引用本文: 何光珍, 黃革, 陳毅斐, 朱芳芳, 楊炯, 高亞東. 白藜蘆醇對哮喘小鼠氣道重塑的抑制作用. 中國呼吸與危重監護雜志, 2017, 16(3): 223-227. doi: 10.7507/1671-6205.201607027 復制
支氣管哮喘是由過敏、免疫、炎癥、功能紊亂等多種致病因素引起的臨床常見的慢性疾病[1-3],其主要特征為慢性氣道炎癥、氣道高反應性及氣道重塑[4]。氣道慢性炎癥的刺激可引起氣道平滑肌遷移、增殖、肥大及細胞外基質聚集、新生血管形成、炎細胞浸潤、黏液腺分泌增加、腺體肥大、肌成纖維細胞形成及新生小血管形成等氣道重塑的一系列病理生理改變[4]。這些病理改變引起不可逆性氣流受限和持續性氣道高反應性,對激素治療反應差。白藜蘆醇(3,5,4′-三羥基苯二烯,resveratrol,RV)是一種多酚類化合物,廣泛存在于葡萄、草莓、花生等植物中,具有抗炎、抗氧化、抗癌、保護心血管等作用[5],被用于呼吸、消化、心血管、神經、腫瘤等疾病的研究。近年來,RV 在過敏性疾病中的相關研究逐漸增多。Lee 等[6]和 Aich 等[7]研究發現 RV 在哮喘小鼠模型中有減輕支氣管炎癥、改善氣道高反應性等抗哮喘作用;Ni 等[8]研究表明 RV 在慢性哮喘小鼠模型中通過調節黏蛋白 5AC(MUC5AC)的表達抑制支氣管黏液腺分泌黏液,推測 RV 可能在哮喘氣道病理改變中發揮作用。另有 Wei 等[9]研究表明RV可抑制腹腔損傷組織粘連重構過程中的膠原合成、α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達、肌成纖維細胞形成等;Chang 等[10]研究證實 RV 可抑制肺、肝、腎、頰黏膜等多種器官和組織的肌成纖維細胞形成;最近研究也發現,RV 在心肌重塑過程中具有保護作用[11]。因此,RV 可能具有抗纖維化及抑制組織重構的作用,但其在哮喘小鼠氣道重塑過程中的作用尚不清楚。本研究通過 RV 干預慢性哮喘小鼠模型,探討 RV 在哮喘小鼠氣道重塑中的作用。
1 材料與方法
1.1 材料
24 只 6~8 周齡雌性 BALB/c 小鼠(SPF 級),購買自湖北省疾控中心,飼養于武漢大學 A3 實驗動物中心。雞卵清蛋白(OVA)粉劑和 RV 粉劑購自 Sigma-Aldrich 公司;注射用氫氧化鋁凝膠購自美國 Thermo Fisher Scientific 公司;α-SMA 鼠抗人多克隆抗體購自丹麥 Dako 公司。
1.2 方法
1.2.1 慢性哮喘小鼠模型的建立及分組 將 24 只雌性小鼠隨機分成 3 組,即對照組、哮喘組、RV 組,每組 8 只。每組小鼠均于第 0、7、14 d 腹腔注射(i.p.)200 μl 致敏液;該致敏液含 20 μg OVA 粉劑、2 mg 氫氧化鋁凝膠溶于 PBS,斡旋器斡旋 30 min 使 OVA 粉劑和氫氧化鋁凝膠充分混勻;自第 21 d 到第 63 d,戊巴比妥鈉(70 mg/kg)腹腔注射麻醉小鼠后,OVA(40 μg/只)滴鼻(i.n.)激發哮喘組和 RV 組,磷酸鹽緩沖溶液(PBS)激發對照組,連續激發 6 周,每周 3 次,共激發 18 次[12-13]。每次激發前 30 min,RV 組腹腔注射溶于二甲基亞砜(DMSO)的白藜蘆醇溶液(12.5 mg/kg),對照組和哮喘組腹腔注射等量的 DMSO。哮喘組和白藜蘆醇組小鼠經 OVA 激發后,可觀察到小鼠出現頻繁嗆咳、呼吸頻率加快,口唇黏膜輕度發紺、部分小鼠可聞及哮鳴音等哮喘急性發作癥狀[14-15]。小鼠慢性哮喘模型建立及干預具體流程見圖 1。

