大黄蛰虫丸对大鼠肝星状细胞活化增殖的影响
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作者:潘志恒, 成家茂, 李永伟, 何宏文, 谢瑶, 何义华 作者单位:1. 中山大学附属第三医院中医科, 广东 广州 510630; 2. 大理医学院人体解剖学教研室, 云南 大理 671000;3. 中山大学人体解剖学教研室, 广东 广州 510080 【摘要】 【目的】 观察大黄蛰虫丸对经旁分泌和自分泌途径激活大鼠肝星状细胞活化增殖情况的影响。【方法】 采用Nycodenz 分离液非连续密度梯度离心法同步分离急性CCl4 损伤模型大鼠和正常大鼠肝的枯否细胞(KC)和星状细胞(HSC)。在制备正常鼠血清和DHZCW药物血清的基础上,将它们分别加入KC和HSC培养板内作用后制备成正常鼠KC条件培养液(NKCCM)、损伤鼠KC条件培养液(KCCM)以及正常鼠HSC条件培养液(HSCCM)。将上述条件培养液分别干预HSC 24 h、48 h和72 h,然后采用MTT法和3H-TdR掺入法分别检测比较各组HSC细胞活化增殖情况。 【结果】 损伤鼠不含药组和正常KC对照组比较,HSC活化增殖情况显著性增高(P < 0.01),损伤鼠含药组HSC活化增殖则显著降低(P < 0.01,P < 0.05),且其抑制效应随着含药血清浓度的升高逐渐增强;而正常鼠HSC不含药组和正常鼠HSC含药组各组间比较均无显著性差异(均P > 0.05)。 【结论】 DHZCW对经旁分泌途径激活大鼠HSC活化增殖有明显的抑制作用,且作用效应与血清药物浓度间存在剂量依赖关系,但对经自分泌途径激活大鼠HSC活化增殖未见明显抑制作用。 【关键词】 大黄蛰虫丸; 旁分泌; 自分泌; 肝星状细胞; 增殖 Influence of Dahuang Zhechong Pill on Proliferation of Rat Hepatic Stellate Cells PAN Zhi-heng1, CHENG Jia-mao2, LI Yong-wei1, HE Hong-wen3, XIE Yao3, HE Yi-hua1 (1. Department of Traditional Chinese Medicine, The Third Affiliated Hospital, SUN Yat-sen University, Guangzhou 510630, China; 2. Department of Anatomy, Dali University, Dali 671000, China; 3. Department of Anatomy, SUN Yat-sen University, Guangzhou 510080, China) Abstract: 【Objective】 To observe the effects of Dahuang Zhechong Pill (DHZCW) on the proliferation of rat hepatic stellate cells (HSCs) activated by paracrine and autocrine pathway. 【Methods】 The CCl4-injured and normal rat Kupffer cells (KC), hepatic stellate cells (HSC) were separated by non-continuous density gradient centrifugation of Nycodenz medium. After the common rat and DHZCW drug sera were prepared, they were added respectively into KC and HSC culture plates for normal KC conditioned medium (NKCCM), injured rat KC conditioned medium (KCCM) and HSC conditioned medium (HSCCM). After HSCs were interfered for 24, 48 and 72 h by those conditioned media, the changes of proliferative HSCs in all groups were observed and compared by the methods of methyl thiazolyl tetrazolium (MTT) and 3H-thymidine (3H-TdR) incorporation assay. 