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TLR4NFB信号通路抑制脱水穿心莲

研究背景:

梗阻性胆汁淤积症是由胆总管或其支流阻塞引起的,炎症被认为是胆道梗阻导致胆汁淤积性肝损伤的原因之一。实验研究已经确定,在胆道梗阻的动物模型中,内毒素或脂多糖治疗后,细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6的产生增加,从而启动了促炎反应。TLR4被认为是革兰氏阴性细菌内毒素或LPS的受体,并参与炎症信号反应。TLR4在包括肝脏Kupffer细胞在内的多种细胞中表达。LPS激活细胞表面的TLR4导致MAPK信号蛋白的激活,NF-κB移位到细胞核导致编码炎症相关分子和细胞因子的基因转录,包括TNF-α和IL-6。阻断TLR4可减少伴有细菌感染的胆道梗阻对肝脏的损害。此外,促炎细胞因子,如肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6,在动物模型中减少胆汁流量,进一步导致胆汁淤积,这也可能加重炎症。DA(14-脱氧-11,12-二氢穿心莲内酯,C20H28O4)是从穿心莲中分离得到的一种二萜化合物,具有抗炎、抗血小板和降压等药理作用。DA对脂多糖刺激的RAW.7细胞NF-κB依赖的反式激活有抑制作用。

结果1DA改善LPS,BDL对小鼠肝损伤的影响

如图1A所示,6h后,BDL组小鼠血清总胆红素(TBIL)水平明显高于假手术组(P0.01),表明该模型成功地诱导了小鼠明显的淤积性肝损伤。在BDL小鼠中,TBIL水平在LPS注射后6小时没有继续增加,但ALT水平以时间依赖的方式进一步增加(图1A)。图1B显示了DA的化学结构。25和50mg/kg的DA可显著降低假手术和BDL小鼠的TBIL和ALT水平,与急性毒性实验所得的浓度相比,差异有统计学意义(P0.05),表明DA能显著降低LPS诱导的TBIL和AL-T的水平(P0.05)。应用25mg/kg多巴胺后,血清总胆红素水平虽略有下降,但差异无统计学意义(p0.05)。

结果2DA可延长LPS诱导的BDL小鼠的存活时间

给BDL小鼠注射LPS,剂量为1μg/g体重。在没有DA预处理的情况下,BDL小鼠在LPS注射后变得生病、昏昏欲睡,缺乏力量和协调性。但DA处理可显著提高BDL小鼠的存活率(p0.05)。此外,DA处理的BDL小鼠的存活率显著提高,在LPS注射后存活率为73%,而PBS处理的BDL和LPS处理的BDL小鼠存活率分别为41%(图2)。结果提示,DA治疗不仅能保护肝脏免受胆汁淤积损伤,而且能延长LPS诱导的BDL小鼠的存活时间。

结果3DA可抑制LPS诱导的BDL小鼠促炎细胞因子的产生

酶联免疫吸附试验(ELISA)显示,LPSDA50mg/kg和LPS(1μg/g体重)对BDL小鼠肝组织(A)和血浆(B)中TNF-α和IL-6的分泌均有抑制作用。

结果4DA治疗抑制LPS小鼠BDL纤维化形成

炎症可诱导kupffer细胞活化,产生转化生长因子β1,并可激活纤维化肝星状细胞。我们评估DA治疗是否会影响肝脏促纤维化基因的表达。定量PCR结果显示,肝纤维化过程中转化生长因子-β-1基因的表达在内毒素诱导的DA-BDL小鼠中显著低于BDL小鼠(图4A,P0.01)。免疫组织化学分析还显示,与脂多糖干预后的DA-BDL小鼠相比,DA-BDL小鼠α-SMA蛋白的表达显著降低(图4B,p0.01)。肝切片Masson‘s染色分析也支持这一结果,与LPS组相比,LPS组DA-BDL小鼠肝门管区胶原纤维增厚减少,纤维间隔不明显(图4C,p0.05)。这些数据表明DA治疗通过抑制炎症抑制Kupffer细胞的激活,进一步减少LPS诱导的BDL小鼠纤维化的形成。

