大鼠分笼饲养,自由摄食和饮水,环境温度22~24 ℃,相对湿度40%~60%。

1.2 试药

磷酸川芎嗪片(无锡市第七制药厂生产,规格:每片50 mg,批号:030201);地塞米松盐酸注射液(河南确山龙渊药业有限公司,批号:10063001,规格:5 mg·mL-1);弗氏完全佐剂、鸡Ⅱ型胶原(上海本草生物医学工程所提供);多聚赖氨酸(美国Sigma公司,批号:ISP8920);冰醋酸(广州化学试剂二厂);白细胞介素(IL)-8、IL-12和IL-33试剂盒由南京建成生物工程研究所提供;基质金属蛋白酶10(matrix metalloproteinase 10,MMP-10)小鼠单克隆抗体免疫组化试剂盒、核因子(NF-κB)小鼠单克隆抗体免疫组化试剂盒(北京中山公司),辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)标记的兔抗鼠二抗、细胞裂解液均为碧云天生物技术研究所产品。

1.3 仪器

80-2离心机(上海手术器械厂);大鼠足容积测量仪(自制);METILER AE240型电子分析天平(梅特勒-托利多仪器公司,感量:0.1 mg);A200-12G高速分散均质匀浆机(南京比朗仪器有限公司);DYY-7C 型电泳仪(北京六一仪器厂);紫外-可见分光光度计(日本岛津);凝胶成像分析系统(美国 GE Healthcare 公司)。

1.4 动物分组、模型制备与给药方法

1.4.1 CIA大鼠模型的制备 将50只SD大鼠随机分为正常对照组10只和CIA模型制作组40只。模型的具体制作方法参照文献[5]。将鸡Ⅱ型胶原15 mg溶于预先配制好的0.1 mol·L-1醋酸7.5 mL中,使鸡Ⅱ型胶原浓度为2 mg·mL-1,于4 ℃过夜充分溶解。次日,与弗氏完全佐剂等体积于冰浴中混合,并使之充分乳化,制成稳定的乳化剂(Ⅱ型胶原含量为1 mg·mL-1,置4 ℃冰箱保存备用)。在大鼠的左后肢足跖皮下注射0.1 mL致炎,第7天在大鼠尾、背多点皮下注射该胶原乳剂0.1 mL作为激发注射。正常对照组在同一部位同样方法注射0.9%氯化钠溶液0.1 mL。造模后,发现36只大鼠左足红肿明显,体积增大,说明造模成功,成功率为90.0%。

1.4.2 分组及给药 将造模成功36只大鼠随机分为模型对照组、地塞米松组、川芎嗪小剂量组及川芎嗪大剂量组,每组9只。川芎嗪溶液于实验前新鲜配制,将川芎嗪500 mg溶解于磷酸盐缓冲溶液(PBS,pH值7.4)50 mL中,配制成10 mg·mL-1。川芎嗪小剂量组和大剂量组大鼠于实验第7~35天,分别灌胃给予川芎嗪 50和100 mg·kg-1,每天用药1次;地塞米松组肌内注射地塞米松2 mg·kg-1,每天1次;正常对照组和模型对照组静脉注射0.9%氯化钠溶液2 mL·kg-1,每天1次。

1.5 实验方法

1.5.1 一般情况观察及足爪肿胀度和关节炎指数的测定 观察各组大鼠饮食、皮毛光泽、活动情况、踝趾关节及体质量的变化;用足容积测定仪分别于给药前及给药后第7,14,18,22,26,30天测量各组大鼠左足爪肿胀度;从致炎后第7天起,每隔4 d,采用关节评分法,得出关节炎指数(arthritis index,AI),参照文献[6],具体判断标准为:肢体关节肿胀按0~4级评分。无红肿,0分;趾关节稍肿,1分;小趾关节及足趾肿胀,2分;踝关节以下足爪肿胀,3分;包括踝关节在内的全部足爪肿胀,4分。每只大鼠的AI值=四肢关节肿胀级评分之和。

