引用本文: 梁敏, 边俊梅, 熊诗思, 李弯, 江震. miR-155/COX-2/PGE2信号通路在薯蓣皂苷改善哮喘小鼠气道炎症中的作用. 中国呼吸与危重监护杂志, 2022, 21(11): 790-796. doi: 10.7507/1671-6205.202111005 复制
哮喘是以气道炎症、气道高反应性和气道重塑为主要病理生理特征的气道炎性疾病[1],其病因和发病机制复杂,大量临床研究证实Th1/Th2、Th17/Treg介导的免疫应答和炎症在哮喘发病机制中发挥重要作用[2-3]。近年来,不少研究发现微RNA(microRNA,miRNA,miR)通过调控靶基因参与机体病理生理过程,在哮喘发生、发展过程中,多种miRNA存在异常表达,如miR-144-3p[4]、miR-155、miR-30a-3p[5]等。miR-155是一种内源性非编码RNA,在活化的B细胞、T细胞、树突状细胞和巨噬细胞高度表达,主要参与免疫细胞的发育和免疫反应[6-7]。在哮喘中,miR-155可以结合环氧合酶-2(cyclooxygenase 2,COX-2),并维持COX-2 mRNA的稳定性[8],此外,miR-155表达与哮喘人气道平滑肌细胞中COX-2的表达呈正相关,可增强COX-2的表达和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)的分泌,并通过调控COX-2/PGE2途径参与哮喘发病[9-10]。
薯蓣皂苷(dioscin,Dio)是一种甾体皂苷,在许多药用植物中大量表达,例如薯蓣。这种天然产物具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒和保肝活性[11],对卵清白蛋白(ovalbumin,OVA)诱导的哮喘小鼠的气道炎症具有显著的改善作用[12-13],通过抑制COX-2水平,可减轻博来霉素诱导的小鼠肺部炎症反应[14]。然而,关于Dio对哮喘的作用机制的研究较少,尤其是屋尘螨(house dust mite,HDM)诱导的哮喘的影响研究。因此,我们探讨了Dio在HDM诱导的哮喘小鼠模型中的作用及相关机制。
1 材料与方法
1.1 实验动物
雄性健康SPF级Balb/c小鼠70只,6~8周龄,体重18~22 g,购自北京维通利华实验动物技术有限公司,生产许可证为SCXK(京)2019-0009。小鼠饲养于武汉大学(医学研究院)[使用许可证为SYXK(鄂)20180102],放在可控制的光照下保持12 h明暗交替,温度(20±2)℃,相对湿度45%~60%,可以自由获取食物和水。研究得到本院实验动物伦理委员会核准同意(批准号20190000237)。
1.2 药品及试剂
Dio(HPLC≥98%,上海源叶生物科技有限公司,货号B21176);HDM(美国Greer Labs,货号XPB81D3A25);小鼠miR-155抑制剂(inhibitor)和inhibitor阴性对照、miR-155模拟物(mimic)和mimic阴性对照以及PCR引物序列购自Gene Pharma公司(中国上海);放射免疫沉淀法(radio immunoprecipitation assay,RIPA)裂解液、苏木精–伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色试剂和二辛可宁酸(bicinchoninic acid,BCA)试剂盒(碧云天生物科技公司,批号分别为C0105、P0013B、P0012S);小鼠PGE2、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)-4、IL-5和IL-13酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)试剂盒(ml037542、ml002095、ml064310、ml063157、ml063123,上海酶联生物科技有限公司);小鼠半胱氨酰白三烯(cysteinyl leukotriene 1,CysLTs。货号CD-106750)、半胱氨酰白三烯受体1(cysteinyl leukotriene receptor 1,CysLTR1。货号CD-103254)ELISA试剂盒(武汉纯度生物科技有限公司);高碘酸希夫(periodic acid-schiff,PAS)染色试剂盒(G1285,北京索莱宝科技有限公司);兔抗小鼠COX-2(ab179800)、β-肌动蛋白(β-actin。货号ab8227)、辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)标记的羊抗兔IgG二抗(ab205718)购自英国Abcam公司。iMark680多功能酶标仪(美国Bio-Rad公司)、BX61电动显微镜(日本Olympus公司)。
