针灸联合柚皮素干预对腰椎间盘退变大鼠髓核NLRP3炎性小体的影响.pdf
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1、 Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 世界科学技术-中医药现代化中医针灸研究针灸联合柚皮素干预对腰椎间盘退变大鼠髓核NLRP3炎性小体的影响刘宜军,王静丽,杨勇(河南中医药大学第三附属医院 郑州 450008)摘要:目的探讨针灸联合柚皮素干预对腰椎间盘退变大鼠髓核NLRP3炎性小体的影响。方法将SD大鼠随机分成sham组、Model组、针灸组、柚皮素组、针灸+柚皮素组,每组10只。除sham组外,其他各组均采用腰椎纤维环损伤法构建腰椎间盘退变大
2、鼠模型,造模成功后给予相应干预,每天1次,连续4周。HE染色观察椎间盘组织病理形态变化;免疫组织化学检测椎间盘组织中型胶原(Collagen)的表达;Tunel染色观察椎间盘髓核组织细胞凋亡水平;ELISA检测椎间盘髓核组织中炎症因子TNF-、IL-1和IL-18水平;qRT-PCR和Western blot检测椎间盘髓核组织中NLRP3、ASC和Caspase-1 mRNA和蛋白表达水平。结果与sham组比较,Model组大鼠椎间盘退变严重,椎间盘组织中Collagen 表达显著降低(P0.05),髓核细胞凋亡水平、髓核组织中NLRP3炎性小体相关基因mRNA及蛋白表达水平以及TNF-、IL
3、-1和IL-18水平均显著上升(P0.05)。与Model组比较,针灸组、柚皮素组和针灸+柚皮素组大鼠椎间盘退变程度均有所缓解,椎间盘组织中Collagen 表达均显著升高(P0.05),髓核细胞凋亡水平、髓核组织中NLRP3炎性小体相关基因mRNA及蛋白表达水平以及TNF-、IL-1和IL-18水平均显著下降(P0.05)。其中针灸+柚皮素组改善效果最好。结论针灸联合柚皮素干预可减少髓核细胞凋亡和细胞外基质降解,抑制炎症反应,从而缓解大鼠腰椎间盘退变,其机制可能与抑制NLRP3炎性小体激活有关。关键词:腰椎间盘退变 针灸 柚皮素 NLRP3炎性小体doi:10.11842/wst.20220
4、117003 中图分类号:R245.9 文献标识码:A椎间盘退变(Intervertebral disc degeneration,IDD)是一种常见的以神经功能障碍为特征的肌肉骨骼疾病,其临床上表现为椎间盘突出、椎间盘源性背痛、椎管狭窄等。随着现代社会化进程的加快,IDD的发病率逐年增加,且具有年轻化的趋势1。目前IDD的治疗主要通过卧床休息、物理治疗、止痛药物等保守治疗来减轻症状,不能保证椎间盘再生,且复发率高2。因此,迫切需要找到新的治疗方法。有研究报道,NLR家族PYRIN域蛋白3(NLRP3)炎性小体参与IDD的发病过程,并与IDD程度呈正相关3。众多研究发现,抑制 NLRP3 炎性
5、小体的激活可缓解 IDD4-6。因此,NLRP3可能是治疗IDD的一个潜在靶点。众所周知,中医疗法被广泛用于治疗人体的各种疾病,且副作用更小。针灸是一种补充和替代药物的治疗方式,对许多神经系统疾病有良好的治疗效果。Li 等7研究发现,针灸治疗可通过抑制前额叶皮质NLRP3炎性小体激活从而减轻慢性应激大鼠抑郁症。Wang等8研究发现,黄岑素可通过抑制 NLRP3 炎症小体激活减弱IDD。柚皮素是存在于柑橘类水果和葡萄中的一种天然类黄酮,具有抗炎、抗氧化和抗肿瘤活性等多种药理学活性。有研究发现,柚皮素可通过抑制小胶质细胞中NLRP3炎性小体激活,对脂多糖诱导的多巴胺神 收稿日期:2022-01-1
6、7 修回日期:2022-11-25 河南省卫生健康委员会专项课题(20-21ZY2125):红外热成像观察针灸结合超声治疗腰椎间盘突出症疗效应用,负责人:刘宜军。通讯作者:刘宜军,医学博士,副教授,副主任中医师,主要研究方向:针灸镇痛基础与临床研究。1061 Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 2023 第二十五卷 第三期 Vol.25 No.3 经毒性产生神经保护作用9。然而,针灸联合柚皮素干预是否可以通过抑制椎间盘NLRP3炎性小体的激活来
