Impact and mechanism of NOD-like receptor thermal protein domain-associated protein 3 on pathological features and inflammatory response in a rat model of hemorrhoids
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摘要:目的
探讨NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NLRP3)对痔疮模型大鼠创面病理特征、炎症反应及环磷酸腺苷(cAMP)/瞬时受体电位香草酸亚型1(TRPV1)信号通路的影响。
方法将40只6周龄健康雄性SD大鼠随机分为对照组、模型组、NLRP3激动剂组和NLRP3抑制剂组，每组10只。对照组不进行干预，其余3组均构建急性痔疮模型。NLRP3激动剂组、NLRP3抑制剂组在造模成功后分别给予创面局部皮下注射NLRP3激动剂、NLRP3抑制剂，模型组、对照组则给予等量生理盐水皮下注射。观察各组大鼠创面病理特征并评估创面积分，采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清肿瘤坏死因子(TNF)-α、白细胞介素(IL)-6水平，采用蛋白质印迹法(Western blot)检测创面组织中NLRP3、cAMP和TRPV1蛋白表达量，采用实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)检测创面组织中NLRP3、cAMP、TRPV1基因mRNA表达量。
结果与对照组相比，模型组创面组织炎性细胞浸润增多，水肿明显，组织结构紊乱，结缔组织增生; 与模型组相比, LRP3激动剂组炎性细胞浸润增多，而NLRP3抑制剂组炎性细胞浸润减少。干预后，与对照组相比，模型组创面积分和血清TNF-α、IL-6水平升高，创面组织中NLRP3、cAMP、TRPV1蛋白相对表达量和NLRP3、cAMP、TRPV1基因mRNA表达量升高，差异有统计学意义(P < 0.05); 干预后，与模型组相比, NLRP3激动剂组上述指标均升高, NLRP3抑制剂组上述指标均降低，差异有统计学意义(P < 0.05)。
结论NLRP3炎症小体可能通过激活cAMP/TRPV1信号通路，参与调控大鼠急性痔疮的发生与发展。
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关键词:
- 痔疮 /
- NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3 /
- 环磷酸腺苷 /
- 瞬时受体电位香草酸亚型1 /
- 炎症因子
Abstract:ObjectiveTo investigate the effects of NOD-like receptor thermal protein domain-associated protein 3 (NLRP3) on wound pathological characteristics, inflammatory responses, and cyclic adenosine monophosphate (cAMP)/transient receptor potential vanilloid subtype 1 (TRPV1) signaling pathways in a rat model of hemorrhoids.
MethodsForty healthy male SD rats aged 6 weeks were randomly divided into control group, model group, NLRP3 agonist group, and NLRP3 inhibitor group, with 10 rats in each group. The control group received no intervention, while acute hemorrhoid models were established in the other three groups. After successful modeling, the NLRP3 agonist group and the NLRP3 inhibitor group were administered local subcutaneous injections of NLRP3 agonist and NLRP3 inhibitor at the wound site, respectively. The model group and the control group received subcutaneous injections of equal volume of saline. The pathological characteristics of the wounds in each group were observed and wound scores were assessed. Enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was used to detect serum levels of tumor necrosis factor (TNF)-α and interleukin (IL)-6. Western blot analysis was employed to detect protein expression levels of NLRP3, cAMP, and TRPV1 in the wound tissue. Real-time fluorescent quantitative polymerase chain reaction (qRT-PCR) was used to detect mRNA expression levels of NLRP3, cAMP, and TRPV1 in the wound tissue.
ResultsCompared with the control group, the model group exhibited increased inflammatory cell infiltration, pronounced edema, disrupted tissue structure, and connective tissue hyperplasia in the wound tissue. When compared to the model group, the NLRP3 agonist group showed an increase in inflammatory cell infiltration, whereas the NLRP3 inhibitor group demonstrated a reduction in inflammatory cell infiltration. After intervention, compared with the control group, the model group had elevated wound scores and serum levels of TNF-α and IL-6. Additionally, the relative protein expression levels of NLRP3, cAMP, and TRPV1, as well as the mRNA expression levels of NLRP3, cAMP, and TRPV1 in the wound tissue, were increased in the model group (P < 0.05). Following intervention, when compared to the model group, the NLRP3 agonist group showed an increase in all aforementioned indicators, whereas the NLRP3 inhibitor group exhibited a decrease in these indicators (P < 0.05).