1.3 实验方法
1.3.1 动物模型制备及药物处理
小鼠适应性饲养7 d后开始实验。70只小鼠随机分为对照(control)组、模型组、inhibitor阴性对照组(inhibitor-NC组)、miR-155 inhibitor组、Dio组、Dio+miR-155 mimic阴性对照组(Dio+mimic-NC组)、Dio+miR-155 mimic组,每组10只。其中,对照组、模型组、Dio组用于探索Dio的作用;inhibitor-NC组、miR-155 inhibitor组、Dio+mimic-NC组、Dio+miR-155 mimic组用于探索Dio作用机制。根据文献[15]的方法制备哮喘小鼠模型:除对照组外,其余组小鼠分别在实验第1、7、14 d腹腔注射HDM 0.1 mL(0.5 mg/mL),第21~23 d开始连续3 d滴鼻,每天1次滴鼻10 μL的HDM(2.5 mg/mL)激发;对照组给予等量PBS溶液。于第17 d开始,inhibitor-NC组与miR-155 inhibitor组尾静脉注射0.3 mL的miR-155 inhibitor阴性对照和miR-155 inhibitor;Dio+mimic-NC组和Dio+miR-155 mimic组尾静脉注射0.3 mL的miR-155 mimic阴性对照和miR-155 mimic,然后给予Dio混悬液(60 mg/kg)灌胃[12],1次/d,共7次;Dio组给予Dio混悬液(60 mg/kg)灌胃,1次/d,共7次[12];最后一次激发24 h后处死小鼠并取材。
1.3.2 小鼠一般状态观察
观察致敏和激发前后各组小鼠的行为学变化,是否有气促、呼吸困难、打喷嚏、烦躁不安、喘息等典型的哮喘症状。
1.3.3 支气管肺泡灌洗液中炎性相关因子的测定
处死小鼠,放入75%乙醇中浸泡2 min后暴露气管,行气管插管,结扎右肺,用注射器将0.3 mL的生理盐水溶液缓慢注入左肺后回抽,以上过程重复3次,合并3次支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF),纱布过滤去除黏液后离心(4 ℃、2000 r/min离心10 min),取上清保存于–20 ℃冰箱。按照ELISA试剂盒说明书的操作检测各组小鼠BALF中PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1和Th2型细胞因子(IL-4、IL-5、IL-13)水平。
1.3.4 肺组织病理学变化
取出小鼠的肺组织,生理盐水冲洗后,滤纸吸干表面水分;左侧肺组织分为两部分,一部分液氮速冻后,–80 ℃冰箱保存,用于蛋白印迹法(Western blot),另一部分用于实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,RT-qPCR);取右侧肺组织,4%多聚甲醛固定,石蜡包埋,切片,进行HE和PAS染色,观察气道周围炎症细胞的浸润情况及杯状细胞分泌黏液的情况;并对各组病理学进行分级评分;每只小鼠肺切片任取5个独立区域进行评分,并取平均值。评分标准[16-17]如下,0分为无炎症细胞,染色面积<5%;1分为少许炎症细胞,染色面积5%~25%;2分为炎症细胞形成环状,层厚为1个细胞,肺泡壁轻度增厚,染色面积25%~50%;3分为炎症细胞成环状,层厚为2~4个细胞,肺泡壁显著增厚 染色面积50%~75%;4分为炎症细胞成环状,层厚>4个细胞,肺泡壁显著增厚,染色面积>75%。
1.3.5 RT-qPCR检测肺组织miR-155、COX-2 mRNA的表达
使用TRIzol从各组织细胞中提取总RNA,按照试剂盒说明书将RNA反转录为cDNA,进行PCR扩增。反应体系(20 μL):cDNA(200 ng/μL)2 μL,SYBR® Premix Ex TaqTM(2×)10 μL,上下游引物各0.4 μL,ddH2O 7.2 μL。反应条件:94 ℃预变性10 min,95 ℃变性15 s,60 ℃退火20 s,75 ℃延伸20 s,进行40个循环。用U6或甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)作为对照,miR-155、COX-2 mRNA的相对表达量采用2–ΔΔCt方法计算。见表1。

1.3.6 Western blot检测肺组织COX-2蛋白表达
按照试剂盒说明书的操作提取肺组织中的总蛋白,BCA法测定蛋白浓度后取等量蛋白质样品上样,十二烷基硫酸钠–聚丙烯酰胺凝胶电泳,湿转法转膜,5%脱脂奶粉封闭,加入一抗(COX-2按1∶1000的比例稀释;β-actin按1∶2000的比例稀释),4 ℃下孵育过夜,HRP标记的羊抗兔IgG二抗(1∶5000)室温孵育1 h,电化学发光显色,以β-actin为内参,通过与内参的灰度比,得出目的条带的相对表达水平。
