大黄单体对脓毒症大鼠肠黏膜屏障的保护作用

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虽然近年来已取得巨大的进步,但因严重脓毒症和脓毒性休克导致的多器官衰竭,最终患者的死亡率仍然很高。肠黏膜是肠道防止毒素和病原微生物侵害的物理和代谢屏障,已有大量事实证明严重脓毒症患者的肠道屏障也有严重损害。脓毒症可致肠黏膜屏障功能障碍、细菌移位、肠道黏膜萎缩和肠通透性增加,肠黏膜上皮细胞的增殖和凋亡,对维持肠黏膜形态和功能的完整性至关重要。肠黏膜屏障结构和功能的维持主要依赖于肠黏膜微循环和肠黏膜微血管内皮细胞。内皮细胞之间存在的黏附连接、紧密连接和缝隙连接为内皮发挥屏障功能提供了重要基础。结构上紧密连接包括zo蛋白和两个跨膜蛋白:occludin和claudin。脓毒症等病理情况下内皮细胞的这种选择性屏障功能丢失,从而出现血管通透性增加,组织水肿和肠黏膜屏障功能障碍。评价肠黏膜通透性,可口服难分解的糖类物质,检测其尿液排泄物。脓毒症破坏黏膜屏障时,肠黏膜完整性的破坏使得乳果糖的吸收增加,而甘露醇的吸收则减少。乳果糖/甘露醇比值是评价肠粘膜通透性的有效指标。  肠黏膜屏障破坏目前缺乏防治手段。率先在国内外采用大黄生药保护肠黏膜,研究显示大黄能抑制肠道细菌易位,改善肠黏膜血流灌注,但药理机制尚不清楚。大黄生药是个成份非常复杂的复合体,成份多达百种以上,对大黄有效药效部位进行了制备工艺研究,并对得到的提取物化学成分进行较系统研究,通过体外细胞实验证实,得到大黄酸,大黄素,3,8-二羟-1-甲基蒽醌-2-羧基酸,1-O-咖啡酰基-2-(4-羟基-O-肉桂酰)-β-D-葡萄糖,胡萝卜苷亚油酸酯五种有效单体。本研究以肠上皮细胞增殖和凋亡、细胞间连接蛋白的表达、乳果糖/甘露醇比值等为指标研究其对肠黏膜的保护作用。通过建立脓毒症大鼠模型,应用电镜、免疫组化、免疫印迹和PCR等技术观察大黄单体肠黏膜上皮细胞凋亡和增殖,对血管内皮细胞间紧密连接蛋白claudin-5、ZO-1、occludin表达以及肠粘膜通透性的影响。明确大黄单体的药理机制,开发防治肠衰竭和MODS的新药。  第一部分:大黄单体对脓毒症大鼠肠黏膜上皮细胞凋亡和增殖的影响  目的:观察脓毒症大鼠肠黏膜上皮细胞凋亡和增殖,探讨大黄单体保护肠粘膜屏障的作用机制。  方法:选用健康雄性SD大鼠80只,体重230-250g,随机分为单纯对照组(A组),CLP组(B组),地塞米松治疗组(C组)和各大黄单体治疗组,其中包括大黄酸治疗组(D组),大黄素治疗组(E组),3,8-二羟-1-甲基蒽醌-2-羧基酸治疗组(F组),1-O-咖啡酰基-2-(4-羟基-O-肉桂酰)-β-D-葡萄糖治疗组(G组),胡萝卜苷亚油酸酯治疗组(H组)。地塞米松治疗组在CLP造模后立即注射地塞米松0.5mg/kg大黄单体治疗组在CLP造模后即口服大黄单体,以100mg/kg灌胃治疗。其他组给予灌胃等量生理盐水。模型制备后24小时后处死大鼠,取回肠末端组织,苏木精-伊红染色,在光镜下观察小肠黏膜形态。制备石蜡切片,HE染色后,进行增殖细胞核抗原PCNA(proliferating cell nuclear antigen)测定及行末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记法(TUNEL)检测凋亡细胞。  结果:(1)肠黏膜形态学:假手术组大鼠肠黏膜各层结构正常存在,肠绒毛完整。CLP组大鼠正常结构消失,肠绒毛脱落,炎性细胞侵润;地塞米松治疗组黏膜萎缩较CLP组明显减轻,部分绒毛有损伤脱落,少量炎性细胞侵润;大黄单体治疗组与对照组及地塞米松组比较,肠绒毛损伤程度较轻,少量脱落,少量炎性细胞侵润;(2)肠黏膜上皮细胞凋亡:CLP组凋亡指数与假手术组比较有明显升高(P<0.05),地塞米松治疗组的凋亡指数较CLP组明显降低,但仍然高于假手术组(P<0.05).各大黄单体治疗组的凋亡指数则显著低于CLP组(P<0.05),而与地塞米松治疗组无明显差异(P>0.05);(3)PCNA的表达:CLP组大鼠肠黏膜上皮细胞PCNA阳性指数较假手术组显著降低(P<0.05),而地塞米松治疗组和各大黄单体治疗组PCNA阳性指数较CLP组明显增高(P<0.05),但仍低于假手术组(P<0.05)。与地塞米松治疗组比较,1-O-咖啡酰基-2-(4-羟基-O-肉桂酰)-β-D-葡萄糖治疗组(G组)PCNA阳性指数显著降低(P<0.05),其余各大黄单体治疗组PCNA阳性指数无明显差异(P>0.05)。  结论:大黄单体能够减轻肠黏膜上皮细胞凋亡,且大黄单体减轻细胞凋亡的作用和减轻上皮形态损伤相一致,提示大黄单体对肠黏膜上皮损伤的保护可能与抑制细胞的凋亡有关。