引用本文: 鄧文宏, 郭聞一, 孫榮澤, 項明偉, 趙亮, 石喬, 王衛星. 花姜酮通過NF-κB保護重癥急性胰腺炎大鼠胰腺損傷. 中國普外基礎與臨床雜志, 2016, 23(1): 28-32. doi: 10.7507/1007-9424.20160007 復制
急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)是一種常見多發病,臨床上以急性腹痛、淀粉酶升高為特征。臨床上急性胰腺炎病情差異較大,急性水腫性胰腺炎可無明顯并發癥且短期內自愈。重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis,SAP)是指急性胰腺炎伴有胰外臟器損傷及功能不全,或出現壞死、膿腫或假性囊腫等局部并發癥,或同時具備全身表現和局部表現。迄今SAP尚缺乏有效的特異性治療方法,病死率高達20%~30% [1-2]。
花姜酮是一種天然植物成分,首次從東南亞姜科植物紅球姜中得到,可以抑制炎癥和腫瘤發生、發展過程中的信號通路,發揮抗炎和抗腫瘤的作用[3-5],紅球姜本身作為緩解腹痛、止瀉的植物藥被廣泛應用,筆者所在研究小組的前期研究[6]認為,花姜酮對SAP大鼠的癥狀具有一定緩解作用,并初步確定其最佳劑量,但其具體機理尚未明確。本研究探討了花姜酮對SAP大鼠胰腺損傷的保護作用及其可能的途徑,旨在為臨床防治SAP時的胰腺損傷提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 主要實驗材料和實驗動物及分組
牛黃膽酸鈉(STC)購自Sigma公司,花姜酮購于海南Kingherb’s公司,磷脂酶A2測定試劑盒購于美國Cayman公司,核因子-κB(Nuclear Factor-kappa B,NF-κB)p65抗體購自美國sigma公司。雄性Wistar大鼠70只(湖北省疾病預防控制中心提供),SPF級,體質量200~250 g。按照隨機數字表法隨機分為4組:正常對照組(NC組,n=10),SAP組(n=40),花姜酮預處理組(ZER組,n=10),花姜酮藥物對照組(ZER-CON組,n=10)。其中SAP組又分為建模后1、3、6及12 h 4個時間點組(n=10)。
1.2 模型制備以及標本采集
1.2.1 SAP模型制備
實驗用Wistar大鼠術前禁食12 h、不禁水,以10%水合氯醛腹腔注射(3 mL/kg)麻醉,常規碘伏消毒,開腹后以無損傷鑷子尋找胰腺。取5%牛磺膽酸鈉溶液(1 mL/kg)沿胰膽管逆行注射造模。NC組制備同SAP組,但不向膽胰管注入5%硫磺膽酸鈉溶液,而是注射等量生理鹽水。ZER組操作處理同SAP組,但于模型制備前30 min由股靜脈穿刺給予10 mg/kg的花姜酮溶液。ZER-CON組操作處理同NC組,但于模型制備前30 min由股靜脈穿刺給予10 mg/kg的花姜酮溶液。SAP組大鼠分4個時間點取材,其他3組大鼠僅于造模后12 h取材。
1.2.2 標本采集
以5 mL注射器經心臟穿刺抽血約3 mL,經高速離心機以3 000 r/min離心(r=12 cm)15 min后取上層血清入EP管,-20 ℃保存備用。以干棉球吸附大鼠腹水。剪取各組大鼠腺腺組織約0.3 cm見方的組織塊,經4%多聚甲醛固定24 h、梯度乙醇脫水、二甲苯浸泡、石蠟包埋。
1.3 檢測指標及方法
1.3.1 大鼠死亡率觀察
觀察各組大鼠死亡數,計算其死亡率。
1.3.2 腹水量測定