1.2.2 標本制備 最后一次激發 24 h 后頸椎脫臼處死小鼠,無菌剪刀鑷子開胸取出肺組織,用內含 2 mL 10% 中性甲醛的無菌 EP 管固定肺組織并過夜,石蠟充分包埋肺組織,切片機切取肺組織塊制片,用于過碘酸希夫(PAS)染色、Masson 染色及 α-SMA 免疫組化測定。
1.2.3 杯狀細胞 PAS 染色 石蠟包埋的組織切片,經脫蠟液化處理,先用 3% 的乙酸溶液洗滌,阿爾辛蘭法染色后蒸餾水沖洗,0.5% 的過碘酸溶液染色后蒸餾水沖洗,70% 的酒精洗滌后希夫液染色 15 min,流水沖洗 10 min,蘇木精染色染胞核 10 s,流水沖洗切片,梯度濃度的乙醇使切片脫水,二甲苯使切片透明,中性樹膠封閉固定切片[16]。光學顯微鏡(Olympus,DP80)觀察每張切片染色情況,隨機采集 3 個支氣管結構較完整且直徑為 150~300 μm 的圖像(高倍視野 200×),用于分析支氣管黏膜杯狀細胞的增生情況。采集的圖像用 Image-Pro Plus 6.0 圖像分析軟件測定支氣管黏膜 PAS 陽性面積(μm2)和支氣管基底膜周長(μm),計算 PAS 陽性面積/支氣管基底膜周長比(μm2/μm)[17]。
1.2.4 膠原 Masson 染色 切片脫蠟液化,去離子水沖洗,室溫下 Bouin’s 液固定過夜。流水沖洗后 Harris 蘇木素染色 3 min,流水沖洗 5 min,去離子水漂洗干凈,麗春紅酸性品紅溶液染色 3 min,去離子水充分沖洗,磷鉬酸分化 1 min,擦拭干凈載玻片上的磷鉬酸殘留液,苯胺藍復染切片 1 min,置于乙醇溶液 2 min,去離子水沖洗,梯度乙醇脫水,二甲苯使其透明,中性樹膠固定封片[18]。光學顯微鏡(Olympus,DP80)觀察每張切片染色情況,隨機采集 3 個支氣管結構較完整且直徑為 150~300 μm 的圖像(高倍視野 200×),用于分析上皮下膠原沉積情況。采集的圖像用 Image-Pro Plus 6.0 圖像分析軟件測定上皮下 Masson 陽性面積(μm2)和支氣管基底膜周長(μm),計算 Masson 陽性面積/支氣管基底膜周長比(μm2/μm)[17]。
1.2.5 支氣管 α-SMA 免疫組化染色 石蠟包被的組織切片脫蠟液化處理,PBS 洗 3 次,每次 5 min。3% 的過氧化氫室溫孵育后 PBS 洗 3 次,每次 5 min。0.01 mol/L 的枸櫞酸鹽緩沖液(pH 6.0)處理切片加熱修復抗原(加熱 4 次,6 min/次),室溫下 15% 的山羊血清封閉切片 30 min,滴加鼠抗 α-SMA 抗體 4 ℃ 過夜后滴加過氧化物酶標記的 IgE 二抗,室溫孵育 60 min,DAB 顯色處理 5~10 min,流水充分沖洗,脫水、透明并封閉固定封片[16]。光學顯微鏡(Olympus,DP80)觀察每張切片染色情況,隨機采集 3 個支氣管結構較完整且直徑為 150~300 μm 的圖像(高倍視野 200×),用于分析支氣管平滑肌增生情況。采集的圖像用 Image-Pro Plus 6.0 圖像分析軟件測定支氣管 α-SMA 陽性面積(μm2)和支氣管基底膜周長(μm),計算 α-SMA 陽性面積/支氣管基底膜周長比(μm2/μm)[17]。