7、缓解IDD目前尚不清楚。因此,本研究采用腰椎纤维环损伤法构建IDD大鼠模型,探讨针灸联合柚皮素干预对IDD中髓核NLRP3炎性小体的影响,以期为IDD的治疗提供新的有效治疗方法。1 材料与方法 1.1实验材料及试剂1.1.1实验动物50 只 SPF 级雄性 SD 大鼠,3 月龄,体质量 25050 g,由河南省实验动物中心提供SYXK(豫)2017-0001。大鼠安置于温度为23-25,相对湿度为45%-55%,光照/黑暗周期为12 h的环境中,提供标准鼠粮和水。1.1.2主要试剂与仪器柚皮素(95%)购自美国Sigma公司;TNF-、IL-1和IL-18 ELISA试剂盒均购自上海一研生物科
8、技有限公司;Advantage RT-for-PCR Kit 和 TB Green Fast qPCR Mix均购自日本TaKaRa公司;PierceTM BCA蛋白定量试剂盒购自美国Thermo Fisher公司;TUNEL细胞凋亡检测试剂盒购自上海碧云天生物技术有限公司;Anti-rabbit Collagen 和 辣 酸 根 过 氧 化 物 酶(HPR)标记的 goat anti-rabbit IgG H&L 均购自英国Abcam公司;NLRP3抗体、ASC抗体、Caspase-1抗体和GAPDH抗体均购自美国Cell Signaling公司;荧光显微镜(型号:BX63)购自日本 Oly
9、mpus 公司;荧光定量PCR仪(型号:TP950)购自日本Takara公司;凝胶成像仪(型号:E-Gel)购自美国Thermo Fisher公司。1.2实验方法1.2.1动物模型制备与分组干预将50只雄性SD大鼠随机分成sham组、Model组、针灸组、柚皮素组、针灸+柚皮素组,每组 10 只。除sham 组外,其他各组大鼠均进行腰椎纤维环损伤手术:腹腔注射1%戊巴比妥钠溶液(40 mgkg-1)麻醉大鼠,左侧仰卧固定大鼠四肢,腹部剃毛,在腹部皮肤上预备约6 cm4 cm的面积,采用碘化聚乙烯吡罗烷酮对腹部进行消毒,并在腹部右侧做皮肤纵向背侧切口,以显示腰椎处的L5/6椎间盘,采用21 G针
10、头,平行于软骨终板对L5/6椎间盘节段纤维环进行全层穿刺,深度为2.3 mm,针刺成功后缝合皮下筋膜和皮肤。假手术组大鼠仅切开皮肤暴露椎间盘后立即止血缝合。所有大鼠术后每天均给予肌肉注射青霉素(8104 U)防止感染,连续3天。术后8周进行磁共振成像(MRI)检测确认IDD模型构建是否成功10-11,剔除造模不成功的大鼠并给予补充。造模成功后针灸组大鼠给予针灸干预:根据中国针灸学会发布的 实验动物常用穴位名称与定位第2部分:大鼠 中穴位定位,选取肾俞(第腰椎下两旁,背正中线旁开 6 mm,双侧)、大肠俞(脊柱区,第4腰椎棘突下,后正中线旁开1.5寸,双侧)、环跳(后肢髋关节后上缘,患侧)、委中
11、(膝关节背面正中,患侧)、阳陵泉(小腿外侧,在腓骨头前下方凹陷处,距足三里上外侧约3 mm,患侧)和阿是穴(病变附近,按压疼痛的部位,患侧),取仰卧位固定大鼠四肢,暴露所选穴位处,消毒,环跳选用0.30 mm75.00 mm毫针进行针刺,其他穴位采用 0.30 mm40 mm毫针进行针刺,与皮肤呈90角,快速刺入皮下,然后缓缓捻入穴位,针刺深度为 0.5-0.8 cm,有滞紧感后快速捻转 100-200次 min-1,上下提插,幅度180-360,行针1 min后留针30 min,然后出针,1次/日,7次为1疗程,共4个疗程。参照文献12,柚皮素组大鼠给予75 mgkg-1柚皮素灌胃干预,1次
12、/日,连续灌胃4周。针灸+柚皮素组大鼠同时给予针灸干预和柚皮素灌胃干预,而sham组和Model组大鼠给予等量的生理盐水灌胃,1次/日,连续4周。随后脱颈处死SD大鼠,取其椎间盘组织和髓核组织用于后续检测。1.2.2HE染色取清洗干净后的大鼠椎间盘组织,在4%多聚甲醛中固定2 d,经10%EDTA(pH=7.2)脱钙处理后,梯度乙醇脱水,二甲苯透明,石蜡包埋,切片机切成4 m薄的切片,二甲苯脱蜡,梯度乙醇脱水后,进行苏木精-伊红染色,二甲苯透明,中性树胶封片,置于显微镜下拍照记录。细胞核呈蓝色,细胞质呈红色。1.2.3免疫组织化学检测将大鼠椎间盘组织固定,包埋,切片(同 HE 染色),将切片脱
13、蜡水化,先用 3%双氧水室温孵育10 min,再用0.01 molL-1的柠檬酸缓冲液进行抗原热修复15 min。接下来,将切片在5%的山羊血清中阻断 20 min,先加入 Anti-rabbit Collagen (1 400)在4下孵育过夜。次日,TBST 洗涤后加入 goat anti-rabbit IgG H&L(1 1000)室温孵育 60 min,然后加入1062 Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 世界科学技术-中医药现代化中医针