用電子分析天平分別記錄干棉球重量(干重,mg)及汲取腹水后的重量(濕重,mg),計算腹水量(mg)=濕重-干重。
1.3.3 血清淀粉酶(AMY)檢測
采用筆者所在醫院檢驗科全自動生化分析儀測定血清淀粉酶水平。
1.3.4 磷脂酶A2測定
按照試劑盒操作說明進行。
1.3.5 胰腺組織病理學檢測
采用雙盲法,由兩位病理科醫師在光鏡下觀察胰腺組織病理學改變并評分。根據Schmidt等[7]提出的胰腺病理評分標準,即按水腫、腺泡壞死、出血和脂肪壞死、炎癥和血管炎性細胞浸潤進行病理學評分。
1.3.6 胰腺NF-κB p65蛋白表達檢測
取大鼠胰腺組織約0.3 cm見方的組織塊,用10%甲醛液固定24 h,石蠟包埋切片,采用SP法行免疫組織化學檢查。陽性表達為視野內組織被染成棕黃色,表達的強弱以(+++)、(++)、(+)和(-)表示,并設置陰性對照組。
1.4 統計學方法
采用SPSS 20.0統計軟件分析。實驗結果以均數±標準差(
2 結果
2.1 各組大鼠死亡情況觀察結果
NC組大鼠無死亡;SAP組大鼠建模后1 h及3 h均無死亡,6 h死亡者為1/10,12 h死亡者為3/10;ZER組及ZER-CON組大鼠也均無死亡。
2.2 腹水量測定結果
NC組大鼠腹腔只有極少量腹水,無色透明。SAP組大鼠各時間點均有腹水形成,且隨著建模后時間的延長,腹水顏色由淺黃色逐漸變成紅褐色,腹水量也逐漸增多,均明顯多于NC組(P<0.05)。12 h時,ZER組的腹水量較SAP組大鼠明顯減少(P<0.05),但明顯多于NC組及ZER-CON組(P<0.05),ZER-CON組與NC組大鼠的腹水量相近,其差異無統計學意義(P>0.05)。見圖 1。

2.3 血清AMY檢測結果
SAP組大鼠血清AMY水平隨著建模時間的延長逐漸升高,各時相間比較差異有統計學意義(P<0.05),且均明顯高于NC組(P<0.05);12 h時,ZER組大鼠血清AMY水平較SAP組大鼠明顯下降(P<0.05),ZER-CON組與NC組大鼠的血清AMY水平相近,其差異無統計學意義(P>0.05)。見圖 2。
2.4 血清磷脂酶A2檢測結果
SAP組大鼠血清磷脂酶A2水平隨著建模時間的延長逐漸升高,至6 h達高峰,隨后下降,其3、6及12 h的血清磷脂酶A2水平均明顯高于NC組(P<0.05),但1 h的磷脂酶A2水平與NC組相比差異無統計學意義(P>0.05)。12 h時,ZER組大鼠的血清磷脂酶A2水平明顯低于SAP組(P<0.05),ZER-CON組與NC組大鼠的血清磷脂酶A2水平相近,其差異無統計學意義(P>0.05)。見圖 3。
2.5 胰腺組織病理學改變
光鏡下見:NC組大鼠胰腺組織基本正常,無水腫、出血及炎癥細胞浸潤(圖 4A);SAP組大鼠胰腺組織進行性的腺泡細胞腫大,小葉間隔及葉間隔增寬,腺泡逐漸壞死,胰腺小血管出血逐漸增多(圖 4B);ZER組大鼠的胰腺水腫、腺泡壞死、血管外和間隔內出血及炎癥細胞浸潤均較SAP組12 h的改變有不同程度的減輕(圖 4C);ZER-CON組大鼠胰腺組織的改變同NC組(圖 4D)。
SAP組大鼠的胰腺組織病理評分隨著建模時間的延長而逐漸升高,各時相間的差異均有統計學意義(P<0.05),且均高于NC組(P<0.05);12 h時,ZER組大鼠的胰腺組織病理評分較SAP組明顯下降(P<0.05),ZER-CON組與NC組大鼠的胰腺組織病理評分相近,其差異無統計學意義(P>0.05)。見圖 5。

2.6 胰腺組織NF-κB p65蛋白表達檢測結果