结果5DA可抑制脂多糖刺激的BDL小鼠和原代Kupffer细胞NF-κB的活化。

NF-κB是指在炎症反应中起关键作用的转录因子家族。因此,进一步检测了NF-κB在Kupffer细胞和组织中的表达。经DA处理的BDL小鼠NF-κB含量显著低于未加DA处理的BDL小鼠(图5A和图5B,P0.01)。为了进一步证实这一结果,我们从一只野生型小鼠中分离出原代Kupffer细胞,并与DA在1,2,4μM(LD50=2μM)下孵育。原代Kupffer细胞的高含量细胞成像显示,LPS(1κg/ml)激活NF-κB,DA在所有给定浓度(Thermo,细胞组学A)均可显著抑制NF-κB的激活

结果6DA处理降低了Kupffer细胞与LPS的结合

研究了在原代Kupffer细胞中DA是否抑制LPS与TLR4的结合。LPS是一种众所周知的TLR4配体,可以与宿主细胞膜(如单核细胞和巨噬细胞)上的TLR4复合体结合。这导致了炎症反应的激活,因此利用原代Kupffer细胞进行实验,以评估DA对内毒素与细胞结合的影响。细胞与1、2、4μM的DA、荧光素标记的LPS和抗TLR4抗体共同孵育。用高含量细胞图像分析LPS结合情况。以抗TLR4抗体作为阳性对照。如图6A所示,细胞与抗TLR4抗体孵育,几乎完全阻断了LPS与原代Kupffer细胞的结合,细胞周围几乎没有观察到荧光,而LPS标记的荧光在与LPS孵育的细胞中仅在较长的时间内逐渐增强。然而,在所有实验浓度下,DA均可阻断LPS的结合,2和4μM的DA与LPS相比,差异有统计学意义(P0.05),仅在Kupffer细胞中有统计学意义。进一步证实DA对LPS诱导的炎性细胞因子的抑制作用

结果7DA可抑制LPS诱导的BDL小鼠原代Kupffer细胞产生炎性细胞因子

观察了DA对LPS诱导的BDL小鼠原代Kupffer细胞和人LX-2细胞产生促炎细胞因子的抑制作用。图7A显示,2μM和4μMDA对BDL-Kupffer细胞和LPS(ng/ml)刺激的BDL-Kupffer细胞产生肿瘤坏死因子-α均有抑制作用(p0.05或p0.01)。2和4μM的DA能有效抑制BDL-Kupffer细胞产生IL-6(p0.05),而LPS对BDL-Kupffer细胞的抑制作用仅在4μM(图7b,p0.05)。此外,DA在2或4μM时也能显著抑制脂多糖刺激的人LX-2细胞产生肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6(图8,p0.05或p0.01)。这些体外实验结果表明,DA可减轻LPS诱导的原发性Kupffer细胞炎症反应。

结果8DA可抑制LPS诱导的人LX-2细胞产生炎性细胞因子

DA在2或4μM时也能显著抑制脂多糖刺激的人LX-2细胞产生肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6(图8,p0.05或p0.01)。上述体外实验结果提示DA可能通过TLR4减轻LPS诱导的原代Kupffer细胞和肝星状细胞的炎症反应。

讨论:

DA治疗降低了BDL鼠LPS中NF-κB的数量(图5),同时降低了TNF-α和IL-6的表达。此外,Kupffer细胞表达TLR4,能够对肝脏中极低浓度的脂多糖作出反应,肝脏Kupffer细胞也在炎症中发挥关键作用。脂多糖结合TLR4并转导随后导致炎症反应上调的信号。还清楚地表明,阻断TLR4信号传导或核因子-κB激活可有效减轻胆道梗阻时的肝损害。我们的数据显示,在Kupffer细胞中,在所有给定的浓度下,脂多糖诱导的核因子κB的激活都可以被DA抑制。因此,我们假设DA能阻断原代Kupffer细胞中脂多糖与TLR4的结合,并调节随后导致炎症反应减弱的信号通路。在这项研究中,我们使用高含量细胞成像来证明DA抑制原代Kupffer细胞中LPS和TLR4的结合。此外,我们还发现,通过脂多糖诱导的肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6的表达在用DA处理的Kupffer细胞中降低。根据这些数据,DA对促炎细胞因子产生的抑制依赖于原代Kupffer细胞中的TLR4。提示脂多糖诱导的炎症过程中DA、TLR4、核因子-κB、肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6之间存在调节关系。DA能降低BDL小鼠或脂多糖处理的原代Kupffer细胞的肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6的生成。这种效应是通过阻止脂多糖与TLR4结合以及随后抑制核因子-κB信号通路来介导的。DA可能成为胆道梗阻和严重炎症反应患者的新型治疗药物。

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