引用本文: 洪育蒲, 郭聞一, 趙亮, 鄧文宏, 項明偉, 余佳, 周瑜, 王衛星. 4-苯基丁酸對重癥急性胰腺炎大鼠肝損傷的保護作用. 中國普外基礎與臨床雜志, 2017, 24(1): 18-23. doi: 10.7507/1007-9424.201605067 復制
重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis,SAP)是急性胰腺炎的嚴重狀態,伴隨持續的其他器官損傷或功能衰竭。SAP并發肝損傷是常見的胰外臟器損傷之一,但其損傷機理尚未完全明了。肝細胞具有豐富的內質網,當受到有害因素刺激時,未折疊或錯誤折疊的蛋白質在內質網積聚,發生內質網應激(endoplasmic reticulum stress,ERS)[1],進而激活未折疊蛋白反應(unfolded protein response,UPR鴐。已有研究表明,ERS在急性胰腺炎中發揮了重要作用[2],并可能參與SAP肝損傷過程[3]。4-苯基丁酸(4-phenylbutyric acid,PBA)是一種小分子脂肪酸,已在臨床上用于治療尿素循環紊亂[4];同時,它還具有調節ERS,減輕應激損傷的作用[5]。故本研究擬通過建立SAP大鼠模型,觀察PBA對SAP大鼠肝損傷的影響,并初步探討其作用機制。
1 材料與方法
1.1 實驗動物與試劑
成年雄性SPF級SD大鼠24只,購自湖南斯萊克景達實驗動物有限公司,體質量200~220 g,適應性喂養 2~3 d。使用隨機數字表法將實驗大鼠隨機分為假手術組(SO組鴐、SAP組及PBA干預組(PBA組鴐,每組 8 只。PBA和牛磺膽酸鈉(STC)購于Sigma公司,異氟烷購于雅培公司,大鼠葡萄糖調節蛋白78(glucose-regulated protein,GRP78鴐、CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白(CCAAT/ enhancer binding protein homologous protein,CHOP)及Caspase-3抗體均購自Abcam公司,EliVision super檢測試劑盒購自福建邁新生物技術開發有限公司。
1.2 動物模型制備及標本采集
1.2.1 動物模型制備 大鼠術前12 h禁食,自由飲水,稱重。異氟烷氣體麻醉后消毒鋪巾,沿腹正中線切口開腹,尋找十二指腸,暴露胰膽管,經十二指腸大乳頭開口處逆行胰膽管注射5%牛磺膽酸鈉(sodium taurocholate,STC)生理鹽水溶液(1 mL/kg大鼠體質量),以微型無損傷血管夾夾閉胰膽管兩端 5 min后觀察胰腺水腫、出血及壞死情況[6]。逐層關腹,消毒。SO組大鼠開腹后僅翻動十二指腸及胰腺后關腹。PBA組在SAP造模前 3 d經腹腔注射PBA生理鹽水溶液(50 mg/kg大鼠體質量)[7],SAP組及SO組在造模前 3 d經腹腔注射等體積的生理鹽水。
1.2.2 標本采集 造模術后12 h再次麻醉大鼠,開腹后經下腔靜脈采血 3 mL,離心后分離血清(4 000×g、離心半徑10 cm、離心時間10 min鴐,分裝后–20 ℃保存備檢。取大鼠胰頭及肝右葉組織,經4%多聚甲醛固定,常規石蠟包埋。
1.3 檢測指標及方法
1.3.1 血清酶學指標檢測 應用全自動多功能生化分析儀檢測大鼠血清淀粉酶(amylase,AMY鴐、谷丙轉氨酶(alanine aminotransferase,ALT)及谷草轉氨酶(aspartate transaminase,AST)的水平。
1.3.2 大鼠胰腺及肝臟組織病理學觀察 石蠟切片脫蠟后,梯度乙醇水化,經蘇木精-伊紅(HE)染色,再梯度脫水并中性樹膠封片固定。在光鏡下觀察胰腺及肝臟的病理學改變,每張切片隨機選取 6 個高倍視野(×200鴐,分別參照Schmidt等[8]與Camargo等[9]的方法進行胰腺組織的病理學評分和肝臟組織的病理學分級。
1.3.3 肝臟組織中GRP78、CHOP及Caspase-3蛋白表達檢測 采用參考文獻[10]的方法。選取具有代表性的12 h肝臟組織切片,脫蠟后梯度水化,高溫抗原修復后冷卻至室溫,3%過氧化氫滅活內源性過氧化氫酶,一抗(GRP78、CHOP、Caspase-3)孵育后4 ℃過夜,二抗孵育后經DAB顯色,蘇木精染色,鹽酸乙醇分化后依次脫水,中性樹膠封片固定。以高倍視野下細胞質/細胞核棕黃色顆粒為陽性表達。采用Image-pro plus 6.0專業圖像分析軟件進行分析,測定陽性染色部位的累積光密度值(integratedoptical density,IOD)作為結果進行統計學分析。
1.4 統計學方法
應用SPSS 22.0統計軟件進行分析。計量數據以均數±標準差( ±s)表示,各組間差異采用單因素方差分析ANOVA檢驗,肝臟病理學分級采用Kruskall-Wallis非參數檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 大鼠血清酶學水平
與SO組比較,SAP組大鼠血清AMY水平顯著升高(P<0.05鴐,PBA組AMY水平較SAP組略有降低,但差異無統計學意義(P>0.05鴐。SAP組大鼠血清ALT及AST水平高于SO組(P<0.05鴐,PBA組ALT及AST水平水平則較SAP組降低(P<0.05鴐,但ALT仍高于SO組(P<0.05鴐。見圖 1。

