瑶药黄红钻对CIA模型大鼠关节炎的治疗作用
王香颖1, 龙丽冰1, 张明华1, 郝二伟2, 谢金玲2, 陈壮3, 邓家刚2, 侯小涛1, 韦玮2     
1. 广西中医药大学药学院,广西南宁 530200;
2. 广西中医药大学,广西中药药效研究重点实验室,广西南宁 530200;
3. 广西中医药大学附属瑞康医院,广西南宁 530011
摘要: 为探究黄红钻(Jasminum pentaneurum)水提物对胶原诱导性关节炎(Collagen-Induced Arthritis,CIA)大鼠的治疗作用,本研究采用牛Ⅱ型胶原建立CIA大鼠模型,通过灌胃给药观察黄红钻水提物低、中、高剂量组(2.7、5.4、10.8 g/kg)对CIA大鼠体质量、足肿胀度和关节炎指数评分,以及血清炎症因子白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)表达水平和踝关节病理形态的影响。结果表明,黄红钻各剂量组对大鼠的体质量无显著影响;与空白组相比,模型组大鼠足肿胀度、关节炎指数评分显著升高(P < 0.01),踝关节软骨层和软骨下层骨组织受到重度侵蚀,血清炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表达水平显著升高(P < 0.01);与模型组相比,药物干预21 d后阳性药物组及黄红钻高剂量组大鼠的右后足肿胀度显著下降(P < 0.05),黄红钻各剂量组关节炎指数评分出现下降趋势,血清炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表达水平显著下降(P < 0.05,P < 0.01),踝关节炎症细胞浸润及纤维组织增生情况均有减轻。黄红钻水提物可通过调控炎症因子释放,缓解CIA大鼠的关节炎症及病理进展。
关键词: 瑶药黄红钻    类风湿性关节炎    CIA大鼠    炎症因子    药效评价    
Therapeutic Effect of Jasminum pentaneurum on Rheumatoid Arthritis in CIA Model Rats
WANG Xiangying1, LONG Libing1, ZHANG Minghua1, HAO Erwei2, XIE Jinling2, CHEN Zhuang3, DENG Jiagang2, HOU Xiaotao1, WEI Wei2     
1. College of Pharmacy, Guangxi University of Chinese Medicine, Nanning, Guangxi, 530200, China;
2. Guangxi Key Laboratory of Efficacy Study on Chinese Materia Medica, Guangxi University of Chinese Medicine, Nanning, Guangxi, 530200, China;
3. Ruikang Hospital Affiliated to Guangxi University of Chinese Medicine, Nanning, Guangxi, 530011, China
Abstract: To investigate the therapeutic effect of Jasminum pentaneurum water extract on Collagen-Induced Arthritis (CIA) in rats, this study established the rat model of CIA by using bovine type Ⅱ collagen and administered the extract via gavage. The effects of low, medium, and high doses (2.7, 5.4, and 10.8 g/kg, respectively) of J.pentaneurum water extract on the body weight, paw swelling degree, arthritis index score, serum levels of interleukin-1β (IL-1β), interleukin-6 (IL-6), and Tumor Necrosis Factor-α (TNF-α), and pathological morphology of the ankle joint were observed. The results showed that each dose of J.pentaneurum extract had no significant effect on body weight. Compared with the blank group, the model group exhibited increased paw swelling degree and arthritis index (P < 0.01), severe erosion of the cartilage layer and subchondral bone tissue in the ankle joint, and elevated serum levels of inflammatory cytokines IL-1β, IL-6, and TNF-α(P < 0.01). Compared with the model group, the positive drug group and the high dose group of J.pentaneurum water extract showed reductions in right hind paw swelling degree after 21 d of drug intervention(P < 0.05). All J.pentaneurum dose groups showed a decreasing trend in arthritis index score and reduced serum levels of IL-1β, IL-6, and TNF-α(P < 0.05, P < 0.01). In addition, inflammation cell infiltration and fibrous tissue proliferation in the ankle joint were also alleviated.J.pentaneurum water extract may alleviate joint inflammation and pathological progression in CIA rats by regulating the release of inflammatory factors.
Key words: Yao medicine Jasminum pentaneurum    rheumatoid arthritis    CIA rat    inflammatory cytokine    efficacy evaluation    