【Results】 Compared to HSCCM group, the multiplication of HSCs increased markedly in KCCM without drug group (P < 0.01). The activation and proliferation of HSC decreased obviously in KCCM with drug group (P < 0.05) and the inhibitory effect enhanced as the concentration of sera with drug increased. There were no significant differences between HSCCM without drug group and HSCCM with drug group (P > 0.05). 【Conclusions】 DHZCW can obviously inhibit the proliferation of rat HSCs activated by paracrine pathway, and there is a concentration-dependent relationship between the inhibition effect and the drug dose. However, there was no remarkably inhibition effect on the proliferation of rat HSCs activated by autocrine pathway. Key words: Dahuang Zhechong pill; paracrine pathway; autocrine pathway; liver stellate cell; proliferation 肝纤维化发生的机制虽然十分复杂,但肝星状细胞(hepatic stellate cell, HSC)在肝损伤过程中被激活经表型转化成肌成纤维细胞(myo-fibroblaster,MFB),产生大量细胞外基质(extracellular matrix,ECM)毫无疑问是肝纤维化形成的中心环节[1-2]。慢性肝损伤时,与HSC相邻的枯否(KC)细胞首先被激活,活化的KC吞噬毒素与大量分泌炎性细胞因子,后者以旁分泌途径刺激HSC活化增殖并转化为MFB,并通过分泌转化生长因子(TGFβ1) 等重要细胞因子进一步维持自身的激活状态并激活邻近的HSC[3]。因此研究具有抗肝纤维化作用的中药复方药物血清对大鼠经旁分泌和自分泌途径激活HSC细胞活化增殖情况的影响意义重大。本课题组以往的研究工作发现,经方大黄蛰虫丸(DHZCW)对体外培养的传代HSC活化增殖有直接的抑制作用,但具体作用机制不明[4]。为了进一步探讨该药的抗肝纤维化作用机制,我们观察了DHZCW对大鼠旁分泌途径和旁分泌途径激活HSC细胞活化增殖的影响。 1 材料和方法 1.1 材 料 1.1.1 动 物 雄性Sprague Dawley(SD)大鼠,SPF 级,体质量400 ~ 500 g,均由中山大学药学院实验动物中心提供,普通饲料和普通饮水饲养。实验前禁食12 h。 1.1.2 HSC细胞株 由北京大学人民医院肝胆外科中心魏玉华老师惠赠。 1.1.3 药 物 大黄蛰虫丸药粉为暗紫色粉末,由广东阳江制药厂惠赠。 1.1.4 主要试剂和仪器 链霉蛋白酶E(pronase E)、Ⅳ型胶原酶(type Ⅳcollagenase)、DNase I、胰蛋白酶(trypsine)、Nycodenz 原液、噻唑蓝(MTT)均购自Sigma 公司;四氯化碳(CCL4)、高纯度琼脂糖、核酸染料等生化试剂购自上海生物工程有限公司;M199 培养液(标准型)、DMEM 干粉均购自Invitrogen 公司产品;标准胎牛血清(fetal bovine serum,FBS)购自杭州四季青生物制品公司;氚-胸腺嘧啶核苷(3H-TdR)购自中国科学院上海原子核研究所等。 OLYMPUS CX31型倒置相差显微镜(OLYMPUS公司);Heraeus Biofuge 15R型台式高速冷冻离心机(德国Heraeus公司);FJ-211G双道液体闪烁仪(西安二六二厂产品);Bio-Tek EL × 800型全自动酶标仪(美国Bio-Tek公司产品)等。 1.2 方 法 1.2.1 含药血清及正常鼠血清的制备 参考文献[5]方法给予SD大鼠灌胃服用大黄蛰虫丸药粉(每只每天2.7 g)。将上述药粉用超纯水溶解,每天分2次灌胃给药,每次4 mL,连续给药5 d。空白对照组为正常大鼠组,灌胃等量超纯水。采血时间为末次灌胃后1 h,以乙醚麻醉大鼠,无菌状态下打开大鼠心脏,经右心房抽血,2 000 r/min(r = 13.5 cm) 离心15 min,血清经56 ℃灭活30 min 后置于 -20 ℃冰箱内保存备用。 1.2.2 造模 采用SD雄性大鼠,皮下注射500 mL/L CCl4 5 mL/kg (与植物油按1∶1比例混合),5 d 后分离KC。 1.2.3 KC的分离 参考文献[6]并改进,分离培养损伤模型鼠和正常鼠的KC,台盼蓝染色法检测细胞活性,碳素墨汁吞噬实验鉴定细胞。正常大鼠的细胞得率为(0.5 ~ 1.0) × 107 /肝,损伤模型鼠的细胞得率为(1.0 ~ 1.5) × 107 /肝,纯度均 > 90%。 