紫花牡荊素對脂多糖誘導的BEAS-2B細胞損傷和NF-κB-Keap1-Nrf2/ARE通路的影響

盧麗君 田輝 鄭洋 胡漢姣 （武漢市中醫醫院肺系病科，武漢 430014）

常見的慢性氣道炎癥性疾病主要包括慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）和哮喘，發病率、病死率和致殘率均較高，給社會造成了巨大的經濟負擔［1-2］。COPD多發于40歲以上人群（發病率約為10%）［3］。哮喘是世界第二大致殘致死疾病，專家預測2025年我國哮喘患者將達到4億［4］。慢性氣道炎癥性疾病的病因復雜，多種細胞因子、炎癥細胞如白細胞介素、腫瘤壞死因子和干擾素等相互作用影響參與COPD和哮喘的發生和發展，促進氣道炎癥反應和氣道損傷［5-7］。隨著支氣管擴張劑、抗氧化劑、磷酸二酯酶抑制劑和糖皮質激素等藥物的使用，病死率和住院率略有下降，但往往會產生許多副作用，且對肺功能的衰退沒有效果，因此繼續尋找更加安全有效的藥物具有重要的意義［8-10］。NF-κB和Keap1-Nrf2/ARE信號通路參與調節機體的炎癥反應和氧化應激。近來多項研究發現NF-κB-Keap1-Nrf2/ARE信號通路相關蛋白在肺部疾病中具有重要的調節作用。異甘草素能夠上調Nrf2和NF-κB的表達，抑制COPD小鼠肺部的炎癥和氧化應激［11］；補肺健脾益腎方能夠下調NF-κB的表達，降低COPD大鼠肺組織中炎癥因子的含量［12］。綜上，NF-κB-Keap1-Nrf2/ARE信號通路在緩解COPD導致的氧化應激和炎癥過程中有重要作用。紫花牡荊素（casticin，CAS）是中藥蔓荊子的主要成分，許多研究顯示，CAS具有抗炎和調節氧化應激的作用［13-14］。但CAS是否通過調節NF-κB-Keap1-Nrf2/ARE信號通路，進而緩解COPD導致的炎癥還未闡明。本研究以BEAS-2B細胞為研究對象，構建細胞炎癥模型，探討CAS緩解COPD誘導的炎癥反應的機制。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 細胞與試劑 人正常肺上皮細胞BEAS-2B源于中國科學院上海細胞庫。氣管上皮細胞培養基（Lonza；貨號：CC3170）；PBS、0.25%胰蛋白酶、十二烷基硫酸銨、TEMED、過硫酸銨、Tween-20、RIPA（強）組織細胞快速裂解液、BCA蛋白濃度測定試劑盒（Solarbio；貨號分別為：P1010、T1350、S8010、T8090、A1030-1、T8220-100、R0010、PC0020）；脂多糖（來源于大腸桿菌055：B5）、紫花牡荊素（阿拉丁；貨號：L118716、V117963）；ML385（Selleck；貨號：S8790）；人IL-1β、TNF-α、IL-6、IFN-γ ELISA試劑盒（Bioswamp；貨號分別為：HM10206、HN10001、HM10205、HM10115）；兔抗NF-κB p65、Keap1、Nrf2、GAPDH、Lamin B1、羊抗兔蛋白二抗（Bioswamp；貨號分別為：PAB37352、PAB30175、PAB30615、PAB36269、PAB43971、SAB43714）；兔抗p-NF-κB p65（Abcam；貨號：ab76302）；Annexin V-FITC/PI凋亡檢測試劑盒（BD；貨號：556547）；蛋白質（Marker）（Helix；貨號：P12103）；PVDF轉移膜、化學發光試劑（Millipore；貨號為：IPVH00010、WBKLS0500）。

