全 文 :京尼平苷酸对佐剂性关节炎大鼠抗炎作用
及滑膜细胞凋亡机制研究
金鑫,孙静,谢文利,万宗明,晋玉章,朱江
(中国人民武装警察部队医学院 药理学教研室,天津 300162)
[摘要] 目的:研究京尼平苷酸(GA)对佐剂性关节炎(AA)大鼠抗炎作用,探讨GA对AA大鼠滑膜细胞增殖影响的可
能凋亡机制。方法:Wistar大鼠随机分为6组,分别为正常组,模型组,200,100,50mg·kg-1GA组和075mg·kg-1甲氨蝶呤
(MTX)组,右后足趾皮内注射弗氏完全佐剂后第19天给药,治疗4周,测定足肿胀指标和血清肿瘤坏死因子α(TNFα),白介
素1β(IL1β)水平。培养AA大鼠滑膜细胞给予GA(1,2,4μmol·L-1)和4μmol·L-1MTX处理,MTT法检测细胞增殖,Ho
echst/PI双染观察细胞凋亡,流式细胞仪检测凋亡细胞率,RTPCR法检测Bcl2和Bax基因 mRNA表达水平。结果:200,100
mg·kg-1GA可以明显降低足肿胀度和关节炎指数(P<005或 P<001),肿胀抑制率分别为254%,2137%,并抑制血清
中TNFα,IL1β水平(P<005),TNFα抑制率为3461%,28%,IL1β抑制率为2905%,2165%。GA(1~4μmol·L-1)处
理AA大鼠滑膜细胞5d,明显抑制细胞增殖。流式细胞仪检测显示1,2,4μmol·L-1GA组凋亡率分别为158%,243%,
407%(P<001)。RTPCR结果显示,不同浓度 GA明显抑制 Bcl2mRNA表达,而促进 BaxmRNA表达(P<005或 P<
001)。结论:京尼平苷酸可抑制AA大鼠继发性炎症,降低血清TNFα,IL1β水平,体外可抑制AA大鼠滑膜细胞增殖及诱导
细胞凋亡,作用机制与其下调Bcl2和上调Bax基因mRNA表达有关。
[关键词] 京尼平苷酸;佐剂性关节炎;滑膜细胞;凋亡;Bcl2;Bax
[收稿日期] 20090512
[基金项目] 武警医学院重点项目(WKH2009Z05);武警医学院青
年基金项目(WYQ20076)
[通信作者] 朱江,Tel:(022)60578033,Email:tuofu66@sina.
com
[作者简介] 金鑫,讲师,主要从事抗类风湿药物药理学研究,Tel:
(022)60578256,Email:jinxin1227@126com
类风湿性关节炎(rheumatoidarthritis,RA)以滑
膜炎为特征,表现为滑膜细胞类肿瘤样增生,可能与
滑膜细胞凋亡不足有关,很多治疗 RA药物作用机
制与促进滑膜细胞凋亡有关。研究发现中药栀子具
有抗炎镇痛作用,栀子浸膏及其单体京尼平苷抑制
AA大鼠足肿胀并下调血清中致炎因子 IL1β和
TNFα水平,提示该药物可能对 RA有治疗作
用[12]。京尼平苷酸为京尼平苷衍生物,本文首次通
过建立大鼠佐剂性关节炎模型进行京尼平苷酸体内
抗炎实验和体外培养致炎大鼠滑膜细胞,观察药物
对滑膜细胞增殖及凋亡的影响,探讨该药物抗炎活
性及机制。
1 材料
11 动物 健康雄性 Wistar大鼠,体重180~200
g,北京维通利华实验动物技术有限公司提供,动物
合格证号 SCXK(京)20070001。
12 药物 京尼平苷酸(geniposideacid,GA),含
量(HPLC)≥98%或90%(用于大鼠体内实验),成
都锦泰和医药化学技术有限公司产品;甲氨喋呤
(MTX)为江苏恒瑞医药股份有限公司产品(批号
07102412)。
13 试剂 卡介苗(批号 20080129),购自中国生
物制品研究所;弗氏不完全佐剂,Ⅰ型胶原酶,MTT,
PI,Hoechst33342,EB均为Sigma公司产品;IL1β和
TNFαELISA试剂盒购于武汉博士德公司(批号
EK0393,EK0526);TRIzol和琼脂糖由 Invitrogen公
司生产;RTPCR试剂盒由大连宝生物有限公司生
产(批号 BK3401);Bcl2,Bax引物由上海生工生物
技术有限公司合成。
14 仪器 日本 NikonTS100型倒置相差显微镜,
美国ThermoForma3110型 CO2培养箱,奥地利 TE
CANsunrise型酶标仪,美国 CoulterEPICSXL型流
式细胞仪,日本ASTECPC818S型PCR仪。
2 方法
21 大鼠佐剂性关节炎(adjuvantinducedarthritis,