1.4 统计学方法
采用SPSS 21.0和Image pro plus 6.0软件进行统计分析。数据用均数±标准差(±s)表示。两组间比较采用t检验,多组间比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA),组间有差异进一步采用SNK-q检验;P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 各组小鼠的一般状态
模型组和inhibitor-NC组小鼠出现抓耳搔鼻、打喷嚏、烦躁不安、喘息等典型的哮喘症状,而miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠的哮喘症状较HDM组明显减少,Dio+miR-155 mimic组小鼠的哮喘症状较Dio组明显增多,对照组小鼠表现正常。
2.2 各组小鼠肺组织病理学变化
对照组支气管和肺泡结构清晰,未见明显异常,且未见杯状细胞增生;模型组和inhibitor-NC组小鼠肺组织支气管和血管壁周围可见大量炎症细胞浸润,杯状细胞增生明显(P<0.05);与模型组相比,miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠肺组织气道炎症明显减轻,黏液分泌减少(P<0.05);与Dio组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠肺组织气道炎症增加,黏液分泌增加(P<0.05);与inhibitor-NC组相比,miR-155 inhibitor组小鼠肺组织气道炎症明显减轻,黏液分泌减少(P<0.05);与Dio+mimic-NC组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠肺组织气道炎症增加,黏液分泌增加(P<0.05);见图1、表2。

对照组(①)小鼠肺部支气管和肺泡结构清晰;模型组(②)和inhibitor-NC组(③)小鼠肺组织支气管和血管壁周围可见大量炎症细胞浸润,杯状细胞增生明显;miR-155 inhibitor组(④)、Dio组(⑤)和Dio+mimic-NC组(⑥)小鼠肺组织气道周围炎症细胞浸润和黏液分泌减少;Dio+miR-155 mimic组(⑦)小鼠肺组织气道炎症增加,黏液分泌增加。


2.3 各组小鼠BALF中炎性因子水平
与对照组相比,模型组和inhibitor-NC组小鼠BALF中PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1和IL-4、IL-5、IL-13水平显著升高(P<0.05);与模型组相比,miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠BALF中上述指标水平明显降低(P<0.05);与Dio组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠BALF中上述指标水平明显升高(P<0.05);与inhibitor-NC组相比,miR-155 inhibitor组小鼠BALF中上述指标水平明显降低(P<0.05);与Dio+mimic-NC组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠BALF中上述指标水平明显升高(P<0.05);见表3。


2.4 各组小鼠肺组织miR-155、COX-2 mRNA的表达
与对照组相比,模型组和inhibitor-NC组小鼠肺组织miR-155、COX-2 mRNA的表达显著升高(P<0.05);与模型组相比,miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠miR-155、COX-2 mRNA的表达明显降低(P<0.05);与Dio组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠COX-2 mRNA的表达明显升高(P<0.05);与inhibitor-NC组相比,miR-155 inhibitor组小鼠肺组织miR-155、COX-2 mRNA的表达明显降低(P<0.05);与Dio+mimic-NC组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠肺组织COX-2 mRNA的表达明显升高(P<0.05);见表4。


2.5 各组小鼠肺组织COX-2蛋白表达
