黄芪和当归组合通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路诱导自噬改善大鼠特发性肺纤维化

Improvement of idiopathic pulmonary fibrosis through a combination of Astragalus radix and Angelica sinensis radix via mammalian target of rapamycin signaling pathway-induced autophagy in rat.

作者信息Chao Sun, Huaman Liu, Baihong Chi, Jia Han, Yasuhiko Koga, Kamyar Afshar, Xue Liu
PMID38505077
发布时间2024-02-29
DOI10.21037/jtd-24-28

实验完整度

包含大鼠BLM模型和TGF-β1诱导的MRC-5细胞模型两个独立层级,并进行功能验证(3-MA抑制自噬)和机制验证(mTOR信号通路)。

主要模型

BLM诱导的Sprague-Dawley大鼠IPF模型 TGF-β1诱导的MRC-5细胞模型

重点核对

BLM诱导大鼠模型:BLM剂量5 mg/kg,气管内滴注0.3 mL,给药28天 MRC-5细胞模型:TGF-β1浓度5 ng/mL,处理24小时 AR、AS及AR+AS给药剂量:大鼠灌胃1.35、1.35、2.7 g/kg/d,细胞预处理100 µg/mL 阳性对照:泼尼松(PDN)4.2 mg/kg灌胃 自噬抑制实验:3-MA(1 mM)处理MRC-5细胞1小时

摘要

背景:临床上迫切需要有效且耐受性良好的特发性肺纤维化(IPF)治疗方法。黄芪(AR;Huangqi)和当归(AS;Danggui)常用于治疗IPF。本研究旨在揭示AR-AS组合治疗IPF的药理作用及其作用机制。方法:将Sprague-Dawley大鼠随机分为六组(n=5):对照组、博来霉素(BLM)模型组、AR组、AS组、AR+AS组和泼尼松(PDN)组。还使用了转化生长因子-β1(TGF-β1)诱导的MRC-5细胞模型。在AR、AS和AR-AS药对处理后,通过苏木精-伊红(H&E)染色、Masson染色、免疫组织化学染色、实时定量聚合酶链反应(qRT-PCR)、Western blotting、酶联免疫吸附测定(ELISA)、免疫荧光和羟脯氨酸测定评估肺纤维化、炎症、氧化应激和自噬。结果:给予AR-AS药对的大鼠肺组织中α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、胶原蛋白I、纤连蛋白和波形蛋白水平较低,大鼠血清中炎症细胞因子水平较低。此外,AR-AS药对在BLM诱导的大鼠中诱导了哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)介导的自噬并减少了氧化应激。AR和AS组合的效果在TGF-β1处理的MRC-5细胞中得到证实。具体而言,AR和AS的组合减弱了MRC-5细胞纤维化、炎症和氧化应激,同时诱导自噬。结论:AR和AS的组合通过抑制mTOR信号通路诱导自噬来预防IPF。AR和AS的协同作用优于单独使用AR或AS。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
AR和AS组合是否通过mTOR信号通路诱导自噬来改善IPF,并验证其协同作用。
核心机制
AR和AS组合通过抑制mTOR信号通路诱导自噬,从而减轻肺纤维化、炎症和氧化应激。
主要证据
在BLM诱导的大鼠和TGF-β1诱导的MRC-5细胞中,AR-AS组合抑制了纤维化标志物(α-SMA、胶原蛋白I、纤连蛋白、波形蛋白)和炎症因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)的表达,降低了氧化应激,并通过抑制mTOR磷酸化、增加LC3II/LC3I比例诱导自噬;3-MA抑制自噬后,其抗纤维化作用被逆转。
研究意义
该研究为AR-AS组合治疗IPF提供了药效学比较和机制基础,表明其可能成为IPF的潜在治疗选择。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立BLM诱导的IPF大鼠模型

模拟IPF的病理过程,评估AR、AS及组合的体内药效。

雄性SD大鼠气管内滴注BLM(5 mg/kg)建立IPF模型,对照组给予生理盐水。

2

大鼠分组给药

比较AR、AS单用及组合与阳性药PDN对IPF的影响。

从BLM注射后第二天起,连续28天灌胃给药:对照组和模型组给予生理盐水,PDN组4.2 mg/kg,AR组1.35 g/kg/d,AS组1.35 g/kg/d,AR+AS组2.7 g/kg/d。