NF-κB p65蛋白陽性表達為視野內組織被染成棕黃色。NC組胰腺組織中NF-κB p65蛋白表達呈弱陽性,細胞核無黃染,僅少量細胞質黃染,呈弱陽性表達(+);SAP組的NF-κB p65蛋白于細胞核內及細胞質中均呈強陽性表達(+++);ZER組的NF-κB p65蛋白在細胞核內及細胞質中的表達明顯減弱(+);ZER-CON組無NF-κB p65蛋白表達。具體見圖 6。

3 討論
2013年亞特蘭大胰腺炎分類標準根據胰腺炎的嚴重程度進行了修訂[8],經修訂的AP分類明確了疾病的兩個階段:早期和晚期。分為輕癥AP、中度重癥急性胰腺炎(moderately Severe acute pancreatitis,MSAP)和SAP。輕癥AP是最常見的形式,無器官衰竭,無局部或全身并發癥,通常在第1周內緩解;MSAP是指出現短暫性器官功能衰竭、局部并發癥或合并疾病加重的情況;SAP是由持續的器官衰竭,即器官衰竭時間大于48 h,并合并有胰周積液、胰腺和胰周壞死(無菌或感染性),假性囊腫和周圍組織的壞死(無菌或感染性)。其中SAP雖僅占AP患者的10%左右,但起病急、進展快、死亡率高,仍然是臨床上的治療難點。目前SAP治療的理念著重于液體復蘇、生長抑素應用、營養支持、預防、控制胰腺壞死等方面[9-11]。近年來,中藥的抗炎作用越來越受到學者的重視[12-13]。
花姜酮(C15H22O,Zerumbone)是一種天然的植物提取物,首次從東南亞姜科植物紅球姜的根莖組織中得到[14]。花姜酮具有抗凋亡和抑制炎癥多種生理學和藥理學作用[15-17]。Murakami等[18]指出,花姜酮可以在動物實驗中被用于治療潰瘍性結腸炎以及炎癥性腸病,通過環氧合酶、前列腺素、白介素等起到抗炎作用。花姜酮可以減少脂多糖刺激巨噬細胞導致的一氧化氮合酶(iNOS)、環氧酶2(COX-2)、一氧化氮(NO)及前列腺素E2(PGE-2)的表達[19]。Murakami等[20]還發現,花姜酮可以抑制人前髓細胞HL-60和倉鼠卵巢細胞產生的O2-、NO2-,抑制巨噬細胞產生iNOS、COX-2以及TNF-α的釋放。但花姜酮對于腹部炎癥的作用效果及具體機理尚未明確,花姜酮也尚未能成為臨床實用制劑。
筆者所在研究團隊的前期研究結[6]果證實:AP時應用花姜酮治療的最佳劑量為10 mg/kg。本研究在SAP模型的基礎上,使用花姜酮進行干預,其對SAP時胰腺損傷的治療效應明顯:結果發現,隨著建模時間的延長,SAP組大鼠的胰腺原位損傷逐漸加重,胰腺病理評分逐漸升高,反應胰腺功能的酶學指標水平也逐漸升高,符合SAP發病機理中的胰酶自身消化學說;應用花姜酮后(ZER組),發現大鼠的腹水量減少,反應胰腺功能的酶學指標水平降低,對于胰腺組織的病理學改變有很好的改善作用;單獨應用花姜酮藥物對照后(ZER-CON組),其反應胰腺功能的酶學指標水平及胰腺組織的病理改變與正常大鼠(NC組)差別不大,提示花姜酮藥物本身對于正常大鼠無明顯副作用。
以往的研究[21-22]證明,RelA/p65 NF-κB亞基的活化在胰腺炎的炎癥反應中起了關鍵作用。在正常細胞中,細胞漿內的核因子κB抑制蛋白(I-κB)與NF-κB蛋白緊密結合,抑制NF-κB的活化[23-24]。當受到外界刺激時,細胞漿內I-κB蛋白迅速磷酸化解聚,與NF-κB分離,使得NF-κB蛋白進入細胞核內,與DNA結合,引起下游炎癥因子大量激活,進一步引起炎癥瀑布效應[25]。大量研究[26-29]表明,應用花姜酮可以下調NF-κB分子的表達。本研究觀察到,SAP大鼠與正常大鼠相比,胰腺組織中NF-κB大量在細胞核內活化,應用花姜酮后,其活化明顯減少。該結果提示,花姜酮對SAP大鼠胰腺的保護作用可能是通過抑制核因子NF-κB途徑實現的。
