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Study on mechanisms of anti-asthma by Kangmin Pingchuan Formula via balance of regulatory T cells and Th17 cells

从调节性T细胞和Th17细胞变化探讨抗敏平喘方治疗哮喘机制



全 文 :中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45卷 第 12期 2014年 6月

·1731·
从调节性 T 细胞和 Th17 细胞变化探讨抗敏平喘方治疗哮喘机制
严展鹏 1,张晓震 2, 3,徐东宁 2, 3,叶 娟 2, 3,朱晓静 2, 3,滕之颖 2, 3,曹 鹏 2, 3*
1. 南京师范大学生命科学学院,江苏 南京 210023
2. 江苏省中医药研究院,江苏 南京 210028
3. 中国中医科学院江苏分院,江苏 南京 210028
摘 要:目的 从调节性 T细胞(Tregs)和 Th17细胞亚群平衡方面来探讨抗敏平喘方治疗哮喘的机制。方法 将 6~8周
龄雌性 BALB/c小鼠随机分为 5组:对照组、模型组、泼尼松(5.5 mg/kg)组、抗敏平喘方低和高剂量(4.95、9.90 g/kg)
组;用卵清蛋白诱导小鼠哮喘模型,每天雾化后 ig给药,连续 15 d,末次给药后处死小鼠,通过病理切片 HE染色观察肺
组织的损伤情况,用流式细胞术测定血液中 Th17 和 Tregs 细胞亚群的变化比例;ELISA 法检测小鼠血清中白细胞介素-4
(IL-4)、转化生长因子-β(TGF-β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)蛋白的表达水平。结果 病理切片 HE染色显示抗敏平喘方
能够改善哮喘小鼠肺组织损伤,降低淋巴细胞对肺组织的浸润水平;抗敏平喘方能够下调血液中 Th17细胞比例和上调 Tregs
细胞比例,并且存在剂量依赖效应;抗敏平喘方同时能够显著提高血液中 IL-4和 TGF-β水平并降低 TNF-α水平。结论 抗
敏平喘方能够通过影响 Th17细胞和 Tregs在血液中的比例以及相关炎症因子的水平而达到治疗哮喘的作用。
关键词:哮喘;抗敏平喘方;调节性 T细胞;Th17细胞,炎症细胞因子
中图分类号:R285.5 文献标志码:A 文章编号:0253 - 2670(2014)12 - 1731 - 05
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2014.12.015
Study on mechanisms of anti-asthma by Kangmin Pingchuan Formula via
balance of regulatory T cells and Th17 cells
YAN Zhan-peng1, ZHANG Xiao-zhen2, 3, XU Dong-ning2, 3, YE Juan2, 3, ZHU Xiao-jing2, 3, TENG Zhi-ying2, 3,
CAO Peng2, 3
1. College of Life Science, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China
2. Jiangsu Province Institute of Traditional Chinese Medicine, Nanjing 210028, China
3. Jiangsu Branch of China Academy of Chinese Medical Sciences, Nanjing 210028, China
Abstract: Objective To study the possible mechanisms of Chinese materia medica Kangmin Pingchuan Formula via regulating the
balance of regulatory T cells (Tregs) and Th17 cells. Methods The female BALB/c mice were divided into five groups: control, model,
Prednisone (5.5 mg/kg), Kangmin Pingchuan Formula low- (4.95 g/kg) and high-dose (9.90 g/kg) groups; Ovalbumin was used to
make the asthmatic model of mice, the drug was ig administered daily after atomization for consecutive 15 d, then the mice were killed
after the last administration. The paraffin-embedded tissue sections of the lungs in mice were stained by HE; Th17 cells and Tregs in
blood were detected by flow cytometry; IL-4, TGF-β, and TNF-α in serum of mice were detected by ELISA assay. Results HE
staining showed that Kangmin Pingchuan Formula could alleviate the inflammation in the lung tissue of mice, decrease the proportion of
Th17 cells, increase the proportion of Tregs in blood, promote TGF-β levels, and inhibit TNF-α levels in blood. Conclusion Kangmin
Pingchuan Formula could treat the asthma through impacting the proportion of Th17 cells and Tregs in blood as well as the levels of
related inflammatory cytokines in mice.
Key words: asthma; Kangmin Pingchuan Formula; regulatory T cells; Th 17 cells; inflammatory cytokines