14、灸研究ABC复合物孵育30 min,滴加DAB溶液染色3 min,苏木素复染2 min,脱水,透明,封片,最后在显微镜下观察切片,Collagen 阳性表达细胞呈深棕色。利用Image J软件计算阳性细胞的平均光密度值,平均光密度值=累积光密度值/阳性着色面积。1.2.4Tunel染色取髓核组织制作成厚度为4 m的石蜡切片,二甲苯脱蜡,梯度酒精复水后,滴加20 gmL-1不含DNase的蛋白酶K,37孵育15 min,PBS洗涤3次,滴加3%过氧化氢溶液,室温孵育20 min,滴加TUNEL检测液(TdT酶+Tunel检测液),37避光孵育60 min,再加入Streptavidin-HRP
15、溶液,37反应 30 min,然后加入DAB 溶液,20反应 10 min,最后加入苏木素染细胞核,置于显微镜下拍照记录,阳性细胞细胞核着色,呈现棕色或棕褐色。随机选200个细胞,细胞凋亡水平=阳性细胞数量/总细胞数量100%。1.2.5ELISA检测取适量髓核组织,加入磷酸盐缓冲液低温匀浆,4下 7778 rmin-1离心 15 min,收集上清液。使用酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒测定上清液中炎症因子TNF-、IL-1和IL-18浓度。1.2.6qRT-PCR检测使用TRIzol试剂从髓核组织样本中提取总RNA,去除DNA后采用微量紫外分光光度计测定总RNA浓度和纯度。总RNA的纯度
16、以A260/A280值为依据,在1.8-2.0之间。使用Advantage RT-for-PCR Kit将RNA逆转录成 cDNA。采用 TB Green Fast qPCR Mix 在Thermal Cycler Dice Real Time System 上进行荧光定量 PCR。25L 反应体系包括:TB Green Fast qPCR Mix 12.5 L,正反引物(10 molL-1)各 1 L,cDNA 2 L,灭 菌 水 8.5 L。引 物 序 列 如 下:NLRP3 F:5-TTCGGAGATTGTGGTTGGG-3,R:5-AGGGCGT TGTCACTCAGGT-3;ASC
17、F:5-AGCTCCCCTACCTT CCACAT-3,R:5-AAATCTGCTTTGGTGGTTGG-3;Caspase-1 F:5-CCGATGGTTCCCTCAAGTT-3,R:5-CAAGACGTGTACGAGTGGGT-3;GAPDH F:5-CAACGGGAAACCCATCACCA-3,R:5-ACGCC AGTAGACTCCACGACAT-3。PCR 循环条件如下:95 5 min,95 30 s,60 15 s,72 45 s,35个循环。各基因相对表达水平=目的基因表达水平/GAPDH表达水平。1.2.7Western blot检测用含蛋白酶抑制剂的RIPA缓冲液提取髓核组
18、织总蛋白并测定蛋白浓度。蛋白样品用 10%SDS-PAGE凝胶电泳分离,然后电转移到聚偏二氟乙烯膜上,用5%的脱脂奶粉在室温下封闭膜2 h,然后将膜分别与兔抗 NLRP3(1 1000)、兔抗 ASC(1 1000)、兔抗 Caspase-1(1 1000)和兔抗 GAPDH(1 1000)在 4下孵育过夜,用TBST冲洗4次后,加入HRP-goat anti-rabbit IgG H&L(1 10000)在室温下避光孵育1 h,将增强化学发光试剂涂抹在膜上,然后将膜置于凝胶成像分析仪上进行曝光和成像,将采集到的图像用Image J软件进行处理,得到各蛋白的灰度值。目的蛋白相对表达水平=目的蛋
19、白灰度值/GAPDH灰度值。1.3统计学方法数据采用均值标准差(x s)的形式表示,并使用统计软件SPSS 22.0进行单因素方差分析或t检验分析各组间的差异,P0.05表明差异具有显著性。2 结果 2.1各组大鼠椎间盘组织病理形态比较如图 1 所示,sham 组大鼠椎间盘结构清晰且完整,纤维环和髓核组织结构均未见异常;Model组大鼠椎间盘呈蛇形外观,椎间盘破裂,纤维环与髓核边界紊乱,纤维环排列不规则,髓核细胞减少,说明椎间盘严重退变;与Model组比较,针灸组、柚皮素组、针灸+柚皮素组大鼠椎间盘退变程度均有明显改善,其中针灸+柚皮素组改善椎间盘退变效果最好,柚皮素组次之。2.2各组大鼠椎间
