天津中医药  2024, Vol. 41 Issue (1): 87-92

文章信息

王素亭, 彭琰琰, 韩雪, 等.
WANG Suting, PENG Yanyan, HAN Xue, et al.
基于JAK2/STAT3信号通路探讨升清降浊制动颗粒对多发性抽动症模型大鼠的作用及机制
Exploring the effect and mechanism of Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule on Tourette's syndrome model rats based on JAK2/STAT3 signal pathway
天津中医药, 2024, 41(1): 87-92
Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine, 2024, 41(1): 87-92
http://dx.doi.org/10.11656/j.issn.1672-1519.2024.01.17

文章历史

收稿日期: 2023-09-11
基于JAK2/STAT3信号通路探讨升清降浊制动颗粒对多发性抽动症模型大鼠的作用及机制
王素亭1 , 彭琰琰1 , 韩雪2 , 任燕1 , 葛国岚2 , 潘丹萍2 , 高国财2     
1. 郑州大学附属郑州中心医院儿科, 郑州 450001;
2. 郑州大学附属儿童医院中医科, 郑州 450000
摘要:[目的] 基于Janus激酶2(JAK2)/信号转导和转录激活子3(STAT3)信号通路探讨升清降浊制动颗粒对多发性抽动症(TS)模型大鼠的作用及机制。[方法] 将SD大鼠分为对照组、TS组、升清降浊制动颗粒低剂量组(0.645 mg/kg)、升清降浊制动颗粒高剂量组(2.58 mg/kg)、氟哌啶醇组(200μg/kg)、Coumermycin A1(JAK2通路激活剂)组(4 mg/kg)、升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组(2.58 mg/kg+4 mg/kg), 每组12只。除对照组外, 其他组大鼠均需构建TS模型。建模成功后, 进行给药处理, 给药每日1次, 持续21 d。检测大鼠运动行为评分、刻板行为评分变化; 酶联免疫吸附实验(ELISA)检测血清中白细胞介素(IL)-1β、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、IL-6水平及纹状体中多巴胺(DA)、多巴胺转运蛋白(DAT)、多巴胺D2受体(DRD2)含量; DNA缺口末端标记法(TUNEL)染色检测大鼠纹状体中神经元凋亡; 蛋白免疫印迹法(Western Blot)检测大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达。[结果] 与对照组比较, TS组大鼠运动行为评分、刻板行为评分、IL-1β、TNF-α、IL-6水平、DRD2含量、神经元凋亡率、p-JAK2、pSTAT3蛋白表达升高, DA、DAT含量降低(P<0.05)。与TS组比较, 升清降浊制动颗粒低剂量组、升清降浊制动颗粒高剂量组、氟哌啶醇组大鼠运动行为评分、刻板行为评分、IL-1β、TNF-α、IL-6水平、DRD2含量、神经元凋亡率、pJAK2、p-STAT3蛋白表达降低, DA、DAT含量升高(P<0.05)。与TS组比较, Coumermycin A1组大鼠运动行为评分、刻板行为评分、IL-1β、TNF-α、IL-6水平、DRD2含量、神经元凋亡率、p-JAK2、p-STAT3蛋白表达升高, DA、DAT含量降低(P<0.05)。Coumermycin A1减弱了高剂量升清降浊制动颗粒对TS模型大鼠的保护作用。[结论] 升清降浊制动颗粒可抑制TS大鼠神经炎症、神经元凋亡及促进DA平衡, 该机制可能与抑制JAK2/STAT3信号通路有关。
关键词升清降浊制动颗粒    Janus激酶2/信号转导和转录激活子3信号通路    多发性抽动症    多巴胺    