2.2 大鼠胰腺組織病理學改變與評分
SO組大鼠胰腺光鏡下未見明顯異常改變。SAP組光鏡下可見胰腺結構明顯破壞,可見大量凝固樣壞死,殘存腺泡明顯水腫,伴有出血、炎性細胞浸潤等改變,胰腺病理學評分高于SO組(P<0.05鴐。PBA組胰腺腺泡壞死范圍明顯減少,水腫、出血及炎性浸潤明顯減輕,胰腺病理學評分較SAP組降低(P<0.05鴐,但仍高于SO組(P<0.05鴐。見圖 2 及圖 3。


2.3 大鼠肝臟組織病理學改變與分級
SO組大鼠肝臟光鏡下未見明顯異常改變。SAP組肝臟光鏡下可見血竇擴張、瘀血,肝細胞排列紊亂、水腫、空泡形成及炎性浸潤,部分出現肝點狀壞死等改變,其肝臟組織病理學分級高于SO組(P<0.05鴐。PBA組肝臟部分細胞水腫、空泡變性、瘀血及炎性浸潤明顯減輕,肝臟組織病理學分級較SAP組降低(P<0.05鴐,但仍高于SO組(P<0.05鴐。見表 1 和圖 4。


2.4 肝臟組織中GRP78、CHOP及Caspase-3蛋白表達檢測結果
GRP78蛋白在肝臟組織中的陽性表達為細胞質被染成棕黃色。SO組大鼠肝細胞中GRP78蛋白在細胞質中少量表達;SAP組大鼠肝細胞質中GRP78蛋白大量表達,可見大片黃染;PBA組大鼠肝細胞質中GRP78蛋白表達較SAP組明顯減少。與SO組比較,SAP組GRP78蛋白表達的IOD增高,差異有統計學意義(P<0.05鴐;PBA組GRP78蛋白表達的IOD較SAP組降低,差異有統計學意義(P<0.05鴐,但仍高于SO組(P<0.05鴐。見圖 5 及圖 6。


CHOP及Caspase-3蛋白在肝臟組織中的陽性表達為細胞質或細胞核被染成棕黃色。SO組大鼠肝細胞中CHOP及Caspase-3蛋白在細胞質及細胞核內有少許表達;SAP組大鼠肝細胞CHOP及Caspase-3蛋白廣泛表達于細胞質及細胞核內;PBA組大鼠肝細胞質及細胞核內可見少量CHOP及Caspase-3蛋白的表達。與SO組比較,SAP組CHOP及Caspase-3蛋白表達的IOD增高,差異有統計學意義鲙P<0.05鴐;PBA組CHOP及Caspase-3蛋白表達的IOD較SAP組降低,差異有統計學意義(P<0.05鴐。見圖 7~圖10。