3

评价肺组织病理和纤维化指标

验证AR-AS组合对肺纤维化的改善作用。

通过H&E染色、Masson染色观察肺泡塌陷、胶原沉积;免疫组化检测α-SMA和胶原蛋白I;Western blot检测α-SMA、胶原蛋白I、纤连蛋白、波形蛋白;羟脯氨酸测定评估胶原含量。

4

检测炎症因子水平

评估AR-AS组合对炎症反应的抑制作用。

ELISA检测大鼠血清中TNF-α、IL-1β、IL-6和TGF-β1水平。

5

检测氧化应激相关指标

评估AR-AS组合对氧化应激的调节作用。

检测肺组织和MRC-5细胞中MDA、SOD、GSH水平,并用DCFH-DA探针检测ROS。

6

检测自噬相关蛋白表达

验证AR-AS组合是否通过mTOR信号通路诱导自噬。

Western blot检测p-mTOR、mTOR、LC3蛋白水平,免疫荧光检测LC3表达,qRT-PCR检测LC3 mRNA水平。

7

建立TGF-β1诱导的MRC-5细胞模型

体外验证AR-AS组合的抗纤维化作用。

MRC-5细胞用TGF-β1(5 ng/mL)处理24小时诱导纤维化,并用AR、AS或组合预处理1小时。

8

验证自噬依赖性(3-MA抑制实验)

证实AR-AS组合的抗纤维化作用是通过诱导自噬介导的。

MRC-5细胞在TGF-β1处理前用自噬抑制剂3-MA(1 mM)处理1小时,检测纤维化和炎症标志物的表达变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
博来霉素Shanghai Yuanye Biotechnology Co., Ltd.--
醋酸泼尼松片Zhejiang Xianju Pharmaceutical Co., Ltd.--
H&E染色试剂盒Servicebio--
Masson染色试剂盒Servicebio--
α-平滑肌肌动蛋白抗体CST19245
胶原蛋白I抗体CST72026
二氯二氢荧光素二乙酸酯BeyotimeS0033S
羟脯氨酸检测试剂盒SolarbioBC0250
最低必需培养基----
3-甲基腺嘌呤MedChemExpress--
TNF-α ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R2856
IL-1β ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0012
IL-6 ELISA试剂盒BeyotimeP6276
TGF-β1 ELISA试剂盒BeyotimePT878
LC3抗体CST12741
4',6-二脒基-2-苯基吲哚SolarbioD8200
SOD检测试剂盒SolarbioBC0175
MDA检测试剂盒SolarbioBC0025
GSH检测试剂盒SolarbioBC1175
RNA提取试剂VazymeR401-01
HiScript II一步法qRT-PCR SYBR Green试剂盒VazymeQ221-01
RIPA裂解液Beyotime--
BCA蛋白测定试剂盒Beyotime--
纤连蛋白抗体Abcamab268020
波形蛋白抗体CST5741
磷酸化mTOR抗体CST2971
mTOR抗体Abcamab32028
TNF-α抗体Abcamab307164
IL-1β抗体Abcamab315084
IL-6抗体Abcamab9324
GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
HRP标记的IgG抗体CST7074
增强化学发光系统VazymeE411-04/05
尼康Ni-U显微镜NIKON--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型制备
BLM剂量5 mg/kg,气管内滴注0.3 mL,速率2 mL/h;大鼠品系、体重(180±20 g)、性别(雄性)
阅读提示:Methods中BLM-induced IPF rat model部分
动物分组和给药
分组(对照、BLM、AR、AS、AR+AS、PDN)、每组数量(n=5)、给药剂量(AR 1.35 g/kg/d、AS 1.35 g/kg/d、AR+AS 2.7 g/kg/d、PDN 4.2 mg/kg)、给药方式(灌胃)、给药时间(28天)
阅读提示:Methods中Animal grouping and administration部分
细胞模型
MRC-5细胞来源、培养条件(MEM+10%FBS+1%青霉素/链霉素)、TGF-β1浓度(5 ng/mL)和处理时间(24小时)、AR/AS浓度(100 µg/mL)和预处理时间(1小时)
阅读提示:Methods中MRC-5 cell culture and treatment部分
自噬抑制实验
3-MA浓度(1 mM)和处理时间(1小时)
阅读提示:Methods中MRC-5 cell culture and treatment部分
统计设计
独立实验次数(三次)、统计方法(ANOVA和Tukey检验)、显著性阈值(P<0.05)
阅读提示:Methods中Statistical analysis部分