多发性抽动症(TS)是儿童中最常见的精神和运动障碍疾病。其临床表现为多发性运动和语音抽动,常伴有注意缺陷多动障碍、情绪障碍和强迫症,部分症状可持续至成年[1]。TS的病因和发病机制仍不清楚。既往研究表明,TS的病因与遗传因素、环境因素、神经炎症、多巴胺系统、神经元凋亡等因素密切相关[2-4]。虽然近年来TS的治疗范围不断扩大,但目前的治疗策略往往不尽如人意,且不良反应较多[5]。因此,有必要寻求新的治疗方法和药物。升清降浊制动颗粒是由酒大黄、生白芍、生甘草、僵蚕、蝉蜕、片姜黄组成的中药颗粒,已有研究报道,升清降浊制动颗粒可明显提高TS患儿临床症状及体征的改善效果,且药物不良反应明显减少[6]。以上研究表明,升清降浊制动颗粒可用于治疗TS。但具体机制尚不完全明确。相关研究显示,抑制Janus激酶2(JAK2)/信号转导和转录激活子3(STAT3)通路可减轻TS大鼠的神经炎症[7]。而升清降浊制动颗粒对TS大鼠的保护作用是否与调控JAK2/STAT3信号通路有关尚不可知。因此,本研究主要探究升清降浊制动颗粒对TS大鼠神经炎症、多巴胺系统相关因子及神经元凋亡的影响以及其作用机制。

1 材料与方法 1.1 实验动物

84只,6周龄体质量为200~210 g的雄性SD大鼠购自广东莱迪生物医药研究院有限公司,生产许可证号为SCXK(粤)2022-0064。所有动物实验获得本院动物伦理委员会的批准。

1.2 主要试剂

升清降浊制动颗粒由僵蚕、蝉蜕、片姜黄、酒大黄、全蝎、生白芍、生甘草。按照7种药物30∶12∶9∶6∶6∶30∶15的比例配制而成。亚氨基二丙腈(货号:111-94-4)购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司;氟哌啶醇(货号:14202011317)购自宁波大红鹰药业股份有限公司;JAK2通路激活剂Coumermycin A1(货号:C9451)购自翌圣生物科技(上海)股份有限公司;大鼠白细胞介素(IL)-1β(货号:E-UNEL-R0028)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α,货号:E-EL-M3063)、IL-6(货号:E-EL-M0044c)、大鼠多巴胺(DA,货号:E-EL-0046c)、多巴胺转运蛋白(DAT,货号:E-EL-0052c)酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒及DNA缺口末端标记法(TUNEL)细胞凋亡检测试剂盒(货号:E-CK-A320)购自武汉伊莱瑞特生物科技股份有限公司;多巴胺D2受体(DRD2)ELISA试剂盒(货号:SEA673Ra)购自武汉云克隆科技股份有限公司;兔源一抗p-JAK2(货号:ab32101)、p-STAT3(货号:ab267373)、JAK2(货号:ab108596)、STAT3(货号:ab68153)、GAPDH(货号:ab9485)及辣根过氧化物酶(HRP)标记的羊抗兔二抗(货号:ab172730)均购自英国Abcam公司。

1.3 实验方法 1.3.1 TS大鼠模型的构建及分组

采用连续7 d腹腔注射150 mg/(kg·d)亚氨基二丙腈的方式构建TS大鼠模型[8],对照组大鼠则连续7 d腹腔注射等量的生理盐水。从造模开始第4天起,若大鼠出现头动、急速旋转、跳跃、挖洞等刻板行为,则视为造模成功。按照随机数字表法将SD大鼠随机分为对照组、TS组、升清降浊制动颗粒低剂量组(SQJZZD-L组)、升清降浊制动颗粒高剂量组(SQJZZD-H组)、氟哌啶醇组、Coumermycin A1(JAK2通路激活剂)组、升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组(SQJZZD-H+Coumermycin A1组),每组12只。除对照组外,其他组大鼠均需构建TS模型。建模成功后,升清降浊制动颗粒低剂量组、升清降浊制动颗粒高剂量组[9]、氟哌啶醇组[10]大鼠分别需灌胃0.645 mg/kg升清降浊制动颗粒、2.58 mg/kg升清降浊制动颗粒、200 μg/kg氟哌啶醇,且均需尾静脉注射等量的生理盐水;Coumermycin A1组[11]大鼠需尾静脉注射4 mg/kg Coumermycin A1且需灌胃等量的生理盐水;升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组大鼠需灌胃2.58 mg/kg升清降浊制动颗粒且尾静脉注射4 mg/kg Coumermycin A1;对照组、TS组大鼠均需灌胃等量的生理盐水和尾静脉注射等体积的生理盐水,给药每日1次,持续21 d。