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AA)模型建立[3] 用弗氏完全佐剂(卡介苗80℃,
1h灭活,与弗氏不完全佐剂充分乳化,含卡介苗10
g·L-1)于大鼠右后足跖皮内注射01mL致炎,正
常组注射等量生理盐水。
22 京尼平苷酸对 AA大鼠足肿胀的影响 大鼠
48只随机分为6组,分别为正常组,模型组,高、中、
低给药组和阳性药组。致炎后第19天给药,高、中、
低给药组每天灌胃给予京尼平苷酸200,100,50mg
·kg-1,阳性药组肌注甲氨蝶呤075mg·kg-1每周
1次,共给药4周,模型和正常组每天给生理盐水。
分别于致炎前,末次给药后1h用自制容积测量仪
测量左后足容积,计算给药后足肿胀度和肿胀抑制
率,并根据文献计算关节炎指数[3]。
肿胀度=给药后足容积-致炎前足容积
肿胀抑制率 =(对照组平均肿胀度 -给药组平均肿胀
度)/对照组平均肿胀度×100%
23 京尼平苷酸对 AA大鼠血清 TNFα,IL1β的
影响 给药后各组大鼠股动脉取血,用 ELISA试剂
盒测定血清TNFα,IL1β水平。
24 滑膜细胞的分离与培养 将模型组大鼠放血
处死,无菌条件下分离关节囊滑膜层和纤维层,取出
滑膜组织,参照文献方法经改进进行滑膜细胞培
养[4]。将滑膜组织在 DHanks液中漂洗3次,去除
脂肪组织,剪成1mm3的小块,用02%的Ⅰ型胶原
酶消化4h,离心去上清后加入025%胰酶消化15
min,200目滤网过滤,滤液离心后沉淀用含 10%
FBS的 RPMI1640培养基重悬后在 37℃,含 5%
CO2培养箱中培养,取2~3代细胞用于实验。
25 京尼平苷酸对大鼠滑膜细胞增殖的影响 将
滑膜细胞制成1×105个/L细胞悬液,接种于96孔
培养板中,每孔200μL,培养24h后各组分别加入
不同浓度的GA(1~4μmol·L-1)和MTX4μmol·
L-1,对照组加入含01%DMSO的等量培养基。连
续5d,每天测定细胞增殖情况,每孔加 MTT(5g·
L-1)20μL,37℃孵育4h,弃上清,将板晾干,每孔
加入DMSO150μL,轻度震荡15min,用酶标仪测定
490nm处各孔吸收度(A),按公式计算细胞生长抑
制率。
抑制率=(1-A实验/A对照)×100%
26 荧光显微镜观察凋亡细胞 取滑膜细胞,分组
及给药方法同25,培养48h后,胰酶进行消化,收
集细胞,离心后去上清,加入200μLPBS于小离心
管中,充分混匀后加入Hoechst33342母液和PI母液
各2μL(母液PI500mg·L-1,母液Hoechst333422
mmol·L-1),37℃染色 10min。然后离心除去染
液,制成 PBS混悬液滴片,荧光显微镜下用双色滤
光片观察并照相。
27 流式细胞仪测定细胞凋亡率 收集药物处理
后细胞,离心弃上清,PBS洗1次,每管加70%乙醇
1mL固定,用吸管将细胞分散成单个,-20℃过
夜。离心弃固定液,加50mg·L-1RNase37℃,1
h,加50mg·L-1PI染液,4℃避光1h,400目的筛
网过滤1次,在流式细胞仪上测定细胞凋亡率。
28 RTPCR法测定凋亡相关基因(Bcl2,Bax)
mRNA表达 将药物处理后滑膜细胞用 Trizol提取
总RNA,按照RTPCR试剂盒说明逆转录 mRNA为
cDNA然后进行 PCR。引物:βactin(sense:5′
TGTTTGAGACCTTCAACACCC3′,antisense:5′AG
CACTGTGTTGGCGTACAG3′,产物长度 540bp);
Bcl2(sense:5′GGTGCCACCTGTGGTCCACCT3′,
antisense:5′CTTCACTTGTGGCCCAGATAGG3′,产
物 长 度 458 bp);Bax(sense:5′CGTCCAC
CAAGAAGCTGAGCG3′, antisense:5′AGCACTC
CCGCCACAAAGATG3′,产物长度为382bp)。PCR
反应条件:βactin,94℃ 30s,56℃ 1min,72℃ 1
min,28个循环;Bcl2,94℃ 1min,57℃ 30s,72℃
1min,28个循环;Bax,94℃1min,58℃30s,72℃
1min,28个循环。PCR产物用2%琼脂糖凝胶电泳
检测,在凝胶成像系统上扫描,测定目标基因和 β
actin条带灰度值,用两者的比值代表目标基因相对
表达含量。