1.5.2 血清细胞因子测定 实验第36天所有实验大鼠腹腔注射3%巴比妥钠0.3~0.4 mL麻醉。剪开大鼠腹腔,10 mL注射器心脏取血,室温静置1 h,3 000 r·min-1离心15 min,吸取上层血清。用放射分析法(按试剂盒说明进行操作)测定大鼠血清IL-8、IL-12和 IL-33的含量。

1.5.3 Western-blot检测关节滑膜组织MMP-10、NF-κB的表达 剥离大鼠双侧后膝关节滑膜组织,低温匀浆处理后,加入蛋白裂解液,冰浴40 min,置于离心机中12 000 r·min-1离心5 min( r=12 cm),取上清液测蛋白浓度。取蛋白样品20 μg,与6×loading buffer混合后煮沸5 min,离心取上清液进行十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE),电转移1 h至硝酸纤维素薄膜,用脱脂奶粉4 ℃封闭过夜,然后加入一抗,37 ℃孵育2 h,阴性对照用不含抗体的PBST液孵育。反复洗膜后,加入HRP标记的二抗,37 ℃孵育1 h,洗膜后,用滤纸将膜吸干,采用图像分析仪测定各带吸光度( A)值做定量分析。

1.6 统计学方法

所得数据采用SPSS11.6版统计软件进行分析,全部数据均以均数±标准差( x¯ ±s)表示,进行单因素方差分析。方差齐时,各组间两两比较采用LSD- t检验;方差不齐时,各组间两两比较采用Tamhance's T2检验。以 P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果
2.1 各组大鼠一般情况及足爪肿胀度的比较

大鼠致炎以后,与正常对照组比较,模型对照组大鼠逐步出现关节红肿,足垫增厚,特别是在2周后,关节肿胀程度不断加重,进食量逐渐减少,体质量增长缓慢,有的甚至下降。大鼠皮毛黯淡无光,个别出现脱毛现象,活动量明显减少。与模型对照组比较,前2周川芎嗪小剂量组差异无统计学意义,第14天开始,川芎嗪大剂量组和地塞米松组足爪肿胀度明显减轻,差异有统计学意义,见表1

表1 5组大鼠足爪肿胀度比较 Tab.1 Comparison of toe swellling among five groups of rats mL, x¯ ±s
2.2 各组大鼠多发AI的比较

结果见表2所示,与正常对照组比较,模型对照组大鼠致炎后第14天起,AI明显升高,差异有统计学意义;与模型对照组比较,从第18天开始,川芎嗪大剂量组和地塞米松组AI显著下降,足爪肿胀症状明显减轻,而川芎嗪小剂量组差异无统计学意义( P>0.05)。

表2 5组大鼠多发性关节炎指数比较 Tab.2 Comparison of AI among five groups of rats 分, x¯ ±s
2.3 各组大鼠血清IL-8、IL-12和IL-33水平比较

与正常对照组比较,模型对照组大鼠血清IL-8、IL-12和IL-33水平均明显增高( P<0.01);与模型对照组比较,川芎嗪小剂量组、川芎嗪大剂量组和地塞米松组治疗后大鼠血清IL-8和IL-33水平均明显降低( P<0.01),川芎嗪大剂量组和地塞米松组IL-12水平均显著降低( P<0.01),而川芎嗪小剂量组IL-12水平与模型对照组比较差异无统计学意义。见表3

表3 5组大鼠血清IL-8、IL-12和IL-33水平比较 Tab.3 Comparison of the serum levels of IL-8, IL-12 and IL-33 among five groups of rats ng·mL-1, x¯ ±s
2.4 各组大鼠关节滑膜组织MMP-10、NF-κB灰度值比较

