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小檗碱对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面愈合的影响及其机制

郑力铭 刘钟元 颜鸿宇 李恒飞 张志文

郑力铭, 刘钟元, 颜鸿宇, 等. 小檗碱对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面愈合的影响及其机制[J]. 中华烧伤与创面修复杂志, 2023, 39(11): 1072-1082. DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20230411-00120.
引用本文: 郑力铭, 刘钟元, 颜鸿宇, 等. 小檗碱对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面愈合的影响及其机制[J]. 中华烧伤与创面修复杂志, 2023, 39(11): 1072-1082. DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20230411-00120.
Zheng LM,Liu ZY,Yan HY,et al.Influences and mechanism of berberine on wound healing of full-thickness skin defects in diabetic mice[J].Chin J Burns Wounds,2023,39(11):1072-1082.DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20230411-00120.
Citation: Zheng LM,Liu ZY,Yan HY,et al.Influences and mechanism of berberine on wound healing of full-thickness skin defects in diabetic mice[J].Chin J Burns Wounds,2023,39(11):1072-1082.DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20230411-00120.

小檗碱对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面愈合的影响及其机制

doi: 10.3760/cma.j.cn501225-20230411-00120
基金项目: 

湖北省自然科学基金项目 2022CFB406

武汉市知识创新专项项目 2023020201010173

详细信息
    通讯作者:

    张志文,Email:zzwjjdd@163.com

Influences and mechanism of berberine on wound healing of full-thickness skin defects in diabetic mice

Funds: 