应用大黄单体可减弱肠粘膜损伤,促进黏膜细胞的增殖。而在各大黄单体治疗组中,大黄单体1-O-咖啡酰基-2-(4-羟基-O-肉桂酰)-β-D-葡萄糖对肠黏膜增殖的作用可能与其他大黄单体不同。大黄单体可通过促进黏膜细胞的增殖,阻止肠黏膜细胞的凋亡,起到了保护肠道屏障功能的作用。  第二部分:大黄单体对脓毒症大鼠肠黏膜上皮细胞连接蛋白表达的影响  目的:观察大黄单体对对血管内皮细胞间紧密连接蛋白(claudin、ZO、occludin)表达的影响,明确大黄单体的药理机制,开发防治肠衰竭和MODS的新药。  方法:选用健康雄性SD大鼠48只,体重230-250g,随机分为单纯对照组(A组),CLP组(B组),地塞米松治疗组(C组)和各大黄单体治疗组,其中包括大黄酸治疗组(D组),大黄素治疗组(E组),3,8-二羟-1-甲基蒽醌-2-羧基酸治疗组(F组),1-O-咖啡酰基-2-(4-羟基-O-肉桂酰)-β-D-葡萄糖治疗组(G组),胡萝卜苷亚油酸酯治疗组(H组)。地塞米松治疗组在CLP造模后立即注射地塞米松0.5mg/kg大黄单体治疗组在CLP造模后即口服大黄单体,以100mg/kg灌胃治疗。其他组给予灌胃等量生理盐水。模型制备后24小时24小时后处死大鼠,取回肠末端组织,通过免疫组化、免疫印迹和PCR技术观察血管内皮细胞间紧密连接蛋白(claudin-5、ZO-1、occludin)的表达。  结果:(1)大黄单体对脓毒症大鼠肠黏膜上皮细胞连接蛋白occludin表达的影响:除大黄素治疗组外,其余四组大黄单体组occludin免疫组化阳性指数较脓毒症组明显升高;Western-blot测定各大黄单体组中occludin蛋白条带灰度值较脓毒症组明显增强,提示各大黄单体组中相应蛋白表达量明显上升;从mRNA水平观测,PCR显示各大黄单体组occludin mRNA相对表达较脓毒症组升高。(2)大黄单体对脓毒症大鼠肠黏膜上皮细胞连接蛋白claudin-5表达的影响:各大黄单体组claudin-5免疫组化阳性指数较脓毒症组明显升高;Western-blot测定各大黄单体组中claudin-5蛋白条带灰度值较脓毒症组明显增强,提示各大黄单体组中相应蛋白表达量明显上升;从mRNA水平观测,PCR显示各大黄单体组claudin-5mRNA相对表达较脓毒症组升高,与免疫组化及Western-blot结果一致。(3)大黄单体对脓毒症大鼠肠黏膜上皮细胞连接蛋白ZO-1表达的影响:各大黄单体组ZO-1免疫组化阳性指数较脓毒症组明显升高;Western-blot测定各大黄单体组中ZO-1蛋白条带灰度值较脓毒症组明显增强,提示各大黄单体组中相应蛋白表达量明显上升;从mRNA水平观测,PCR显示各大黄单体组ZO-1mRNA相对表达较脓毒症组升高,与免疫组化及Western-blot结果一致  结论:脓毒症时肠上皮细胞连接蛋白claudin-5,occludin和ZO-1表达的减少,有可能损伤了紧密连接的完整性,使肠黏膜屏障受到破坏,从而导致细菌的穿透和全身炎症反应。大黄酸,大黄素,3,8-二羟-1-甲基蒽醌-2-羧基酸,1-O-咖啡酰基-2-(4-羟基-O-肉桂酰)-β-D-葡萄糖,胡萝卜苷亚油酸酯五种大黄有效单体能明显增强肠粘膜上皮细胞连接蛋白claudin-5,occludin和ZO-1的表达,维护肠黏膜微血管内皮细胞功能,提高肠道紧密连接性,降低肠粘膜损伤,保护肠黏膜屏障。  第三部分:大黄单体对脓毒症大鼠肠黏膜通透性的影响  目的:观察大鼠脓毒症模型中肠粘膜通透性的变化,探讨大黄单体对肠粘膜屏障的保护作用。  方法:选用健康雄性SD大鼠80只,体重230-250g,随机分为单纯对照组(A组),CLP组(B组),地塞米松治疗组(C组)和各大黄单体治疗组,其中包括大黄酸治疗组(D组),大黄素治疗组(E组),3,8-二羟-1-甲基蒽醌-2-羧基酸治疗组(F组),1-O-咖啡酰基-2-(4-羟基-O-肉桂酰)-β-D-葡萄糖治疗组(G组),胡萝卜苷亚油酸酯治疗组(H组)。  结果:与假手术组比较,CLP组以及各药物治疗组乳果糖/甘露醇比值显著降低,差异有统计学意义(P<0.05);与CLP组比较,地塞米松治疗组与各大黄单体组乳果糖/甘露醇比值升高,差异有统计学意义(P<0.05);各大黄单体组与地塞米松治疗组乳果糖/甘露醇比值无显著差异,无统计学意义(P>0.05)。  结论:脓毒症时乳果糖/甘露醇比值升高,肠道通透性增高,大黄酸,大黄素,3,8-二羟-1-甲基蒽醌-2-羧基酸,1-O-咖啡酰基-2-(4-羟基-O-肉桂酰)-β-D-葡萄糖,胡萝卜苷亚油酸酯五种大黄有效单体能有效减低肠黏膜通透性的增高,保护肠黏膜屏障。
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