1.3 統計學方法
采用 SPSS 22.0 統計軟件分析實驗數據,數據用均數±標準差( )表示,采用方差齊性檢驗比較多組數據間均數,單因素方差分析比較組間差異,P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 支氣管黏膜杯狀細胞增生情況
對照組未見 PAS 陽性區域,哮喘組(5.44±1.13)和 RV 組(4.18±0.85)較對照組(0.00±0.00)杯狀細胞增生明顯加強(P 均=0.00),且 RV 組杯狀細胞增生情況較哮喘組明顯減輕(F=72.477,P=0.018)。結果見圖 2。

2.2 支氣管上皮下膠原沉積情況
Masson 染色結果顯示哮喘組(9.80±2.78)和 RV 組(5.71±0.68)較對照組(1.67±0.65)支氣管上皮下膠原沉積明顯加重(P 均=0.00),且 RV 組上皮下膠原沉積情況較哮喘組明顯減輕(F=34.899,P=0.00)。結果見圖 3。

2.3 支氣管平滑肌增生情況
α-SMA 免疫組化分析結果顯示哮喘組(10.39±1.65)和 RV 組(7.57±1.98)較對照組(2.41±1.06)支氣管平滑肌增生情況明顯加重(P 均=0.00),且 RV 組支氣管平滑肌增生情況較哮喘組明顯減少(F=25.815,P=0.011)。結果見圖 4。

3 討論
本研究中,我們發現白藜蘆醇可以抑制慢性哮喘模型的氣道重塑過程,包括杯狀細胞增生、上皮下膠原沉積,以及氣道平滑肌細胞的增生、肥厚。
白藜蘆醇是一種植物中提取的多酚類化合物,具有抗氧化和抗纖維化的作用,對皮膚、心肌纖維化過程具有明顯的抑制作用[11, 19]。在肺組織中,白藜蘆醇可以抑制正常人及特發性肺纖維化患者的氣道平滑肌 α-SMA 表達[20],提示白藜蘆醇可能具有抗氣道重塑的作用。
氣道重塑是慢性控制不良哮喘患者發生不可逆氣流受限的重要原因。在長期慢性氣道炎癥的刺激下,氣道結構發生改變,包括上皮細胞脫落、上皮下膠原沉積及纖維化、杯狀細胞增生、黏液腺肥大、肌成纖維細胞和氣道平滑肌細胞增生、新生小血管形成等[21]。因此,抑制慢性氣道重塑已經成為慢性哮喘患者的重要治療目標,但目前哮喘的主要治療手段,即吸入糖皮質激素聯合 β 2 受體激動劑,對氣道重塑的作用有限。我們既往研究提示沙美特羅對白細胞介素-13 刺激的大鼠氣道平滑肌細胞增生具有一定抑制的作用,隨后進一步研究提示可能與 β 2受體下游信號途徑 cAMP 直接激活的交換蛋白(Epac)作用有關[22],Epac 抑制劑可加重慢性哮喘小鼠氣道重塑過程[23]。由于白藜蘆醇可以競爭性抑制磷酸二酯酶受體,上調胞內 cAMP 的濃度,激活 Epac[24],因此理論上白藜蘆醇具有抑制慢性哮喘小鼠氣道重塑的作用。此外,既往研究也證實白藜蘆醇具有抑制哮喘氣道炎癥的作用[25],而我們的研究表明白藜蘆醇可抑制慢性哮喘小鼠氣道重塑,這些研究提示白藜蘆醇在哮喘氣道病理改變過程中發揮抑制氣道慢性炎癥及氣道重塑等多重作用,具有良好的應用前景。
本研究中我們通過白藜蘆醇干預慢性哮喘小鼠模型,初步證實了白藜蘆醇對氣道重塑具有抑制作用,提示白藜蘆醇在哮喘治療中具有潛在的應用價值。本研究也存在不足之處:(1)實驗組樣本量較少,引起膠原沉積及氣道平滑肌細胞增生肥大的炎癥因子未檢測;(2)白藜蘆醇對體外分離的氣道上皮細胞、成纖維細胞、氣道平滑肌細胞的增殖及細胞因子、膠原分泌的作用未檢測;(3)由于條件所限,未能檢測白藜蘆醇干預后哮喘小鼠氣道高反應性的變化。這些不足將在后續的研究中進一步完善。