与对照组相比,模型组和inhibitor-NC组小鼠肺组织COX-2蛋白表达显著升高(P<0.05);与模型组相比,miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠COX-2蛋白表达明显降低(P<0.05);与Dio组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠COX-2蛋白表达明显升高(P<0.05);与inhibitor-NC组相比,miR-155 inhibitor组小鼠肺组织COX-2蛋白表达明显降低(P<0.05);与Dio+mimic-NC组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠肺组织COX-2蛋白表达明显升高(P<0.05);见图2、表4。

3 讨论
MiR-155是一种多效性microRNA,在调节炎症反应中起关键作用。研究表明,哮喘患者的miR-155和COX-2、PGE2水平均升高;且在哮喘气道平滑肌细胞中增加miR-155的表达可以提高COX-2蛋白的丰度,从而增加PGE2的分泌,使用COX-2选择性抑制剂NS-398处理哮喘气道平滑肌细胞可完全抑制PGE2的分泌[9];表明PGE2的分泌需要COX-2,抑制miR-155表达可以降低COX-2蛋白表达和PGE2分泌。COX-2通常在炎症过程中被诱导,调节Th1、Th2和Th17细胞,与过敏原诱导的肺部炎症的恶化、全身性炎症和体内IgE产生有关[18-19]。PGE2在过敏性肺部炎症期间在气道中产生,是一种有效的平滑肌松弛剂,同时也是一种有效的促炎介质,与多种炎症性疾病有关。有研究显示,PGE2可通过EP2促进B细胞分泌IgE,促进体内抗原特异性IgE反应,有助于哮喘的发展[20]。在本研究中,在HDM诱导的哮喘小鼠中,miR-155和COX-2表达均升高,同时BALF中PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1水平和Th2型细胞因子IL-4、IL-5、IL-13水平均升高。CysLTs通过其受体CysLTR1可促使嗜酸性粒细胞聚集,促进气道黏液分泌,引起气道重塑,是哮喘发病过程中最重要的炎症介质之一[2]。病理结果显示肺组织有大量炎症细胞浸润和杯状细胞增生;而下调miR-155表达后,COX-2和PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1、Th2细胞因子(IL-4、IL-5、IL-13)水平均降低,肺部炎症减轻,这与以往的研究结果一致;提示,miR-155/COX-2/PGE2轴可能在调节哮喘气道炎症中起关键作用。
Dio是一类从药用植物中分离出的甾体皂甙,已被证实具有抗哮喘作用,可抑制肺组织NF-κB活化和MAPK信号通路,进而抑制肺过敏性炎性因子生成,改善OVA诱发的哮喘模型中的气道炎症[12-13]。Zhang等[21]的研究显示,Dio可通过调节miR-34a/Sirt1信号通路,降低COX-2和炎症因子的表达,抑制炎症、氧化–硝化应激和细胞凋亡,减轻顺铂引起的肾损伤;这表明Dio可通过调控miRNA,进而影响mRNA的表达。作为COX-2的上游调控因子,miR-155是否参与Dio对COX-2的调节及哮喘的改善作用还未可知。在本研究中,给予Dio干预后,发现哮喘小鼠肺组织中miR-155表达降低,同时COX-2、PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1水平均降低,肺部炎症减轻,与miR-155 inhibitor治疗效果一致;提示,Dio的抗哮喘作用可能与降低miR-155的表达有关。为了进一步验证此结果,本研究在Dio干预的基础上给予miR-155 mimic以上调miR-155表达,结果显示,Dio对COX-2表达的抑制作用和抗哮喘作用被miR-155减弱。提示,Dio可能通过下调miR-155,降低COX-2的表达,进而抑制炎症相关细胞因子的释放,减轻哮喘小鼠气道炎症。
综上所述,Dio的抗哮喘作用可能与抑制miR-155/COX-2/PGE2通路,进而减轻哮喘小鼠气道炎症有关。但本研究尚存在一定不足,首先,miR-155有多个靶基因,除了调节COX-2/PGE2信号通路外,是否有其他途径参与Dio对哮喘气道炎症的改善作用仍有待进一步分析;其次,未对miR-155/COX-2/PGE2途径下游相关免疫应答细胞因子(如Th1、Th2)水平进行检测,后续会进行补充。此外,PGE2在哮喘发病机制中的作用存在一定争议,一些研究表明PGE2在哮喘的发生、发展中起保护性作用[22];这与本研究结果看似矛盾,通过查阅资料发现,PGE2在哮喘中的作用(促进或抑制哮喘病理特征)可能与E-前列腺素(EP)受体亚型(EP1、2、3和4)有关,这些亚型在不同的驻留和浸润气道细胞上以不同水平表达[23]。而Dio对PGE2的抑制作用是通过何种受体发挥抗哮喘作用的还未可知。因此,在未来的研究中将对PGE2受体亚型进行分析,进一步明确Dio的抗哮喘机制。
