七叶皂苷钠通过调控ERK/STAT3信号轴促进胰腺腺泡细胞凋亡进而影响急性胰腺炎转归

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目的:急性胰腺炎(Acute pancreatitis,AP)是临床常见的急腹症之一,其发病率在世界范围内逐步攀升。尽管大部分患者以轻症急性胰腺炎为主,但仍有约20%的患者罹患重症急性胰腺炎。重症急性胰腺炎(Severe Acute pancreatitis,SAP)因常伴有全身炎症反应综合征(SIRS)和/或多器官功能障碍(MODS)而导致较高的死亡率。目前针对急性胰腺炎的治疗主要以保守治疗为主,只有在出现局部并发症并伴有严重感染或不可减轻的腹痛等症状时才考虑手术干预。尽管在众多临床科研工作者的共同努力下,重症急性胰腺炎的死亡率已明显下降,但随之带来的后续并发症却出现抬头趋势,其原因皆归结于尚无针对AP治疗的特效药。中医药在人类医学乃至人类文明史中起着不可磨灭的作用。中医认为AP疾病早期与肝郁气滞等有关,而后期则以脾气虚、气阴两伤为主;气机郁滞不畅、气化受阻引起津液布散障碍,形成痰湿等病理产物而发病。《中国药典》记载:娑罗子能疏肝理气,和胃止痛,主治肝胃气滞,胸腹胀闷,胃脘疼痛。七叶皂苷是从娑罗子中提取纯化而来的皂苷类化合物,是药物合成的重要先导,其药理与娑罗子具有很多相似之处。近年来动物实验已经证实七叶皂苷类具有良好的抗炎、抗水肿以及抗肿瘤等作用,但对急性胰腺炎尤其是重症急性胰腺炎的治疗作用却鲜有报道,且机制未阐明。因此本文以七叶皂苷钠(Escin Sodium,ES)为研究对象,探讨七叶皂苷钠对急性胰腺炎的作用以及其可能的潜在作用机制。方法:1.根据参考文献,采用经胰胆管逆行注射5%牛黄胆酸钠对SD大鼠进行AP造模。50只大鼠随机分为5组,每组10只。分组如下:空白对照组(Control组)、急性胰腺炎模型组(AP组)、急性胰腺炎+七叶皂苷钠低浓度组(AP+ES1mg/kg)、急性胰腺炎+七叶皂苷钠中浓度组(AP+ES 3mg/kg)、急性胰腺炎+七叶皂苷钠高浓度组(AP+ES 6mg/kg)。所有动物造模前禁食12h,并于造模前1h按组别给予不同干预措施。七叶皂苷钠干预组(低、中、高)分别经腹腔注射不同浓度的七叶皂苷溶液,Control组和AP组经腹腔注射同量级的0.9%氯化钠注射液。造模24小时后,充分麻醉大鼠,抽血、取胰腺组织、肝脏组织。检测血清淀粉酶、脂肪酶含量;PCR检测胰腺组织TNF-α、IL-6、IL-10、IL-1β、IL-18炎症因子转录水平;H&E检查评估各组胰腺组织病理状态变化;免疫组化评估各组胰腺组织MPO表达水平变化。根据以上结果综合评估七叶皂苷钠对AP大鼠的保护作用。以AR42J细胞为研究对象进行体外实验研究。采用MTT法检测STC和ES对细胞毒性的影响。AR42J细胞均匀种在6孔板内,控制细胞密度约为1*10~5/孔,将细胞随机分为5组:Con组、AP组、AP+ES(10μg/ml)组、AP+ES(20μg/ml)组、AP+ES(30μg/ml)组。七叶皂苷钠干预组用不同浓度的药物预保护性用药1h后,再加入STC分别刺激4h,8h制造AP模型。刺激结束后,取上清至5ml EP管中,分别检测上清液淀粉酶、脂肪酶水平。PCR检测各组细胞TNF-α、IL-6、IL-10、IL-1β、IL-18炎症因子转录水平。2.七叶皂苷钠影响AP转归与细胞死亡方式的探讨。动物实验和细胞实验分组同上。Western Blots检测各组胰腺组织凋亡蛋白、焦亡蛋白表达情况;免疫组化检测各组胰腺组织焦亡蛋白水平变化。流式细胞分析各组AR42J细胞早期凋亡比例;Western Blots检测各组细胞焦亡蛋白表达情况。活性氧探针、钙探针装载各组AR42J细胞,检测各组细胞内ROS水平和胞内钙离子浓度;Hoechst33342和Mito-Tracker分别检测细胞凋亡情况和线粒体膜电位水平。3.七叶皂苷钠促进AP状态下腺泡细胞凋亡与ERK/STAT3信号通路的相关性。动物实验分组同上,Western Blots检测各组胰腺组织p-ERK、ERK、p-STAT3、STAT3蛋白表达水平。采用MTT法检测PD980059对AR42J细胞毒性的影响。AR42J细胞均匀种在6孔板内,控制细胞密度约为1*10~5/孔,将细胞随机分为5组:Con组、AP组、AP+ES(20μg/ml)组、AP+PD98059(10μM)组、AP+ES+PD98059组。七叶皂苷钠和PD98059分别预保护性用药1h后,再加入STC分别刺激4h,8h。Western Blots检测各组p-ERK、ERK、p-STAT3、STAT3表达水平,流式细胞仪分析各组AR42J细胞早期凋亡比例。4.