29 统计学处理 数据均经齐性检验和正态分布
检验,以 珋x±s表示,多组均数间比较采用单因素方
差分析,数据使用 SPSS130软件分析,以 P<005
为差异有显著性。
3 结果
31 对AA大鼠继发性炎症的影响 模型组大鼠
左后足肿胀度和关节炎指数明显高于正常组(P<
001),说明模型复制成功。经200,100mg·kg-1
GA灌胃给药或者075mg·kg-1MTX肌注治疗4
周后,足肿胀度和关节炎指数明显降低,与模型组相
比有显著性差异(P<005或 P<001),MTX和不
同浓度 GA对 AA大鼠足肿胀具有不同程度抑制作
用,肿胀抑制率随GA剂量增大而提高(表1)。
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表1 京尼平苷酸对AA大鼠足肿胀的影响(珋x±s,n=8)
组别
剂量
/mg·kg-1
肿胀度
/mL
肿胀抑制率
/%
关节炎
指数
正常 - 008±001 - 0
模型 - 031±0071) - 713±0831)
GA 200 023±0062) 254 525±0713)
100 024±005 2137 613±0842)
50 026±009 1613 675±104
MTX 075 018±0063) 4194 513±0643)
注:与正常组比较1)P<001;与模型组比较2)P<005,3)P<
001(表2同)。
32 对 AA大鼠血清 TNFα,IL1β的影响 与正
常组比较,致炎后模型组大鼠血清 TNFα和 IL1β
水平明显升高(P<001);与模型组比较,MTX和高
剂量GA组大鼠TNFα和IL1β水平显著降低(P<
005),中剂量 GA组大鼠 TNFα水平明显降低
(P<005),IL1β水平虽有下降,但无显著性差异;
低剂量GA组作用不明显(表2)。
表2 京尼平苷酸对AA大鼠血清TNFα,
IL1β的影响(珋x±s,n=8)
组别
剂量
/mg·kg-1
TNFα IL1β
ng·L-1 抑制率/% /ng·L-1 抑制率/%
正常 - 1538±599 - 2794±1134 -
模型 - 427±14191) - 6147±14671) -
GA 200 2792±9912) 3461 4361±13622) 2905
100 3074±6932) 28 4816±991 2165
50 3653±1623 1445 5678±1739 763
MTX 075246±10872) 4212 4547±7572) 2603
33 AA大鼠滑膜细胞增殖情况 不同浓度GA作
用5d,AA大鼠滑膜细胞增殖受到不同程度抑制,
且呈现剂量依赖性,4μmol·L-1GA和 4μmol·
L-1MTX对滑膜细胞增殖的抑制作用随时间增加作
用增强,抑制率明显增加(图1)。
图1 GA对AA大鼠滑膜细胞作用不同时间
细胞增殖的影响
34 形态学检测滑膜细胞凋亡 GA引起细胞明
显形态学上的改变,出现细胞全面皱缩,细胞膜皱缩
外突,随着药物浓度的加大,镜下凋亡细胞比例逐渐
增加,核染色质浓缩,核固缩和碎裂,细胞碎裂,形成
凋亡小体,并且坏死细胞数量增多(图2)。
A空白对照组;B4μmol·L-1GA组
图2 Hoechst/PI双染AA大鼠滑膜细胞
形态学改变(×400)
35 对滑膜细胞凋亡率的影响 用流式细胞仪检
测经不同浓度的GA(10,20,40μmol·L-1)作用
后的滑膜细胞“亚 G1细胞群”的含量,既凋亡细胞
群含量,结果显示凋亡率分别为 158%,243%,
407%,与对照组(凋亡率566%)相比差异具有显
著性(P<001),由此可见GA诱导AA大鼠滑膜细
胞凋亡呈剂量依赖性增强。
36 对滑膜细胞凋亡相关基因 Bcl2,BaxmRNA
表达的影响 RTPCR实验结果显示:用1~4μmol
·L-1GA处理滑膜细胞后,凋亡相关基因 Bcl2
mRNA表达随GA浓度的增加而降低,BaxmRNA表
达随GA浓度的增加而升高。4μmol·L-1MTX组
Bcl2mRNA表达最弱,BaxmRNA表达最强(图3,
4)。与对照组相比,不同浓度 GA组和40μmol·
L-1MTX组滑膜细胞 Bcl2mRNA表达明显降低而
BaxmRNA表达明显增加(1,20μmol·L-1GA组
P<005,40μmol·L-1GA和40μmol·L-1MTX
组P<001,表3)。
AMark;B对照组;C10μmol·L-1GA组;