1.1.2 儀器 超凈工作臺（蘇州智凈；型號：SW-CJ-1D）；生物安全柜（Spantech；型號：BSC-1300IIB2）；CO2恒溫培養箱、移液器（Thermo；型號分別為：311、F3）；倒置熒光顯微鏡（Lecia；型號：DMIL LED）；流式細胞儀（艾森；型號：NovoCyte）；電泳儀（Bio-Rad；型號：mini protean 3 cell）；酶標儀（雷勃；型號：MK3）；干式恒溫器（杭州爽盛；型號：K30）；全自動化學發光分析儀（上海天能；型號：Tanon-5200）。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養及傳代 將BEAS-2B人正常肺上皮細胞培養于BEGM Bullet Ki（t氣管上皮細胞培養基套裝）中在37 ℃、5%CO2條件培養，按1∶2比例傳代培養，取對數生長期細胞進行實驗。

1.2.2 細胞損傷模型的構建 將細胞分為對照組和模型組，對照組換正常培養基，模型組換含有1 μg/ml脂多糖的培養基，置于37 ℃、5%CO2培養箱中繼續培養24 h，收集細胞進行后續檢測。

1.2.3 ELISA檢測炎癥因子濃度，篩選最佳作用濃度和時間 利用不同濃度（0.5、1、2、5、10 μmol/L）的CAS分別預處理1 h、2 h和4 h，然后脂多糖干預BEAS-2B細胞損傷24 h。按照ELISA試劑盒說明書檢測各組細胞上清炎癥因子IL-1β、TNF-α、IL-6、IFN-γ濃度，得出抑制炎癥的最佳作用濃度A和時間B。

1.2.4 流式細胞術檢測細胞凋亡 將對照組細胞分為6組：正常組、模型組、Casticin（A）組、ML385（20 μmol/L）組、Casticin（A）+ML385（20 μmol/L）組、地塞米松（0.2 mol/L）組。正常組正常培養細胞不做任何處理，模型組按照1.2.2的方法構建模型，其他組分別用對應濃度的藥物預處理B小時，然后進行造模。收集各組細胞，取1×106個培養基重懸的細胞，400 g、4 ℃ 離心5 min，棄上清；加入1 ml預冷PBS，輕輕吹打混勻細胞，400 g、4 ℃ 離心5 min，棄上清；將細胞重懸于200 μl PBS；加入10 μl Annexin VFITC和 10 μl PI，輕輕混勻，4 ℃避光孵育30 min；加入300 μl PBS，隨即進行流式細胞術檢測，使用Novo-Express分析軟件進行分析。

1.2.5 ELISA檢測各組細胞IL-1β、TNF-α、IL-6、IFN-γ的濃度 按照ELISA試劑盒說明書檢測各組細胞上清炎癥因子IL-1β、TNF-α、IL-6、IFN-γ含量。

1.2.6 Western blot 檢測CAS對細胞NF-κB-Keap1-Nrf2/ARE通路的影響 將細胞取出后吸去培養液，適量預冷的PBS洗滌2次，吸去PBS，按照1×106個細胞加入含有蛋白酶和磷酸酶抑制劑的裂解液200 μl，4 ℃充分裂解細胞，將細胞刮入1.5 ml EP管中，在4 ℃、12 000 g離心10 min，取上清，進行蛋白質定量。將各組樣品于12%SDS-PAGE電泳，電轉至PVDF膜。5%脫脂奶粉室溫封閉4 ℃過夜。分別加入兔抗NF-κB p65（1∶1 000）、p-NF-κB p65（1∶1 000）、Keap1（1∶1 000）、Nrf2（1∶1 000）、GAPDH（1∶1 000）、Lamin B1（1∶1 000）室溫孵育1 h。洗膜3次，孵育山羊抗兔二抗（1∶10 000）室溫1 h。洗膜3次后，將膜放置在暗室中，根據用量取ECL發光液A和B等量混勻，加在膜的正面與之充分接觸。然后將膜置于全自動化學發光分析儀中檢測，通過TANON GIS軟件讀取相關條帶灰度值。

