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目的
采用补肾化痰方干预去卵巢大鼠,观测肠道黏膜屏障功能变化,血清及骨组织中促炎因子与抗炎因子表达,以及该方对IL-6/JAK2/STAT3和IL-2/JAK1/STAT5信号通路、CD4+T细胞亚群辅助性T细胞17(T helper cell 17,Th17)/调节性T细胞(Regulatory T cells,Treg)平衡的影响,探讨补肾化痰方防治绝经后骨质疏松症的机制。
方法
6月龄雌性SD大鼠90只,按随机数字表分为假手术组(Sham)、模型组(Ovariectomized,OVX)、戊酸雌二醇组(Estradiol valerate,EV)、补肾化痰方低剂量组(OVX+BL,BL)、补肾化痰方中剂量组(OVX+BM,BM)、补肾化痰方高剂量组(OVX+BH,BH)。除Sham组外,其他组均采用手术切除卵巢,制作绝经后骨质疏松症模型。术后1周灌胃给药,OVX组和Sham组以等体积的生理盐水灌胃,1次/d,灌胃12周后取材。
实验一:运用苏木精-伊红染色,抗酒石酸酸性磷酸酶染色,碱性磷酸酶染色,观察骨组织的病理形态;微计算机断层扫描技术检测大鼠骨量及骨微结构,观察骨量及骨小梁的变化。
实验二:运用苏木精-伊红染色观察结肠组织病理形态变化;采用酶联免疫吸附法检测结肠组织中白介素-6(Interleukin-6,IL-6)、IL-2、IL-10、IL-17含量;运用实时荧光定量PCR、免疫印迹法检测肠道紧密连接蛋白Occludin、Claudin-1、ZO-1mRNA及蛋白表达。
实验三:采用酶联免疫吸附法检血清中IL-6、肿瘤坏死因子-α(Tumornecrosisfactor,TNF-α)含量,运用实时荧光定量PCR检测骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、STAT3mRNA的表达,免疫印迹法检测骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、P-JAK2、STAT3、P-STAT3蛋白表达。
实验四:采用酶联免疫吸附法检测血清中IL-2、转化生长因子-β1(Transforminggrowthfactor-β1,TGF-β1)含量,运用实时荧光定量PCR检测骨组织中IL-2、IL-2RA、IL-2RB、JAK1、STAT5mRNA的表达,免疫印迹法检测骨组织中IL-2、IL-2RA、IL-2RB、JAK1、P-JAK1、STAT5、P-STAT5蛋白表达。
实验五:采用酶联免疫吸附法检测血清中叉头框蛋白p3(Forkhead Box,Foxp3)、维甲酸相关核孤受体γt(Retinoicacid-relatedorphanreceptorγt,RORγt)、IL-10、IL-17含量,运用实时荧光定量PCR检测骨组织中Foxp3、RORγt、IL-10、IL-17mRNA表达,免疫印迹法检测骨组织中Foxp3、RORγt、IL-10、IL-17蛋白表达。流式细胞术检测骨组织中Th17,Treg细胞数量及Th17/Treg比值。
结果
实验一:苏木精-伊红染发现,Sham组股骨组织结构完整,骨小梁丰富,脂肪细胞少。OVX组股骨组织骨微结构破坏,髓腔内出现大量空泡状脂肪细胞。EV组髓腔脂肪细胞数量减少,网状结构略微修复,结构仍不完整。BL、BM、BH组骨小梁形态结构较OVX组明显改善。破骨与成骨细胞计数:与sham组比较,OVX组破骨细胞(Osteoclast, OC)数量显著增多(P<0.01),成骨细胞(Osteoblast,OB)数量无统计学意义;与OVX组比较,EV、BM、BH组OC数量显著减少(P<0.01或P<0.05),BL组差异无统计学意义;OB数量显著增多(P<0.01或P<0.05),EV、BL组差异无统计学意义。骨微结构:与Sham组相比,OVX组中骨组织骨微结构参数BMD、TMD、BMC、TMC、BV/TV、Tb.N、Tb.Th降低(P<0.01),Conn.D.、Tb.Sp升高(P<0.01);与OVX组相比,EV、BL、BM、BH组中BMD、TMD、BMC、TMC、BV/TV、Tb.N、Tb.Th升高(P<0.05,P<0.01),Conn.D.、Tb.Sp降低(P<0.01,P<0.05)。三维重建中sham组大鼠骨组织骨小梁结构较均匀,排列整齐,连接呈网状,形态较完整;OVX组骨小梁结构明显变细、断裂、变薄,且骨皮质变薄,形态结构性差,骨质疏松样改变典型。