D20μmol·L-1GA组;E40μmol·L-1
GA组;F40μmol·L-1MTX组
图3 GA对AA大鼠滑膜细胞Bax基因mRNA表达的影响
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A~EBcl2mRNA表达;FMark;G~Kβactin
mRNA表达;A,G40μmol·L-1MTX组;B,H40
μmol·L-1GA组;C,I20μmol·L-1GA组;D,
J10μmol·L-1GA组;E,K对照组。
图4 GA对AA大鼠滑膜细胞Bcl2基因
mRNA表达的影响
表3 京尼平苷酸对AA大鼠滑膜细胞Bcl2,
BaxmRNA表达影响(珋x±s,n=3)
分组
浓度
/μmol·L-1
Bcl2
/βactin
Bax
/βactin
对照 - 0594±0178 0283±0036
GA 1 0475±00521) 0427±00511)
2 0382±00641) 0439±00481)
4 0214±00162) 0613±00572)
MTX 4 0185±00132) 0736±00512)
注:与对照组比较1)P<005,2)P<001。
4 讨论
栀子有泻火除烦,清热利尿,凉血解毒功效,用
于热病心烦,黄疸尿赤,血淋涩痛,血热吐衄,目赤肿
痛,火毒疮疡,外治扭挫伤痛等。京尼平苷为栀子提
取物,据报道具有抗RA作用;京尼平苷酸是京尼平
苷衍生物,可由京尼平苷在体内酯解产生,由于两者
化学结构相似,推测具有相似的抗炎作用。
实验结果表明200,100mg·kg-1GA于 AA大
鼠致炎后19d给药,治疗4周后,可以明显降低足
肿胀度和关节炎指数,说明 GA可以缓解佐剂诱导
的继发性炎症。进一步测定大鼠血清中 TNFα,IL
1β水平,结果显示,GA显著降低血清中 TNFα,IL
1β水平;TNFα和 IL1β是 RA发病机制中居中心
地位的促炎症细胞因子,TNFα,IL1β水平的升高
可以导致滑膜炎症,软骨破坏,造成关节损伤,是构
成RA滑膜病变的病理基础[5];实验结果说明 GA
通过减少致炎因子的产生,可以阻止或缓解关节炎
症的发生和发展。
文献报道[6],引起 RA关节滑膜组织类肿瘤样
增殖可能由于滑膜细胞凋亡机制障碍,导致滑膜细
胞增殖和凋亡之间的平衡失调而引起的。MTT结
果说明 GA在体外能够抑制 AA大鼠滑膜细胞类肿
瘤样增殖,抑制 率 呈 剂 量 依 赖 性 增 强。Ho
echst33342/PI双染和流式细胞仪检测结果显示不
同浓度GA可以诱导滑膜细胞凋亡,染色质凝集边
移,核碎裂,形成凋亡小体;凋亡率明显增加,40
μmol·L-1GA组大约是空白对照组的7倍。文献
报道Bcl2基因家族蛋白之间的比例影响着细胞对
各种凋亡刺激分子的敏感性,决定 caspase活化与
否,从而决定细胞是否进行凋亡[78],其中 Bcl2为
抑凋亡基因,Bax为促凋亡基因。RTPCR显示 GA
可以下调Bcl2mRNA的表达,同时上调了BaxmR
NA的表达,说明GA通过调控凋亡基因表达水平促
进滑膜细胞凋亡。实验结果与多种治疗RA的药物
通过诱导滑膜细胞凋亡而起到抑制关节免疫炎症的
文献一致[911]。
总之,本实验发现 GA在体内可以抑制 AA
大鼠继发性炎症,体外可以抑制 AA大鼠滑膜细
胞增殖,其作用机制与抗滑膜细胞凋亡有关,调
控基因 Bcl2,Bax表达可能是 GA抗内风湿性
关节炎的作用靶点之一。京尼平苷在体内可能
通过转化为 GA产生抗炎活性,于京尼平苷相比,
GA可能具有更直接的抗炎活性。以上实验结果
为 GA进一步用于治疗 RA的实验研究提供了理
论和实验基础。
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[Abstract] Objective:Tostudytheefectofgeniposideacid(GA)ontheantiinflammatoryactionforadjuvantinducedarthri
tis(AA)ratsandtheproliferationofsynoviocytesinAAratsandthefeasiblemechanismofapoptosisinvitroMethod:Fortyeight
healthmaleWistarratsweredividedrandomlyintosixgroupsandwereadministeredrespectivelywith200,100,50mg·kg-1GAand