支氣管哮喘是由過敏、免疫、炎癥、功能紊亂等多種致病因素引起的臨床常見的慢性疾病[1-3],其主要特征為慢性氣道炎癥、氣道高反應性及氣道重塑[4]。氣道慢性炎癥的刺激可引起氣道平滑肌遷移、增殖、肥大及細胞外基質聚集、新生血管形成、炎細胞浸潤、黏液腺分泌增加、腺體肥大、肌成纖維細胞形成及新生小血管形成等氣道重塑的一系列病理生理改變[4]。這些病理改變引起不可逆性氣流受限和持續性氣道高反應性,對激素治療反應差。白藜蘆醇(3,5,4′-三羥基苯二烯,resveratrol,RV)是一種多酚類化合物,廣泛存在于葡萄、草莓、花生等植物中,具有抗炎、抗氧化、抗癌、保護心血管等作用[5],被用于呼吸、消化、心血管、神經、腫瘤等疾病的研究。近年來,RV 在過敏性疾病中的相關研究逐漸增多。Lee 等[6]和 Aich 等[7]研究發現 RV 在哮喘小鼠模型中有減輕支氣管炎癥、改善氣道高反應性等抗哮喘作用;Ni 等[8]研究表明 RV 在慢性哮喘小鼠模型中通過調節黏蛋白 5AC(MUC5AC)的表達抑制支氣管黏液腺分泌黏液,推測 RV 可能在哮喘氣道病理改變中發揮作用。另有 Wei 等[9]研究表明RV可抑制腹腔損傷組織粘連重構過程中的膠原合成、α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達、肌成纖維細胞形成等;Chang 等[10]研究證實 RV 可抑制肺、肝、腎、頰黏膜等多種器官和組織的肌成纖維細胞形成;最近研究也發現,RV 在心肌重塑過程中具有保護作用[11]。因此,RV 可能具有抗纖維化及抑制組織重構的作用,但其在哮喘小鼠氣道重塑過程中的作用尚不清楚。本研究通過 RV 干預慢性哮喘小鼠模型,探討 RV 在哮喘小鼠氣道重塑中的作用。
1 材料與方法
1.1 材料
24 只 6~8 周齡雌性 BALB/c 小鼠(SPF 級),購買自湖北省疾控中心,飼養于武漢大學 A3 實驗動物中心。雞卵清蛋白(OVA)粉劑和 RV 粉劑購自 Sigma-Aldrich 公司;注射用氫氧化鋁凝膠購自美國 Thermo Fisher Scientific 公司;α-SMA 鼠抗人多克隆抗體購自丹麥 Dako 公司。
1.2 方法
1.2.1 慢性哮喘小鼠模型的建立及分組 將 24 只雌性小鼠隨機分成 3 組,即對照組、哮喘組、RV 組,每組 8 只。每組小鼠均于第 0、7、14 d 腹腔注射(i.p.)200 μl 致敏液;該致敏液含 20 μg OVA 粉劑、2 mg 氫氧化鋁凝膠溶于 PBS,斡旋器斡旋 30 min 使 OVA 粉劑和氫氧化鋁凝膠充分混勻;自第 21 d 到第 63 d,戊巴比妥鈉(70 mg/kg)腹腔注射麻醉小鼠后,OVA(40 μg/只)滴鼻(i.n.)激發哮喘組和 RV 組,磷酸鹽緩沖溶液(PBS)激發對照組,連續激發 6 周,每周 3 次,共激發 18 次[12-13]。每次激發前 30 min,RV 組腹腔注射溶于二甲基亞砜(DMSO)的白藜蘆醇溶液(12.5 mg/kg),對照組和哮喘組腹腔注射等量的 DMSO。哮喘組和白藜蘆醇組小鼠經 OVA 激發后,可觀察到小鼠出現頻繁嗆咳、呼吸頻率加快,口唇黏膜輕度發紺、部分小鼠可聞及哮鳴音等哮喘急性發作癥狀[14-15]。小鼠慢性哮喘模型建立及干預具體流程見圖 1。