哮喘是一种复杂的呼吸道 I 型超敏反应性疾
病,其特点是气道间断性阻塞和可逆性气道高反应
性,是由多种因素(遗传、免疫和环境等)所导致
的慢性气道炎症反应[1]。据报道全世界共有 3 亿人

收稿日期:2014-01-22
基金项目:江苏省中医药领军人才培养基金(RC1006)
作者简介:严展鹏(1988—),男,硕士研究生,研究方向为中药免疫药理。E-mail: yzpsxxazz@126.com
*通信作者 曹 鹏,研究员,研究生导师,主要从事中药药理研究。Tel: (025)85608666 E-mail: cao_lab@126.com
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45卷 第 12期 2014年 6月

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患有哮喘,每年有 25 万人死于该疾病,且儿童比
成年人群更易患病[2]。哮喘的发病机制比较复杂,
免疫系统中的 IgE抗体、嗜酸性粒细胞、肥大细胞、
树突状细胞、白细胞介素-4(IL-4)、IL-5、T 淋巴
细胞等多种免疫细胞和细胞因子都参与了该疾病
的发生发展过程,近年来研究表明哮喘和 T淋巴细
胞亚群关系密切[3-5]。CD4+CD25+Foxp3+调节性 T
细胞(regulatory T cells,Tregs)是一群具有免疫抑
制功能的 T细胞亚群,有研究发现在哮喘患者的体
内,特异性转录因子 Foxp3 表达下调以及 CD25hi
调节性 T 细胞的比例和抑制功能均发生下降[6-8]。
Th17细胞分泌的 IL-17和 IL-22等炎症因子会诱导
气道的炎症和增加平滑肌的收缩,对哮喘也有一定
的促进作用[9-10]。
中医认为哮喘的病机是素体禀气不足,宿痰内
伏,遇到风寒燥等外邪后,邪郁于肺,肺气失宣,
痰阻气闭,气机不利,从而导致了疾病发生[11]。朱
秀峰老中医的抗敏平喘方由炙麻黄、射干、乌梅、
平地木、陈皮、桔梗、炙黄芪、仙灵脾和生甘草 9
味药组成,具有抗敏平喘、扶正祛痰之功,临床上
主要用于体虚易感、反复咳喘的患者。该方结构严
谨,君药麻黄、射干与乌梅,辛开苦泄、寒温并用、
收敛结合,共起宣肺祛痰、解痉平喘、调畅气机之
功;臣药平地木、桔梗、陈皮与黄芪,化痰祛痰、
补气调气,协助君药进一步祛痰调气;佐药仙灵脾,
辛温散邪、甘温不滞、补肾调养,助君药纳气平喘;
使药生甘草味甘性平,既能补脾益气、润肺止咳,
还能平喘化痰、调和宣降;诸药共奏抗敏平喘,扶
正祛痰之功。现代药理研究显示,麻黄、射干、乌
梅、平地木、桔梗、仙灵脾及甘草都有抗过敏的作
用,可抑制机体对外来刺激的超敏反应,而黄芪、
仙灵脾、平地木、桔梗及甘草有免疫调节的功能。
本实验根据哮喘的西医发病机制和中医的病
因病机,分析整理朱秀峰老中医对哮喘的临床经
验,结合现代药理学和免疫学的研究进展,从 Tregs
和 Th17细胞的变化来对抗敏平喘方进行研究。
