作者简介: 吴桂英(1958-),女,陕西汉中人,副主任医师,学士,研究方向:中西医结合防治老年病。电话:0851-85937011,E-mail:1152362398@qq.com。
通信作者: 张葵(1968-),女,湖南长沙人,主任医师,博士,研究方向:中西医结合防治老年病。电话:0851-85937011,E-mail:zky0696@126.com。
目的 观察参芪补肺汤对慢性阻塞性肺疾病(COPD)肺气虚证大鼠支气管平滑肌(ASM)增殖中组蛋白去乙酰化酶-2(HDAC2)和核因子κB(NF-κB)p65表达的影响。方法 将40只SD雄性大鼠随机分为正常对照组、模型对照组、参芪补肺汤组、氨茶碱组,每组各10只。采用气管内滴注脂多糖加烟熏28 d的方法建立COPD肺气虚证模型。光镜下观察肺组织病理形态学变化,图像分析法测量小气道管壁和ASM厚度,采用免疫组化、实时荧光定量PCR和Wester blot方法检测大鼠ASM中HDAC2和NF-κB p65表达。结果 与正常对照组比较,模型对照组大鼠气道管壁和ASM明显增厚( P<0.05),NF-κB p65 mRNA和蛋白表达明显增高( P<0.05),HDAC2 mRNA和蛋白表达明显降低( P<0.05)。与模型对照组比较,参芪补肺汤组和氨茶碱组气道管壁和ASM厚度明显降低( P<0.05),NF-κB p65 mRNA和蛋白表达明显降低( P<0.05),HDAC2mRNA和蛋白表达均明显升高( P<0.05),参芪补肺汤组与氨茶碱组比较,均差异无统计学意义( P>0.05)。结论 参芪补肺汤可抑制COPD肺气虚证模型大鼠ASM增殖,其机制与其提高HDAC2表达、减少NF-κB p65表达有关。
Objective To examine the effects of Shenqi Bufei Tang decoction on the expression of histone deacetylase-2 (HDAC2) and nuclear factor-κB p65 (NF-κB p65) in the airway smooth muscle tissues of COPD rats with lung-qi deficiency syndrome.Methods A total of 40 male rats were randomly divided into normal control group,model control group, Shenqi Bufei Tang decoction group,and aminophylline group.The COPD rat model with lung-qi deficiency syndrome was established by intratracheal instillation of lipopolysaccharide (LPS) and passive smoking for 28 days.Pathological changes of lung tissues were observed under the light microscope and the thickness of the small airway wall and airway smooth muscle (ASM) layer analyzed by the image analysis.Immunohistochemistry,real-time PCR and Western blotting were used to detect the expressions of NF-κB p65 and HDAC2 in ASM.Results The thickness of the airway wall and ASM,and the expression levels of NF-κB p65 mRNA and protein were significantly increased in the model control group when compared with those in the normal control group ( P<0.05).They were significantly reduced and the expression levels of HDAC2 mRNA and protein were markedly increased in Shenqi Bufei Tang decoction group and aminophylline group,which were compared with those in the model group ( P<0.05).There were no significant differences in these indices between Shenqi Bufei Tang decoction group and aminophylline group ( P>0.05).Condusion Shenqi Bufei Tang decoction can inhibit the proliferation of ASM in COPD rats with lung-qi deficiency syndrome,which may be associated with the increased expression of HDAC2 and decreased expression of NF-κB p65.
慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一种以慢性炎症和气道重构为主要病理特征的疾病,支气管平滑肌(airway smooth muscle,ASM)增殖是气道重构的重要组成部分,也是造成气流受限的主要原因之一。核因子-κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)是细胞内生物信号传导中关键性炎症因子,活化后的NF-κB可促进支气管平滑肌细胞(airway smooth muscle cell,ASMC)增殖[1]。组蛋白去乙酰化酶-2(histone deacetylation enzyme-2,HDAC2)可调控炎症基因转录,其活性和表达下降可促进肺部炎症基因表达[2]。笔者认为,肺气虚是COPD发生的首要条件,且贯穿疾病始终[3]。参芪补肺汤从《永类钤方》中补肺汤化裁而来,是治疗肺气虚证稳定期COPD患者的有效方剂。笔者前期研究证实,参芪补肺汤可部分抑制COPD肺气虚证大鼠ASM增殖,但机制不明确[4]。笔者在本实验中通过观察HDAC2、NF-κB p65表达,探讨参芪补肺汤抑制ASM增殖的部分机制。
健康雄性SD大鼠,白色,无特定病原体(SPF)级,12周龄,体质量180~220 g,由第三军医大学实验动物中心提供,生产许可证号:SCXK(渝)2007-0003,合格证号:0052543。实验开始前在安静、室温(温度20~25 ℃),相对湿度50%、避强光环境中饲养1周。饲喂用全营养饲料(购于贵阳医科大学,饮高压灭菌水)。
脂多糖(lipopolysachrides,LPS,Sigma公司,批号:L2630),非生物素二步法免疫组化试剂盒(北京中杉金桥公司,批号:PV-9001),Trizol(Gibco公司),反转录试剂盒、SYBR Green PCR试剂盒(Thermo公司,批号:BK2100),NF-κB p65、HDAC2、3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde 3 phosphate dehydrogenase,GADPH)引物[生物工程(上海)股份有限公司],HDAC2、GADPH一抗为多克隆兔抗(Abcam公司,艾美捷科技有限公司,批号:ab16032),NF-κB p65一抗为单克隆鼠抗(细胞信号技术公司,批号:ab7970),二辛可宁酸(bicinchoninic acid,BCA)蛋白定量试剂盒、辣根过氧化物酶(horse radish peroxidase,HRP)标记的羊抗兔二抗、羊抗鼠二抗(上海碧云天公司,批号:ch0202),电致化学发光(electrochemiluminescence,ECL)液[生物工程(上海)股份有限公司,批号:SK6668-50]。
参芪补肺汤,处方:黄芪、丹参、桑白皮各30 g,党参、补骨脂、百部、紫菀各15 g。药材购自贵阳中医学院第一附属医院。加水浸泡2 h,首煎煮沸30 min,次煎20 min,两煎合一,纱布过滤,装入烧杯,40 ℃恒温水浴箱浓缩至含生药1 g·mL-1,置冰箱保存。注射用氨茶碱(常州兰陵制药有限公司,批号:0911022,规格:0.25 g:10 mL)。雄
狮牌香烟(杭州利群卷烟厂,焦油量:13 mg,烟气烟碱量:1.2 mg,烟气一氧化碳量:13 mg)。
采用香烟烟熏加脂多糖法复制大鼠COPD肺气虚证模型[5]。实验第1天和第14天将大鼠以25%乌拉坦腹腔内注射麻醉,0.4 mL·(100 g)-1,气道内注射配制好的200 μg·μL-1LPS溶液0.2 mL,当日不予香烟烟熏,其余时间每日烟熏1 h(每次20支香烟),每天2次,同日间隔至少4 h,烟熏采用自制被动吸烟染毒箱(有机玻璃制成,规格:50 cm×70 cm×70 cm,侧壁留1.5 cm×1.5 cm通气孔4个。
将40只SD雄性大鼠随机分为4组,每组10只:正常对照组、模型对照组、参芪补肺汤组、氨茶碱组。正常对照组置于正常无烟环境中饲养;模型对照组:香烟烟熏,每日灌胃给予0.9%氯化钠溶液1 mL·(100 g)-1·d-1,腹腔注射0.9%氯化钠溶液0.5 mg·(100 g)-1。参芪补肺汤组:香烟烟熏,每日灌胃给予参芪补肺汤,3.52 g·(100 g)-1·d-1 [4],腹腔注射0.9%氯化钠溶液,0.5 mg·(100 g)-1。氨茶碱组:香烟烟熏,每日腹腔注射氨茶碱,0.5 mg·(100 g)-1,灌胃给予0.9%氯化钠溶液,1 mL·(100 g)-1·d-1。