1.3 統計學處理 使用SPSS25.0進行統計學分析，計量資料以±s表示，先進行正態性和方差齊性檢驗，若符合正態分布且方差齊性，則多組間比較使用單因素方差分析，組內兩兩比較采用SNK-q檢驗，若不符合則進行秩和檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 篩選CAS的最佳作用濃度和時間 結果如圖1所示，隨著CAS濃度的升高，炎癥因子的含量逐漸下降，CAS濃度為10 μmol/L時炎癥因子的含量最低，因此選擇10 μmol/L為CAS的最佳作用濃度；圖中可以看出，當CAS的濃度為10 μmol/L時，隨著處理時間的延長TNF-α的含量不斷下降［4 h時含量為（143.14±5.23） pg/ml］，而IFN-γ［（100.60±0.78） pg/ml、IL-6（60.82±2.24） pg/ml、IL-1β（131.56±2.85） pg/ml］都是在處理2 h時的含量最低，因此最佳處理時間為2 h。

圖1 不同濃度CAS對細胞炎癥因子的影響Fig.1 Effects of different concentrations of CAS on inflammatory factors

2.2 CAS對脂多糖誘導的BEAS-2B細胞凋亡率的影響 結果見圖2。與正常組相比，模型組的細胞凋亡率［（35.79±1.38）%］顯著升高（P＜0.01）；與模型組相比，Casticin組和地塞米松組細胞凋亡率［（20.43±0.19）%；（20.48±0.41）%］顯著降低（均P＜0.01）；與ML385組相比，Casticin+ML385組的細胞凋亡率［（28.54±0.67）%］顯著降低（均P＜0.01）。

圖2 CAS對脂多糖誘導的BEAS-2B細胞凋亡率的影響Fig.2 Effect of CAS on apoptosis rate of BEAS-2B cells induced by lipopolysaccharide

2.3 CAS對脂多糖誘導的BEAS-2B細胞炎癥反應的影響 與正常組相比，模型組IL-1β［（508.02±4.52） pg/ml］、TNF-α［（525.26±1.79） pg/ml］、IL-6［（244.65±1.36） pg/ml］、IFN-γ［（417.63±5.22） pg/ml］的含量均顯著升高（均P＜0.01）；與模型組相比，Casticin組和地塞米松組IL-1β［（341.48±5.00） pg/ml；（242.52±4.39） pg/ml］、TNF-α［（342.27±4.71） pg/ml；（217.95±2.55） pg/ml］、IL-6［（141.41±1.88） pg/ml；（91.54±1.01） pg/ml］、IFN-γ［（259.32±5.74） pg/ml；（190.52±3.44） pg/ml］含量均顯著降低（均P＜0.01）；與ML385組相比，Casticin+ML385組IL-1β［（256.22±6.11） pg/ml］、TNF-α［（188.76±1.81） pg/ml］、IL-6［（111.15±2.02） pg/ml］、IFN-γ［（229.07±1.50） pg/ml］的含量均顯著降低（均P＜0.01）。見圖3。

圖3 CAS對脂多糖誘導的BEAS-2B細胞的炎癥反應的影響Fig.3 Effect of CAS on inflammatory response of lipopolysaccharide- induced BEAS-2B cells

2.4 CAS對脂多糖誘導的BEAS-2B細胞NF-κBKeap1-Nrf2/ARE通路的影響 結果見圖4。與正常組相比，模型組p-NF-κB p65（0.50±0.01）和Keap1（0.58±0.01）蛋白水平顯著升高（P＜0.01），細胞和細胞核中Nrf2（0.32±0.01；0.41±0.02）蛋白水平顯著降低（P＜0.01）；與模型組相比，Casticin組p-NFκB p65（0.36±0.02）和Keap1（0.42±0.02）蛋白水平顯著降低（P＜0.01），細胞和細胞核中Nrf2（0.48±0.02；0.59±0.04）蛋白水平顯著升高（P＜0.01）；與ML385組相比，Casticin+ML385組p-NF-κB p65（0.41±0.02）和Keap1（0.47±0.02）蛋白水平顯著降低（P＜0.01），細胞和細胞核中Nrf2（0.41±0.02；0.54±0.01）蛋白水平顯著升高（P＜0.01）。