急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)是一種常見多發病,臨床上以急性腹痛、淀粉酶升高為特征。臨床上急性胰腺炎病情差異較大,急性水腫性胰腺炎可無明顯并發癥且短期內自愈。重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis,SAP)是指急性胰腺炎伴有胰外臟器損傷及功能不全,或出現壞死、膿腫或假性囊腫等局部并發癥,或同時具備全身表現和局部表現。迄今SAP尚缺乏有效的特異性治療方法,病死率高達20%~30% [1-2]。
花姜酮是一種天然植物成分,首次從東南亞姜科植物紅球姜中得到,可以抑制炎癥和腫瘤發生、發展過程中的信號通路,發揮抗炎和抗腫瘤的作用[3-5],紅球姜本身作為緩解腹痛、止瀉的植物藥被廣泛應用,筆者所在研究小組的前期研究[6]認為,花姜酮對SAP大鼠的癥狀具有一定緩解作用,并初步確定其最佳劑量,但其具體機理尚未明確。本研究探討了花姜酮對SAP大鼠胰腺損傷的保護作用及其可能的途徑,旨在為臨床防治SAP時的胰腺損傷提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 主要實驗材料和實驗動物及分組
牛黃膽酸鈉(STC)購自Sigma公司,花姜酮購于海南Kingherb’s公司,磷脂酶A2測定試劑盒購于美國Cayman公司,核因子-κB(Nuclear Factor-kappa B,NF-κB)p65抗體購自美國sigma公司。雄性Wistar大鼠70只(湖北省疾病預防控制中心提供),SPF級,體質量200~250 g。按照隨機數字表法隨機分為4組:正常對照組(NC組,n=10),SAP組(n=40),花姜酮預處理組(ZER組,n=10),花姜酮藥物對照組(ZER-CON組,n=10)。其中SAP組又分為建模后1、3、6及12 h 4個時間點組(n=10)。
1.2 模型制備以及標本采集
1.2.1 SAP模型制備
實驗用Wistar大鼠術前禁食12 h、不禁水,以10%水合氯醛腹腔注射(3 mL/kg)麻醉,常規碘伏消毒,開腹后以無損傷鑷子尋找胰腺。取5%牛磺膽酸鈉溶液(1 mL/kg)沿胰膽管逆行注射造模。NC組制備同SAP組,但不向膽胰管注入5%硫磺膽酸鈉溶液,而是注射等量生理鹽水。ZER組操作處理同SAP組,但于模型制備前30 min由股靜脈穿刺給予10 mg/kg的花姜酮溶液。ZER-CON組操作處理同NC組,但于模型制備前30 min由股靜脈穿刺給予10 mg/kg的花姜酮溶液。SAP組大鼠分4個時間點取材,其他3組大鼠僅于造模后12 h取材。
1.2.2 標本采集
以5 mL注射器經心臟穿刺抽血約3 mL,經高速離心機以3 000 r/min離心(r=12 cm)15 min后取上層血清入EP管,-20 ℃保存備用。以干棉球吸附大鼠腹水。剪取各組大鼠腺腺組織約0.3 cm見方的組織塊,經4%多聚甲醛固定24 h、梯度乙醇脫水、二甲苯浸泡、石蠟包埋。
1.3 檢測指標及方法
1.3.1 大鼠死亡率觀察
觀察各組大鼠死亡數,計算其死亡率。
1.3.2 腹水量測定
用電子分析天平分別記錄干棉球重量(干重,mg)及汲取腹水后的重量(濕重,mg),計算腹水量(mg)=濕重-干重。
1.3.3 血清淀粉酶(AMY)檢測