1.3.2 标本收集

末次处理24 h后,每组选取所有大鼠进行运动行为评分、刻板行为评分;行为评分结束后,2%戊巴比妥钠麻醉大鼠,腹主动脉取血,3 000 r/min离心15 min(离心半径10 cm),收集血清,用于IL-1β、TNF-α、IL-6水平的检测;血清收集后,解剖大鼠分离纹状体,将纹状体分为2部分(每部分包含每组6只大鼠的纹状体),一部分固定于4%多聚甲醛中用于TUNEL染色,另一部分冻存于-80 ℃中用于DA、DAT、DRD2含量及p-JAK2、p-STAT3蛋白水平的检测。

1.3.3 大鼠运动行为评分检测

运动行为评分标准为:0分表示正常活动;1分表示过度兴奋;2分表示存在探究行为和不连续的吸鼻声;3分表示跑动不间断;4分表示不间断跑动且伴有惊跳。

1.3.4 大鼠刻板行为评分检测

刻板行为评分标准为:0分表示无刻板运动;1分表示躯体存在旋转行为;2分表示头颈部运动过多;3分表示头颈部运动过多且伴有旋转行为;4分表示头向侧摆,并伴有头颈部运动过多。

1.3.5 ELISA检测血清中IL-1β、TNF-α、IL-6水平及纹状体中DA、DAT、DRD2含量

严格按照试剂盒说明书检测大鼠血清中IL-1β、TNF-α、IL-6水平及纹状体中DA、DAT、DRD2含量。

1.3.6 TUNEL染色检测大鼠纹状体中神经元凋亡

取4%多聚甲醛固定纹状体进行包埋,切片,切片脱蜡,水化,蛋白酶K消化,末端脱氧核苷酸转移酶(TdT酶)孵育,4',6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)染核,封片后,用荧光显微镜观察神经元凋亡情况并拍照。

1.3.7 蛋白免疫印迹法(Western Blot)检测大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达

取纹状体,加入RIPA裂解液经组织研磨仪匀浆研磨纹状体提取总蛋白。采用2,2-联喹啉-4,4-二甲酸二钠法测定总蛋白浓度,经十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳,转膜,5%脱脂奶粉封闭液封闭,一抗p-JAK2(1∶2 000)、p-STAT3(1∶2 000)、JAK2(1∶1 000)、STAT3(1∶2 000)、GAPDH(1∶1 000)在4 ℃下孵育过夜。然后与二抗(1∶2 000)在室温下孵育1 h后PBST缓冲液洗膜3次。加入ECL发光试剂后在化学发光成像系统中成像拍照,使用Image Lab 5.0软件分析蛋白质条带灰度值,以目的蛋白与GAPDH的比值表示蛋白相对表达量。

1.4 统计学方法

使用SPSS 22.0软件进行统计学分析,以符合正态分布的数据以均数±标准差(x±s)表示。多组间的差异比较采用单因素方差分析,进一步两两差异比较采用SNK-q检验,P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果 2.1 升清降浊制动颗粒对各组大鼠运动行为评分、刻板行为评分的影响