利益冲突:本研究不涉及任何利益冲突。
哮喘是以气道炎症、气道高反应性和气道重塑为主要病理生理特征的气道炎性疾病[1],其病因和发病机制复杂,大量临床研究证实Th1/Th2、Th17/Treg介导的免疫应答和炎症在哮喘发病机制中发挥重要作用[2-3]。近年来,不少研究发现微RNA(microRNA,miRNA,miR)通过调控靶基因参与机体病理生理过程,在哮喘发生、发展过程中,多种miRNA存在异常表达,如miR-144-3p[4]、miR-155、miR-30a-3p[5]等。miR-155是一种内源性非编码RNA,在活化的B细胞、T细胞、树突状细胞和巨噬细胞高度表达,主要参与免疫细胞的发育和免疫反应[6-7]。在哮喘中,miR-155可以结合环氧合酶-2(cyclooxygenase 2,COX-2),并维持COX-2 mRNA的稳定性[8],此外,miR-155表达与哮喘人气道平滑肌细胞中COX-2的表达呈正相关,可增强COX-2的表达和前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2)的分泌,并通过调控COX-2/PGE2途径参与哮喘发病[9-10]。
薯蓣皂苷(dioscin,Dio)是一种甾体皂苷,在许多药用植物中大量表达,例如薯蓣。这种天然产物具有抗肿瘤、抗炎、抗病毒和保肝活性[11],对卵清白蛋白(ovalbumin,OVA)诱导的哮喘小鼠的气道炎症具有显著的改善作用[12-13],通过抑制COX-2水平,可减轻博来霉素诱导的小鼠肺部炎症反应[14]。然而,关于Dio对哮喘的作用机制的研究较少,尤其是屋尘螨(house dust mite,HDM)诱导的哮喘的影响研究。因此,我们探讨了Dio在HDM诱导的哮喘小鼠模型中的作用及相关机制。
1 材料与方法
1.1 实验动物
雄性健康SPF级Balb/c小鼠70只,6~8周龄,体重18~22 g,购自北京维通利华实验动物技术有限公司,生产许可证为SCXK(京)2019-0009。小鼠饲养于武汉大学(医学研究院)[使用许可证为SYXK(鄂)20180102],放在可控制的光照下保持12 h明暗交替,温度(20±2)℃,相对湿度45%~60%,可以自由获取食物和水。研究得到本院实验动物伦理委员会核准同意(批准号20190000237)。
1.2 药品及试剂
Dio(HPLC≥98%,上海源叶生物科技有限公司,货号B21176);HDM(美国Greer Labs,货号XPB81D3A25);小鼠miR-155抑制剂(inhibitor)和inhibitor阴性对照、miR-155模拟物(mimic)和mimic阴性对照以及PCR引物序列购自Gene Pharma公司(中国上海);放射免疫沉淀法(radio immunoprecipitation assay,RIPA)裂解液、苏木精–伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色试剂和二辛可宁酸(bicinchoninic acid,BCA)试剂盒(碧云天生物科技公司,批号分别为C0105、P0013B、P0012S);小鼠PGE2、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)-4、IL-5和IL-13酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)试剂盒(ml037542、ml002095、ml064310、ml063157、ml063123,上海酶联生物科技有限公司);小鼠半胱氨酰白三烯(cysteinyl leukotriene 1,CysLTs。货号CD-106750)、半胱氨酰白三烯受体1(cysteinyl leukotriene receptor 1,CysLTR1。货号CD-103254)ELISA试剂盒(武汉纯度生物科技有限公司);高碘酸希夫(periodic acid-schiff,PAS)染色试剂盒(G1285,北京索莱宝科技有限公司);兔抗小鼠COX-2(ab179800)、β-肌动蛋白(β-actin。货号ab8227)、辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase,HRP)标记的羊抗兔IgG二抗(ab205718)购自英国Abcam公司。iMark680多功能酶标仪(美国Bio-Rad公司)、BX61电动显微镜(日本Olympus公司)。
1.3 实验方法
1.3.1 动物模型制备及药物处理