类风湿性关节炎(Rheumatoid Arthritis,RA)是一种常见的自身免疫性疾病,以对称性多关节炎为主要临床表现,可侵蚀软骨和骨组织,造成关节破坏[1],全球发病率为0.5%-1.0%,每年全世界约有1.5亿患者发病[2]。在我国,RA患者的年龄段多处于30-50岁,女性的发病率高于男性[3]。RA的发病机制复杂,涉及细胞、细胞因子、信号通路等多个层面[4-5]。研究发现,炎症细胞因子[如白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子(TNF-α)等]与RA的发病机制密切相关,它们通过刺激骨骼和软骨的炎症及退化过程,导致风湿病患者关节损伤和畸形[6-7]。其中,TNF-α可促进炎性反应持续发生,并直接破坏软骨与骨组织[8]。目前RA的临床治疗主要依赖非甾体抗炎药、糖皮质激素、靶向药和生物制剂等药物[9],但长期使用这些药物会引发严重副作用。因此,寻找低毒、安全且有效的RA治疗方法刻不容缓[10-11]。近年来中药在RA治疗中占据着举足轻重的地位[12]。

瑶族经典用药“十八钻”之一黄红钻为木樨科(Oleaceae)植物厚叶素馨(Jasminum pentaneurum)的全株,别名青竹藤、胆草、铜钗风。黄红钻味辛、甘、苦,性平,具有祛风通络、健脾消肿、止咳化痰、补肾益肺等功效,其根、茎在传统医学中常用于改善风湿痹痛、胃痛、产后腹痛、虚弱浮肿等症状[13]。在广西来宾市金秀瑶族自治县,黄红钻在RA治疗中具有广泛的临床应用,但现代药学研究相对较少[14],其药效物质基础尚未明确。前期本课题组开展了黄红钻化学成分的分离与分析[15-18],鉴定出24个裂环环烯醚萜苷类成分,该类化合物为黄红钻药材的特征成分,且为瑶药“十八钻”中首次报道的化合物类型;同时,还对黄红钻的安全性进行了评价,为其合理用药提供了依据。

本研究采用牛Ⅱ型胶原建立胶原诱导性关节炎(Collagen-Induced Arthritis,CIA)大鼠模型,观察实验过程中CIA大鼠体质量、足肿胀度、关节炎指数评分的变化,分析药物干预后CIA大鼠血清中IL-6、IL-1β、TNF-α的表达水平与踝关节病理形态的变化,探讨黄红钻对CIA大鼠的治疗效果,为黄红钻质量标志物筛选及药效基础研究提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 实验动物

SPF级SD雄性大鼠60只,每只体质量为220-250 g,由湖南斯莱克景达实验动物有限公司提供,许可证号为SCXK(湘)2019-0004,饲养于广西中医药大学SPF级动物实验室,伦理编号为DW20211216-208。

1.1.2 药材与试剂

黄红钻药材采自广西来宾市金秀瑶族自治县,经广西中医药大学韦松基教授鉴定为木樨科植物厚叶素馨(Jasminum pentaneurum)的全株,标本存放于广西中医药大学广西中药药效研究重点实验室。雷公藤多苷片(批号:20210901)购自远大医药黄石飞云制药有限公司,TNF-α ELISA试剂盒(货号:ZC-37624)、IL-6 ELISA试剂盒(货号:ZC-36404)、IL-1β ELISA试剂盒(货号:ZC-36391)均购于上海茁彩生物科技有限公司,4%多聚甲醛固定液购自北京兰杰柯科技有限公司,15% 乙二胺四乙酸(EDTA)脱钙液(批号:YE0105)购自合肥博美生物科技有限责任公司,苏木素染液(批号:CR2109146)、伊红染液(批号:CR2011064)均购自武汉赛维尔生物科技有限公司。