ConclusionThe NLRP3 inflammasome may participate in the development and progression of acute hemorrhoids in rats by activating the cAMP/TRPV1 signaling pathway.
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非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是胰岛素抵抗(IR)与代谢综合征(MS)所致的肝脏表现[1], 2型糖尿病(T2DM)患者NAFLD发病率高。临床数据[2]显示，大约30%的NAFLD患者可能发展为非酒精性脂肪性肝炎(NASH)及NASH相关性肝硬化。积极预防NAFLD对改善患者预后、提高患者生活质量具有重要意义。研究[3]提出, 维生素D是人体内重要的营养物质，属于内固醇衍生物，而糖尿病患者普遍缺乏维生素D, 维生素D具有调节钙磷代谢、抗炎及抗感染等功效[4]。25羟维生素D3[25-(OH)-D3]是维生素D的活性形式，能有效反映机体维生素D含量。本研究探讨T2DM合并NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与糖代谢及肝功能间相关性，现报告如下。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
将128例T2DM患者纳为研究对象，根据是否合并NAFLD分为T2DM组(n=41)与NAFLD组(n=87), 同时将50例健康体检者纳为对照组。
诊断标准: T2DM诊断参照WHO糖尿病诊断标准[5]。空腹血糖(FPG)≥7.0 mmol/L或(和)餐后2 h血糖(2 hPG)≥11.1 mmol/L; NAFLD诊断参照中华医学会肝脏病学会分会制定的《非酒精性脂肪性肝病诊疗指南》[6]相关标准。肝脏近场回声弥漫性增强，回声强于肾脏; 肝内管道结构显示不清; 肝脏远场回声逐渐衰减。满足以上3项中任意2项即可确诊。
纳入标准: T2DM组患者符合糖尿病诊断标准, T2DM合并NAFLD者同时满足NAFLD相关诊断标准; 同时将同期医院行健康体检者纳为对照组，对照组体检报告合格，糖耐受正常: FPG < 5.6 mmol/L, 75 g糖耐量试验(OGTT)后2 h血糖 < 7.8 mmol/L; 研究对象临床资料完整。
排除标准: 1型糖尿病者; 过度饮酒史者: 男性饮酒折合乙醇量>140 g/周，女性>70 g/周; 肝病史者; 合并糖尿病急性并发症者、重症感染者及血液病等机体代谢状况严重紊乱者。
1.2 方法
① 血生化指标检测: 研究对象入组后，采集空腹静脉血5 mL, 使用Beckman Coulter AU5821全自动生化分析仪检测其肝功能指标[丙氨酸氨基转移酶(ALT)、门冬氨酸氨基转移酶(AST)、白蛋白(ALB)及白蛋白/球蛋白(A/G)], 血脂[包括血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)], 血糖代谢指标[包括糖化血红蛋白(HbA1c)、FPG、2 hPG水平、胰岛素(INS)]。②血糖控制程度[7]: 糖化血红蛋白(HbA1c)≤7.0%为血糖控制良好, 7.0% < HbA1c≤9.0%为血糖控制一般, HbA1c>9.0%为血糖控制差。③胰岛功能评估[8]: 胰岛素抵抗指数(Homa-IR)=空腹胰岛素(FINS)×FPG/22.5; 胰岛素分泌指数(Homa-β)=20×FINS/(FPG-3.5)。④无创性诊断NALFD纤维化评分[9](NFS)=-1.675+0.037×年龄(岁)+0.094×体质量指数(BMI)(kg/m2)+1.13×空腹血糖受损/糖尿病(是=1, 否=0)+0.99×AST/ALT比值-0.013×血小板计数(×109/L)-0.66×白蛋白(g/dL)。NFS>0.676可判定为进展性肝纤维化、NFS < -1.455可排除进展性肝纤维化, NFS -1.455~0.676为不能确定是否存在进展性肝纤维化。
1.3 观察指标
① 比较对照组、T2DM组及NAFLD组患者基线资料，包括性别、年龄、糖尿病病程、BMI、血脂相关指标。②根据NAFLD组患者入组时血糖控制水平，将其分为A组(血糖控制良好)、B组(血糖控制一般)及C组(血糖控制差)，比较3组糖代谢相关指标、胰岛素抵抗水平及血清25-(OH)-D3水平。③分析NAFLD组患者血清25-(OH)-D3水平与胰岛素抵抗间的相关性。④以NFS评估结果为依据，将NAFLD患者分为NFS>0.676组、NFS -1.455~0.676组及NFS < -1.455组，比较3组肝功能指标及血清25-(OH)-D3水平。⑤分析NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与肝功能指标的相关性。
1.4 统计学方法