Natural Science Foundation of Hubei Province of China 2022CFB406

Wuhan Knowledge Innovation Special Project 2023020201010173

More Information
  • 摘要:   目的   探讨小檗碱对糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面愈合的影响及其机制。   方法   采用实验研究方法。配制含小檗碱终质量浓度分别为0(不含小檗碱)、1.25、2.50、5.00、10.00、20.00、40.00、80.00、160.00 μg/mL的小鼠真皮成纤维细胞(MDF)正常糖完全培养基(以下简称常规培养基)。取原代MDF,分别用常规培养基和MDF高糖(30 mmol/L葡萄糖)完全培养基(以下简称高糖培养基)培养,收集第3~6代细胞进行以下实验。取采用常规培养基培养的细胞,饥饿处理12 h后更换为含不同浓度小檗碱的常规培养基培养48 h,采用细胞计数试剂盒8(CCK-8)筛选小檗碱最适作用浓度(样本数为6),用于后续细胞实验。取2种培养基培养的细胞,将采用常规培养基培养的细胞纳入正常对照组,将采用高糖培养基培养的细胞按照随机数字表法(分组方法下同)分为单纯高糖组和高糖+小檗碱组。分别用相应的培养基培养48 h后,采用CCK-8检测细胞活力,采用划痕试验和Transwell实验检测细胞24 h迁移能力,采用实时荧光定量反转录PCR法和蛋白质印迹法分别检测细胞中血小板源性生长因子(PDGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、转化生长因子β 1(TGF-β 1)、基质金属蛋白酶9(MMP-9)和胱天蛋白酶3(caspase-3)的mRNA和蛋白表达水平,前述实验的样本数分别为6、3、9、3、6。取15只8周龄雄性BALB/c小鼠,构建糖尿病小鼠模型后在其背部制作全层皮肤缺损创面,分为单纯糖尿病组、糖尿病+低浓度(25 μg/mL)小檗碱组和糖尿病+高浓度(75 μg/mL)小檗碱组,分别作相应处理,每组5只鼠。伤后0(即刻)、3、7、14、21 d,采用ImageJ软件测量创面面积。伤后21 d,采用苏木精-伊红染色和Masson染色分别检测创面组织病理学变化及胶原生成情况,采用免疫组织化学法和实时荧光定量反转录PCR法分别检测创面组织中MMP-9、PDGF、TGF-β 1、VEGF、CD31和caspase-3的蛋白和mRNA表达水平。动物实验的样本数均为5。对数据行单因素方差分析、独立样本 t检验、Tukey检验、析因设计方差分析。   结果   培养48 h,筛选出小檗碱质量浓度为20.00 μg/mL时细胞的活力最大。培养48 h后,与正常对照组相比,单纯高糖组、高糖+小檗碱组细胞活力均明显减弱( P<0.05);与单纯高糖组相比,高糖+小檗碱组细胞活力明显增强( P<0.05)。培养48 h后,划痕试验结果显示,与正常对照组相比,单纯高糖组、高糖+小檗碱组细胞24 h迁移率均明显下降( P<0.05);与单纯高糖组相比,高糖+小檗碱组细胞24 h迁移率明显升高( P<0.05)。培养48 h后,Transwell实验结果显示,与正常对照组细胞24 h迁移数(141±7)个相比,单纯高糖组、高糖+小檗碱组细胞24 h迁移数的(28±3)、(86±6)个均明显减少( t值分别为117.28、31.80, P<0.05);与单纯高糖组相比,高糖+小檗碱组细胞24 h迁移数明显增多( P<0.05)。培养48 h后,与正常对照组相比,单纯高糖组、高糖+小檗碱组细胞中PDGF、VEGF、TGF-β 1、MMP-9 mRNA水平均明显降低( P<0.05),caspase-3 mRNA水平均明显升高( P<0.05);与单纯高糖组相比,高糖+小檗碱组细胞中PDGF、VEGF、TGF-β 1、MMP-9 mRNA水平均明显升高( P<0.05),caspase-3 mRNA表达水平明显降低( P<0.05)。培养48 h后,与正常对照组相比,单纯高糖组、高糖+小檗碱组细胞中PDGF、VEGF、TGF-β 1、MMP-9蛋白表达水平均明显降低( P<0.05),caspase-3蛋白表达水平均明显升高( P<0.05);与单纯高糖组相比,高糖+小檗碱组细胞中PDGF、VEGF、TGF-β 1、MMP-9蛋白表达水平均明显升高( P<0.05),caspase-3蛋白表达水平明显降低( P<0.05)。与单纯糖尿病组相比,糖尿病+低浓度小檗碱组小鼠伤后14、21 d及糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠伤后3、7、14、21 d创面面积均明显减小( P<0.05);与糖尿病+低浓度小檗碱组相比,糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠伤后3、7、14、21 d创面面积均明显减小( P<0.05)。伤后21 d,单纯糖尿病组小鼠创面组织尚未形成上皮,真皮层有大量炎症细胞和肉芽组织;糖尿病+低浓度小檗碱组小鼠创面组织大部分完成上皮化,真皮层有大量炎症细胞;糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠创面大部分完成上皮化,真皮层有少量毛囊和炎症细胞。伤后21 d,与单纯糖尿病组相比,糖尿病+低浓度小檗碱组、糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠创面胶原面积均明显增加( P<0.05);与糖尿病+低浓度小檗碱组相比,糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠创面胶原面积明显增加( P<0.05)。伤后21 d,与单纯糖尿病组相比,糖尿病+低浓度小檗碱组、糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠创面组织中MMP-9、PDGF、TGF-β 1、VEGF和CD31蛋白表达水平均明显升高( P<0.05),caspase-3蛋白表达水平均明显降低( P<0.05);与糖尿病+低浓度小檗碱组相比,糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠创面组织中MMP-9、PDGF、TGF-β 1、VEGF和CD31蛋白表达水平均明显升高( P<0.05),caspase-3蛋白表达水平明显降低( P<0.05)。伤后21 d,与单纯糖尿病组相比,糖尿病+低浓度小檗碱组、糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠创面组织中MMP-9、PDGF、TGF-β 1、VEGF和CD31 mRNA水平均明显升高( P<0.05),caspase-3 mRNA水平均明显降低( P<0.05);与糖尿病+低浓度小檗碱组相比,糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠创面组织中MMP-9、PDGF、TGF-β 1、VEGF和CD31 mRNA水平均明显升高( P<0.05),caspase-3 mRNA水平明显降低( P<0.05)。   结论   小檗碱可以通过上调MMP-9、PDGF、TGF-β 1、VEGF等因子的表达,下调促凋亡因子caspase-3的表达,从而促进MDF的增殖和迁移以及糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面的愈合。

     

  • 1  培养48 h后划痕试验检测3组小鼠真皮成纤维细胞24 h迁移情况。1A、1B、1C.分别为正常对照组、单纯高糖组和高糖+小檗碱组划痕0 h(即刻)细胞情况,其划痕情况近似;1D、1E、1F.分别为正常对照组、单纯高糖组和高糖+小檗碱组细胞划痕24 h细胞迁移情况,图1E中划痕剩余面积最大

    注:图中竖线为细胞迁移的边缘线;高糖指葡萄糖物质的量浓度为30 mmol/L,小檗碱质量浓度为20.00 μg/mL

    2  培养48 h后Transwell实验检测3组小鼠真皮成纤维细胞24 h迁移情况 结晶紫×200。2A、2B、2C.分别为正常对照组、单纯高糖组和高糖+小檗碱组Transwell下室细胞迁移数量,图2B中迁移的细胞数最少