1.1.3 仪器与设备

电子天平(JCS-11001C,上海然浩电子有限公司),碳纤维游标卡尺(SL01-1,德清盛泰芯电子科技有限公司),电子调温电热套(DZTW,北京市永光明医疗仪器有限公司),第三代高速组织研磨器[OSE-Y30,天根生化科技(北京)有限公司],台式高速离心机[Sorval ST 16R,赛默飞世尔科技(中国)有限公司],高通量酶标仪筛选系统[SpectraMAX Plus384,美谷分子仪器(上海)有限公司],恒温水浴锅(DZKW-4,北京中兴伟业仪器有限公司)。

1.2 方法 1.2.1 黄红钻水提物制备

取适量黄红钻干燥药材于提取罐中,按料液比1∶10(g/mL)加入蒸馏水浸泡30 min,以提高提取效率,冷凝回流提取2 h,过滤,滤渣按料液比1∶8(g/mL)加入蒸馏水冷凝回流提取1.5 h,再次过滤,滤液合并浓缩至一定浓度,在4 ℃冰箱中密封保存备用[19]。

1.2.2 CIA大鼠模型建立

随机挑选9只大鼠作为空白组进行常规饲养,其余大鼠用于造模。将等体积的牛Ⅱ型胶原溶液(CⅡ)与弗氏完全佐剂(CFA)置于冰上,使用高速组织研磨器充分打匀乳化,取一滴乳剂滴于水中,若30 min内乳剂在水面保持球状漂浮且不散开,说明乳化完全[20],以此作为造模剂充分乳化的判断标准。分别于造模大鼠背部脊柱两侧和尾根部皮内注射胶原乳剂0.1 mL,每只大鼠注射0.3 mL。首次免疫第8天后进行加强免疫,于大鼠右后侧爪心皮下注射胶原乳剂0.1 mL[21]。

1.2.3 分组与给药

造模两周后,挑选造模成功(关节炎指数≥3)[22]的大鼠,根据炎症指数的分级随机分为5组,即模型组、阳性药物组及黄红钻水提物低、中、高剂量组,每组9只。黄红钻水提物低、中、高剂量组分别按2.7、5.4、10.8 g/kg的剂量灌胃(黄红钻临床用量为30 g,按成人体质量70 kg,换算系数6.3进行换算,黄红钻低剂量组等效于人体临床剂量),阳性对照组灌胃雷公藤多苷片水溶液9.45 mg/kg,模型组和空白组灌胃等体积的无菌水,每次灌胃容量按1 mL/100 g体质量给予[23]。于实验的第15天开始给药,每日1次,共21 d。

1.2.4 大鼠足肿胀度和关节炎指数评分

从实验第1天开始记录,每隔7 d用碳纤维游标卡尺测量大鼠的原发足右后爪心厚度,每只大鼠平行测量3次,取平均值,用于评定足肿胀度,足肿胀度=(造模后的脚掌厚度-造模前的脚掌厚度)/造模前的脚掌厚度。此外,对大鼠的关节炎指数进行评分[24],评分标准见表 1。

表 1 关节炎指数评分标准 Table 1 Scoring standards of arthritis index
评分
Score
症状
Symptom
0 Normal
1 Red spots and slight swelling appear at the ankle joint
2 Erythema and slight swelling appear from ankle joint to toe joint
3 Erythema and moderate swelling appear from ankle joint to toe joint
4 Erythema and severe swelling appear from ankle joint to toe joint

1.2.5 大鼠踝关节组织病理学检测

将SD大鼠用戊巴比妥钠麻醉后,腹主动脉取血,剔去踝关节的皮肉,用4%多聚甲醛固定液将处理好的踝关节固定2 d,而后换入新的固定液进一步固定3 d,检查踝关节固定状态是否良好。检查完毕后,将踝关节放入15% EDTA脱钙液中脱钙,脱钙效果每3 d观察1次,至脱钙完成为止,再进行包埋、切片以及HE染色操作,观察大鼠踝关节病变情况。

1.2.6 大鼠血清指标检测

大鼠血清采集后静置2 h,低温3 000-3 500 r/min离心15 min,取上清液分装于1.5 mL离心管中,于-20 ℃保存备用。按照ELISA法进行检测,先向96孔微孔板中加入标准品或样本,接着加入辣根过氧化物酶标记的抗体,用洗涤剂洗净未结合的抗体,加入四甲基联苯胺(TMB)底物显色。TMB会在过氧化物酶的作用下转化成蓝色,经过酸的作用变成黄色。最终所得颜色的深浅和样品浓度呈正相关。试剂盒测试完毕,立即用高通量酶标仪筛选系统在450 nm波长下测定吸光度(OD值),计算样品浓度。

