甘草酸對膿毒癥急性腎損傷大鼠的保護作用及可能機制

周海銀 隆彩霞 羅 蘭 陳艷瑛 劉萍萍 肖政輝 張樹菊

1.湖南省兒童醫院急救中心，湖南長沙 410007；2.湖南省兒童醫院檢驗科，湖南長沙 410007

膿毒癥是一種由感染引起的全身炎癥反應綜合征，進一步發展可導致感染性休克，多器官功能障礙綜合征，是臨床危重患者最主要死亡原因之一[1-4]；甘草酸（glycyrrhizic acid，GA）是甘草的活性成分之一，具有增強機體免疫功能和抑制多種癌細胞增殖的作用[5-9]。然而，GA 對膿毒癥致腎損傷的影響及其相關的分子機制尚未報道。因此本研究采用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導大鼠腎小球系膜細胞（HBZY-1）和膿毒癥大鼠，觀察外源性GA 對膿毒癥大鼠腎損傷的改善作用，探討其可能的作用機制。

1 材料與方法

1.1 藥物與試劑

GA（美國Sigma 公司，批號：50531）；腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、單核細胞趨化蛋白-1（monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）、細胞間黏附分子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）和血管細胞黏附分子-1（vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1）酶聯免疫吸附試驗試劑盒（碧云天生物技術公司，批號：PT520、AF7437、AF0195、PV951）；誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、環氧化酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）、核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）、活化半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3（cleaved Caspase-3，Cl-Caspase-3）、抗凋亡蛋白Bcl-2、促凋亡蛋白Bax、血紅素加氧酶1（heme oxygenase-1，HO-1）及p-ERK、ERK 多克隆抗體（美國Santa Cruz 公司，批號：SC-7271、SC-376861、SC-8418、SC-65496、SC-166943、SC-7480、SC-136960、SC-7383）；Hoechst33342（美國Sigma 公司，批號：B2261）。

1.2 實驗動物

成年健康雄性SD 大鼠30 只，體重（200±20）g，購于南華大學實驗動物中心，動物合格證號為SCXK（湘）2018-0002。將大鼠置于籠中適應性飼養1 周后用于實驗，動物實驗符合南華大學動物倫理委員會3R 標準。

1.3 動物分組與模型建立

SD 大鼠分為假手術組、GA 50 mg/kg 組、膿毒癥組、膿毒癥+GA 25 mg/kg 組、膿毒癥+GA 50 mg/kg 組，每組6 只。膿毒癥組大鼠腹腔注射LPS（5 mg/kg）[7]；GA 50 mg/kg 組大鼠腹腔注射GA 50 mg/kg；膿毒癥+GA 25 mg/kg 和膿毒癥+GA 50 mg/kg 組大鼠在LPS注射前1 h 腹腔注射GA 25 mg/kg 和50 mg/kg，假手術組和膿毒癥組腹腔注射10%等容二甲基亞砜。注射LPS 后24 h，處死動物，采集腎組織進行后續實驗。

1.4 細胞培養與分組

HBZY-1 細胞購于武漢大學中國典型培養物保藏中心，置于37℃、5%CO2培養箱中，DMEM 培養基培養，DMEM 中添加10%胎牛血清、100 μg/ml 鏈霉素和100 U/ml 青霉素。

將HBZY-1 細胞分為5 組，分別為對照組、100μmol/L GA 組（用含100 μmol/L GA 的培養基培養24 h）、LPS 組（用含10 μg/ml LPS 的培養基培養24 h 構建腎炎模型）、LPS+GA 50 μmol/L 組和LPS+GA 100 μmol/L組[將HBZY-1 細胞用含10 μg/ml LPS 的培養基培養24 h 后，分別用GA（50 μmol/L 和100 μmol/L）處理細胞1 h]。

1.5 HE 染色觀察各組大鼠腎組織病理學變化

腎組織用預冷生理鹽水沖洗，10%多聚甲醛固定，石蠟包埋5 μm 切片，所有切片行HE 染色，在光學顯微鏡下觀察拍攝。

1.6 酶聯免疫吸附試驗試法測定腎組織中炎癥相關因子水平

依據酶聯免疫吸附試驗試劑盒說明書檢測腎組織中TNF-α、MCP-1、ICAM-1 和VCAM-1 的含量。

1.7 Western blot 檢測凋亡、炎癥及氧化應激相關蛋白表達

采用RIPA 裂解緩沖液裂解，提取總蛋白，BCA法測定總蛋白濃度，采用SDS-PAGE 電泳分離樣品，轉膜，封閉2 h，加入一抗4℃下孵育過夜，洗滌，然后二抗室溫孵育2 h，ECL 顯色，曝光、洗片，采用Bio-Rad 成像系統照相。

1.8 統計學方法

采用SPSS 17.0 統計學軟件進行數據分析，計量資料數據用均數±標準差（）表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t 檢驗，兩組間比較采用t 檢驗。以P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組大鼠腎組織病理學改變情況

膿毒癥大鼠腎間質、腎小球和腎小管有炎癥細胞浸潤，部分腎小管細胞腫脹和空泡變性等改變，GA 治療后膿毒癥大鼠腎組織上述病理改變明顯減輕。見圖1。

圖1 各組大鼠腎組織病理學改變情況（HE 染色，200×）

2.2 各組大鼠腎組織中TNF-α、MCP-1、ICAM-1、VCAM-1 含量比較

膿毒癥組大鼠腎組織TNF-α、MCP-1、ICAM-1、VCAM-1 水平高于假手術組（P ＜0.01）。膿毒癥+GA 25 mg/kg 組和膿毒癥+GA 50 mg/kg 組大鼠腎組織TNF-α、ICAM-1、VCAM-1 表達水平低于膿毒癥組（P ＜0.05）；膿毒癥+GA 50 mg/kg 組大鼠腎組織MCP-1 水平低于膿毒癥組（P ＜0.05）。見圖2。