利用网络药理学预测并分析七叶皂苷钠对急性胰腺炎作用的靶点以及可能机制。从数据库中检索七叶皂苷钠药物靶点和急性胰腺炎疾病相关基因,二者交集即为七叶皂苷钠治疗急性胰腺炎的靶标基因,构建靶标基因PPI网络,筛选出核心基因,利用David数据库对核心基因进行GO和KEGG分析,寻找七叶皂苷治疗急性胰腺炎可能的作用机制。结果:1.体内实验结果表明,与Con组相比,AP组淀粉酶、脂肪酶水平明显升高;TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-18炎症因子转录水平显著升高,IL-10转录水平降低;胰腺组织损伤严重,组织病理学评分较低;组织中MPO蛋白表达明显升高。与AP组相比,不同浓度的七叶皂苷钠干预后均能降低血清淀粉酶、脂肪酶水平,抑制TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-18炎症因子转录,其中七叶皂苷钠中浓度组能提高胰腺组织IL-10的转录水平。此外,七叶皂苷钠干预后能缓解胰腺组织损伤,降低胰腺组织病理学评分;不同程度地下调胰腺组织MPO蛋白水平表达。体外实验结果表明,与Con组相比,AP组细胞上清液淀粉酶水平升高,细胞TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-18转录水平升高;七叶皂苷钠能降低细胞上清液淀粉酶水平,下调TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-18转录水平。2.体内实验表明,与AP组相比,七叶皂苷钠中浓度组能促进腺泡细胞凋亡,上调Caspase-3、P53表达,下调Bcl-2/Bax比例。流式细胞仪分析结果显示,AP组与七叶皂苷钠干预组总凋亡比例均升高,但AP组以晚期凋亡/坏死为主,而七叶皂苷钠干预后则以早期凋亡为主,且七叶皂苷钠(20μg/ml)组促进早期凋亡效果更显著。活性氧实验结果显示七叶皂苷钠能触发腺泡细胞内活性氧的产生;细胞内钙探针实验结果显示AP状态下细胞内钙离子浓度显著升高,出现钙超载,而七叶皂苷钠能不同程度的降低胞内钙离子浓度,且以中浓度剂量降低更为明显。Hoechst33342结果提示:七叶皂苷钠能促进细胞凋亡,镜下观察以胞核质浓缩。Mito-Tracker结果显示AP组线粒体膜电位水平降低,七叶皂苷钠干预后能一过性提高线粒体膜电位水平。3.体内实验表明,AP组大鼠胰腺组织中p-ERK和p-STAT3均呈高表达,而七叶皂苷钠干预后(中、低浓度组)能降低p-ERK、p-STAT3水平,其中p-STAT3以核蛋白水平下降为主。为探讨七叶皂苷钠是否通过调控ERK/STAT3轴促进细胞凋亡,在体外实验,通过ERK抑制剂—PD98059进一步验证。结果表明,七叶皂苷钠与PD98059均能下调p-ERK、p-STAT3表达,并且p-STAT3以胞核蛋白下调为主,但联合用药后并未显示加强趋势。流式细胞结果提示,PD98059与七叶皂苷钠均能促进细胞早期凋亡。Western Blots结果显示,PD98059同七叶皂苷钠均能促进细胞Caspase-3、P53蛋白表达,降低Bcl-2/Bax比例。4.网络药理分析显示七叶皂苷治疗急性胰腺炎的交集基因有109个,主要分子学功能涉及:Protein binding、ATP binding、Dopamine neurotransmitter receptor activity、Enzyme binding、Protein kinase binding、Drug binding等;主要通路57集中于:Neuroactive ligand-receptor interaction、Inflammatory mediator regulation of TRP channels、Calcium signaling pathway、HIF-1 signaling pathway、Chemokine signaling pathway等。因此七叶皂苷钠可能通过多靶点、多通路治疗急性胰腺炎。结论:1.七叶皂苷钠能降低AP状态下淀粉酶、脂肪酶水平,下调炎症因子转录水平,改善胰腺组织病理损伤,降低组织MPO表达;七叶皂苷钠能降低模型组AR42J细胞淀粉酶水平,降低炎症因子转录水平。2.七叶皂苷钠对AP转归的改善可能与促进体内外腺泡细胞凋亡,触发细胞内活性氧产生,降低胞内钙离子浓度,一过性升高线粒体膜电位有关。此外,胰腺腺泡细胞在AP状态下可发生焦亡,但不作为主流方式影响AP转归。3.七叶皂苷钠通过调控ERK/STAT3信号轴促进腺泡细胞凋亡。4.网络药理分析七叶皂苷钠可能通过多靶点、多通路治疗急性胰腺炎。
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