    注:高糖指葡萄糖物质的量浓度为30 mmol/L,小檗碱质量浓度为20.00 μg/mL

    3  蛋白质印迹法检测3组小鼠真皮成纤维细胞培养48 h后多种细胞因子蛋白表达水平

    注:高糖指葡萄糖物质的量浓度为30 mmol/L,小檗碱质量浓度为20.00 μg/mL;条带上方1、2、3分别指示正常对照组、单纯高糖组和高糖+小檗碱组;PDGF为血小板源性生长因子,VEGF为血管内皮生长因子,TGF-β1为转化生长因子β1,MMP-9为基质金属蛋白酶9,caspase-3为胱天蛋白酶3

    4  3组糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面伤后各时间点创面面积。4A、4B、4C、4D、4E.分别为单纯糖尿病组小鼠伤后0(即刻)、3、7、14、21 d创面情况;4F、4G、4H、4I、4J.分别为糖尿病+低浓度(25 μg/mL)小檗碱组小鼠伤后0、3、7、14、21 d创面情况,图4I、4J创面面积较图4D、4E明显缩小;4K、4L、4M、4N、4O.分别为糖尿病+高浓度(75 μg/mL)小檗碱组小鼠伤后0、3、7、14、21 d创面情况,3组小鼠创面均随时间延长趋向闭合,图4L、4M、4N、4O创面面积分别较图4B、4C、4D、4E和图4G、4H、4I、4J明显缩小

    5  3组糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面伤后21 d病理变化及胶原分布。5A、5B、5C.分别为单纯糖尿病组、糖尿病+低浓度(25 μg/mL)小檗碱组、糖尿病+高浓度(75 μg/mL)小檗碱组小鼠创面组织病理情况,其中图5C中的创面上皮化形成情况最好,真皮层有少量毛囊和少量炎症细胞 苏木精-伊红×200;5D、5E、5F.分别为单纯糖尿病组、糖尿病+低浓度小檗碱组、糖尿病+高浓度小檗碱组小鼠创面组织胶原分布情况,其中图5F的创面中胶原分布最密集 Masson×200

    表1  实时荧光定量反转录PCR检测的小鼠真皮成纤维细胞中多种细胞因子的引物序列及产物大小

    表1.   The primer sequences and product sizes of polycytokines in mouse dermal fibroblasts detected by real‑time fluorescence quantitative reverse transcription polymerase chain reaction

    引物名称 引物序列(5'→3') 产物大小(bp)
    β肌动蛋白 上游引物: CTGAGAGGGAAACGTGCGT 208
    下游引物: CCACAGGATTCCATACCCAAGA
    PDGF 上游引物: CAGTGCTGGAAGTGGTTAACG 183
    下游引物: CATCCTCTTCCACGATGACTAAG
    VEGF 上游引物: GCTACTGCCGTCCGATTGAG 268
    下游引物: GGCTTTGTTCTGTCTTTCTTTGGT
    TGF-β 1 上游引物: AGAGCCCTGGATACCAACTATTG 286
    下游引物: TGCGACCCACGTAGTAGACG
    MMP-9 上游引物: GTGTCTGGAGATTCGACTTGAAG 130
    下游引物: CAGAAATAGGCTTTGTCTTGGTACT
    caspase-3 上游引物: GTGGGACTGATGAGGAGATGGC 137
    下游引物: AAGGGACTGGATGAACCACGAC
    注:PDGF为血小板源性生长因子,VEGF为血管内皮生长因子,TGF-β 1为转化生长因子β 1,MMP-9为基质金属蛋白酶9,caspase-3为胱天蛋白酶3
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    表2  含不同质量浓度小檗碱的培养基培养48 h后小鼠真皮成纤维细胞吸光度值比较( x ¯ ± s

    表2.   Comparison of absorbance value of mouse dermal fibroblasts cultured in medium with different concentrations of berberine for 48 h

    小檗碱质量浓度(μg/mL) 样本数 吸光度值 t P
    0 6 0.72±0.05
    1.25 6 0.77±0.05 0.42 0.680
    2.50 6 0.82±0.05 2.00 0.060
    5.00 6 0.92±0.05 3.27 0.004
    10.00 6 0.95±0.05 3.74 0.002
    20.00 6 0.98±0.07 4.00 0.001
    40.00 6 0.97±0.07 3.92 0.002
    80.00 6 0.90±0.06 1.83 0.085
    160.00 6 0.80±0.04 <0.01 1.000
    注:“—”表示无此项;细胞吸光度值总体比较, F=28.74, P<0.001; t值、 P值为其他质量浓度与0 μg/mL比较所得
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    表3  3组小鼠真皮成纤维细胞培养48 h后多种细胞因子mRNA和蛋白表达水平的比较( x ¯ ± s