1.2.2 標本制備 最后一次激發 24 h 后頸椎脫臼處死小鼠,無菌剪刀鑷子開胸取出肺組織,用內含 2 mL 10% 中性甲醛的無菌 EP 管固定肺組織并過夜,石蠟充分包埋肺組織,切片機切取肺組織塊制片,用于過碘酸希夫(PAS)染色、Masson 染色及 α-SMA 免疫組化測定。
1.2.3 杯狀細胞 PAS 染色 石蠟包埋的組織切片,經脫蠟液化處理,先用 3% 的乙酸溶液洗滌,阿爾辛蘭法染色后蒸餾水沖洗,0.5% 的過碘酸溶液染色后蒸餾水沖洗,70% 的酒精洗滌后希夫液染色 15 min,流水沖洗 10 min,蘇木精染色染胞核 10 s,流水沖洗切片,梯度濃度的乙醇使切片脫水,二甲苯使切片透明,中性樹膠封閉固定切片[16]。光學顯微鏡(Olympus,DP80)觀察每張切片染色情況,隨機采集 3 個支氣管結構較完整且直徑為 150~300 μm 的圖像(高倍視野 200×),用于分析支氣管黏膜杯狀細胞的增生情況。采集的圖像用 Image-Pro Plus 6.0 圖像分析軟件測定支氣管黏膜 PAS 陽性面積(μm2)和支氣管基底膜周長(μm),計算 PAS 陽性面積/支氣管基底膜周長比(μm2/μm)[17]。
1.2.4 膠原 Masson 染色 切片脫蠟液化,去離子水沖洗,室溫下 Bouin’s 液固定過夜。流水沖洗后 Harris 蘇木素染色 3 min,流水沖洗 5 min,去離子水漂洗干凈,麗春紅酸性品紅溶液染色 3 min,去離子水充分沖洗,磷鉬酸分化 1 min,擦拭干凈載玻片上的磷鉬酸殘留液,苯胺藍復染切片 1 min,置于乙醇溶液 2 min,去離子水沖洗,梯度乙醇脫水,二甲苯使其透明,中性樹膠固定封片[18]。光學顯微鏡(Olympus,DP80)觀察每張切片染色情況,隨機采集 3 個支氣管結構較完整且直徑為 150~300 μm 的圖像(高倍視野 200×),用于分析上皮下膠原沉積情況。采集的圖像用 Image-Pro Plus 6.0 圖像分析軟件測定上皮下 Masson 陽性面積(μm2)和支氣管基底膜周長(μm),計算 Masson 陽性面積/支氣管基底膜周長比(μm2/μm)[17]。
1.2.5 支氣管 α-SMA 免疫組化染色 石蠟包被的組織切片脫蠟液化處理,PBS 洗 3 次,每次 5 min。3% 的過氧化氫室溫孵育后 PBS 洗 3 次,每次 5 min。0.01 mol/L 的枸櫞酸鹽緩沖液(pH 6.0)處理切片加熱修復抗原(加熱 4 次,6 min/次),室溫下 15% 的山羊血清封閉切片 30 min,滴加鼠抗 α-SMA 抗體 4 ℃ 過夜后滴加過氧化物酶標記的 IgE 二抗,室溫孵育 60 min,DAB 顯色處理 5~10 min,流水充分沖洗,脫水、透明并封閉固定封片[16]。光學顯微鏡(Olympus,DP80)觀察每張切片染色情況,隨機采集 3 個支氣管結構較完整且直徑為 150~300 μm 的圖像(高倍視野 200×),用于分析支氣管平滑肌增生情況。采集的圖像用 Image-Pro Plus 6.0 圖像分析軟件測定支氣管 α-SMA 陽性面積(μm2)和支氣管基底膜周長(μm),計算 α-SMA 陽性面積/支氣管基底膜周長比(μm2/μm)[17]。
1.3 統計學方法
