载芸香提取物的纳米立方体分散体制备及体内评价:一种减轻哮喘介导的肺部炎症的新方法

Preparation and in vivo evaluation of nano sized cubosomal dispersion loaded with Ruta graveolens extracts as a novel approach to reduce asthma-mediated lung inflammation.

作者信息Mohammad H Alyami, Dalia I Hamdan, Heba M A Khalil, Mohamed A A Orabi, Nora M Aborehab, Nada Osama, Mai M Abdelhafez, Abdulaziz Mohsen Al-Mahallawi, Hamad S Alyami
PMID38352238
发布时间2024-03
DOI10.1016/j.jsps.2024.101968

实验完整度

包含体外细胞实验(LPS激活的BEAS-2B细胞)、体内大鼠哮喘模型(Ova诱导)以及多种检测(ELISA、IHC、病理学)和植物化学分析(UPLC-ESI-MS/MS),并进行功能验证。

主要模型

BEAS-2B细胞(LPS激活) 卵清蛋白(Ova)诱导的过敏性哮喘大鼠模型(Wistar大鼠)

重点核对

细胞实验:BEAS-2B细胞在LPS刺激前用IC50和½ IC50的提取物预处理2小时。 动物模型:雄性Wistar大鼠(150-200 g)通过腹腔注射Ova(0.3 mg)和氢氧化铝(30 mg)致敏,并在第19-21天通过鼻内给予Ova(20 μl,20 mg/ml)激发。 治疗:从第12天起,每日口服灌胃给予芸香提取物或Ruta-ND(100或200 mg/kg),持续10天。 关键指标:测定BALF中MDA、SOD、IL-4、IL-17、TGF-β、INF-γ、IgE水平,以及肺组织中Beclin-1、P-62和Caspase-3的表达。 统计:使用GraphPad 9进行单因素方差分析和Bonferroni事后检验,样本量计算使用G*Power(功效80%,α=0.05)。

摘要

哮喘是一种影响所有年龄段人群的慢性疾病。哮喘药物存在不良反应,限制了其长期使用,因此需要更新的替代疗法。本研究旨在探讨芸香提取物及其制备的纳米立方体分散体(Ruta-ND)的抗哮喘特性。首先,芸香甲醇提取物在脂多糖(LPS)激活的BEAS-2B细胞上表现出更高的抗炎活性。为确保最佳生物利用度从而实现最佳细胞摄取,将芸香提取物负载于纳米立方体分散体(ND)中。随后,在卵清蛋白诱导的过敏性哮喘大鼠模型中同时评估了芸香提取物和Ruta-ND的抗哮喘效果。芸香提取物和Ruta-ND降低了哮喘评分,并通过将FEV1/FVC比值恢复至对照大鼠的预期值来改善肺功能。此外,它还表现出强大的抗氧化和抗炎活性,表现为降低支气管肺泡灌洗液中丙二醛(MDA)、IL-4、IL-7、TGF-β和Ig-E的水平,并提高超氧化物歧化酶(SOD)和INF-γ的水平。我们的研究结果还表明,芸香提取物和Ruta-ND可诱导自噬并抑制凋亡。最后,对芸香提取物的HPLC MS/MS植物化学分析证实产生了多种生物碱、黄酮类、香豆素类和其他酚类化合物,这些化合物具有与我们的研究结果相对应/强调的药理特性。总之,芸香在管理Ova诱导的过敏性哮喘方面显示出潜力,并可能被开发为替代的抗过敏性哮喘药物。

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
芸香提取物及其纳米立方体分散体(Ruta-ND)是否具有抗哮喘作用,其潜在机制是什么?
核心机制
芸香提取物及其Ruta-ND通过调节Th1/Th2平衡(降低IL-4、IL-17、TGF-β,升高IFN-γ)、减轻氧化应激(降低MDA,升高SOD)、诱导自噬(升高Beclin-1,降低p62)并抑制凋亡(降低Caspase-3表达)来发挥抗哮喘作用。
主要证据
在LPS激活的BEAS-2B细胞中,芸香提取物显著降低IL-17、TGF-β、IL-4表达并升高IFN-γ;在Ova诱导的哮喘大鼠模型中,Ruta-ND和芸香提取物改善肺功能(恢复FEV1/FVC比值)、降低BALF中炎性细胞因子和IgE水平、降低MDA、升高SOD,并调节自噬和凋亡相关蛋白。
研究意义
芸香提取物及其纳米制剂可能作为现有抗过敏性哮喘药物的替代疗法,其丰富的抗氧化、抗炎和抗过敏植物分子可能有助于控制过敏诱导的哮喘。

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

体外抗炎活性筛选

评估芸香总提取物(TE)及其不同溶剂萃取物(EtOAc、MeOH、Butanol)对LPS激活的BEAS-2B细胞的抗炎活性。

使用MTT法测定细胞活力并计算IC50;用IC50和½ IC50浓度的提取物预处理BEAS-2B细胞2小时,然后用2 μg/mL LPS刺激8小时,通过RT-qPCR检测IL-17、TGF-β、IL-4和IFN-γ的mRNA表达。