实验二:苏木精-伊红染发现,Sham组结肠黏膜结构较完整,未见上皮细胞明显变性坏死或脱落,肠腺排列较为密集,固有层内杯状细胞丰富,形态及数量正常,未见明显炎症细胞浸润。与Sham组相比,OVX组结肠黏膜完整性受到破坏,上皮细胞变性坏死或脱落,固有层内部肠腺腺腔扩张,可见炎性细胞浸润黏膜肌层。与OVX组相比,EV、BM、BH组结肠黏膜各层次结构较为清晰,肠腺排列较规则,炎症细胞浸润减少,杯状细胞数量增加,形态改善。BL组结构改善不明显。与Sham组比较,OVX组IL-6、IL-17浓度显著升高,IL-2、IL-10浓度显著降低(P<0.01)。与OVX组比较,EV、BM、BH组IL-6、IL-17浓度显著降低(P<0.01),IL-2、IL-10浓度显著升高(P<0.01或P<0.05);BL组IL-6浓度降低(P<0.05),IL-17浓度差异无统计学意义,IL-2浓度升高(P<0.05),IL-10浓度差异无统计学意义。PCR及WB:与Sham组比较,OVX组Occludin、Claudin-1、ZO-1mRNA及蛋白表达显著降低(P<0.01);与OVX组比较,BH组Occludin、Claudin-1、ZO-1mRNA表达升高(P<0.01,P<0.05),EV组ZO-1mRNA表达升高(P<0.05),BM组Claudin-1、ZO-1mRNA表达升高(P<0.05),EV、BM、BH组Occludin、Claudin-1、ZO-1蛋白表达显著升高(P<0.01,P<0.05),BL组各项指标差异没有统计学意义。
实验三:与Sham比较,OVX组大鼠血清中IL-6、TNF-α含量显著升高(P<0.01);骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、STAT3mRNA表达显著增加(P<0.01),IL-6、IL-6R、JAK2、P-JAK2、STAT3、P-STAT3蛋白表达显著增加(P<0.01)。与OVX组比较,各干预组血清中IL-6、TNF-α含量显著降低(P<0.01);骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、STAT3mRNA表达显著降低(P<0.01),IL-6、IL-6R、JAK2、P-JAK2、STAT3、P-STAT3蛋白表达降低(P<0.01或P<0.05)。与BL组比较,BH组血清中IL-6、TNF-α含量显著降低(P<0.01)。骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、STAT3mRNA表达显著降低(P<0.01),IL-6、IL-6R、P-JAK2、P-STAT3蛋白表达显著降低(P<0.01)。
实验四:与Sham比较,OVX组大鼠血清中IL-2、TGF-β1含量显著降低(P<0.01);骨组织中IL-2、IL-2RAIL-2RBmRNA及蛋白表达显著降低,JAK1、STAT5mRNA表达显著升高(P<0.01),JAK1、P-JAK1、P-STAT5蛋白表达显著升高(P<0.01);与OVX组比较,各干预组血清中IL-2、TGF-β1含量显著升高(P<0.01),EV、BM、BH组骨组织中IL-2、IL-2RA、IL-2RBmRNA表达显著升高,JAK1、STAT5mRNA表达显著降低(P<0.01,P<0.05),BL组中仅IL-2RA差异有显著性统计学意义(P<0.05)。EV、BL、BM、BH组骨组织中IL-2、IL-2RA、IL-2RB蛋白表达升高(P<0.01,P<0.05),P-JAK1、P-STAT5蛋白表达降低(P<0.01,P<0.05)。JAK1、STAT5蛋白差异无统计学意义。与BL组比较,BH组血清中IL-2、TGF-β1含量显著升高(P<0.01)。BH组骨组织中IL-2、IL-2RBmRNA表达显著升高,JAK1、STAT5mRNA表达显著降低(P<0.01,P<0.05)。IL-2、IL-2RA、IL-2RB蛋白表达显著升高,P-JAK1、P-STAT5蛋白表达显著降低(P<0.01,P<0.05)。