采用筆者所在醫院檢驗科全自動生化分析儀測定血清淀粉酶水平。
1.3.4 磷脂酶A2測定
按照試劑盒操作說明進行。
1.3.5 胰腺組織病理學檢測
采用雙盲法,由兩位病理科醫師在光鏡下觀察胰腺組織病理學改變并評分。根據Schmidt等[7]提出的胰腺病理評分標準,即按水腫、腺泡壞死、出血和脂肪壞死、炎癥和血管炎性細胞浸潤進行病理學評分。
1.3.6 胰腺NF-κB p65蛋白表達檢測
取大鼠胰腺組織約0.3 cm見方的組織塊,用10%甲醛液固定24 h,石蠟包埋切片,采用SP法行免疫組織化學檢查。陽性表達為視野內組織被染成棕黃色,表達的強弱以(+++)、(++)、(+)和(-)表示,并設置陰性對照組。
1.4 統計學方法
采用SPSS 20.0統計軟件分析。實驗結果以均數±標準差(
2 結果
2.1 各組大鼠死亡情況觀察結果
NC組大鼠無死亡;SAP組大鼠建模后1 h及3 h均無死亡,6 h死亡者為1/10,12 h死亡者為3/10;ZER組及ZER-CON組大鼠也均無死亡。
2.2 腹水量測定結果
NC組大鼠腹腔只有極少量腹水,無色透明。SAP組大鼠各時間點均有腹水形成,且隨著建模后時間的延長,腹水顏色由淺黃色逐漸變成紅褐色,腹水量也逐漸增多,均明顯多于NC組(P<0.05)。12 h時,ZER組的腹水量較SAP組大鼠明顯減少(P<0.05),但明顯多于NC組及ZER-CON組(P<0.05),ZER-CON組與NC組大鼠的腹水量相近,其差異無統計學意義(P>0.05)。見圖 1。

2.3 血清AMY檢測結果
SAP組大鼠血清AMY水平隨著建模時間的延長逐漸升高,各時相間比較差異有統計學意義(P<0.05),且均明顯高于NC組(P<0.05);12 h時,ZER組大鼠血清AMY水平較SAP組大鼠明顯下降(P<0.05),ZER-CON組與NC組大鼠的血清AMY水平相近,其差異無統計學意義(P>0.05)。見圖 2。
2.4 血清磷脂酶A2檢測結果
SAP組大鼠血清磷脂酶A2水平隨著建模時間的延長逐漸升高,至6 h達高峰,隨后下降,其3、6及12 h的血清磷脂酶A2水平均明顯高于NC組(P<0.05),但1 h的磷脂酶A2水平與NC組相比差異無統計學意義(P>0.05)。12 h時,ZER組大鼠的血清磷脂酶A2水平明顯低于SAP組(P<0.05),ZER-CON組與NC組大鼠的血清磷脂酶A2水平相近,其差異無統計學意義(P>0.05)。見圖 3。
2.5 胰腺組織病理學改變
光鏡下見:NC組大鼠胰腺組織基本正常,無水腫、出血及炎癥細胞浸潤(圖 4A);SAP組大鼠胰腺組織進行性的腺泡細胞腫大,小葉間隔及葉間隔增寬,腺泡逐漸壞死,胰腺小血管出血逐漸增多(圖 4B);ZER組大鼠的胰腺水腫、腺泡壞死、血管外和間隔內出血及炎癥細胞浸潤均較SAP組12 h的改變有不同程度的減輕(圖 4C);ZER-CON組大鼠胰腺組織的改變同NC組(圖 4D)。
SAP組大鼠的胰腺組織病理評分隨著建模時間的延長而逐漸升高,各時相間的差異均有統計學意義(P<0.05),且均高于NC組(P<0.05);12 h時,ZER組大鼠的胰腺組織病理評分較SAP組明顯下降(P<0.05),ZER-CON組與NC組大鼠的胰腺組織病理評分相近,其差異無統計學意義(P>0.05)。見圖 5。

2.6 胰腺組織NF-κB p65蛋白表達檢測結果