采用SPSS 19.0统计软件处理数据。计量资料以(x±s)表示，多组间比较采用单方差分析，检验有意义者，组内比较采用LSD分析，计数资料用例表示，组间比较采用χ2检验，相关性分析采用Spearman相关分析, P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 一般资料比较
比较对照组、T2DM组以及NAFLD组一般资料发现, NAFLD组TG水平高于对照组及T2DM组，且T2DM组TG水平高于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); T2DM组及NAFLD组HDL-C水平均低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05); NAFLD组血清25-(OH)-D3水平低于对照组与T2DM组，且T2DM组血清25-(OH)-D3水平低于对照组，差异有统计学意义(P < 0.05)。3组性别、年龄、糖尿病病程、BMI、TC、LDL-C水平比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表 1。
表 1 3组基线资料比较(x±s)指标 对照组(n=50) T2DM组(n=41) NAFLD组(n=87) 性别 男 24 21 44 女 26 20 43 年龄/岁 56.64±7.54 57.31±6.63 55.74±5.71 糖尿病病程/年 — 4.21±0.73 4.13±0.65 BMI/(kg/m2) 23.15±2.42 23.69±3.13 22.97±2.23 TC/(mmol/L) 4.79±0.55 4.81±0.63 4.72±0.71 TG/(mmol/L) 1.76±0.36 2.13±0.24* 2.71±0.35*# LDL-C/(mmol/L) 2.93±0.62 2.84±0.74 2.88±0.63 HDL-C/(mmol/L) 1.43±0.22 1.14±0.21* 0.89±0.13* 血清25-(OH)-D3/(ng/L) 18.36±2.62 13.48±3.32* 10.17±3.64*# BMI: 体质量指数; TC: 总胆固醇; TG: 甘油三酯; LDL-C: 低密度脂蛋白胆固醇; HDL-C: 高密度脂蛋白胆固醇;
25-(OH)-D3: 25-羟维生素D3。与对照组比较, *P < 0.05; 与T2DM组比较，#P < 0.05。2.2 NAFLD不同血糖控制程度患者糖代谢相关指标与血清25-(OH)-D3水平比较
以T2DM合并NAFLD患者血糖控制情况作为分组标准，将87例T2DM合并NAFLD患者分为A组(血糖控制良好)、B组(血糖控制一般)及C组(血糖控制差)3组。不同血糖控制程度的NAFLD患者HbA1c、FPG、2 hPG、Homa-IR、Homa-β水平比较，差异有统计学意义(P < 0.05)。其中HbA1c、FPG、2 hPG、Homa-IR水平在A、B、C 3组中呈依次升高趋势，组间两两比较，差异有统计学意义(P < 0.05); Homa-β及血清25-(OH)-D3在A、B、C 3组间呈依次下降趋势，组间两两比较，差异有统计学意义(P < 0.05)。见表 2。
表 2 NAFLD不同血糖控制程度患者糖代谢相关指标及血清25-(OH)-D3水平比较(x±s)指标 A组(n=19) B组(n=26) C组(n=42) HbA1c/% 8.49±2.16 9.97±2.31* 12.63±3.46*# FPG/(mmol/L) 7.73±2.47 9.44±2.32* 12.69±3.11*# 2 hPG/(mmol/L) 7.43±1.58 9.16±2.54* 13.47±2.26*# Homa-IR 2.91±0.33 3.69±0.47* 4.49±1.12*# Homa-β 77.63±13.45 46.64±7.77* 31.15±6.57*# 血清25-(OH)-D3/(ng/L) 13.66±2.41 11.03±1.73* 8.13±1.65*# HbA1c: 糖化血红蛋白; FPG: 空腹血糖; 2 hPG: 餐后2 h血糖; Homa-IR: 胰岛素抵抗指数; Homa-β: 胰岛素分泌指数;
25-(OH)-D3: 25-羟维生素D3。与A组比较, *P < 0.05; 与B组比较, #P < 0.05。2.3 NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与胰岛素抵抗的相关性分析
NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与其Homa-β呈显著正相关(P < 0.05), 与Homa-IR间无显著相关性(P>0.05)。见图 1。