1.2.4 HSC细胞株的培养 以5 × 103 cells/cm2接种于50 mL 培养瓶内,加入含100 mL/L FBS 的M199 培养液,每3 d 左右铺满单层后传代。 1.2.5 条件培养液(CM)制备 正常鼠KC 条件培养液(NKCCM)的制备参考文献[7]并改进。KC 以1 × 105 cells/cm2 密度接种于6 孔培养板,培养48 h 后吸弃培养液,再加入含200 mL/L 正常鼠血清的DMEM 培养液3 mL 继续培养,24 h 后收集上清液,记为NKCCM。同样方法48 h 后再收集1次,两次的NKCCM 混合,置于 -70 ℃ 冰箱中保存备用。损伤鼠KC 条件培养液(KCCM)的制备方法同上,但加入的血清为药物血清,体积分数分别为含0%(0%药物血清 + 20%正常鼠血清)、5%(5%药物血清 + 15%正常鼠血清)、10%(10%药物血清 + 10%正常鼠血清)和20% (20% 药物血清,无正常鼠血清),收集的上清液分别记为0%、5%、10%和20% KCCM。(3)正常鼠HSC条件培养液(HSCCM)的制备:与KC同步分离获得HSC,细胞以1 × 104 cells/cm2密度接种于含100 mL/L胎牛血清的M199培养液中贴壁培养。方法同上,分别制备成0%、5%、10%、20%含药HSC条件培养液(HSCCM)。 1.2.6 实验分组 ① 对照组:将HSC 细胞株接种于培养板培养24 h 后,弃去培养液,加入NKCCM,作用于HSC 24 h后即可检测。② 旁分泌组:包括0%、5%、10%、20% KCCM组共四组。加入CM方法同对照组。③ 自分泌组:包括0%、5%、10%、20%HSCCM组共4组。同上方法接种细胞后弃培养液,分别加入不同的条件培养液制备而成,继续培养24 h、48 h或72 h后分别进行HSC活性的检测。 1.2.7 活化HSC增殖的检测 采用MTT法和3H-TdR掺入法检测。MTT 法:称取125 mg MTT放入小烧杯中,加25 mL PBS(0.01 mol/L,pH7.4)搅拌,将铺满单层的HSC用2.5 g/L胰酶消化后,以103 cells /孔密度接种于96 孔板中。培养24 h 后,吸弃上清,分别加入NKCCM、0%、5%、10%、20% KCCM和0%、5%、10%、20% HSCCM 各200 μL(每组设3 个复孔,用不同批次的CM重复实验3 次)。每孔加入MTT 溶液(5 mg/mL) 20 ?滋L,孵育4 h弃上清液,PBS 洗涤,然后每孔加入200 ?滋L DMSO。选择570 nm 波长,以酶标仪检测各孔OD值。 3H-TdR掺入法:将HSC以104 cells /孔密度接种于24 孔板中,培养24 h后吸弃培养液,再加入CM(方法同上)。培养至20 h 后,再每孔加入0.5 ?滋Ci/100 ?滋L 的3H-TdR,胰酶消化,洗涤,超速离心过滤后将细胞收集于玻璃纤维滤膜上,在60 ℃ 恒温干燥箱内放置30 min 烘干,移至测量管内,用液闪计数仪测定每孔HSC的放射活性即每分钟脉冲数值(cpm值)。 1.3 数据分析 各组数据均使用x ± s表示,多组计量资料均数比较采用方差分析,组间两两比较采用SNK- q检验。使用SPSS 13.0统计分析软件分析数据,α = 0.05。 2 结 果 2.1 原代分离培养KC、HSC的形态和鉴定 新分离的HSC 倒置相差显微镜下呈圆形,内含高折光性颗粒。培养4 ~ 48 h大部分细胞已贴壁;10 ~ 14 d细胞渐融合,形态由星形向梭形转变,胞体变长,胞浆内脂滴减少,细胞呈局灶性簇状增殖生长,其间有大量新生细胞(图1A)。细胞生长成单层铺满培养瓶后即可传代培养,传代后的细胞可呈成纤维细胞样改变(图1B)。 新分离的KC 荧光显微镜下观察,在328 nm 波长处未见明显的细胞自发荧光现象,而HSC的胞浆内呈现蓝绿色荧光。KC碳素墨汁吞噬试验2 h后普通显微镜下胞浆内即可见大量吞噬的墨汁颗粒(图1C)。传代的HSC α-SMA 免疫细胞化学染色阳性细胞几乎达100%(图1D)。 2.2 DHZCW对经旁分泌途径活化HSC细胞MTT转化的影响 旁分泌组和正常对照组条件培养液对活化的HSC作用24 h、48 h、72 h后,测定各组的OD值(表1)。 可见,在对HSC作用24 h、48 h、72 h后,旁分泌组的OD值随着含药血清浓度的升高而出现明显下降。旁分泌组中含药血清作用组和无药物血清作用组相比,5% KCCM组、10% KCCM组与0% KCCM组的组间差别有统计学意义(P < 0.05);而20% KCCM组与0% KCCM组的组间差别有显著统计学意义(P < 0.01)。旁分泌组和正常对照组相比,OD值均升高,除20% KCCM组和48 h的10% KCCM组与NKCCM组间无明显差别外,其余组与NKCCM组间的差别均有统计学意义(P < 0.05)。 2.2 DHZCW对经自分泌途径活化的HSC细胞MTT转化的影响 自分泌组条件培养液对活化的HSC作用24、48、72 h后,测定各组的OD值(表2)。