与对照组比较,TS组大鼠运动行为评分、刻板行为评分升高(P<0.05);与TS组比较,升清降浊制动颗粒低剂量组、升清降浊制动颗粒高剂量组、氟哌啶醇组大鼠运动行为评分、刻板行为评分降低(P<0.05);与TS组比较,Coumermycin A1组大鼠运动行为评分、刻板行为评分升高(P<0.05);与升清降浊制动颗粒高剂量组比较,升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组大鼠运动行为评分、刻板行为评分升高(P<0.05)。见表 1

表 1 各组大鼠运动行为评分、刻板行为评分比较(x±s Tab. 1 Comparison of motor behavior score and stereotyped behavior score of rats in each group(x±s)
2.2 升清降浊制动颗粒对各组大鼠血清中IL-1β、TNF-α、IL-6水平的影响

与对照组比较,TS组大鼠血清中IL-1β、TNF-α、IL-6水平升高(P<0.05);与TS组比较,升清降浊制动颗粒低剂量组、升清降浊制动颗粒高剂量组、氟哌啶醇组大鼠血清中IL-1β、TNF-α、IL-6水平降低(P<0.05);与TS组比较,Coumermycin A1组大鼠血清中IL-1β、TNF-α、IL-6水平升高(P<0.05);与升清降浊制动颗粒高剂量组比较,升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组大鼠血清中IL-1β、TNF-α、IL-6水平升高(P<0.05)。见表 2

表 2 各组大鼠血清中IL-1β、TNF-α、IL-6水平比较(x±s Tab. 2 omparison of IL-1β, TNF-α and IL-6 in serum of rats in each group(x±s)
2.3 升清降浊制动颗粒对各组大鼠纹状体中DA、DAT、DRD2含量的影响

与对照组比较,TS组大鼠纹状体中DA、DAT含量降低,DRD2含量升高(P<0.05);与TS组比较,升清降浊制动颗粒低剂量组、升清降浊制动颗粒高剂量组、氟哌啶醇组大鼠纹状体中DA、DAT含量升高,DRD2含量降低(P<0.05);与TS组比较,Coumermycin A1组大鼠纹状体中DA、DAT含量降低,DRD2含量升高(P<0.05);与升清降浊制动颗粒高剂量组比较,升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组大鼠纹状体中DA、DAT含量降低,DRD2含量升高(P<0.05)。见表 3

表 3 各组大鼠纹状体中DA、DAT、DRD2含量比较(x±s Tab. 3 Comparison of DA, DAT and DRD2 contents in striatum of rats in each group(x±s)
2.4 升清降浊制动颗粒对各组大鼠纹状体中神经元凋亡的影响

与对照组比较,TS组大鼠纹状体中神经元凋亡率升高(P<0.05);与TS组比较,升清降浊制动颗粒低剂量组、升清降浊制动颗粒高剂量组、氟哌啶醇组大鼠纹状体中神经元凋亡率降低(P<0.05);与TS组比较,Coumermycin A1组大鼠纹状体中神经元凋亡率升高(P<0.05);与升清降浊制动颗粒高剂量组比较,升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组大鼠纹状体中神经元凋亡率升高(P<0.05)。见表 4。TUNEL染色图见OSID二维码。

表 4 各组大鼠纹状体中神经元凋亡率比较(x±s Tab. 4 Comparison of neuronal apoptosis rate in striatum of rats in each group(x±s)
2.5 升清降浊制动颗粒对各组大鼠纹状体中JAK2/STAT3信号通路相关蛋白表达的影响

与对照组比较,TS组大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达升高(P<0.05);与TS组比较,升清降浊制动颗粒低剂量组、升清降浊制动颗粒高剂量组、氟哌啶醇组大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达降低(P<0.05);与TS组比较,Coumermycin A1组大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达升高(P<0.05);与升清降浊制动颗粒高剂量组比较,升清降浊制动颗粒高剂量+Coumermycin A1组大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达升高(P<0.05)。见图 1表 5