NF-κB p65蛋白陽性表達為視野內組織被染成棕黃色。NC組胰腺組織中NF-κB p65蛋白表達呈弱陽性,細胞核無黃染,僅少量細胞質黃染,呈弱陽性表達(+);SAP組的NF-κB p65蛋白于細胞核內及細胞質中均呈強陽性表達(+++);ZER組的NF-κB p65蛋白在細胞核內及細胞質中的表達明顯減弱(+);ZER-CON組無NF-κB p65蛋白表達。具體見圖 6。

3 討論
2013年亞特蘭大胰腺炎分類標準根據胰腺炎的嚴重程度進行了修訂[8],經修訂的AP分類明確了疾病的兩個階段:早期和晚期。分為輕癥AP、中度重癥急性胰腺炎(moderately Severe acute pancreatitis,MSAP)和SAP。輕癥AP是最常見的形式,無器官衰竭,無局部或全身并發癥,通常在第1周內緩解;MSAP是指出現短暫性器官功能衰竭、局部并發癥或合并疾病加重的情況;SAP是由持續的器官衰竭,即器官衰竭時間大于48 h,并合并有胰周積液、胰腺和胰周壞死(無菌或感染性),假性囊腫和周圍組織的壞死(無菌或感染性)。其中SAP雖僅占AP患者的10%左右,但起病急、進展快、死亡率高,仍然是臨床上的治療難點。目前SAP治療的理念著重于液體復蘇、生長抑素應用、營養支持、預防、控制胰腺壞死等方面[9-11]。近年來,中藥的抗炎作用越來越受到學者的重視[12-13]。
花姜酮(C15H22O,Zerumbone)是一種天然的植物提取物,首次從東南亞姜科植物紅球姜的根莖組織中得到[14]。花姜酮具有抗凋亡和抑制炎癥多種生理學和藥理學作用[15-17]。Murakami等[18]指出,花姜酮可以在動物實驗中被用于治療潰瘍性結腸炎以及炎癥性腸病,通過環氧合酶、前列腺素、白介素等起到抗炎作用。花姜酮可以減少脂多糖刺激巨噬細胞導致的一氧化氮合酶(iNOS)、環氧酶2(COX-2)、一氧化氮(NO)及前列腺素E2(PGE-2)的表達[19]。Murakami等[20]還發現,花姜酮可以抑制人前髓細胞HL-60和倉鼠卵巢細胞產生的O2-、NO2-,抑制巨噬細胞產生iNOS、COX-2以及TNF-α的釋放。但花姜酮對于腹部炎癥的作用效果及具體機理尚未明確,花姜酮也尚未能成為臨床實用制劑。
筆者所在研究團隊的前期研究結[6]果證實:AP時應用花姜酮治療的最佳劑量為10 mg/kg。本研究在SAP模型的基礎上,使用花姜酮進行干預,其對SAP時胰腺損傷的治療效應明顯:結果發現,隨著建模時間的延長,SAP組大鼠的胰腺原位損傷逐漸加重,胰腺病理評分逐漸升高,反應胰腺功能的酶學指標水平也逐漸升高,符合SAP發病機理中的胰酶自身消化學說;應用花姜酮后(ZER組),發現大鼠的腹水量減少,反應胰腺功能的酶學指標水平降低,對于胰腺組織的病理學改變有很好的改善作用;單獨應用花姜酮藥物對照后(ZER-CON組),其反應胰腺功能的酶學指標水平及胰腺組織的病理改變與正常大鼠(NC組)差別不大,提示花姜酮藥物本身對于正常大鼠無明顯副作用。
以往的研究[21-22]證明,RelA/p65 NF-κB亞基的活化在胰腺炎的炎癥反應中起了關鍵作用。在正常細胞中,細胞漿內的核因子κB抑制蛋白(I-κB)與NF-κB蛋白緊密結合,抑制NF-κB的活化[23-24]。當受到外界刺激時,細胞漿內I-κB蛋白迅速磷酸化解聚,與NF-κB分離,使得NF-κB蛋白進入細胞核內,與DNA結合,引起下游炎癥因子大量激活,進一步引起炎癥瀑布效應[25]。大量研究[26-29]表明,應用花姜酮可以下調NF-κB分子的表達。本研究觀察到,SAP大鼠與正常大鼠相比,胰腺組織中NF-κB大量在細胞核內活化,應用花姜酮后,其活化明顯減少。該結果提示,花姜酮對SAP大鼠胰腺的保護作用可能是通過抑制核因子NF-κB途徑實現的。