1.2.7 统计方法

本实验所得数据均以均值±标准差表示,使用SPSS 20.0软件进行统计分析,采用单因素方差分析进行数据处理,P < 0.05认为差异有统计学意义。

2 结果与分析 2.1 黄红钻水提物对CIA大鼠原发足踝关节肿胀及体质量的影响

与空白组相比,模型组大鼠的踝关节肿胀明显,关节变形且活动严重受限,部分大鼠行走时出现拖行后肢的情况。给予21 d药物干预治疗后,与模型组大鼠相比,阳性药物组及黄红钻水提物低、中、高剂量组大鼠的踝关节肿胀程度明显减轻,关节活动基本不受限,行走趋于正常(图 1)。实验结束后各组大鼠体质量均无显著性差异(P>0.05),表明黄红钻对CIA大鼠体质量无影响(表 2)。

图 1 黄红钻水提物对CIA大鼠原发足踝关节肿胀的影响 Fig. 1 Effect of water extract of J.pentaneurum on primary ankle joint swelling in CIA rats

表 2 黄红钻水提物对CIA大鼠体质量的影响 Table 2 Effect of water extract of J.pentaneurum on body weight of CIA rats
组别
Group
剂量/ (g/kg)
Dose/ (g/kg)
体质量/g
Body weight/g
第1天
Day 1
第8天
Day 8
第15天
Day 15
第22天
Day 22
第29天
Day 29
第36天
Day 36
Blank group 241.6±4.8 276.5±12.4 323.1±13.8 319.7±18.9 327.8±20.6 362.1±28.1
Model group 238.5±6.6 290.1±8.5* 330.7±18.1 325.0±22.7 335.7±36.6 377.1±32.4
Positive drug group 9.45×10-3 238.1±7.2 284.5±14.6 316.2±32.4 312.2±27.3 333.0±29.6 363.0±36.2
Low dose group of J.pentaneurum 2.7 238.6±6.6 289.5±14.8* 326.2±32.0 328.1±31.7 348.3±35.0 377.7±33.0
Medium dose group of J.pentaneurum 5.4 235.2±5.4* 281.3±8.4 318.0±15.8 315.7±20.0 330.7±29.3 364.5±27.5
High dose group of J.pentaneurum 10.8 235.8±7.1 278.3±8.0# 324.4±18.5 326.0±27.0 340.2±29.3 363.3±32.8
Note: *P < 0.05 compared with the blank group; #P < 0.05 compared with the model group.

2.2 黄红钻水提物对CIA大鼠足肿胀度的影响

在加强免疫后的第2周,模型组大鼠与空白组相比右后足肿胀度显著上升(P < 0.01),于第22天后缓慢下降。与模型组相比,药物干预21 d即给药结束后,黄红钻高剂量组和阳性药物组大鼠的右后足肿胀度显著下降(P < 0.05),黄红钻低、中剂量组的右后足肿胀度有下降趋势,但差异不显著(P>0.05)(表 3)。

表 3 黄红钻水提物对CIA大鼠足肿胀度的影响 Table 3 Effect of water extract of J.pentaneurum on paw swelling degree of CIA rats
组别
Group
剂量/ (g/kg)
Dose/ (g/kg)
足肿胀度/%
Paw swelling degree/%
第8天
Day 8
第15天
Day 15
第22天
Day 22
第29天
Day 29
第36天
Day 36
Blank group 0.04±0.04 0.02±0.02 0.11±0.09 0.05±0.05 0.04±0.05
Model group 0.07±0.06 0.68±0.43** 0.89±0.47** 0.68±0.49** 0.58±0.38**
Positive drug group 9.45×10-3 0.04±0.06 0.58±0.39 0.50±0.36# 0.38±0.27# 0.32±0.28#
Low dose group of J.pentaneurum 2.7 0.06±0.06 0.63±0.31 0.61±0.34 0.39±0.23# 0.37±0.21
Medium dose group of J.pentaneurum 5.4 0.04±0.04 0.53±0.44 0.50±0.47# 0.40±0.38 0.36±0.34
High dose group of J.pentaneurum 10.8 0.05±0.04 0.63±0.41 0.51±0.35# 0.37±0.21# 0.29±0.16#
Note: **P < 0.01 compared with the blank group; #P < 0.05 compared with the model group.