1 材料
1.1 实验动物
BALB/c雌性小鼠,6~8周龄,体质量 18~22
g,购自上海斯莱克实验动物有限公司,合格证号
SCXK(沪)2008-0016,饲养条件为 SPF级,室温
为 22~25 ℃,湿度为 40%~70%,自由取食和饮
水,12 h黑夜,12 h白天。
1.2 试剂
卵清蛋白(OVA)购自中国鱼跃公司,氢氧化
铝购自天津四通化工厂,IL-4、转化生长因子-β
(TGF-β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)ELISA检测
试剂盒及 Tregs 和 Th17 细胞检测试剂均购自美国
eBioscience 公司,RPMI 1640 培养基和胎牛血清
(FBS)购自美国 Life Technologies公司,苏木精和
伊红购自南京建成生物工程研究所。
1.3 仪器
超声雾化吸入器购自德国 PARI GmbH公司,
倒置显微镜购自美国 Carl Zeiss公司,石蜡切片机
购自德国Leica公司,流式细胞仪购自美国Millipore
公司,全自动酶标仪购自美国 Thermo Fisher
Scientific公司。
2 方法
2.1 动物分组
取 50只 BALB/c雌性小鼠,将小鼠随机分为 5
组:对照组、模型组、泼尼松(5.5 mg/kg)组、抗
敏平喘方低和高剂量(4.95、9.90 g/kg)组。
2.2 哮喘动物模型制备
参照 McMillan 等[12]小鼠哮喘模型制作方法,
第 1天,每只小鼠 ip OVA悬液(100 mL生理盐水
中加入 20 mg的 OVA,同时加入 2.25 g佐剂氢氧化
铝粉末,摇匀过夜)150 μL进行致敏;第 14天,
重复致敏 1次;第 28天,以含 1% OVA 的 PBS溶
液通入雾化吸入箱,5 min 后放入造模小鼠,雾化
60 min(雾粒直径不超过 1 μm),每天 1次,每次
给小鼠雾化 1 h后,开始 ig给药,连续 15 d,第 43
天停止给药;对照组小鼠以等量的生理盐水雾化,
每天 ig等体积生理盐水。
2.3 抗敏平喘方制备
抗敏平喘方组方:炙麻黄 6 g、射干 15 g、乌
梅 9 g、平地木 30 g、陈皮 9 g、桔梗 9 g、炙黄芪 9
g、仙灵脾 12 g和生甘草 9 g,各药材均由江苏省中
西医结合医院提供,由江苏省中医药研究院王大为
博士鉴定,具体鉴定结果及产地见表 1,各药材按
常规方法制成 4.05 g/mL的水煎液,冰箱保存备用。
2.4 肺组织切片和染色
实验结束时处死小鼠,将取好的小鼠肺组织浸
入 10%甲醛固定 24 h 后,进行梯度脱水和石蜡包
埋,包埋后的蜡块保存在 4 ℃过夜,在石蜡切片机
上以 5 μm的厚度切片,展片机中充分展片后捞片,
再放在拷片机上拷片 3 h,即可进行组织学染色检
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45卷 第 12期 2014年 6月