3 討論
SAP發生后胰酶、促炎因子及壞死物質入血可直接或間接損傷肝臟,同時腸道血液循環和功能障礙,腸道菌群易位,內毒素入血,經門靜脈回流入肝,加重肝損傷[11-12],進而導致肝臟對毒性物質及生物活性物質的解毒作用下降,這些物質進入體循環后成為全身組織和器官損傷加重的基礎,加重SAP病情,影響患者預后[13-14]。
在本實驗中,SAP造模后術后12 h,大鼠血清AMY與肝臟酶學指標ALT及AST明顯升高,胰腺及肝臟組織病理學改變顯示SAP大鼠胰腺及肝臟損傷嚴重,胰腺病理學評分與肝臟病理學分級顯著高于SO組,與筆者前期研究結果[15]一致,說明SAP組造模成功,且存在肝損傷。本研究通過對SAP大鼠腹腔注射PBA預處理,大鼠血清ALT及AST水平明顯降低,肝臟病理學分級得到改善,提示PBA可以減輕SAP大鼠的肝臟損傷。
ERS發生時,內質網膜上的GRP78蛋白表達明顯增加,與未折疊或錯誤折疊的蛋白結合,增強這些蛋白的折疊和降解,促進細胞內質網恢復穩態[16-17]。當ERS持續存在并且不能被克服時,內質網穩態超過自身調節能力,UPR可激活細胞內包括CHOP在內的促凋亡蛋白,進而誘導細胞凋亡[18-19]。ERS與多種疾病相關,被認為是乙醇性肝損傷、膽汁淤積性肝炎及乙肝所致急性肝衰竭等肝臟疾病的重要機制[20-22]。因此,人為干預ERS反應過程和強度,有可能減輕細胞損傷,改善疾病的進展[23]。已有研究[24]表明,GRP78與CHOP是內質網應激的重要標志蛋白。本研究結果也顯示,在SAP造模術后12 h,肝臟GRP78及CHOP蛋白表達明顯增加,提示SAP時肝組織發生了內質網應激。Caspase-3是Caspase級聯反應中下游的關鍵效應蛋白酶,在細胞凋亡過程中起了重要作用。本實驗中SAP組肝臟細胞Caspase-3蛋白表達比SO組明顯升高,這提示SAP可使肝臟Caspase-3蛋白表達上調,造成肝細胞凋亡增加。這與既往文獻[25]報道的基本一致。以上結果說明,SAP時可能通過ERS途徑誘導肝細胞凋亡,進而導致肝功能障礙。
PBA是一種化學性分子伴侶,可以穩定蛋白構象,改善內質網折疊能力,減少UPR,參與運輸突變蛋白,從而減輕ERS所致的損傷[26-27]。本研究PBA組肝臟GRP78、CHOP及Caspase-3蛋白表達均較SAP組明顯降低。提示PBA的干預可能是通過抑制GRP78及CHOP蛋白的表達,減輕了ERS反應過程和強度,進而減少了SAP所致的肝損傷。
本實驗通過建立大鼠SAP肝損傷模型,觀察到ERS參與了SAP大鼠肝損傷過程,而給予PBA干預可通過抑制ERS通路減輕肝細胞損傷和凋亡的程度。這為SAP相關肝損傷發生的治療提供了新的理論依據,但具體機制仍有待進一步研究。
重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis,SAP)是急性胰腺炎的嚴重狀態,伴隨持續的其他器官損傷或功能衰竭。SAP并發肝損傷是常見的胰外臟器損傷之一,但其損傷機理尚未完全明了。肝細胞具有豐富的內質網,當受到有害因素刺激時,未折疊或錯誤折疊的蛋白質在內質網積聚,發生內質網應激(endoplasmic reticulum stress,ERS)[1],進而激活未折疊蛋白反應(unfolded protein response,UPR鴐。已有研究表明,ERS在急性胰腺炎中發揮了重要作用[2],并可能參與SAP肝損傷過程[3]。4-苯基丁酸(4-phenylbutyric acid,PBA)是一種小分子脂肪酸,已在臨床上用于治療尿素循環紊亂[4];同時,它還具有調節ERS,減輕應激損傷的作用[5]。故本研究擬通過建立SAP大鼠模型,觀察PBA對SAP大鼠肝損傷的影響,并初步探討其作用機制。
1 材料與方法
1.1 實驗動物與試劑
