IF 6.7,芍药汤治疗结肠炎的机制研究

文摘   2024-07-31 07:56   美国  

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南方医科大学深圳医院陈烨、汪安江团队

2024年7月10日于

Phytomedicine(IF=6.7)

发表中药学研究论文

Paeoniae Decoction restores intestinal barrier dysfunction by promoting the interaction between ILC3 and gut flora

芍药汤通过促进ILC3与肠道菌群之间的相互作用来恢复肠道屏障功能障碍

(原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0944711324005312?via%3Dihub)

    研究亮点与发现:

  1.  结果表明:芍药汤明显恢复慢性结肠炎小鼠的体重结肠长度,同时还能减少结肠炎症细胞浸润以及IL-6和IL-1β的表达

  2. 芍药汤的作用机制:AHR-ILC3轴;

  3. 通过调节肠道菌群间接激活AHR-ILC3轴(特别是乳酸杆菌间接激活了AHR-ILC3轴)。

重点摘要

图片摘要



研究背景:

      肠道屏障功能障碍是导致溃疡性结肠炎 (UC) 复发和难治性的重要因素。

       促进三型固有淋巴细胞(ILC3s)肠道菌群之间的相互作用是粘膜修复的策略。

       芍药汤(PD)是临床治疗溃疡性结肠炎常用的一种化合物,但其确切机制尚不清楚。

目的:

      我们旨在研究芍药汤右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的慢性结肠炎肠粘膜损伤的保护作用,并阐明其潜在机制。

方法:

      用 2% DSS 诱导 C57BL/6 小鼠患慢性结肠炎,将其分为四组:对照组、模型组、PD 低剂量组(4 g/kg)高剂量组(8 g/kg)

      根据体重、结肠长度、结肠病理组织评分以及炎症因子IL-6和IL-1β的mRNA水平的变化来评估PD治疗慢性结肠炎小鼠的效果。

    使用免疫荧光和 RT-PCR 技术观察了肠上皮紧连接蛋白(ZO-1 和 Occludin)、IL-22 和 MUC2 的表达。

      此外,还使用流式细胞术检测了结肠中 ILC3 和天然细胞毒性受体 (NCR) ILC3 的比例。此外,还利用超高效液相色谱-质谱联用仪(UHPLC-QE-MS)鉴定了PD的化学成分,并利用网络药理学预测了PD干预UC的潜在途径。

      随后,利用 MNK-3 细胞(ILC3 体外细胞系)和 NCM460 细胞验证了网络药理学结果。最后,利用体外发酵和 16S rDNA 技术探讨了 PD 对 UC 肠道菌群的影响。

研究结果:

    1、芍药汤对慢性结肠炎小鼠的作用

      结果表明,芍药汤明显恢复慢性结肠炎小鼠的体重结肠长度,同时还能减少结肠炎症细胞浸润以及IL-6和IL-1β的表达

     芍药汤还能明显促进 MUC2、ZO-1、Occludin 和 IL-22 的表达,并提高 ILC3 和 NCRILC3 的比例。

     超高效液相色谱-质谱-质谱(UHPLC-QE-MS)分析确定了PD的443种成分,网络药理学表明PD可靶向芳基烃受体(AHR)信号通路,MNK-3细胞和体外发酵实验证实了这一点。

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图2 芍药汤缓解慢性结肠炎症状并减少结肠炎症


在进行动物实验的过程中,研究者们观察到芍药汤对于由右旋糖酐硫酸钠(DSS)引起的慢性结肠炎小鼠模型具有显著的治疗效果。具体来说,芍药汤不仅能够逆转小鼠因结肠炎而出现的体重下降,还能使脾脏的相对重量和结肠的长度恢复到正常水平。通过对结肠组织进行HE染色和组织学评分分析,研究者们进一步确认了芍药汤能够显著改善小鼠的结肠炎病理特征。除此之外,芍药汤还能有效降低模型组小鼠结肠中的炎症细胞因子水平,这表明芍药汤在减轻DSS诱发的慢性结肠炎症状方面发挥了积极作用。

图3 芍药汤恢复肠道屏障并调节ILC3功能


肠黏液和黏蛋白MUC2是评估肠道化学屏障完整性的关键指标。研究者们发现,芍药汤能够显著提高结肠炎小鼠体内MUC2蛋白和其mRNA的水平,这有助于增加黏液层的厚度,进而增强肠道的化学屏障功能。通过聚合酶链式反应(PCR)和免疫荧光技术的应用,研究者们观察到芍药汤能够促进慢性结肠炎小鼠结肠中紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达,这表明芍药汤能够有效地修复肠道黏膜的损伤。

此外,芍药汤治疗还导致小鼠结肠中的IL-22水平恢复至正常水平。流式细胞术的分析结果进一步显示,芍药汤能够增加结肠中ILC3细胞以及分泌IL-22的NCR+ ILC3细胞亚群的比例。这些发现暗示芍药汤可能通过调节ILC3细胞的功能,促进肠道屏障功能的恢复。



2、芍药汤治疗溃疡性结肠炎的网络药理学:

    通过网络药理学的方法,深入探讨了芍药汤在治疗溃疡性结肠炎(UC)中的潜在机制,特别是它与ILC3细胞之间的联系。

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图4 芍药汤治疗溃疡性结肠炎的网络药理学


首先利用TCMSP数据库和CNKI、PubMed等文献资源,鉴定出芍药汤中的37种主要活性成分,其中前五名分别是槲皮素、山奈酚、木犀草素、非瑟酮和汉黄芩素,这些成分共涉及251个生物靶点。接着,通过GeneCards、Disgenet、OMIM和TDD等数据库,收集了2419个可能与UC治疗相关的靶点,并与NCBI数据库中的7818个ILC3基因进行对比,找到了65个共同的靶点。进一步的蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析揭示了芍药汤治疗UC的10个关键潜在靶点,包括AKT1、TP53、MYC等,其中8个与AHR(芳香烃受体)有关。研究发现,芍药汤中的17种活性成分能够影响AHR。AHR不仅在ILC3细胞的生存和功能中扮演着至关重要的角色,而且其信号通路的激活还能调节ILC3细胞中的RORγt转录因子,进而促进IL-22的产生,这有助于肠道粘膜的修复,缓解结肠炎症状。这些结果强调了AHR介导的信号通路在芍药汤治疗UC中的可能重要性。

图2: 肠炎组织中GFAP+/S100β+ EGCs的增加

A: EGCs参与GVB形成并与IEB紧密相关。

B-E: GFAP(红色)和S100β(绿色)在对照组和慢性DSS诱导的结肠炎小鼠粘膜下丛的全切片染色和量化。

F-K: 在结肠粘膜和固有层中GFAP+ EGCs、S100β+ EGCs和GFAP+/S100β+ EGCs的百分比。

L-O: 健康个体和UC患者全层结肠切片中EGCs的免疫荧光图像。



    3、芍药汤的作用机制(AHR-ILC3轴):

     (1)通过AHR-ILC3修复损伤的肠道粘膜;

     (2)通过调节肠道菌群间接激活AHR-ILC3轴(特别是乳酸杆菌间接激活了AHR-ILC3轴)。

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图5 芍药汤修复肠黏膜损伤依赖于AHR-ILC3轴


已有研究证实,AHR信号通路在调控IL-22的分泌过程中扮演着关键角色。在本研究中,作者观察到芍药汤治疗可以显著提高结肠组织中AHR和CYP1A1蛋白的表达水平。此外,通过酶联免疫吸附试验(ELISA)发现,芍药汤对MNK-3细胞产生IL-22具有明显的剂量效应。使用AHR拮抗剂CH-223191进行处理,能够逆转芍药汤引起的AHR通路的激活。细胞热位移分析(CETSA)结果显示,芍药汤治疗组的AHR蛋白热稳定性较对照组有显著提高,这表明芍药汤可能通过直接作用于AHR信号通路来调节ILC3细胞的功能。

进一步的实验表明,芍药汤处理过的MNK-3细胞培养上清能够促进NCM460细胞的增殖,并增强ZO-1和Occludin蛋白的表达。这些结果表明,芍药汤对肠道黏膜损伤的修复作用可能依赖于AHR信号通路对ILC3细胞的激活。


图6 芍药汤治疗的UC患者粪便发酵上清液调节肠道菌群激活AHR信号


肠道微生物群的失衡被认为是导致ILC3细胞功能障碍的一个重要因素,而AHR在调节肠道菌群与ILC3细胞之间的相互作用中扮演着至关重要的角色。在本研究中,作者对芍药汤组的粪便样本进行了24小时的发酵处理,并探究了发酵后的上清液对MNK-3细胞功能的影响。研究发现,芍药汤的发酵上清液能够促进MNK-3细胞核内AHR蛋白的表达,并增加IL-22的分泌。

此外,芍药汤在发酵过程中对肠道菌群的组成产生了显著影响。具体来说,芍药汤显著提高了厚壁菌门、乳酸杆菌科、双歧杆菌、瘤胃球菌和Alistipes的相对丰度,同时降低了大肠杆菌-志贺氏菌、梭杆菌、普氏菌以及其他潜在的致病菌的水平。特别是乳酸杆菌科、双歧杆菌和瘤胃球菌,它们能够代谢色氨酸生成吲哚衍生物,这些衍生物作为AHR的内源性配体,有助于激活AHR信号通路。这一发现表明,芍药汤可能通过调节肠道菌群的平衡,进而激活AHR通路,从而对ILC3细胞的功能产生积极影响。


图7 芍药汤丰富了色氨酸代谢菌群并抑制了慢性结肠炎小鼠体内致病菌数量


芍药汤不仅在治疗慢性结肠炎小鼠方面显示出了显著效果,还对肠道微生物群落的多样性产生了积极影响。具体来说,芍药汤有效地提升了小鼠肠道菌群的Chao1和Shannon指数,这两个指数是衡量微生物群落多样性的关键指标,表明芍药汤有助于恢复肠道菌群的α多样性。

此外,芍药汤还成功地纠正了慢性结肠炎小鼠肠道菌群的失衡状态。它显著提高了益生菌的丰度,这些益生菌对维持肠道健康至关重要,同时减少了致病菌的数量,这些致病菌可能加剧肠道炎症。这些调整肠道菌群的效果与体外发酵实验的结果相一致,进一步证实了芍药汤在调节肠道微生物平衡和促进肠道健康方面的潜力。


图8 肠道菌群、AHR和NCR+ILC3之间的相关性


进一步的Spearman相关性分析揭示了乳酸杆菌与AHR蛋白表达水平以及NCR+ILC3细胞的比例之间存在显著的正相关关系,这表明乳酸杆菌可能在激活AHR信号通路和促进ILC3细胞功能方面发挥着重要作用。

与此同时,研究中观察到的其他几种病原体与AHR的关联性则相对较弱。这些发现指出,芍药汤可能通过调整肠道菌群的组成,特别是通过增加乳酸杆菌的丰度,间接地激活了AHR-ILC3这一重要的生物学轴,从而对肠道健康产生积极的影响。


结论:

    总之,研究表明,芍药汤可通过调节肠道菌群ILC3的相互作用来修复慢性结肠炎的肠粘膜损伤,其具体机制与AHR信号通路的激活有关。

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