小鼠适应性饲养7 d后开始实验。70只小鼠随机分为对照(control)组、模型组、inhibitor阴性对照组(inhibitor-NC组)、miR-155 inhibitor组、Dio组、Dio+miR-155 mimic阴性对照组(Dio+mimic-NC组)、Dio+miR-155 mimic组,每组10只。其中,对照组、模型组、Dio组用于探索Dio的作用;inhibitor-NC组、miR-155 inhibitor组、Dio+mimic-NC组、Dio+miR-155 mimic组用于探索Dio作用机制。根据文献[15]的方法制备哮喘小鼠模型:除对照组外,其余组小鼠分别在实验第1、7、14 d腹腔注射HDM 0.1 mL(0.5 mg/mL),第21~23 d开始连续3 d滴鼻,每天1次滴鼻10 μL的HDM(2.5 mg/mL)激发;对照组给予等量PBS溶液。于第17 d开始,inhibitor-NC组与miR-155 inhibitor组尾静脉注射0.3 mL的miR-155 inhibitor阴性对照和miR-155 inhibitor;Dio+mimic-NC组和Dio+miR-155 mimic组尾静脉注射0.3 mL的miR-155 mimic阴性对照和miR-155 mimic,然后给予Dio混悬液(60 mg/kg)灌胃[12],1次/d,共7次;Dio组给予Dio混悬液(60 mg/kg)灌胃,1次/d,共7次[12];最后一次激发24 h后处死小鼠并取材。
1.3.2 小鼠一般状态观察
观察致敏和激发前后各组小鼠的行为学变化,是否有气促、呼吸困难、打喷嚏、烦躁不安、喘息等典型的哮喘症状。
1.3.3 支气管肺泡灌洗液中炎性相关因子的测定
处死小鼠,放入75%乙醇中浸泡2 min后暴露气管,行气管插管,结扎右肺,用注射器将0.3 mL的生理盐水溶液缓慢注入左肺后回抽,以上过程重复3次,合并3次支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF),纱布过滤去除黏液后离心(4 ℃、2000 r/min离心10 min),取上清保存于–20 ℃冰箱。按照ELISA试剂盒说明书的操作检测各组小鼠BALF中PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1和Th2型细胞因子(IL-4、IL-5、IL-13)水平。
1.3.4 肺组织病理学变化
取出小鼠的肺组织,生理盐水冲洗后,滤纸吸干表面水分;左侧肺组织分为两部分,一部分液氮速冻后,–80 ℃冰箱保存,用于蛋白印迹法(Western blot),另一部分用于实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,RT-qPCR);取右侧肺组织,4%多聚甲醛固定,石蜡包埋,切片,进行HE和PAS染色,观察气道周围炎症细胞的浸润情况及杯状细胞分泌黏液的情况;并对各组病理学进行分级评分;每只小鼠肺切片任取5个独立区域进行评分,并取平均值。评分标准[16-17]如下,0分为无炎症细胞,染色面积<5%;1分为少许炎症细胞,染色面积5%~25%;2分为炎症细胞形成环状,层厚为1个细胞,肺泡壁轻度增厚,染色面积25%~50%;3分为炎症细胞成环状,层厚为2~4个细胞,肺泡壁显著增厚 染色面积50%~75%;4分为炎症细胞成环状,层厚>4个细胞,肺泡壁显著增厚,染色面积>75%。
1.3.5 RT-qPCR检测肺组织miR-155、COX-2 mRNA的表达
使用TRIzol从各组织细胞中提取总RNA,按照试剂盒说明书将RNA反转录为cDNA,进行PCR扩增。反应体系(20 μL):cDNA(200 ng/μL)2 μL,SYBR® Premix Ex TaqTM(2×)10 μL,上下游引物各0.4 μL,ddH2O 7.2 μL。反应条件:94 ℃预变性10 min,95 ℃变性15 s,60 ℃退火20 s,75 ℃延伸20 s,进行40个循环。用U6或甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)作为对照,miR-155、COX-2 mRNA的相对表达量采用2–ΔΔCt方法计算。见表1。

1.3.6 Western blot检测肺组织COX-2蛋白表达
按照试剂盒说明书的操作提取肺组织中的总蛋白,BCA法测定蛋白浓度后取等量蛋白质样品上样,十二烷基硫酸钠–聚丙烯酰胺凝胶电泳,湿转法转膜,5%脱脂奶粉封闭,加入一抗(COX-2按1∶1000的比例稀释;β-actin按1∶2000的比例稀释),4 ℃下孵育过夜,HRP标记的羊抗兔IgG二抗(1∶5000)室温孵育1 h,电化学发光显色,以β-actin为内参,通过与内参的灰度比,得出目的条带的相对表达水平。