1.6.1 一般情况 造模结束后观察各组大鼠活动情况、反应度、毛发色泽、饮食等,测定体质量。
1.6.2 病理学观察 用25%乌拉坦腹腔注射麻醉,0.4 mL·(100 g)-1。迅速取出左上肺浸泡于中性10%甲醛溶液,固定24 h。常规脱水、包埋、切片、苏木精-伊红(HE)染色,光镜观察。Image-Pro Plus 6.0版软件测量大鼠气道壁和平滑肌肌层面积。管壁总面积(WAt)=气道外壁面积(Ao)-管壁内侧面积(Ai),平滑肌层面积(WAsm)=平滑肌层外侧面积(Asmo)-平滑肌层内侧面积(Asmi),以支气管管腔及支气管平滑肌层的周长(Pi)校正。结果以WAt·Pi-1(μm2·μm-1)表示管壁厚度,以WAsm·Pi-1(μm2·μm-1)表示平滑肌层厚度。每张切片选取3个视野,测量的数值用于统计分析。
1.6.3 大鼠ASM组织NF-κB p65、HDAC2蛋白的检测 采用免疫组织化学法。按“1.6.2”项常规制作切片,脱蜡,枸橼酸盐缓冲液热修复,非生物素二步法检测,按照试剂盒说明书进行操作,光学显微镜下观察着色情况。NF-κB p65和HDAC2表达主要位于细胞核内,采用Image-Pro Plus 6.0版软件分别检测每个视野ASM截面积、累计吸光度值,再将累计吸光度值/截面积得出平均吸光度值,每张切片选取5个视野,取平均值用于统计分析。
取2~4级支气管ASM组织(约100 mg),充分匀浆,加裂解液200 μL,13 000 r·min-1,4 ℃,离心15 min( r=15 cm)。取上清液,按BCA蛋白定量试剂盒说明书进行蛋白定量,每孔取总蛋白20 μg加入上样缓冲液,煮沸5 min变性后,10%聚丙烯酰胺凝胶电泳(polyacrylamide gelelectrophoresis,SDS-PAGE)电泳,90 V恒压电泳至溴酚蓝接近分离胶顶端,120 V恒压电泳至溴酚蓝刚出胶底部。100 mA恒流电转2 h。5%脱脂奶粉室温封闭1 h,分别加入1:1 000稀释NF-κB p65、HDAC2一抗,4 ℃孵育过夜,加入1:1 000稀释的HRP标记二抗,室温孵育1 h,洗膜,滴入ECL液,X线曝光,以GAPDH为内参,Image J图像分析软件分析HDAC2、NF-κB p65及GAPDH灰度值。HDAC2、NF-κB p65与GAPDH的灰度比值分别表示HDAC2、NF-κB p65蛋白相对表达量。
1.6.4 实时荧光定量PCR检测大鼠ASMC组织中NF-κB p65 mRNA、HDAC2mRNA表达 按Trizol-三氯甲烷抽提方法提取ASMC总RNA,紫外-可见分光光度计测定RNA浓度和纯度,按反转录试剂盒操作说明合成cDNA,反应体系20 μL,反应条件:37 ℃孵育1 h,95 ℃变性5 min。实时荧光定量PCR反应按照说明书操作,反应体系50 μL,利用NF-κB p65、HDAC2及内参GAPDH基因特异引物和SYBR Green荧光染料在PCR仪上进行实时荧光定量扩增。NF-κB p65上游引物序列5'-AGACCTGGAGCAAGCCATTAG-3',下游引物序列:5'-CGGACCGCATTCAAGTCATAG-3',扩增片段102 bp;HDAC2上游引物序列5'-CGCCTGGTGTTCAAATGC-3',下游引物序列:5'-GCCTCCTTCTTGTCTTCC-3',扩增片段232 bps;内参基因上游引物序列:5'-GTCGGTGTGAACGGATTTG-3',下游引物序列:5'-TCCCATTCTCAGCCTTGAC-3',扩增片段181 bps。实时荧光定量PCR反应条件:预变性:95 ℃ 7 min,PCR反应条件相同:95℃变性 10 s,60 ℃退火 30 s,72 ℃延伸 30 s;40个扩增循环,72 ℃后延伸10 min,记录CT值,并用2-ΔCT公式进行相对定量计算。
采用SPSS18.0版软件进行统计分析。本研究所有计量资料均用均数±标准差(
与正常对照组比较,模型对照组大鼠进食减少,毛色枯槁、暗黄,体质量增幅明显下降,20 d后明显出现咳嗽、气急,症状符合COPD肺气虚证表现[5];参芪补肺汤组和氨茶碱组较模型对照组症状减轻。
与正常对照组比较,光镜下模型对照组大鼠支气管黏膜上皮细胞变性、坏死,纤毛倒伏,部分脱落,有大量炎性细胞浸润,部分管腔内有黏液栓形成及炎性细胞渗出,平滑肌增厚,气道狭窄。肺泡结构紊乱,肺泡壁变薄或断裂,肺泡弹性减弱,呈囊状扩张,肺泡腔扩大,部分融合成肺大泡, 符合COPD病理改变[6]。参芪补肺汤组和氨茶碱组病理改变较模型对照组减轻(图1)。