2.3 黄红钻水提物对CIA大鼠关节炎指数评分的影响

与空白组相比,模型组大鼠关节炎指数评分显著升高(P < 0.01)。与模型组相比,给药后阳性药物组及黄红钻各剂量组的关节炎指数评分出现下降趋势,其中在第22天阳性药物组和黄红钻低、高剂量组显著下降(P < 0.05)。此外,第29天、第36天各给药组与模型组相比关节炎指数评分无显著差异(P>0.05),可能是CIA模型有自愈现象,使模型组关节炎指数评分降低(表 4)。

表 4 黄红钻水提物对CIA大鼠关节炎指数评分的影响 Table 4 Effect of water extract of J.pentaneurum on arthritis index score of CIA rats
组别
Group
剂量/ (g/kg)
Dose/ (g/kg)
关节炎指数评分
Arthritis index score
第15天
Day 15
第22天
Day 22
第29天
Day 29
第36天
Day 36
Blank group 0.00±0.00 0.00±0.00 0.00±0.00 0.00±0.00
Model group 4.33±1.73** 6.00±2.18** 4.78±2.59** 4.00±2.40**
Positive drug group 9.45×10-3 4.00±1.66 3.33±2.838# 3.33±2.78 3.22±2.86
Low dose group of J.pentaneurum 2.7 4.33±1.87 3.67±2.83# 3.33±2.92 3.22±2.73
Medium dose group of J.pentaneurum 5.4 4.11±1.76 4.00±2.60 3.67±2.83 2.89±2.71
High dose group of J.pentaneurum 10.8 4.00±1.80 3.22±2.49# 2.89±2.42 2.33±2.06
Note: **P < 0.01 compared with the blank group; #P < 0.05 compared with the model group.

2.4 黄红钻水提物对CIA大鼠血清炎症因子水平的影响

与空白组相比,模型组大鼠血清IL-1β、IL-6和TNF-α水平显著升高(P < 0.01)。与模型组相比,阳性药物组及黄红钻低、中、高剂量组大鼠血清IL-1β、IL-6和TNF-α水平均显著下降(P < 0.01,P < 0.05,表 5)。

表 5 黄红钻水提物对CIA大鼠血清IL-1β、IL-6和TNF-α水平的影响 Table 5 Effect of water extract of J.pentaneurum on serum inflammatory cytokine levels of CIA rats
组别
Group
剂量/ (g/kg)
Dose/ (g/kg)
血清炎症因子水平/(pg/mL)
Serum inflammatory cytokine levels/(pg/mL)
IL-1β IL-6 TNF-α
Blank group 10.80±3.01 48.53±13.45 66.77±16.62
Model group 16.47±1.94** 80.12±13.22** 103.92±7.45**
Positive drug group 9.45×10-3 11.31±3.30## 53.10±11.47## 67.33±16.00##
Low dose group of J.pentaneurum 2.7 14.45±2.18## 66.32±10.70# 88.26±13.55#
Medium dose group of J.pentaneurum 5.4 11.88±3.77## 57.97±16.94## 72.97±20.90##
High dose group of J.pentaneurum 10.8 11.71±1.40## 54.34±10.87## 66.55±6.28##
Note: **P < 0.01 compared with the blank group; #P < 0.05 and##P < 0.01 compared with the model group.