1.4 统计学方法
采用SPSS 21.0和Image pro plus 6.0软件进行统计分析。数据用均数±标准差(±s)表示。两组间比较采用t检验,多组间比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA),组间有差异进一步采用SNK-q检验;P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 各组小鼠的一般状态
模型组和inhibitor-NC组小鼠出现抓耳搔鼻、打喷嚏、烦躁不安、喘息等典型的哮喘症状,而miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠的哮喘症状较HDM组明显减少,Dio+miR-155 mimic组小鼠的哮喘症状较Dio组明显增多,对照组小鼠表现正常。
2.2 各组小鼠肺组织病理学变化
对照组支气管和肺泡结构清晰,未见明显异常,且未见杯状细胞增生;模型组和inhibitor-NC组小鼠肺组织支气管和血管壁周围可见大量炎症细胞浸润,杯状细胞增生明显(P<0.05);与模型组相比,miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠肺组织气道炎症明显减轻,黏液分泌减少(P<0.05);与Dio组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠肺组织气道炎症增加,黏液分泌增加(P<0.05);与inhibitor-NC组相比,miR-155 inhibitor组小鼠肺组织气道炎症明显减轻,黏液分泌减少(P<0.05);与Dio+mimic-NC组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠肺组织气道炎症增加,黏液分泌增加(P<0.05);见图1、表2。

对照组(①)小鼠肺部支气管和肺泡结构清晰;模型组(②)和inhibitor-NC组(③)小鼠肺组织支气管和血管壁周围可见大量炎症细胞浸润,杯状细胞增生明显;miR-155 inhibitor组(④)、Dio组(⑤)和Dio+mimic-NC组(⑥)小鼠肺组织气道周围炎症细胞浸润和黏液分泌减少;Dio+miR-155 mimic组(⑦)小鼠肺组织气道炎症增加,黏液分泌增加。


2.3 各组小鼠BALF中炎性因子水平
与对照组相比,模型组和inhibitor-NC组小鼠BALF中PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1和IL-4、IL-5、IL-13水平显著升高(P<0.05);与模型组相比,miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠BALF中上述指标水平明显降低(P<0.05);与Dio组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠BALF中上述指标水平明显升高(P<0.05);与inhibitor-NC组相比,miR-155 inhibitor组小鼠BALF中上述指标水平明显降低(P<0.05);与Dio+mimic-NC组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠BALF中上述指标水平明显升高(P<0.05);见表3。


2.4 各组小鼠肺组织miR-155、COX-2 mRNA的表达
与对照组相比,模型组和inhibitor-NC组小鼠肺组织miR-155、COX-2 mRNA的表达显著升高(P<0.05);与模型组相比,miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠miR-155、COX-2 mRNA的表达明显降低(P<0.05);与Dio组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠COX-2 mRNA的表达明显升高(P<0.05);与inhibitor-NC组相比,miR-155 inhibitor组小鼠肺组织miR-155、COX-2 mRNA的表达明显降低(P<0.05);与Dio+mimic-NC组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠肺组织COX-2 mRNA的表达明显升高(P<0.05);见表4。


2.5 各组小鼠肺组织COX-2蛋白表达