与正常对照组比较,模型对照组气道管壁和ASM厚度明显增高( P<0.05);与模型对照组比较,参芪补肺汤组、氨茶碱组气道壁及ASM厚度明显降低( P<0.05)。参芪补肺汤组与氨茶碱组比较,差异无统计学意义( P>0.05),见表1。
| 表1 4组大鼠支气管管壁和气道平滑肌层形态学测量结果 Tab.1 Determination results of the morphology of the wall of bronchus and ASM in four groups of rats |
与正常对照组比较,模型对照组HDAC2表达明显降低( P<0.05),NF-κB p65表达明显增高( P<0.05);与模型对照组比较,参芪补肺汤组和氨茶碱组HDAC2表达均明显增高( P<0.05),NF-κB p65表达均明显降低( P<0.05)。参芪补肺汤组和氨茶碱组比较,差异无统计意义( P>0.05)。见表2和图2、图3。
| 表2 4组大鼠支气管平滑肌组织HDAC2与NF-κB p65平均 A值 Tab.2 Comparison of the mean A value of HDAC2 and NF-κB p65 in ASM among four groups of rats |
与正常对照组比较,模型对照组HDAC2蛋白表达明显降低( P<0.05),NF-κB p65蛋白表达明显增高( P<0.05);与模型对照组比较,参芪补肺汤组和氨茶碱组HDAC2蛋白表达明显增高( P<0.05),NF-κB p65表达明显降低( P<0.05);参芪补肺汤组和氨茶碱组比较,差异无统计学意义( P>0.05)。见表3和图4。
| 表3 4组大鼠支气管平滑肌组织HDAC2与NF-κB p65蛋白表达 Tab.3 Expression of HDAC2 and NF-κB p65 in ASM of four groups of rats |
与正常对照组比较,模型对照组HDAC2mRNA表达明显降低( P<0.05),NF-κB p65 mRNA表达明显增高( P<0.05);与模型对照组比较,参芪补肺汤组和氨茶碱组HDAC2mRNA表达明显升高( P<0.05),NF-κB p65 mRNA表达明显降低( P<0.05)。参芪补肺汤组和氨茶碱组比较,差异无统计学意义( P>0.05),见表4。
| 表4 4组大鼠支气管平滑肌组织HDAC2mRNA、NF-κB p65 mRNA(2-ΔCT值)表达 Tab.4 The mRNA expression of HDAC2 and NF-κB p65 in ASM of four groups of rats(2-ΔCT) ×10-3, |
ASM增厚是COPD气道重构的主要原因之一,本质上是气道炎症作用下气道反复损伤和修复的结果,在此过程中有大量炎症基因激活和表达[7]。NF-κB是生物细胞内信号转导途径中关键性炎症因子。研究证实,NF-κB表达增高在气道平滑肌细胞增殖过程中起着至关重要的作用[8],且与COPD细支气管中层平滑肌的增厚呈正相关[9]。
在COPD中,长期支气管肺部炎症能降低HDAC2活性和表达[10]。气道气流受限程度与肺部HDAC2活性和表达呈负相关[11]。本实验模型对照组气道管壁和ASM厚度较正常对照组明显增高,提示模型对照组大鼠有ASM异常增殖。模型对照组NF-κB p65 mRNA和蛋白表达均明显增高,HDAC2mRNA和蛋白的表达明显降低,提示气道炎症促使ASM中HDAC2的基因和蛋白表达降低,由此促进NF-κB p65的基因转录,激活NF-κB通路,促进模型大鼠ASM增殖。
肺虚卫气不足,卫外不固,呼吸道防御机能和免疫调节能力下降,则易受邪侵而发病。随病情发展,又常累及他脏,肺病及脾、肺虚及肾,三脏相互作用,其功能失调导致痰瘀的产生。COPD形成并持续发展会进一步加重肺气虚。因此,重视COPD肺气虚证的治疗尤为重要。参芪补肺汤由黄芪、党参、补骨脂、丹参、紫菀、百部、桑白皮组成。诸药合用以补肺气为首要,共奏补肺化痰活血之功。笔者应用参芪补肺汤干预模型大鼠,实验结果表明参芪补肺汤组和氨茶碱组气道管壁和ASM厚度以及NF-κB p65 mRNA和蛋白表达均较模型对照组明显降低,而HDAC2mRNA和蛋白表达较模型对照组明显升高,提示参芪补肺汤通过提高HDAC2表达,进一步抑制NF-κB p65基因转录,阻断NF-κB途径,从而抑制模型大鼠ASM增殖。
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