实验五:与Sham组比较,OVX组血清中Foxp3、IL-10浓度显著降低,骨组织中Foxp3、IL-10mRNA及蛋白表达显著降低(P<0.01),RORγt、IL-17mRNA及蛋白显著升高(P<0.01);与OVX组比较,各干预组血清中Foxp3、IL-10浓度显著升高(P<0.01),RORγt、IL-17浓度显著降低(P<0.01,P<0.05)。EV、BM、BH组骨组织中Foxp3、IL-10mRNA显著升高(P<0.01,P<0.05),BL组差异无统计学意义,EV、BL、BM、BH组骨组织RORγt、IL-17mRNA显著降低(P<0.01,P<0.05)。EV、BM、BH组骨组织Foxp3、IL-10蛋白表达显著升高(P<0.01,P<0.05),BL组Foxp3蛋白表达升高(P<0.05),IL-10蛋白差异无统计学意义;EV、BM、BH组骨组织RORγt、IL-17蛋白表达显著降低(P<0.01,P<0.05)。BL组中差异无统计学意义。流式分析:与Sham组比较,OVX组CD4+CD25+Foxp3(Treg)细胞数量显著降低(P<0.01),CD4+IL-17A(Th17)细胞数量显著升高(P<0.05),Th17/Treg比值显著升高(P<0.01)。与OVX组比较,EV、BL、BM、BH组CD4+CD25+Foxp3(Treg)细胞数量显著升高(P<0.01),CD4+IL-17A(Th17)细胞数量在EV、BM、BH组显著降低(P<0.01,P<0.05),在BL组差异无统计学意义;Th17/Treg比值显著降低(P<0.01)。
结论
补肾化痰方可能通过修复肠道黏膜屏障功能,改变骨免疫环境,调节Th17/Treg平衡,双向调节骨形成与骨吸收,起到防治PMOP的作用。
采用补肾化痰方干预去卵巢大鼠,观测肠道黏膜屏障功能变化,血清及骨组织中促炎因子与抗炎因子表达,以及该方对IL-6/JAK2/STAT3和IL-2/JAK1/STAT5信号通路、CD4+T细胞亚群辅助性T细胞17(T helper cell 17,Th17)/调节性T细胞(Regulatory T cells,Treg)平衡的影响,探讨补肾化痰方防治绝经后骨质疏松症的机制。
方法
6月龄雌性SD大鼠90只,按随机数字表分为假手术组(Sham)、模型组(Ovariectomized,OVX)、戊酸雌二醇组(Estradiol valerate,EV)、补肾化痰方低剂量组(OVX+BL,BL)、补肾化痰方中剂量组(OVX+BM,BM)、补肾化痰方高剂量组(OVX+BH,BH)。除Sham组外,其他组均采用手术切除卵巢,制作绝经后骨质疏松症模型。术后1周灌胃给药,OVX组和Sham组以等体积的生理盐水灌胃,1次/d,灌胃12周后取材。
实验一:运用苏木精-伊红染色,抗酒石酸酸性磷酸酶染色,碱性磷酸酶染色,观察骨组织的病理形态;微计算机断层扫描技术检测大鼠骨量及骨微结构,观察骨量及骨小梁的变化。
实验二:运用苏木精-伊红染色观察结肠组织病理形态变化;采用酶联免疫吸附法检测结肠组织中白介素-6(Interleukin-6,IL-6)、IL-2、IL-10、IL-17含量;运用实时荧光定量PCR、免疫印迹法检测肠道紧密连接蛋白Occludin、Claudin-1、ZO-1mRNA及蛋白表达。
实验三:采用酶联免疫吸附法检血清中IL-6、肿瘤坏死因子-α(Tumornecrosisfactor,TNF-α)含量,运用实时荧光定量PCR检测骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、STAT3mRNA的表达,免疫印迹法检测骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、P-JAK2、STAT3、P-STAT3蛋白表达。