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图 1 NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与其胰岛素抵抗间的相关性A: NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与Homa-IR的相关性; B: NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与Homa-β的相关性。2.4 NAFLD不同肝功能状态患者肝功能指标及血清25-(OH)-D3水平比较
以NFS评分结果为界限，将T2DM合并NAFLD患者分为NFS>0.676组、NFS -1.455~0.676组及NFS < -1.455组。不同NFS得分患者ALT及血清25-(OH)-D3水平比较，差异有统计学意义(P < 0.05), 其中NFS -1.455~0.6组及NFS < -1.455组患者ALT水平均高于NFS>0.676组，差异有统计学意义(P < 0.05); 而血清在NFS>0.676组、NFS -1.455~0.676组以及NFS < -1.455组中呈依次上升趋势，组间两两比较，异有统计学意义(P < 0.05)。3组AST、ALB及A/G水平比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表 3。
表 3 NAFLD不同肝功能状态患者肝功能指标及血清25-(OH)-D3水平比较(x±s)指标 NFS>0.676
(n=27)NFS -1.455~0.676
(n=26)NFS < -1.455
(n=34)F P ALT/(U/L) 31.15±7.58 41.08±8.21* 42.15±7.74* 20.934 < 0.001 AST/(U/L) 22.13±3.26 23.04±2.69 22.76±3.14 0.440 0.646 ALB/(g/L) 37.58±11.33 41.04±10.64 42.13±13.05 1.591 0.210 A/G 1.43±0.23 1.39±0.21 1.45±0.22 0.003 0.997 血清25-(OH)-D3/(ng/L) 7.13±1.62 10.67±3.13* 14.14±3.65*# 21.818 < 0.001 ALT: 丙氨酸氨基转移酶; AST: 门冬氨酸氨基转移酶; ALB: 白蛋白; A/G: 白蛋白/球蛋白; 25-(OH)-D3: 25-羟维生素D3。
与NFS>0.676组比较, *P < 0.05; 与NFS -1.455~0.676组比较, #P < 0.05。2.5 NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与肝功能指标的相关性分析
NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与ALT水平呈显著正相关(P < 0.05), 与AST、ALB及A/G无显著相关性(P>0.05)。见图 2。
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图 2 NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与肝功能指标的相关性A: NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与ALT水平相关性; B: NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与AST水平相关性; C: NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与ALB水平相关性; D: NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与A/G水平相关性。3. 讨论
T2DM人群中NAFLD检出率高，随着病情的恶化，可能发展为肝纤维化，导致肝癌[10]。研究[11]表明，糖尿病患者机体维生素D水平明显低于健康者。本研究发现, T2DM合并NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平显著低于健康者与单纯T2DM患者，且不同血糖控制情况、不同肝功能状态患者血清25-(OH)-D3水平差异显著，相关性分析提示, T2DM合并NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与Homa-β及ALT呈显著正相关(P < 0.05), 提示缺乏维生素D可能不利于T2DM合并NAFLD患者血糖的控制，还可能促进肝纤维化进展。