免疫蛋白印迹的结果分析显示(表4),与正常对照组比较,模型对照组大鼠的MMP-10、NF-κB的灰度值明显升高( P<0.01),说明模型对照组大鼠关节滑膜组织的MMP-10、NF-κB蛋白呈高表达;与模型对照组比较,川芎嗪大剂量组与地塞米松组治疗后,大鼠关节滑膜组织的MMP-10、NF-κB蛋白表达均显著降低,而川芎嗪小剂量组蛋白表达基本无变化。

表4 5组大鼠关节滑膜组织MMP-10、NF-κB灰度值比较 Tab.4 Comparison of gray value of MMP-10 and NF-κB in articular synovial tissue among five groups of rats x¯ ±s
3 讨论

本实验采用Ⅱ型胶原诱导CIA大鼠模型,其各项特征与人类RA非常接近,因此是筛选和研究治疗RA药物的理想模型[7]。在本研究过程中,模型对照组大鼠逐渐出现食欲下降、体质量减少、精神倦怠、活动减少等现象;给予50 mg·kg-1川芎嗪治疗后,CIA大鼠的一般情况并无明显减轻;而川芎嗪100 mg·kg-1能明显提高CIA大鼠的食欲,抑制大鼠消瘦,增加大鼠的活动量,改善CIA大鼠的精神状况,降低AI,表明川芎嗪100 mg·kg-1对CIA大鼠有一定的治疗效果。川芎嗪属于中药川芎的有效成分,具有活血化瘀、抑制血小板凝聚、抗炎等作用,是现代中西医治疗RA的常用药,但其作用机制尚不十分明确[8]

RA是一种以关节炎为主要表现的病因不明的自身免疫性疾病,越来越多的研究证实细胞因子在RA的发病过程中发挥着重要作用[9]。IL-8是一种白细胞趋化因子,有趋化中性粒细胞至炎症局部的生物学效应,并可通过表达黏附因子、产生氧自由基、释放溶酶体酶等来增强其他中性粒细胞的功能。对于RA患者来说,IL-8通过招募中性粒细胞至急性炎症滑膜部位并增加该细胞的活性而增强其破坏作用[10]。IL-12是由T、B淋巴细胞和单核巨噬细胞产生的炎症因子,促进T淋巴细胞产生IFN-γ,抑制IL-10、IL-11等抑炎因子的产生,另外,IL-12还可直接促进B淋巴细胞增生、分化和分泌自身抗体,诱导自身免疫性疾病发生[11]。IL-33 作为新发现的IL-1家族中的一个细胞因子,能够通过直接激活肥大细胞分泌依次引起关节炎症的促炎细胞因子;IL-33 也能刺激胶原上的 CD4T 细胞产生能增强 B 细胞活化的 IL-5 和 IL-13,导致 IgG的产量增加[12]。这些抗体进一步通过引发肥大细胞脱颗粒和与胶原形成免疫复物而加重关节炎症。因此,IL-8、IL-12、IL-33这些细胞因子的高水平分泌,在免疫和炎症反应中具有复杂的放大效应,介导免疫损伤。NF-κB是参与炎症细胞因子表达的主要转录因子之一,其调节炎症反应、促进滑膜细胞增生、参与关节结构重建,在RA的发病过程中起到关键调控作用[13]。MMP-10 属于基质金属蛋白酶中的基质溶解酶类,可以降解包括胶原质Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、层黏连蛋白-1等蛋白质,而这些成分也是关节软骨的重要组成成分,从而使关节软骨肿胀,最终破坏关节正常结构[14]。本实验也证实,CIA 大鼠关节滑膜组织MMP-10 明显增多,关节骨破坏显著,从而表明MMP-10 的表达水平与疾病的发展呈正相关。

综上所述,100 mg·kg-1川芎嗪能下调CIA大鼠血清中过高的IL-8、IL-12、IL-33水平,降低关节滑膜组织中MMP-10、NF-κB的表达,提示川芎嗪治疗CIA大鼠的机制可能是通过平衡促炎细胞因子和抗炎细胞因子的效应,改善大鼠免疫功能障碍,降低关节滑膜炎症,减轻关节软骨的破坏,从而发挥治疗作用。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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