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表 1 抗敏平喘方的药材基原及产地
Table 1 Sources origins and habitats of composition in Kangmin Pingchuan Formula
名称 基原 产地
炙麻黄 麻黄科植物草麻黄 Ephedra sinica的草质茎 河北
射干 鸢尾科植物射干 Belamcanda chinensis的干燥根茎 湖北
乌梅 蔷薇科植物梅 Prunus mume的近成熟果实,经烟火熏制而成 福建
平地木 紫金牛科植物平地木 Ardisia japonica的全株 江西
陈皮 芸香科植物橘 Citrus reticulata的干燥成熟的果皮 广东
桔梗 桔梗科植物桔梗 Platycodon grandiflorum的干燥根 吉林
炙黄芪 豆科植物黄芪 Astragalus membranaceus的炮制加工品 内蒙古
仙灵脾 小檗科植物淫羊藿 Epimedium brevicornum的全草 陕西
生甘草 豆科植物甘草 Glycyrrhiza uralensia的根及根茎 新疆

测;苏木素伊红(HE)染色观察肺组织的形态,确
定肺部的炎症水平及药物治疗的有效性。
2.5 流式细胞术检测
用红细胞裂解液裂解处理小鼠心脏采血获得
的新鲜血液,用抗 CD4-FITC和抗 CD25-APC孵育
血液中白细胞 30 min,固定和破膜后用抗 Foxp3-PE
染色 30 min,流式细胞仪分析 Tregs细胞比例;用
加有刺激剂 PMA和阻断剂BFA的 RPMI 1640培养
基(含 10%胎牛血清)将血液细胞在培养箱中培养
5 h,加入抗 CD4-FITC孵育 30 min,固定破膜后加
入抗 IL-17-PE染色 30 min,流式细胞仪分析 Th17
细胞比例。
2.6 ELISA 法检测细胞因子
末次雾化 24 h后,用 10%水合氯醛(2.5 mL/kg)
ip麻醉小鼠,暴露胸腔后右心室穿刺取血,放于离
心管中,静置待血液凝固后,4 ℃温度下 3 500 r/min
离心 5 min,血清−80 ℃保存;ELISA法检测小鼠
血清中 IL-4、TGF-β和 TNF-α细胞因子水平。
2.7 统计学分析
实验数据采用 SPSS 17.0软件进行计算,组间
差异采用 Students-t检验,结果以 ±x s来表示。
3 结果
3.1 抗敏平喘方对哮喘小鼠肺组织病理学的影响
对小鼠肺组织进行切片和 HE染色后,病理学
观察和分析发现,对照组小鼠的肺组织没有明显的
病理变化,模型组却发现有更多的淋巴细胞浸润和
支气管壁增厚,而给予阳性药泼尼松后小鼠的肺组
织病变具有一定的改善,抗敏平喘方的高、低剂量
小鼠肺组织病变均有所减轻,免疫细胞的浸润大量
减少,同时肺的组织形态较模型组损伤有较大程度
的恢复,显示抗敏平喘方具有较好的治疗作用,见
图 1。
3.2 抗敏平喘方对哮喘小鼠体内 Th17 和 Tregs 细
胞的影响
从图 2中的数据分析可知,与对照组比较,模
型组小鼠血液中 Th17 细胞的比例明显升高,阳性
药泼尼松和抗敏平喘方低剂量组对哮喘小鼠的
Th17细胞均没有影响,抗敏平喘方高剂量组却能明
显下调小鼠血液中 Th17 细胞的比例;在模型组哮
喘小鼠中 Tregs 出现了下调趋势,泼尼松能够提高
小鼠血液中 Tregs 细胞的比例,抗敏平喘方对小鼠
的 Tregs 细胞也有一定的上调作用;流式细胞仪测


对照 模型 泼尼松 抗敏平喘方 4.95 g·kg−1 抗敏平喘方 9.90 g·kg−1
图 1 各组小鼠肺组织病理学观察
Fig. 1 Histopathology of lung in mice of each group
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 45卷 第 12期 2014年 6月

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与模型组比较:*P<0.05 **P<0.01,下同
*P < 0.05 **P < 0.01 vs model group, same as below
图 2 流式细胞术检测哮喘小鼠血液中 Th17 细胞 (A) 和 Tregs 细胞 (B) 比例 ( ± = 10x s , n )
Fig. 2 Detection for proportion of Th17 cells (A) and Tregs (B) in blood of mice by flow cytometry ( ± = 10x s , n )
定结果显示抗敏平喘方能够使小鼠血液中的 Th17
细胞下调和 Tregs细胞上调。
3.3 抗敏平喘方对哮喘小鼠血清炎症因子的影响
IL-4在模型组小鼠血清中升高,在泼尼松组和
抗敏平喘方组中呈现了下降趋势;TGF-β在模型组
小鼠血清中降低,在泼尼松组和抗敏平喘方组中出
现了上升趋势;抗敏平喘方能够同时调节炎症因子
IL-4和抑炎因子 TGF-β的水平,见图 3。