实验四:采用酶联免疫吸附法检测血清中IL-2、转化生长因子-β1(Transforminggrowthfactor-β1,TGF-β1)含量,运用实时荧光定量PCR检测骨组织中IL-2、IL-2RA、IL-2RB、JAK1、STAT5mRNA的表达,免疫印迹法检测骨组织中IL-2、IL-2RA、IL-2RB、JAK1、P-JAK1、STAT5、P-STAT5蛋白表达。
实验五:采用酶联免疫吸附法检测血清中叉头框蛋白p3(Forkhead Box,Foxp3)、维甲酸相关核孤受体γt(Retinoicacid-relatedorphanreceptorγt,RORγt)、IL-10、IL-17含量,运用实时荧光定量PCR检测骨组织中Foxp3、RORγt、IL-10、IL-17mRNA表达,免疫印迹法检测骨组织中Foxp3、RORγt、IL-10、IL-17蛋白表达。流式细胞术检测骨组织中Th17,Treg细胞数量及Th17/Treg比值。
结果
实验一:苏木精-伊红染发现,Sham组股骨组织结构完整,骨小梁丰富,脂肪细胞少。OVX组股骨组织骨微结构破坏,髓腔内出现大量空泡状脂肪细胞。EV组髓腔脂肪细胞数量减少,网状结构略微修复,结构仍不完整。BL、BM、BH组骨小梁形态结构较OVX组明显改善。破骨与成骨细胞计数:与sham组比较,OVX组破骨细胞(Osteoclast, OC)数量显著增多(P<0.01),成骨细胞(Osteoblast,OB)数量无统计学意义;与OVX组比较,EV、BM、BH组OC数量显著减少(P<0.01或P<0.05),BL组差异无统计学意义;OB数量显著增多(P<0.01或P<0.05),EV、BL组差异无统计学意义。骨微结构:与Sham组相比,OVX组中骨组织骨微结构参数BMD、TMD、BMC、TMC、BV/TV、Tb.N、Tb.Th降低(P<0.01),Conn.D.、Tb.Sp升高(P<0.01);与OVX组相比,EV、BL、BM、BH组中BMD、TMD、BMC、TMC、BV/TV、Tb.N、Tb.Th升高(P<0.05,P<0.01),Conn.D.、Tb.Sp降低(P<0.01,P<0.05)。三维重建中sham组大鼠骨组织骨小梁结构较均匀,排列整齐,连接呈网状,形态较完整;OVX组骨小梁结构明显变细、断裂、变薄,且骨皮质变薄,形态结构性差,骨质疏松样改变典型。
实验二:苏木精-伊红染发现,Sham组结肠黏膜结构较完整,未见上皮细胞明显变性坏死或脱落,肠腺排列较为密集,固有层内杯状细胞丰富,形态及数量正常,未见明显炎症细胞浸润。与Sham组相比,OVX组结肠黏膜完整性受到破坏,上皮细胞变性坏死或脱落,固有层内部肠腺腺腔扩张,可见炎性细胞浸润黏膜肌层。与OVX组相比,EV、BM、BH组结肠黏膜各层次结构较为清晰,肠腺排列较规则,炎症细胞浸润减少,杯状细胞数量增加,形态改善。BL组结构改善不明显。与Sham组比较,OVX组IL-6、IL-17浓度显著升高,IL-2、IL-10浓度显著降低(P<0.01)。与OVX组比较,EV、BM、BH组IL-6、IL-17浓度显著降低(P<0.01),IL-2、IL-10浓度显著升高(P<0.01或P<0.05);BL组IL-6浓度降低(P<0.05),IL-17浓度差异无统计学意义,IL-2浓度升高(P<0.05),IL-10浓度差异无统计学意义。PCR及WB:与Sham组比较,OVX组Occludin、Claudin-1、ZO-1mRNA及蛋白表达显著降低(P<0.01);与OVX组比较,BH组Occludin、Claudin-1、ZO-1mRNA表达升高(P<0.01,P<0.05),EV组ZO-1mRNA表达升高(P<0.05),BM组Claudin-1、ZO-1mRNA表达升高(P<0.05),EV、BM、BH组Occludin、Claudin-1、ZO-1蛋白表达显著升高(P<0.01,P<0.05),BL组各项指标差异没有统计学意义。