圖4 CAS對脂多糖誘導的BEAS-2B細胞NF-κB-Keap1-Nrf2/ARE 通路的影響Fig.4 Effects of CAS on NF-κB-KEAP1-NRF2/ARE pathway in lipopolysaccharide-induced BEAS-2B cells

3 討論

慢性氣道炎癥性疾病的病死率較高，僅次于心腦血管疾病和惡性腫瘤，嚴重威脅人類的生命健康安全［15］。炎癥機制是引起COPD和哮喘等慢性氣道炎癥性疾病的主要機制［16-17］。炎癥反應介導的炎癥可影響肺實質和氣道，引起肺組織結構的變化，并使氣道變得狹窄。炎癥細胞如淋巴細胞、中性粒細胞和巨噬細胞等參與氣道的慢性炎癥過程，釋放大量的炎癥因子，這些炎癥因子可以調節炎癥細胞的功能，從而影響氣道炎癥反應［18］。研究表明，CAS的藥理作用主要有抗腫瘤、抗炎、抗氧化和抗催乳素等，可以抑制炎癥因子的釋放從而發揮抗炎的作用［19］。諸多研究表明CAS在治療肺疾病方面有著一定的作用。WANG等［20］發現CAS能抑制脂多糖誘導的小鼠急性肺損傷，LEE等［21］也發現CAS能改善吸煙導致的小鼠急性肺炎癥狀，但其機制尚不明確。因此，本研究以BEAS-2B細胞為研究對象，利用脂多糖構建細胞炎癥模型，探究CAS治療慢性氣道炎癥性疾病的可能機制。

細胞凋亡是一種非常嚴格的程序性細胞死亡，能夠去除機體不需要的細胞或者異常細胞，有重要的生物學意義。研究發現細胞凋亡在COPD等的發病過程中具有重要的作用［22］。本研究發現CAS可以降低細胞凋亡率，提示CAS具有抑制細胞凋亡的作用。為進一步驗證CAS對炎癥反應的影響，本研究檢測了CAS對脂多糖誘導的BEAS-2B細胞炎癥反應的影響，結果顯示CAS能夠降低炎癥因子IL-1β、TNF-α、IL-6和IFN-γ的含量，表明CAS能夠緩解氣道炎癥反應。

NF-κB在細胞的炎癥反應和免疫應答等過程中具有重要的作用。研究發現黨參多糖能夠下調NFκB mRNA表達，減輕COPD大鼠氣道炎癥反應［23］。核轉錄相關因子-2（Nrf2）廣泛存在于多個器官和組織，在肺泡巨噬細胞和肺部上皮細胞中高表達。Nrf2信號通路核心分子包括Nrf2、Kelch樣ECH相關蛋白-1（Keap1）和抗氧化反應元件（ARE）。Keap1-Nrf2-ARE信號通路是機體抗氧化應激的主要機制，在正常生理狀態下，Nrf2被Keap1隔離在細胞質中，一旦發生氧化應激，Keap1就會釋放Nrf2，使其進入細胞核與ARE結合，發揮抗氧化和抗炎的作用［24］。近年來發現多種中醫藥提取物和方劑能夠通過調控Nrf2信號通路達到緩解COPD過程中炎癥或者氧化應激的目的［25-27］。研究表明，Keap1不僅能調節Nrf2，還能調節NF-κB信號通路，兩條通路間具有相互作用［28］。本研究也同樣發現CAS能夠緩解氣道炎癥反應，其機制與NF-κB-Keap1-Nrf2-ARE信號通路有關。為了進一步驗證此結果，又利用ML385（Nrf2抑制劑）處理細胞，結果顯示CAS仍能緩解抑制Nrf2所引起損傷，降低細胞凋亡率和炎癥因子的含量，這表明CAS是通過調節Nrf2信號通路來發揮緩解氣道炎癥反應的作用。

綜上所述，CAS可減輕氣道炎癥反應，其機制與CAS調控NF-κB-Keap1-Nrf2-ARE信號通路有關。