    表3.   Comparison of mRNA and protein expression levels of polycytokines of mouse dermal fibroblasts in the three groups after 48 hours of culture

    组别 样本数 mRNA 蛋白
    PDGF VEGF TGF-β 1 MMP-9 caspase-3 PDGF VEGF TGF-β 1 MMP-9 caspase-3
    正常对照组 3 1.063± 0.947± 1.090± 1.053± 0.94± 0.694± 0.769± 0.673± 0.743± 0.317±
    0.058 0.041 0.067 0.039 0.04 0.040 0.040 0.052 0.105 0.026
    单纯高糖组 3 0.203± 0.260± 0.163± 0.287± 2.29± 0.210± 0.060± 0.150± 0.057± 0.614±
    0.021 a 0.014 a 0.005 a 0.024 a 0.22 a 0.029 a 0.010 a 0.047 a 0.008 a 0.024 a
    高糖+小檗碱组 3 0.477± 0.533± 0.400± 0.593± 1.75± 0.350± 0.238± 0.300± 0.224± 0.399±
    0.031 ab 0.025 ab 0.043 ab 0.039 ab 0.08 ab 0.043 ab 0.035 ab 0.016 ab 0.015 ab 0.022 ab
    F 328.67 157.33 242.67 178.00 3 562.33 29.33 212.00 16.00 84.33 72.33
    P <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 0.002 <0.001 0.006 <0.001 <0.001
    注:高糖指葡萄糖物质的量浓度为30 mmol/L,小檗碱质量浓度为20.00 μg/mL;PDGF为血小板源性生长因子,VEGF为血管内皮生长因子,TGF-β 1为转化生长因子β 1,MMP-9为基质金属蛋白酶9,caspase-3为胱天蛋白酶3;与正常对照组比较, a P<0.05;与单纯高糖组比较, b P<0.05
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    表4  3组糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面伤后各时间点创面面积比较(cm 2 x ¯ ± s

    表4.   Comparison of wound area of full-thickness skin defect wounds in diabetic mice in the three groups at each time point after injury

    组别 样本数 0 d(即刻) 3 d 7 d 14 d 21 d
    单纯糖尿病组 5 0.621±0.041 0.521±0.035 0.431±0.015 0.342±0.020 0.112±0.008
    糖尿病+低浓度小檗碱组 5 0.623±0.018 0.516±0.013 0.412±0.016 0.238±0.018 a 0.088±0.007 a
    糖尿病+高浓度小檗碱组 5 0.626±0.018 0.425±0.019 ab 0.279±0.019 ab 0.155±0.017 ab 0.022±0.004 ab
    F 0.05 15.08 61.55 56.62 92.77
    P 0.950 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
    注:小檗碱低质量浓度、高质量浓度分别为25 μg/mL、75 μg/mL;处理因素主效应, F=231.60, P<0.001;时间因素主效应, F=879.40, P<0.001;两者交互作用, F=115.50, P<0.001;与单纯糖尿病组比较, a P<0.05;与糖尿病+低浓度小檗碱组比较, b P<0.05
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    表5  伤后21 d 3组糖尿病小鼠全层皮肤缺损创面组织中各细胞因子的蛋白表达和mRNA水平比较( x ¯ ± s

    表5.   Comparison of protein expression and mRNA levels of various cytokines in the wound tissue of full-thickness skin defects of mice in the three groups on post injury day 21

    组别 样本数 蛋白表达水平
    基质金属蛋白酶9 血小板源性生长因子 转化生长因子β 1 血管内皮生长因子 CD31 胱天蛋白酶3
    单纯糖尿病组 5 419±44 470±76 201±9 827±71 293±40 5 347±686
    糖尿病+低浓度小檗碱组 5 1 872±242 a 1 116±158 a 1 616±87 a 1 811±254 a 1 498±215 a 3 266±461 a
    糖尿病+高浓度小檗碱组 5 3 089±342 ab 2 184±286 ab 2 856±447 ab 3 311±495 ab 3 236±446 ab 2 196±290 ab
    F 49.93 41.00 60.38 145.50 108.72 60.39
    P <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
    注:小檗碱低质量浓度、高质量浓度分别为25 μg/mL、75 μg/mL;与单纯糖尿病组比较, a P<0.05;与糖尿病+低浓度小檗碱组比较, b P<0.05
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  • 收稿日期:  2023-04-11

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