实验三:与Sham比较,OVX组大鼠血清中IL-6、TNF-α含量显著升高(P<0.01);骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、STAT3mRNA表达显著增加(P<0.01),IL-6、IL-6R、JAK2、P-JAK2、STAT3、P-STAT3蛋白表达显著增加(P<0.01)。与OVX组比较,各干预组血清中IL-6、TNF-α含量显著降低(P<0.01);骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、STAT3mRNA表达显著降低(P<0.01),IL-6、IL-6R、JAK2、P-JAK2、STAT3、P-STAT3蛋白表达降低(P<0.01或P<0.05)。与BL组比较,BH组血清中IL-6、TNF-α含量显著降低(P<0.01)。骨组织中IL-6、IL-6R、JAK2、STAT3mRNA表达显著降低(P<0.01),IL-6、IL-6R、P-JAK2、P-STAT3蛋白表达显著降低(P<0.01)。
实验四:与Sham比较,OVX组大鼠血清中IL-2、TGF-β1含量显著降低(P<0.01);骨组织中IL-2、IL-2RAIL-2RBmRNA及蛋白表达显著降低,JAK1、STAT5mRNA表达显著升高(P<0.01),JAK1、P-JAK1、P-STAT5蛋白表达显著升高(P<0.01);与OVX组比较,各干预组血清中IL-2、TGF-β1含量显著升高(P<0.01),EV、BM、BH组骨组织中IL-2、IL-2RA、IL-2RBmRNA表达显著升高,JAK1、STAT5mRNA表达显著降低(P<0.01,P<0.05),BL组中仅IL-2RA差异有显著性统计学意义(P<0.05)。EV、BL、BM、BH组骨组织中IL-2、IL-2RA、IL-2RB蛋白表达升高(P<0.01,P<0.05),P-JAK1、P-STAT5蛋白表达降低(P<0.01,P<0.05)。JAK1、STAT5蛋白差异无统计学意义。与BL组比较,BH组血清中IL-2、TGF-β1含量显著升高(P<0.01)。BH组骨组织中IL-2、IL-2RBmRNA表达显著升高,JAK1、STAT5mRNA表达显著降低(P<0.01,P<0.05)。IL-2、IL-2RA、IL-2RB蛋白表达显著升高,P-JAK1、P-STAT5蛋白表达显著降低(P<0.01,P<0.05)。
实验五:与Sham组比较,OVX组血清中Foxp3、IL-10浓度显著降低,骨组织中Foxp3、IL-10mRNA及蛋白表达显著降低(P<0.01),RORγt、IL-17mRNA及蛋白显著升高(P<0.01);与OVX组比较,各干预组血清中Foxp3、IL-10浓度显著升高(P<0.01),RORγt、IL-17浓度显著降低(P<0.01,P<0.05)。EV、BM、BH组骨组织中Foxp3、IL-10mRNA显著升高(P<0.01,P<0.05),BL组差异无统计学意义,EV、BL、BM、BH组骨组织RORγt、IL-17mRNA显著降低(P<0.01,P<0.05)。EV、BM、BH组骨组织Foxp3、IL-10蛋白表达显著升高(P<0.01,P<0.05),BL组Foxp3蛋白表达升高(P<0.05),IL-10蛋白差异无统计学意义;EV、BM、BH组骨组织RORγt、IL-17蛋白表达显著降低(P<0.01,P<0.05)。BL组中差异无统计学意义。流式分析:与Sham组比较,OVX组CD4+CD25+Foxp3(Treg)细胞数量显著降低(P<0.01),CD4+IL-17A(Th17)细胞数量显著升高(P<0.05),Th17/Treg比值显著升高(P<0.01)。与OVX组比较,EV、BL、BM、BH组CD4+CD25+Foxp3(Treg)细胞数量显著升高(P<0.01),CD4+IL-17A(Th17)细胞数量在EV、BM、BH组显著降低(P<0.01,P<0.05),在BL组差异无统计学意义;Th17/Treg比值显著降低(P<0.01)。
结论
补肾化痰方可能通过修复肠道黏膜屏障功能,改变骨免疫环境,调节Th17/Treg平衡,双向调节骨形成与骨吸收,起到防治PMOP的作用。