20、盘组织中 Collagen 表达水平比较如图 2所示,Collagen 蛋白表达于细胞浆。与sham组比较,Model组大鼠椎间盘组织中 Collagen 表达水平明显降低(P0.05);与 Model 组比较,针灸组、柚皮素组和针灸+柚皮素组大鼠椎间盘组织中Collagen 表达水平均显著升高(P0.05),且针灸+柚皮素组Collagen 表达水平最高,柚皮素组次之,针灸组最低。2.3各组大鼠椎间盘髓核组织细胞凋亡水平比较如图3所示,与sham组比较,Model组大鼠椎间盘髓核组织细胞凋亡水平显著升高(P0.05);与 Model组比较,针灸组、柚皮素组和针灸+柚皮素组大鼠椎间1063 M
21、odernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 2023 第二十五卷 第三期 Vol.25 No.3 图3各组大鼠椎间盘髓核组织细胞凋亡水平比较(100)注:A:sham组;B:Model组;C:针灸组;D:柚皮素组;E:针灸+柚皮素组。与sham组比较,*P0.05;与Model组比较,#P0.05。表1各组大鼠椎间盘髓核组织中炎症因子表达水平比较(x s,n=10)组别sham组Model组针灸组柚皮素组针灸+柚皮素组TNF-(pgmg-1)32.373
22、.0896.599.74*71.0410.06#53.185.81#40.274.08#IL-1(pgmg-1)18.401.4669.944.68*53.875.04#36.283.57#21.041.75#IL-18(pgmg-1)22.744.0053.929.17*37.054.31#31.735.40#25.204.72#注:与sham组比较,*P0.05;与Model组比较,#P0.05。sham组Model组针灸组柚皮素组针灸+柚皮素组图1椎间盘组织HE染色(40)注:AF:纤维环;NP:髓核。图2各组大鼠椎间盘组织中Collagen 表达水平比较(400)注:A:sham组;B
23、:Model组;C:针灸组;D:柚皮素组;E:针灸+柚皮素组。与sham组比较,*P0.05;与Model组比较,#P0.05。1064 Modernization of Traditional Chinese Medicine and Materia Medica-World Science and Technology 世界科学技术-中医药现代化中医针灸研究盘髓核组织细胞凋亡水平均显著下降(P0.05),且针灸+柚皮素组髓核组织细胞凋亡水平最低,柚皮素组次之,针灸组最高。2.4各组大鼠椎间盘髓核组织中炎症因子表达水平比较如表1所示,与sham组比较,Model组大鼠椎间盘髓核组织中炎症因子
24、 TNF-、IL-1 和 IL-18表达水平均明显升高(P0.05);与Model组比较,针灸组、柚皮素组和针灸+柚皮素组大鼠椎间盘髓核组织中炎症因子 TNF-、IL-1 和 IL-18 表达水平均明显降(P 0.05),且针灸+柚皮素组炎症因子表达水平最低,柚皮素组次之,针灸组最高。2.5各组大鼠椎间盘髓核组织中NLRP3炎性小体相关基因mRNA和蛋白表达水平比较如图4所示,与sham组比较,Model组大鼠椎间盘髓核组织中 NLRP3、ASC 和 Caspase-1 mRNA 及蛋白表达水平均明显上升(P0.05);与Model组比较,针灸组、柚皮素组和针灸+柚皮素组大鼠椎间盘髓核组织中
25、NLRP3、ASC 和 Caspase-1 mRNA 及蛋白表达水平均明显下降(P0.05),且针灸+柚皮素组表达水平最低,柚皮素组次之,针灸组最高。3 讨论 椎间盘主要由3部分构成:中央胶状髓核(NP)、周围层纤维环(AF)和软骨终板(CEP),这些结构使椎间盘具有较高的抗压强度和抗拉强度。髓核细胞分泌复杂的细胞外基质,细胞外基质主要由型和型胶原以及蛋白多糖组成,这是维持椎间盘生理粘弹性所必需的13。然而,在遗传、昼夜节律、年龄和机械压迫等多种因素的影响下,炎性细胞因子的分泌会增强,肿瘤坏死因子-(TNF-)、白细胞介素-1(IL-1)和IL-18等炎症因子的积累通过金属蛋白酶和血栓反应蛋白
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