25-(OH)-D3是维生素D的活性形式，具有稳定性高、半衰期长的特点，是反映机体维生素D含量的较好指标[12]。研究[13]表明，血清25-(OH)-D3水平与T2DM患者糖尿病及糖尿病前期患病率呈负相关，并对高血糖与胰岛素抵抗有较为准确地预测作用。维生素D可能通过影响胰岛B细胞功能加重糖尿病病情，促进胰岛素抵抗[14]。本研究中, T2DM及T2DM合并NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平均显著高于对照组，与上述研究结论一致。对比血清25-(OH)-D3水平发现，血糖控制情况良好者血清25-(OH)-D3水平显著高于血糖控制不佳者，且患者血清25-(OH)-D3水平与Homa-β水平呈正相关，提示维生素D的缺乏可能造成T2DM合并NAFLD患者血糖控制不佳，促进胰岛素抵抗。相关研究[15]表明，维生素D可增强NAFLD患者免疫力，改善患者血清高敏C反应蛋白及丙二醛含量，减轻机体炎症反应强度，抑制脂质过氧化，而维生素缺乏可能通过炎症介质介导途径，促进NAFLD病情发展，加重患者肝炎程度。
目前，肝纤维化诊断的“金标准”为肝穿刺活检，该方法创伤性大，并不适用于临床对患者肝纤维化进展的监督，而常见的影像学方法敏感性不高，一般只有在肝病发展至肝硬化及门脉高压时才显露异常图像。NFS是诊断进展性肝纤维化的常见参考，但该评分的应用可能会受到评分者主观的干扰，目前急需一种可靠、敏感及简单的肝纤维化监测方法。研究发现，随着患者肝纤维化进展的加深，患者血清25-(OH)-D3水平逐渐下降，后经相关性分析发现, T2DM合并NAFLD患者的血清25-(OH)-D3水平与ALT水平呈正相关，提示缺乏维生素D在反映肝纤维化程度、肝功能中具有良好价值，且缺乏维生素D可能还会促进肝纤维化进展。
本研究通过比较不同血糖控制水平、不同肝功纤维化评分的T2DM合并NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平发现，血清25-(OH)-D3水平与患者肝纤维化及胰岛素抵抗程度具有较强的相关性，能反映患者肝功能状态。研究同时提示，血清25-(OH)-D3水可能与胰岛素抵抗一同参与肝纤维化进程，有利于NAFLD发病机制的探讨，且相比于肝穿刺活检、腹部CT扫描、腹部彩超等检查方法，血清25-(OH)-D3水平相对恒定，检测更为方便简单，具有一定的创新性。
综上所述, T2DM合并NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平显著高于单纯T2DM患者及健康者，且T2DM合并NAFLD血糖控制越差，患者血清25-(OH)-D3水平越低，肝纤维化程度越严重。相关性分析提示，T2DM合并NAFLD患者血清25-(OH)-D3水平与Homa-β及ALT水平均呈正相关，提示维生素D的缺乏可能造成血糖控制不良，并促进肝纤维化进展。
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图 2 各组大鼠创面组织中NLRP3、cAMP和TRPV1蛋白表达量比较
与对照组比较, #P < y0.05; 与模型组比较, *P < 0.05; 与NLRP3激动剂组比较, △P < 0.05。
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图 4 各组大鼠创面组织中NLRP3、cAMP、TRPV1基因的mRNA表达量比较
与对照组比较, #P < 0.05; 与模型组比较, *P < 0.05; 与NLRP3激动剂组比较, △P < 0.05。
表 1 各组大鼠创面积分比较($\bar{x} \pm s$)
分 组别 n 干预前 干预7 d后 对照组 10 0.3±0.1 0.3±0.1 模型组 10 7.8±0.5* 7.9±0.5* NLRP3激动剂组 10 7.7±0.4* 8.5±0.3*#▲ NLRP3抑制剂组 10 7.6±0.4* 5.4±0.3*#△▲ 与对照组比较, *P < 0.05; 与模型组比较, #P < 0.05;
与NLRP3激动剂组比较, △P < 0.05;
与干预前比较, ▲P < 0.05。
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表 2 各组大鼠血清TNF-α和IL-6水平比较($\bar{x} \pm s$)
mg/L 组别 n TNF-α IL-6 干预前 干预7 d后 干预前 干预7 d后 对照组 10 0.5±0.1 0.6±0.1 0.9±0.2 0.9±0.3 模型组 10 8.6±2.3* 8.7±2.4* 12.5±3.4* 12.7±3.5* NLRP3激动剂组 10 8.4±2.2* 12.3±3.6*#▲ 12.2±3.1* 15.5±4.5*#▲ NLRP3抑制剂组 10 8.5±2.3* 4.8±0.9*#△▲ 12.6±3.4* 9.9±2.5*#△▲ TNF-α: 肿瘤坏死因子-α; IL-6: 白细胞介素-6。与对照组比较, *P < 0.05; 与模型组比较, #P < 0.05;
与NLRP3激动剂组比较, △P < 0.05; 与干预前比较, ▲P < 0.05。
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