采用 SPSS 22.0 統計軟件分析實驗數據,數據用均數±標準差( )表示,采用方差齊性檢驗比較多組數據間均數,單因素方差分析比較組間差異,P<0.05 為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 支氣管黏膜杯狀細胞增生情況
對照組未見 PAS 陽性區域,哮喘組(5.44±1.13)和 RV 組(4.18±0.85)較對照組(0.00±0.00)杯狀細胞增生明顯加強(P 均=0.00),且 RV 組杯狀細胞增生情況較哮喘組明顯減輕(F=72.477,P=0.018)。結果見圖 2。

2.2 支氣管上皮下膠原沉積情況
Masson 染色結果顯示哮喘組(9.80±2.78)和 RV 組(5.71±0.68)較對照組(1.67±0.65)支氣管上皮下膠原沉積明顯加重(P 均=0.00),且 RV 組上皮下膠原沉積情況較哮喘組明顯減輕(F=34.899,P=0.00)。結果見圖 3。

2.3 支氣管平滑肌增生情況
α-SMA 免疫組化分析結果顯示哮喘組(10.39±1.65)和 RV 組(7.57±1.98)較對照組(2.41±1.06)支氣管平滑肌增生情況明顯加重(P 均=0.00),且 RV 組支氣管平滑肌增生情況較哮喘組明顯減少(F=25.815,P=0.011)。結果見圖 4。

3 討論
本研究中,我們發現白藜蘆醇可以抑制慢性哮喘模型的氣道重塑過程,包括杯狀細胞增生、上皮下膠原沉積,以及氣道平滑肌細胞的增生、肥厚。
白藜蘆醇是一種植物中提取的多酚類化合物,具有抗氧化和抗纖維化的作用,對皮膚、心肌纖維化過程具有明顯的抑制作用[11, 19]。在肺組織中,白藜蘆醇可以抑制正常人及特發性肺纖維化患者的氣道平滑肌 α-SMA 表達[20],提示白藜蘆醇可能具有抗氣道重塑的作用。
氣道重塑是慢性控制不良哮喘患者發生不可逆氣流受限的重要原因。在長期慢性氣道炎癥的刺激下,氣道結構發生改變,包括上皮細胞脫落、上皮下膠原沉積及纖維化、杯狀細胞增生、黏液腺肥大、肌成纖維細胞和氣道平滑肌細胞增生、新生小血管形成等[21]。因此,抑制慢性氣道重塑已經成為慢性哮喘患者的重要治療目標,但目前哮喘的主要治療手段,即吸入糖皮質激素聯合 β 2 受體激動劑,對氣道重塑的作用有限。我們既往研究提示沙美特羅對白細胞介素-13 刺激的大鼠氣道平滑肌細胞增生具有一定抑制的作用,隨后進一步研究提示可能與 β 2受體下游信號途徑 cAMP 直接激活的交換蛋白(Epac)作用有關[22],Epac 抑制劑可加重慢性哮喘小鼠氣道重塑過程[23]。由于白藜蘆醇可以競爭性抑制磷酸二酯酶受體,上調胞內 cAMP 的濃度,激活 Epac[24],因此理論上白藜蘆醇具有抑制慢性哮喘小鼠氣道重塑的作用。此外,既往研究也證實白藜蘆醇具有抑制哮喘氣道炎癥的作用[25],而我們的研究表明白藜蘆醇可抑制慢性哮喘小鼠氣道重塑,這些研究提示白藜蘆醇在哮喘氣道病理改變過程中發揮抑制氣道慢性炎癥及氣道重塑等多重作用,具有良好的應用前景。
本研究中我們通過白藜蘆醇干預慢性哮喘小鼠模型,初步證實了白藜蘆醇對氣道重塑具有抑制作用,提示白藜蘆醇在哮喘治療中具有潛在的應用價值。本研究也存在不足之處:(1)實驗組樣本量較少,引起膠原沉積及氣道平滑肌細胞增生肥大的炎癥因子未檢測;(2)白藜蘆醇對體外分離的氣道上皮細胞、成纖維細胞、氣道平滑肌細胞的增殖及細胞因子、膠原分泌的作用未檢測;(3)由于條件所限,未能檢測白藜蘆醇干預后哮喘小鼠氣道高反應性的變化。這些不足將在后續的研究中進一步完善。