注:A,对照组;B,TS组;C,SQJZZD-L组;D,SQJZZD-H组;E,氟哌啶醇组;F,Coumermycin A1 group;G,SQJZZD-H+Coumermycin A1组。 图 1 Western blot检测大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达 Fig. 1 Western blot detection of p-JAK2 and p-STAT3 protein expression in rat striatum
表 5 各组大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达比较(x±s Tab. 5 Comparison of p-JAK2 and p-STAT3 protein expression in striatum of rats in each group(x±s)
3 讨论

细胞因子是细胞通讯的重要介质,在神经炎症中起着重要作用。在TS大鼠中观察到脑组织中TNF-α、IL-6水平明显高于正常大鼠[12]。亚氨基二丙腈会导致DA浓度持续下降,导致生长发育过程中的DRD2超敏反应,这可能导致动物的刻板行为[13];DAT作为一种专门定位于DA神经元突触前膜的传递糖蛋白,其负责通过神经元再摄取调节突触外DA的浓度。因此,DAT在维持DA释放的阶段性平衡中起着重要作用[14]。先前的研究表明,与健康对照相比,TS大鼠中DAT的表达较低[15]。亚氨基二丙腈模型是TS的标准动物模型,能够全面再现TS的行为特征[16]。本研究利用亚氨基二丙腈成功诱导了TS大鼠模型,结果显示,与对照组比较,TS组大鼠运动行为评分、刻板行为评分、IL-1β、TNF-α、IL-6水平、DRD2含量、神经元凋亡率升高,DA、DAT含量降低,表明神经炎症可诱导TS大鼠神经元凋亡,进而引起DA代谢紊乱。提示抑制神经炎症、神经元凋亡进而促进DA平衡可能是开发新药治疗TS的有效途径之一。

中医学理论认为TS主要病机是脾虚痰聚、气血阴虚。因此,应坚持健脾补肝、益气活血、化痰祛风等原则来治疗TS。升清降浊制动颗粒中,僵蚕有化痰熄风之功效;蝉蜕有祛风止痉之功效;片姜黄有理气之等功效;酒大黄有荡涤瘀浊之功效。4种药物联用,可降阴中之浊阴,可升阳中之清阳,阴阳相配,调畅气机,内外通和,契合TS的病机。全蝎、生白芍、生甘草配合使用,共奏升清降浊、通络止痉等功效[6]。此外,升清降浊制动颗粒的核心在升降散,其升清降浊,调畅气机,为控制抽动之关键[9]。据报道,升清降浊制动颗粒可明显改善TS患儿的抽动症状[17]。本研究结果与其是一致的,本研究显示,升清降浊制动颗粒可抑制TS大鼠神经炎症、神经元凋亡,促进DA表达,且升清降浊制动颗粒剂量越高,对应指标的变化趋势越明显。氟哌啶醇是DRD2的阻断剂,可有效改善抽动症状[18]。本研究选取该药物作为阳性药物,结果显示,升清降浊制动颗粒高剂量组与氟哌啶醇组对应指标变化趋势差异无统计学意义。提示升清降浊制动颗粒可能是治疗TS的潜在有效药物。

JAK2/STAT3是多种细胞因子和生长因子介导的重要转导通路,可参与细胞增殖、分化、凋亡、迁移等过程[19]。目前关于JAK2/STAT3通路在TS中的研究较少,仅仅有研究显示,抑制JAK2/STAT3通路可改善TS大鼠神经炎症[7]。本研究结果显示,与TS组比较,Coumermycin A1组大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达升高,TS大鼠神经炎症、神经元凋亡及DA代谢紊乱现象明显,提示JAK2/STAT3通路确实参与了TS大鼠神经炎症、神经元凋亡及DA代谢紊乱过程。此外,本研究还发现,升清降浊制动颗粒可抑制TS大鼠纹状体中p-JAK2、p-STAT3蛋白表达,且升清降浊制动颗粒剂量越高,对应的蛋白表达水平越低,推测升清降浊制动颗粒可能通过抑制JAK2/STAT3通路对TS大鼠发挥保护作用。为了验证该推测,本研究在高剂量升清降浊制动颗粒作用的基础上给予JAK2通路激活剂Coumermycin A1干预TS大鼠,结果显示,Coumermycin A1减弱了高剂量升清降浊制动颗粒对TS大鼠神经炎症、神经元凋亡的抑制作用以及对DA表达水平的促进作用。证实了猜想的正确性,即升清降浊制动颗粒可能通过抑制JAK2/STAT3通路对TS大鼠发挥保护作用。