075mg·kg-1MTXandnormalsodium(normalormodelcontrolgroup)forfourweekswhenrightposteriorpawpadsofratsexcluding
normalcontrlgroupwereinjectedintrademalywithcompleteFreund′sadjuvantafter19daysTheleftposteriorpawsswelingdegree,
swelinginhibitionratioandarthritisindexofsecondaryinflamationweredetectedTheTNFαandIL1βproteinsinserumofratswere
assayedbyenzymelinkedimmunosorbentassay(ELISA)kitsThesynovialfibroblastsofAAratswereexposedto14μmol·L-1GA
or4μmol·L-1MTXTheefectofGAontheproliferationofsynoviocyteswasdetectedbyMTTassayThemorphologicchangeofap
optosiscelswasobservedbyHoechst/PIdoublestainningandfluorescencemicroscopeTherateofapoptosiscelswasanalyzedby
flowcytometryThemRNAexpresstionofBcl2andBaxgenewasdetectedbyreversetranscriptionPCR(RTPCR)Result:200mg
kg-1or100mgkg-1GAcoulddecreasesignificantlythepawswelingdegree,arthritisindexandthelevelofTNFαandIL1βproteins
inserumofAArats(P<005orP<001)with254%,2137% oftheswelinginhibitionratiorespectivly,3461%,28% ofpro
teininhibitionratioofTNFαand2905%,2165% ofthatofIL1βGA(14μmol·L-1)inhibitatedsignificantlytheproliferation
ofsynoviocytesculcuredfor5daysFlowcytometryshowedthat1,2,4μmol·L-1GAincreasedobviouslytherateofapoptosiscels,
theapoptosisratioswere158%,243%,407% respectivly(P<001)RTPCRshowedGAcoulddecreasetheexpressionlevelof
Bcl2genebutincreasethatofBaxgene(P<005orP<001)Conclusion:GAcouldinhibitthesecondaryinflamationofAArats
anddecreasethelevelofTNFαandIL1βproteinintheAAratsserumGAcouldinhibittheproliferationofAAratsynoviocytesin
vitroandinduceapoptosiswhichmechanismwasconcernedwithdownregulatingthemRNAexpressionofBcl2andupregulatingthat
ofBax
[Keywords] geniposideacid;adjuvantinducedarthritis;synoviocyte;apoptosis;Bcl2;Bax
[责任编辑 古云侠]
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第34卷第23期
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Vol.34,Issue 23
December,2009