成年雄性SPF級SD大鼠24只,購自湖南斯萊克景達實驗動物有限公司,體質量200~220 g,適應性喂養 2~3 d。使用隨機數字表法將實驗大鼠隨機分為假手術組(SO組鴐、SAP組及PBA干預組(PBA組鴐,每組 8 只。PBA和牛磺膽酸鈉(STC)購于Sigma公司,異氟烷購于雅培公司,大鼠葡萄糖調節蛋白78(glucose-regulated protein,GRP78鴐、CCAAT/增強子結合蛋白同源蛋白(CCAAT/ enhancer binding protein homologous protein,CHOP)及Caspase-3抗體均購自Abcam公司,EliVision super檢測試劑盒購自福建邁新生物技術開發有限公司。
1.2 動物模型制備及標本采集
1.2.1 動物模型制備 大鼠術前12 h禁食,自由飲水,稱重。異氟烷氣體麻醉后消毒鋪巾,沿腹正中線切口開腹,尋找十二指腸,暴露胰膽管,經十二指腸大乳頭開口處逆行胰膽管注射5%牛磺膽酸鈉(sodium taurocholate,STC)生理鹽水溶液(1 mL/kg大鼠體質量),以微型無損傷血管夾夾閉胰膽管兩端 5 min后觀察胰腺水腫、出血及壞死情況[6]。逐層關腹,消毒。SO組大鼠開腹后僅翻動十二指腸及胰腺后關腹。PBA組在SAP造模前 3 d經腹腔注射PBA生理鹽水溶液(50 mg/kg大鼠體質量)[7],SAP組及SO組在造模前 3 d經腹腔注射等體積的生理鹽水。
1.2.2 標本采集 造模術后12 h再次麻醉大鼠,開腹后經下腔靜脈采血 3 mL,離心后分離血清(4 000×g、離心半徑10 cm、離心時間10 min鴐,分裝后–20 ℃保存備檢。取大鼠胰頭及肝右葉組織,經4%多聚甲醛固定,常規石蠟包埋。
1.3 檢測指標及方法
1.3.1 血清酶學指標檢測 應用全自動多功能生化分析儀檢測大鼠血清淀粉酶(amylase,AMY鴐、谷丙轉氨酶(alanine aminotransferase,ALT)及谷草轉氨酶(aspartate transaminase,AST)的水平。
1.3.2 大鼠胰腺及肝臟組織病理學觀察 石蠟切片脫蠟后,梯度乙醇水化,經蘇木精-伊紅(HE)染色,再梯度脫水并中性樹膠封片固定。在光鏡下觀察胰腺及肝臟的病理學改變,每張切片隨機選取 6 個高倍視野(×200鴐,分別參照Schmidt等[8]與Camargo等[9]的方法進行胰腺組織的病理學評分和肝臟組織的病理學分級。
1.3.3 肝臟組織中GRP78、CHOP及Caspase-3蛋白表達檢測 采用參考文獻[10]的方法。選取具有代表性的12 h肝臟組織切片,脫蠟后梯度水化,高溫抗原修復后冷卻至室溫,3%過氧化氫滅活內源性過氧化氫酶,一抗(GRP78、CHOP、Caspase-3)孵育后4 ℃過夜,二抗孵育后經DAB顯色,蘇木精染色,鹽酸乙醇分化后依次脫水,中性樹膠封片固定。以高倍視野下細胞質/細胞核棕黃色顆粒為陽性表達。采用Image-pro plus 6.0專業圖像分析軟件進行分析,測定陽性染色部位的累積光密度值(integratedoptical density,IOD)作為結果進行統計學分析。
1.4 統計學方法
應用SPSS 22.0統計軟件進行分析。計量數據以均數±標準差( ±s)表示,各組間差異采用單因素方差分析ANOVA檢驗,肝臟病理學分級采用Kruskall-Wallis非參數檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 大鼠血清酶學水平
與SO組比較,SAP組大鼠血清AMY水平顯著升高(P<0.05鴐,PBA組AMY水平較SAP組略有降低,但差異無統計學意義(P>0.05鴐。SAP組大鼠血清ALT及AST水平高于SO組(P<0.05鴐,PBA組ALT及AST水平水平則較SAP組降低(P<0.05鴐,但ALT仍高于SO組(P<0.05鴐。見圖 1。