圖2 各組大鼠腎組織中TNF-α、MCP-1、ICAM-1、VCAM-1 含量比較（n=6）

2.3 GA 對HBZY-1 細胞中炎癥相關蛋白表達影響

LPS 組HBZY-1 細胞iNOS、COX-2、NF-κB 蛋白表達水平高于對照組（P ＜0.01）。LPS+GA 50 μmol/L組和LPS+GA 100 μmol/L 組HBZY-1 細胞COX-2、NF-κB 蛋白表達水平低于LPS 組（P ＜0.05 或P ＜0.01）；LPS+GA 100 μmol/L 組iNOS 水平表達低于LPS 組（P ＜0.01）。見圖3～4。

圖3 各組HBZY-1 細胞中COX-2、iNOS、NF-κB 蛋白表達Western blot 圖

圖4 各組HBZY-1 細胞中iNOS、COX-2 和NF-κB 蛋白表達水平比較（n=6）

2.4 GA 對HBZY-1 細胞中凋亡相關蛋白影響

LPS 組HBZY-1 細胞Bcl-2/Bax 相對表達低于對照組，Cl-Caspase-3 高于對照組（P ＜0.01）。LPS+GA 100 μmol/L 組HBZY-1 細胞Bcl-2/Bax 相對表達高于LPS 組（P ＜0.01）；LPS+GA 50 μmol/L 組和LPS+GA 100 μmol/L 組HBZY-1 細胞Cl-Caspase-3 蛋白表達低于LPS 組（P ＜0.01）。見圖5～6。

圖5 各組HBZY-1 細胞Bcl-2、Bax、Cl-Caspase-3蛋白表達Western blot 圖

圖6 各組HBZY-1 細胞Bcl-2/Bax、Cl-Caspase-3蛋白表達水平比較（n=6）

2.5 GA 對HBZY-1 細胞中氧化應激相關蛋白表達影響

LPS 組HO-1 蛋白表達水平高于對照組（P ＜0.05）。LPS+GA 50 μmol/L 組和LPS+GA 100 μmol/L組HO-1 蛋白表達水平高于LPS 組（P ＜0.01）；LPS+GA 100 μmol/L 組p-ERK 蛋白表達水平高于LPS 組（P ＜0.01）。見圖7～8。

圖7 各組HBZY-1 細胞中HO-1、p-ERK、ERK 蛋白表達Western blot 圖

圖8 各組HBZY-1 細胞中HO-1、p-ERK 蛋白表達比較（n=6）

3 討論

GA 對膿毒癥引起的急性肺損傷和急性腎損傷具有保護作用[10-12]。HE 染色觀察，膿毒癥+GA 組大鼠腎組織中炎癥細胞浸潤減輕，說明GA 對膿毒癥所致腎損傷具有治療作用。酶聯免疫吸附試驗法檢測發現，經GA 治療后，膿毒癥大鼠腎組織中TNF-α、MCP-1、ICAM-1、VCAM-1 表達下降，說明GA 可能通過抑制NF-κB 信號通路，從而下調炎癥及趨化因子表達，起到減輕腎組織中炎癥反應的作用。

NF-κB 可調節許多參與早期免疫及炎癥反應的分子，包括TNF-α、白細胞介素-2、iNOS、COX-2 等，是目前公認的介導炎癥反應的主要信號通路[13-17]。在膿毒癥中LPS 促進iNOS 在各種細胞中的表達，導致大量一氧化氮（nitric oxide，NO）釋放，最終引起炎癥反應和組織損傷[18]。COX-2 屬于NO 下游靶點，在正常組織中幾乎沒有表達，但在NO 刺激下細胞中大量表達[19-20]。經GA 治療后，HBZY-1 細胞中NF-κB、iNOS、COX-2 蛋白表達水平降低，提示GA 可抑制LPS刺激 的HBZY-1 細 胞NF-κB 信 號 通 路，iNOS 表 達下降，減少NO 釋放，進而下調COX-2 表達，減輕炎癥反應。

Bcl-2 家族是細胞凋亡的關鍵調控因子，其中促凋亡蛋白Bax 和抗凋亡蛋白Bcl-2 通過在線粒體外膜上形成不同的孔來調節膜通透性[21]。Bcl-2/Bax 比值可決定Caspase-3 的激活狀況和細胞凋亡的嚴重程度[22]。經GA 治療后，HBZY-1 細胞中Cl-Caspase-3蛋白表達水平降低，Bcl-2/Bax 比值升高，提示GA 對LPS 誘導的細胞凋亡有較強的保護作用。

HO-1 是一種由刺激誘導的應激蛋白，具有明顯的抗氧化活性[23]。ERK 是MAPK 家族中第一個被發現的成員，MAPK 和HO-1 都能被刺激激活，HO-1 的表達受酪氨酸磷酸化的調控，因此MAPK 與HO-1 之間存在一定的關系[24]。經GA 治療后，HBZY-1 細胞中HO-1、p-ERK 蛋白表達水平升高，提示GA 可通過進一步激活ERK 信號通路，促進HO-1 表達，減輕氧化應激反應，與文獻[25]報道基本一致。

綜上所述，GA 可抑制NF-κB 信號通路，對LPS誘導的HBZY-1 細胞凋亡、氧化應激和炎癥反應具有保護作用。