可见,自分泌组中无药物血清作用的0%HSCCM组与其它含药血清作用的5%、10%、20% HSCCM组相比,及各含药血清作用组组间比较,OD值的变化无明显差别(P > 0.05)。 2.3 DHZCW对经旁分泌途径活化HSC细胞DNA合成的影响 旁分泌组和正常对照组条件培养液对活化的HSC作用24、48、72 h后,测定各组的cpm值(表3)。可知,对HSC分别作用24、48、72 h后,随着含药血清浓度的升高,含药血清作用的5%、10% KCCM组cpm值出现迅速升高,与无药血清作用的0% KCCM组相比有明显差异(P < 0.05或P < 0.01),当含药血清浓度增加到20%,cpm值出现显著下降,与10% KCCM组相比,差别有显著统计学意义(P < 0.01)。此外,条件培养液作用48 h、72 h后旁分泌组中各浓度组与正常对照的NKCCM组比较,cpm 值的差别有统计学意义(P < 0.05或0.01)。 2.4 DHZCW对经自分泌途径活化HSC细胞DNA合成的影响 自分泌组条件培养液对活化的HSC作用24、48、72 h后,测定各组的cpm值(表4)。可见,对HSC分别作用24、48、72 h后,自分泌组中各浓度组之间比较cpm值均无明显差别(P > 0.05)。 3 讨 论 HSC的激活过程十分复杂,是KC、肝细胞、窦内皮细胞、pit 细胞、炎症细胞以及HSC以旁分泌和/或自分泌形式分泌多种细胞因子协同作用的结果[8]。HSC 激活至少包含两个步骤: ① 启动阶段:在肝损伤因子的刺激下,HSC的邻近细胞如肝细胞、KC等被激活,通过旁分泌方式产生大量细胞因子如转化生长因子(TGF-β)、血小板衍生生长因子(PDGF)、胰岛素生长因子(IGF-1)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)和炎症因子等[9],使静止的HSC胞体扩大,分裂增殖,表型改变,并产生大量细胞因子,表达α-SMA和胶原; ② 持续活化阶段:启动后的HSC持续维持活化状态,并不断分裂增殖,产生大量保持活化状态的子代细胞,释放自分泌调节因子如TGF-β、PDGF等参与自身活化的调节[10]。 活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性MTT还原为难溶性的蓝紫色结晶物并沉积在细胞中,活化的、代谢旺盛的细胞比静止的、代谢弱的细胞还原作用强,MTT比色法正是利用了这一原理被广泛地应用于细胞活性和增殖情况检测。细胞分裂之前,需要复制DNA,脱氧胸腺嘧啶核苷(TdR)是DNA合成所需特有的合成原料,通过测定细胞内掺入的放射性核素(3H)标记的TdR(3H-TdR)量,可反映其DNA合成情况,进而较为准确地反映细胞的增殖能力。本组资料的实验结果发现,DHZCW对经旁分泌途径激活的大鼠HSC活化增殖有明显的抑制作用,且作用效应与血清药物浓度存在剂量依赖关系,但对经自分泌途径激活的大鼠HSC活化增殖则未见明显抑制作用。由于旁分泌途径是HSC活化启动的关键因素,而自分泌活化是HSC能够持续增殖的重要原因。我们的观察结果提示, DHZCW对HSC细胞经旁分泌途径活化启动的抑制很可能是该药抗肝纤维化作用的主要途径。 近年来的研究认为,复方中药抗肝纤维化具有多环节、多层次、多靶点综合作用的优势[11],单环节的特异性阻断作用较弱既是其弱点,但也可能是其副作用较少的原因。大黄蛰虫丸是东汉名医张仲景《金匮要略》中的著名方剂,上世纪80年代以来,国内陆续有用该药治疗慢性肝病肝硬化取得较好临床疗效的报道。我们以往的研究工作发现,DHZCW不但对体外培养的正常传代HSC细胞增殖有直接的抑制作用[4],而且还能显著促进大鼠MMP1基因表达,从而增加对胶原的降解作用[12]。后者的发现为以往有学者研究发现DHZCW可显著抑制TIMP生成,并推论DHZCW可能具有促进MMP活化, 从而增加对胶原的降解作用的说法找到了依据[13]。 刘成等[14]研究中药扶正化淤方抗肝纤维化的作用机制表明,扶正化瘀方对HSC 旁分泌与自分泌活化途径有明显的抑制作用,其抑制HSC自分泌作用的机制可能与HSC分泌血管内皮细胞生长因子(VEGF)受抑有关;周正等[15]的研究也显示,抗纤软肝冲剂能抑制HSC的TGF-β1 的基因和蛋白表达,阻断其自分泌放大活化效应。说明中药抗肝纤维化作用的途径和形式很可能具有多样性。因此,虽然本组资料的研究并未发现DHZCW对经自分泌途径HSC细胞的活化增殖有明显抑制作用,但综合以往的多个研究结果,我们仍然有理由相信,DHZCW的抗肝纤维化作用很可能是通过包括抑制HSC细胞经旁分泌途径的活化启动、抑制TIMP的生成和促进MMP胶原酶的合成等多途径、多层次、多靶点综合药理作用的结果,值得进一步深入研究。 【参考文献】 [2]沈 雁,舒建昌,梁 蓉,等. 姜黄素和环氧合酶-2抑制剂NS-398对肝星状细胞时效的双向调节体外实验研究 [J]. 中山大学学报:医学科学版, 2007,28(3S):31-34. 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