综上所述,升清降浊制动颗粒可抑制TS大鼠神经炎症、神经元凋亡及促进DA平衡,该机制可能与抑制JAK2/STAT3信号通路有关。升清清降浊制动颗粒对TS大鼠保护作用的机制可能还涉及其他通路,这将是本研究下一步研究的重点内容之一。

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Exploring the effect and mechanism of Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule on Tourette's syndrome model rats based on JAK2/STAT3 signal pathway
WANG Suting1 , PENG Yanyan1 , HAN Xue2 , REN Yan1 , GE Guolan2 , PAN Danping2 , GAO Guocai2     
1. Department of Pediatrics, Zhengzhou Central Hospital Affiliated to Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China;
2. Department of Traditional Chinese Medicine, Children's Hospital Affiliated to Zhengzhou University, Zhengzhou 450000, China
Abstract: [Objective] To explore the effect and mechanism of Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule on Tourette 's syndrome(TS)model rats based on Janus kinase 2(JAK2)/signal transducer and activator of transcription 3(STAT3) signal pathway. [Methods] SD rats were grouped into control group, TS group, low dose Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule group(0.645 mg/kg), high dose Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule group(2.58 mg/kg), haloperidol group(200 μg/kg), Coumermycin A1(JAK2 pathway activator) group(4 mg/kg), and high dose Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule +Coumermycin A1 group(2.58 mg/kg +4 mg/kg), 12 in each group.Except for the control group, rats in other groups were all constructed with TS model. After successful modeling, the drug was administered once a day for 21 days. The changes in motor behavior score and stereotyped behavior score of rats were detected; the levels of serum interleukin(IL)-1β, tumor necrosis factor-α(TNF-α), IL-6, and the contents of dopamine(DA), dopamine transporter(DAT)and dopamine D2 receptor(DRD2) in striatum were detected by enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA); DNA notch end labeling(TUNEL) staining was applied to detect neuronal apoptosis in rat striatum; Western blot was applied to detect the expression of p-JAK2and p-STAT3 proteins in rat striatum. [Results] Compared with the control group, the motor behavior score, stereotyped behavior score, IL-1β, TNF-α, IL-6 levels, DRD2 content, neuron apoptosis rate, p-JAK2, p-STAT3 protein expression in TS group were higher, and the DA and DAT contents were lower(P < 0.05);compared with TS group, the motor behavior score, stereotyped behavior score, IL-1β, TNF-α, IL-6 levels, DRD2 content, neuron apoptosis rate, p-JAK2, p-STAT3 protein expression of rats in the low dose Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule group, high dose Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule group and haloperidol group were lower, and the DA and DAT contents were higher(P < 0.05);compared with TS group, the scores of motor behavior, stereotyped behavior, IL-1β, TNF-α, IL-6 levels, DRD2 content, neuron apoptosis rate, p-JAK2, p-STAT3 protein expression of rats in Coumermycin A1 group were higher, and the DA and DAT contents were lower(P < 0.05);coumermycin A1 attenuated the protective effect of high-dose Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granules on TS model rats. [Conclusion] Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granules can inhibit neuroinflammation, neuron apoptosis and promote DA balance in TS rats, which may be related to the inhibition of JAK2/STAT3 signaling pathway.
Key words: Shengqing Jiangzhuo Zhidong Granule    JAK2/STAT3 signal pathway    Tourette's syndrome    dopamine