2.5 黄红钻水提物对CIA大鼠踝关节病理形态的影响

与空白组相比,模型组大鼠踝关节软骨层和软骨下层骨组织受到重度侵蚀,局部侵蚀至骨皮质和骨小梁,并被大量增生的纤维组织、新生毛细血管和炎性细胞所替代,同时骨组织表面可见破骨细胞数量增多。与模型组相比,阳性药物组及黄红钻低、中、高剂量组大鼠的踝关节组织虽然有不同程度的软骨层和软骨下层骨组织受损,且骨组织表面也见破骨细胞,但是炎症细胞浸润及纤维组织增生情况均有减轻(图 2)。

图 2 黄红钻水提物对CIA大鼠踝关节病理形态的影响(×400) Fig. 2 Effect of water extract of J.pentaneurum on the pathological morphology of the ankle joint in CIA rats (×400)

3 讨论

RA是一种复杂的自身免疫性疾病,其发病与多种炎症因子网络失调密切相关,目前临床治疗多采用西药,但常伴副作用,因此从民族药中寻找高效、低毒的治疗方案具有重要意义。黄红钻作为瑶医“十八钻”之一,在民间长期用于缓解风湿痹痛等症状,其现代药效学评价尚未清楚。本研究通过CIA大鼠模型系统探讨黄红钻水提物的抗RA作用,并从炎症因子与关节病理角度初步阐明其作用机制,为后续深入解析其活性成分及分子靶点提供了重要的实验依据和理论支撑。

目前较成熟的RA动物模型有CIA大鼠/小鼠模型、佐剂性关节炎大鼠模型和转基因小鼠模型等,这些模型在临床表现、病理特征和免疫学机制等方面与人类RA有许多相似特征[25]。其中,CIA大鼠模型已成为评价关节炎新治疗方案的有效模型[26-27]。值得注意的是,在实验后期模型组表现出一定的自愈趋势,提示CIA模型在长期药效评价中可能存在炎症自行缓解的局限性,未来研究需通过加强免疫的方式进一步维持稳定的炎症状态,以更准确地评估药物治疗效果。

本研究发现,黄红钻水提物能显著降低CIA大鼠的足肿胀度和关节炎指数评分,其中中、高剂量组效果尤为明显;同时,该水提物能显著抑制血清中IL-1β、IL-6和TNF-α的表达,这些因子在RA造成的滑膜炎症、软骨降解及骨侵蚀过程中发挥核心调控作用。其中,TNF-α可促进其他炎性介质释放,IL-1β与IL-6则协同参与关节局部免疫细胞的活化与浸润[7-8]。黄红钻水提物对这些因子的调控作用,可能是其减轻关节炎症和病理损伤的重要机制之一。前期本课题组已从黄红钻中分离鉴定出多个裂环环烯醚萜苷类成分[18],此类化合物在多种药用植物中已被证实具有抗炎、免疫调节等活性[28-30]。因此,笔者推测黄红钻的抗RA作用可能与其所含的裂环环烯醚萜苷类成分有关,该推论仍需通过成分筛选、靶点验证及通路分析等后续实验进一步验证。

瑶医认为,“钻”类药材具有透利关节之效,长期临床实践证实,此类药材在舒筋活络、祛风除湿方面功效显著。例如,大钻(Kadsura coccinea)对大鼠佐剂性关节炎的治疗作用显著[31];大血藤(Sargentodoxa cuneata)可显著降低佐剂性关节炎大鼠血清中TNF-α、IL-6的含量,从而减轻局部炎症反应[32]。本研究不仅验证了黄红钻在RA治疗中的药效,也为瑶药“钻”类药材的系统性研究与开发提供了新的实验依据。

综上所述,黄红钻水提物通过抑制炎症因子释放,有效缓解了CIA大鼠的关节炎症及病理损伤,为其临床用于RA治疗提供了重要的实验依据。未来研究应进一步聚焦于其活性成分的分离与鉴定、作用靶点的明确以及相关分子通路的深入解析,以推动该瑶药的现代化开发与制剂优化。

4 结论

本研究结果表明,黄红钻水提物可显著改善CIA大鼠的关节肿胀症状,降低关节炎指数评分,并有效抑制血清炎症因子IL-1β、IL-6与TNF-α的表达,减轻踝关节炎症细胞浸润与组织病理损伤。该研究从现代药理学角度证实了黄红钻治疗RA的传统临床功效,为其后续活性成分研究、作用机制深入探索及制剂开发提供了理论支撑。

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