2

制备并表征载药纳米立方体分散体(Ruta-ND)

制备Ruta-ND以增强芸香提取物的生物利用度,并对其理化性质进行表征。

采用热乳化法制备Ruta-ND,组成为GMO (4% w/w)、Pluronic F108 (1% w/w)、芸香提取物 (4.5% w/w) 和去离子水 (90.5% w/w)。测定粒径、PDI、Zeta电位,并通过TEM观察形态。

3

体内抗哮喘效果评估

在Ova诱导的过敏性哮喘大鼠模型中评估芸香提取物和Ruta-ND对哮喘症状、肺功能和生化指标的影响。

将雄性Wistar大鼠随机分为6组(对照组、Ova组、Ruta 100 mg/kg、Ruta 200 mg/kg、Ruta-ND 100 mg/kg、Ruta-ND 200 mg/kg),Ova致敏并激发,从第12天起每日口服给予相应治疗10天。评估行为学评分(抓挠、打喷嚏、流鼻涕),肺功能(FVC、FEV1、FEV1/FVC比值),BALF中氧化应激标志物(MDA、SOD)和细胞因子(INF-γ、IL-4、IL-17、TGF-β、IgE),肺组织自噬标志物(Beclin-1、P-62)和凋亡标志物(Caspase-3表达),并进行组织病理学检查。

4

植物化学分析

鉴定芸香总甲醇提取物中的植物化学成分,以支持其抗哮喘活性。

使用UPLC-ESI-MS/MS分析总甲醇提取物,通过MS和MS/MS碎裂模式鉴定化合物。

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
DMEM培养基Invitrogen/Life Technologies--
胎牛血清Hyclone--
胰岛素Sigma Aldrich--
青霉素Sigma Aldrich--
链霉素Sigma Aldrich--
MTT试剂----
RNeasy小型试剂盒Qiagen--
iScript一步法RT-PCR试剂盒(含SYBR Green)Bio-Rad Laboratories--
单油酸甘油酯Sigma-Aldrich--
泊洛沙姆F108Sigma-Aldrich--
Zetasizer Nano ZS粒度仪Malvern Instruments--
透射电子显微镜(Joel JEM 1230)Joel--
卵清蛋白Sigma-Aldrich--
氢氧化铝----
MDA和SOD试剂盒Biodiagnostic--
IFN-γ ELISA试剂盒(LS-F7108)LifeSpan BioSciences--
IL-4 ELISA试剂盒(DEIA208)Creative Diagnostics--
IL-17 ELISA试剂盒(E0115Ra)Bioassay Technology Laboratory--
TGF-β ELISA试剂盒(670.070.128)Cell Sciences--
IgE ELISA试剂盒(E-EL-R0517)Elabsciences--
Beclin-1 ELISA试剂盒(EK731452)AFG BioSciences--
P-62 ELISA试剂盒(SL1363Ra)SunLong Biotech--
兔抗Caspase 3抗体LifeSpan BioSciencesLS-B3404-50
Vectastain ABC-HRP试剂盒Vector Laboratories--
DAB显色液Sigma--
UPLC-ESI-MS/MS系统(Nexera with LCMS-8045)Shimadzu--
RP-C18 UPLC色谱柱----
体积描记器----
带MTL1流量计的肺活量计ADInstruments--
岛津紫外可见分光光度计2401Shimadzu--
Leica显微镜(CH9435 Hee56rbrugg)Leica Microsystems--

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
细胞实验(LPS激活的BEAS-2B细胞)
细胞系来源(VACSERA),培养条件(DMEM+10%FBS+10μg/ml胰岛素+1%青霉素/链霉素),提取物浓度(IC50和½ IC50),LPS浓度和刺激时间(2 μg/mL,8小时)。
阅读提示:Methods 2.3.1-2.3.4
纳米制剂制备与表征
配方组成(GMO 4%, Pluronic F108 1%, 芸香提取物 4.5%, 水 90.5% w/w),制备温度(70℃),表征参数(PS、PDI、ZP)。
阅读提示:Methods 2.4
动物模型(Ova诱导的哮喘)
动物品系、性别、体重(Wistar大鼠,雄性,150-200 g),致敏方案(腹腔注射0.3 mg Ova和30 mg Al(OH)3,第1-4天和第11天),激发方案(第19-21天,鼻内20 μl 20 mg/ml Ova),治疗剂量和给药方式(口服,100或200 mg/kg,持续10天)。
阅读提示:Methods 2.5.1-2.5.2
生化指标检测
BALF离心条件(400 g,10 min),肺组织匀浆缓冲液(50 mM Tris-HCl, 2 mM EDTA, pH 7.4),ELISA试剂盒货号。
阅读提示:Methods 2.5.5
免疫组织化学(Caspase 3)
抗体浓度(10 μg/ml),抗原修复方法(热诱导),显色方法(ABC法,DAB)。
阅读提示:Methods 2.5.6