图 3 ELISA 法测定小鼠血清中 IL-4 (A)、TGF-β (B) 和 TNF-α (C) 水平 ( ± = 10x s , n )
Fig. 3 Detection of levels of IL-4 (A), TGF-β (B), and TNF-α (C) in serum of mice by ELISA ( ± = 10x s , n )
4 讨论
支气管哮喘是以嗜酸性粒细胞浸润为主的慢
性肺部炎症性疾病,多种免疫细胞和细胞因子也参
与其中,近年来科学研究对于 T淋巴细胞亚群在哮
喘中的作用机制研究也是越来越多。Th17 细胞和
Tregs都属于 T细胞亚群,Th17细胞主要分泌 IL-17
和 IL-23 等炎症因子,该类细胞的特异性转录因子
是 ROR-γt;Tregs主要分泌 IL-10和 TGF-β等抑炎
因子,该类细胞的特异性转录因子是 Fxop3;这 2
类细胞在支气管哮喘的患者体内都具有明显的变
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100 IL
-1
7-
PE
(Y
EL
-H
Lo
g)

CD4-FITC (GRN-HLog)
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xp
3-
PE
(Y
EL
-H
Lo
g)

CD25-FITC (RED2-HLog)
A
B
对照 模型 泼尼松 4.95 9.90
抗敏平喘方 / (g·kg−1)
对照 模型 泼尼松
对照
抗敏平喘方
4.95 g·kg−1
抗敏平喘方
9.90 g·kg−1
模型 泼尼松 抗敏平喘方
4.95 g·kg−1
抗敏平喘方
9.90 g·kg−1
Th
17




/
%
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
对照 模型 泼尼松 4.95 9.90
抗敏平喘方 / (g·kg−1)
Tr
eg
s细



/
%

5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0
IL
-4
/
(n

m
L−
1 ) 800
600
400
200
0 T
G
F-
β
/ (
ng
·m
L−
1 )
400
300
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100
0
800
600
400
200
0
TN
F-
α
/ (
ng
·m
L−
1 )
对照 模型 泼尼松 4.95 9.90
抗敏平喘方 / (g·kg−1)
对照 模型 泼尼松 4.95 9.90
抗敏平喘方 / (g·kg−1)
对照 模型 泼尼松 4.95 9.90
抗敏平喘方 / (g·kg−1)
A
B C
* *
**
*
A B
*
**
**
**
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* *
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化,Th17细胞水平的升高导致肺组织中的炎症反应
上调,Tregs 水平的下调减少了对炎症细胞和炎症
因子的抑制,从而能够促进哮喘疾病的发生[13-15]。
目前西医治疗哮喘多以激素类、白三烯受体拮
抗剂、β2受体激动剂、茶碱类药物等来抑制气道炎
症、降低气道高反应性,从而达到控制症状、预防
发作为目的,但是疗效仍然不是很满意,并且在安
全性方面也存在很多问题,如长期应用激素类药物
会引起骨质疏松、高血压、糖尿病、肥胖症、下丘
脑-垂体-肾上腺轴的抑制、青光眼、肌无力等不良
反应,白三烯受体拮抗剂则会出现肝功能损害,β2
受体激动剂会引起心率加快、心律失常、血钾下降
等,茶碱类也有毒副作用[16]。
支气管哮喘在中国传统医学中属于“哮证”、
“喘证”、“痰饮”等范畴,是临床常见病多发病之
一,中医学家在总结前人经验的基础上,进一步认
识到体质与哮喘有密切的关系,认为哮喘复发本质
乃禀赋不足,肺脾肾亏虚,即古人所谓哮有“夙根”,
采用清热化痰、温阳益气、补肾纳气、止咳平喘等
方药治疗哮喘在临床上取得了良好的效果[17]。
基于小鼠哮喘模型,本实验从细胞与分子免疫
学方向研究抗敏平喘方对哮喘的治疗机制,从而解
释和印证该方在临床上的疗效。小鼠肺组织病理学
切片显示抗敏平喘方对小鼠的肺部炎症和形态具
有一定的改善作用,流式细胞术检测了 Th17 细胞
和 Tregs,抗敏平喘方能够改善 Th17/Tregs 细胞的
平衡,抗敏平喘方在一定程度上能够下调炎症因子
IL-4与 TNF-α,上调抑炎因子 TGF-β,这些实验结
果在一定程度上阐释了抗敏平喘方对哮喘的免疫
作用机制,这将为以后更加深入地研究抗敏平喘方
的药理学机制奠定了一定的基础。
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