2.2 大鼠胰腺組織病理學改變與評分
SO組大鼠胰腺光鏡下未見明顯異常改變。SAP組光鏡下可見胰腺結構明顯破壞,可見大量凝固樣壞死,殘存腺泡明顯水腫,伴有出血、炎性細胞浸潤等改變,胰腺病理學評分高于SO組(P<0.05鴐。PBA組胰腺腺泡壞死范圍明顯減少,水腫、出血及炎性浸潤明顯減輕,胰腺病理學評分較SAP組降低(P<0.05鴐,但仍高于SO組(P<0.05鴐。見圖 2 及圖 3。


2.3 大鼠肝臟組織病理學改變與分級
SO組大鼠肝臟光鏡下未見明顯異常改變。SAP組肝臟光鏡下可見血竇擴張、瘀血,肝細胞排列紊亂、水腫、空泡形成及炎性浸潤,部分出現肝點狀壞死等改變,其肝臟組織病理學分級高于SO組(P<0.05鴐。PBA組肝臟部分細胞水腫、空泡變性、瘀血及炎性浸潤明顯減輕,肝臟組織病理學分級較SAP組降低(P<0.05鴐,但仍高于SO組(P<0.05鴐。見表 1 和圖 4。


2.4 肝臟組織中GRP78、CHOP及Caspase-3蛋白表達檢測結果
GRP78蛋白在肝臟組織中的陽性表達為細胞質被染成棕黃色。SO組大鼠肝細胞中GRP78蛋白在細胞質中少量表達;SAP組大鼠肝細胞質中GRP78蛋白大量表達,可見大片黃染;PBA組大鼠肝細胞質中GRP78蛋白表達較SAP組明顯減少。與SO組比較,SAP組GRP78蛋白表達的IOD增高,差異有統計學意義(P<0.05鴐;PBA組GRP78蛋白表達的IOD較SAP組降低,差異有統計學意義(P<0.05鴐,但仍高于SO組(P<0.05鴐。見圖 5 及圖 6。


CHOP及Caspase-3蛋白在肝臟組織中的陽性表達為細胞質或細胞核被染成棕黃色。SO組大鼠肝細胞中CHOP及Caspase-3蛋白在細胞質及細胞核內有少許表達;SAP組大鼠肝細胞CHOP及Caspase-3蛋白廣泛表達于細胞質及細胞核內;PBA組大鼠肝細胞質及細胞核內可見少量CHOP及Caspase-3蛋白的表達。與SO組比較,SAP組CHOP及Caspase-3蛋白表達的IOD增高,差異有統計學意義鲙P<0.05鴐;PBA組CHOP及Caspase-3蛋白表達的IOD較SAP組降低,差異有統計學意義(P<0.05鴐。見圖 7~圖10。




3 討論
SAP發生后胰酶、促炎因子及壞死物質入血可直接或間接損傷肝臟,同時腸道血液循環和功能障礙,腸道菌群易位,內毒素入血,經門靜脈回流入肝,加重肝損傷[11-12],進而導致肝臟對毒性物質及生物活性物質的解毒作用下降,這些物質進入體循環后成為全身組織和器官損傷加重的基礎,加重SAP病情,影響患者預后[13-14]。
在本實驗中,SAP造模后術后12 h,大鼠血清AMY與肝臟酶學指標ALT及AST明顯升高,胰腺及肝臟組織病理學改變顯示SAP大鼠胰腺及肝臟損傷嚴重,胰腺病理學評分與肝臟病理學分級顯著高于SO組,與筆者前期研究結果[15]一致,說明SAP組造模成功,且存在肝損傷。本研究通過對SAP大鼠腹腔注射PBA預處理,大鼠血清ALT及AST水平明顯降低,肝臟病理學分級得到改善,提示PBA可以減輕SAP大鼠的肝臟損傷。
ERS發生時,內質網膜上的GRP78蛋白表達明顯增加,與未折疊或錯誤折疊的蛋白結合,增強這些蛋白的折疊和降解,促進細胞內質網恢復穩態[16-17]。當ERS持續存在并且不能被克服時,內質網穩態超過自身調節能力,UPR可激活細胞內包括CHOP在內的促凋亡蛋白,進而誘導細胞凋亡[18-19]。ERS與多種疾病相關,被認為是乙醇性肝損傷、膽汁淤積性肝炎及乙肝所致急性肝衰竭等肝臟疾病的重要機制[20-22]。因此,人為干預ERS反應過程和強度,有可能減輕細胞損傷,改善疾病的進展[23]。已有研究[24]表明,GRP78與CHOP是內質網應激的重要標志蛋白。本研究結果也顯示,在SAP造模術后12 h,肝臟GRP78及CHOP蛋白表達明顯增加,提示SAP時肝組織發生了內質網應激。Caspase-3是Caspase級聯反應中下游的關鍵效應蛋白酶,在細胞凋亡過程中起了重要作用。本實驗中SAP組肝臟細胞Caspase-3蛋白表達比SO組明顯升高,這提示SAP可使肝臟Caspase-3蛋白表達上調,造成肝細胞凋亡增加。這與既往文獻[25]報道的基本一致。以上結果說明,SAP時可能通過ERS途徑誘導肝細胞凋亡,進而導致肝功能障礙。
PBA是一種化學性分子伴侶,可以穩定蛋白構象,改善內質網折疊能力,減少UPR,參與運輸突變蛋白,從而減輕ERS所致的損傷[26-27]。本研究PBA組肝臟GRP78、CHOP及Caspase-3蛋白表達均較SAP組明顯降低。提示PBA的干預可能是通過抑制GRP78及CHOP蛋白的表達,減輕了ERS反應過程和強度,進而減少了SAP所致的肝損傷。
本實驗通過建立大鼠SAP肝損傷模型,觀察到ERS參與了SAP大鼠肝損傷過程,而給予PBA干預可通過抑制ERS通路減輕肝細胞損傷和凋亡的程度。這為SAP相關肝損傷發生的治療提供了新的理論依據,但具體機制仍有待進一步研究。