与对照组相比,模型组和inhibitor-NC组小鼠肺组织COX-2蛋白表达显著升高(P<0.05);与模型组相比,miR-155 inhibitor组、Dio组和Dio+mimic-NC组小鼠COX-2蛋白表达明显降低(P<0.05);与Dio组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠COX-2蛋白表达明显升高(P<0.05);与inhibitor-NC组相比,miR-155 inhibitor组小鼠肺组织COX-2蛋白表达明显降低(P<0.05);与Dio+mimic-NC组相比,Dio+miR-155 mimic组小鼠肺组织COX-2蛋白表达明显升高(P<0.05);见图2、表4。

3 讨论
MiR-155是一种多效性microRNA,在调节炎症反应中起关键作用。研究表明,哮喘患者的miR-155和COX-2、PGE2水平均升高;且在哮喘气道平滑肌细胞中增加miR-155的表达可以提高COX-2蛋白的丰度,从而增加PGE2的分泌,使用COX-2选择性抑制剂NS-398处理哮喘气道平滑肌细胞可完全抑制PGE2的分泌[9];表明PGE2的分泌需要COX-2,抑制miR-155表达可以降低COX-2蛋白表达和PGE2分泌。COX-2通常在炎症过程中被诱导,调节Th1、Th2和Th17细胞,与过敏原诱导的肺部炎症的恶化、全身性炎症和体内IgE产生有关[18-19]。PGE2在过敏性肺部炎症期间在气道中产生,是一种有效的平滑肌松弛剂,同时也是一种有效的促炎介质,与多种炎症性疾病有关。有研究显示,PGE2可通过EP2促进B细胞分泌IgE,促进体内抗原特异性IgE反应,有助于哮喘的发展[20]。在本研究中,在HDM诱导的哮喘小鼠中,miR-155和COX-2表达均升高,同时BALF中PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1水平和Th2型细胞因子IL-4、IL-5、IL-13水平均升高。CysLTs通过其受体CysLTR1可促使嗜酸性粒细胞聚集,促进气道黏液分泌,引起气道重塑,是哮喘发病过程中最重要的炎症介质之一[2]。病理结果显示肺组织有大量炎症细胞浸润和杯状细胞增生;而下调miR-155表达后,COX-2和PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1、Th2细胞因子(IL-4、IL-5、IL-13)水平均降低,肺部炎症减轻,这与以往的研究结果一致;提示,miR-155/COX-2/PGE2轴可能在调节哮喘气道炎症中起关键作用。
Dio是一类从药用植物中分离出的甾体皂甙,已被证实具有抗哮喘作用,可抑制肺组织NF-κB活化和MAPK信号通路,进而抑制肺过敏性炎性因子生成,改善OVA诱发的哮喘模型中的气道炎症[12-13]。Zhang等[21]的研究显示,Dio可通过调节miR-34a/Sirt1信号通路,降低COX-2和炎症因子的表达,抑制炎症、氧化–硝化应激和细胞凋亡,减轻顺铂引起的肾损伤;这表明Dio可通过调控miRNA,进而影响mRNA的表达。作为COX-2的上游调控因子,miR-155是否参与Dio对COX-2的调节及哮喘的改善作用还未可知。在本研究中,给予Dio干预后,发现哮喘小鼠肺组织中miR-155表达降低,同时COX-2、PGE2、TNF-α、CysLTs、CysLTR1水平均降低,肺部炎症减轻,与miR-155 inhibitor治疗效果一致;提示,Dio的抗哮喘作用可能与降低miR-155的表达有关。为了进一步验证此结果,本研究在Dio干预的基础上给予miR-155 mimic以上调miR-155表达,结果显示,Dio对COX-2表达的抑制作用和抗哮喘作用被miR-155减弱。提示,Dio可能通过下调miR-155,降低COX-2的表达,进而抑制炎症相关细胞因子的释放,减轻哮喘小鼠气道炎症。
综上所述,Dio的抗哮喘作用可能与抑制miR-155/COX-2/PGE2通路,进而减轻哮喘小鼠气道炎症有关。但本研究尚存在一定不足,首先,miR-155有多个靶基因,除了调节COX-2/PGE2信号通路外,是否有其他途径参与Dio对哮喘气道炎症的改善作用仍有待进一步分析;其次,未对miR-155/COX-2/PGE2途径下游相关免疫应答细胞因子(如Th1、Th2)水平进行检测,后续会进行补充。此外,PGE2在哮喘发病机制中的作用存在一定争议,一些研究表明PGE2在哮喘的发生、发展中起保护性作用[22];这与本研究结果看似矛盾,通过查阅资料发现,PGE2在哮喘中的作用(促进或抑制哮喘病理特征)可能与E-前列腺素(EP)受体亚型(EP1、2、3和4)有关,这些亚型在不同的驻留和浸润气道细胞上以不同水平表达[23]。而Dio对PGE2的抑制作用是通过何种受体发挥抗哮喘作用的还未可知。因此,在未来的研究中将对PGE2受体亚型进行分析,进一步明确Dio的抗哮喘机制。
利益冲突:本研究不涉及任何利益冲突。