Method Article
Le protocole vise à évaluer l’efficacité de la shikonine dans le soulagement des lésions pulmonaires aiguës causées par la septicémie chez la souris. En ciblant la voie HIF-1α/VEGF, l’étude examine comment différentes doses de shikonin influencent les taux de survie, la pathologie pulmonaire et l’expression des marqueurs inflammatoires, mettant en évidence ses avantages thérapeutiques potentiels.
La septicémie provoque souvent des lésions pulmonaires aiguës (ALI), une complication à forte mortalité. La voie HIF-1α/VEGF joue un rôle clé dans le sepsis, et la shikonine, un composé naturel aux propriétés anti-inflammatoires, peut atténuer les lésions pulmonaires en ciblant cette voie. Les souris Balb/c ont été divisées au hasard en quatre groupes : groupe fictif, groupe modèle, groupe de traitement à faible dose et groupe de traitement à forte dose. Le groupe placebo a subi une laparotomie sans ligature cæcale ni ponction (CLP), tandis que le groupe modèle a subi une CLP pour induire une lésion pulmonaire aiguë liée à la septicémie. Après modélisation, les groupes de traitement à faible dose et à forte dose ont reçu de la shikonine par gavage à des doses de 12,5 mg/kg et 50 mg/kg, respectivement, une fois par jour pendant 14 jours. Le taux de survie à 7 jours des souris a été surveillé. La coloration à l’hématoxyline et à l’éosine (HE) a été utilisée pour évaluer la pathologie du tissu pulmonaire, le rapport poids humide/sec (P/D) pulmonaire a été mesuré et un transfert Western a été effectué pour détecter l’expression de HIF-1α, VEGF, TNF-α et IL-6 dans le tissu pulmonaire. Shikonin a significativement amélioré le taux de survie des souris septiques, l’effet le plus important ayant été observé dans le groupe ayant reçu la dose élevée (p < 0,05). Par rapport au groupe modèle, le rapport P/D pulmonaire et les lésions tissulaires dans les groupes traités par la shikonine ont été significativement réduits de manière dose-dépendante. De plus, la shikonine a significativement régulé à la baisse l’expression de HIF-1α, VEGF, TNF-α et IL-6, le groupe ayant reçu la dose élevée montrant la réduction la plus prononcée (p < 0,05). Shikonin atténue les lésions pulmonaires aiguës chez les souris septiques, potentiellement en inhibant l’expression de HIF-1α et en réduisant la production de facteurs inflammatoires associés.
La septicémie est une réponse inflammatoire systémique sévère déclenchée par une infection. 1 Elle entraîne souvent un dysfonctionnement de plusieurs organes et peut mettre la vie en danger à mesure que la maladie progresse. 2 Malgré l’utilisation de thérapies telles que la ventilation mécanique et les soins de soutien, les taux de mortalité liés à l’ALI associée à la septicémie restent élevés, atteignant 30 % à 40 %3. Ces traitements s’attaquent principalement aux symptômes plutôt qu’aux causes sous-jacentes, ce qui limite leur efficacité globale. Par conséquent, l’identification de nouvelles approches thérapeutiques qui ciblent les causes des lésions pulmonaires pourrait améliorer considérablement les résultats des patients atteints de septicémie.
Des études récentes ont identifié le facteur 1α induit par l’hypoxie (HIF-1α) comme un régulateur essentiel dans la progression de l’ALI 4,5 induit par le sepsis. HIF-1α s’accumule dans les tissus pulmonaires pendant la septicémie, entraînant l’expression des gènes en aval qui exacerbent l’inflammation et les lésions tissulaires6. Ce processus contribue de manière significative à l’aggravation des lésions pulmonaires. Par conséquent, le ciblage de la voie de signalisation HIF-1α offre une approche prometteuse pour atténuer les réponses inflammatoires et hypoxiques observées dans l’ALA induite par le sepsis.
Dans la recherche de traitements plus efficaces, la médecine traditionnelle chinoise (MTC) a fourni des informations précieuses 7,8. Shikonin est un composé d’anthraquinone extrait de Lithospermum erythrorhizon7. Il montre des effets anti-inflammatoiresnotables 9, antibactériens10 et antitumoraux11. Shikonin peut soulager les lésions pulmonaires induites par le lipopolysaccharide (LPS), suggérant son rôle thérapeutique potentiel dans les affections pulmonaires12. Dans le même temps, certaines études ont également proposé que la shikonine puisse atténuer les dommages oxydatifs causés par la septicémie en régulant le système macrophage mononucléaire, équilibrant les réponses pro-inflammatoires et anti-inflammatoires. Cependant, les mécanismes à l’origine des effets protecteurs de la shikonine dans l’ALI induite par la septicémie ne sont pas entièrement compris. Il s’agit d’une lacune critique dans la recherche actuelle.
Dans cette étude, nous visons à explorer les effets protecteurs de la shikonine dans un modèle murin d’ALI induit par la septicémie en utilisant la ligature et la ponction cæcales (CLP). La technologie CLP joue un rôle important dans la recherche sur le sepsis car elle peut simuler des réponses inflammatoires systémiques complexes et un dysfonctionnement multiviscéral, ce qui la rend adaptée à l’évaluation de l’efficacité de nouvelles stratégies de traitement. La technologie CLP est relativement plus pertinente cliniquement que les méthodes d’injection traditionnelles de LPS : elle simule la réponse inflammatoire systémique causée par la translocation du microbiote intestinal, qui est plus proche du processus pathologique de la septicémie clinique. Il peut être gradué et contrôlé : en ajustant la longueur de la ligature et la taille de la perforation, la gravité de la maladie peut être contrôlée, et il convient à l’ensemble de l’étude de la septicémie. De plus, il peut simuler des changements dynamiques similaires dans le dysfonctionnement multi-organes et la réponse aux cytokines. En étudiant le rôle de la shikonine dans la modulation de la voie de signalisation HIF-1α/VEGF, nous espérons fournir des informations sur de nouvelles stratégies thérapeutiques qui s’attaquent aux mécanismes sous-jacents des lésions pulmonaires liées à la septicémie, améliorant potentiellement les résultats cliniques.
Le protocole a obtenu l’approbation du Centre des animaux expérimentaux de l’Université médicale de Wenzhou. Des souris mâles C57Bl/6 (âgées de 5 à 6 mois ; 20 à 25 g) ont été utilisées dans la présente étude. Les détails des principaux réactifs et de l’équipement utilisé sont répertoriés dans la table des matériaux.
1. Préparation du modèle murin de sepsis
2. Évaluation des modèles animaux
Pour évaluer le potentiel thérapeutique de la shikonine, nous avons d’abord évalué son effet sur la survie chez des souris septiques sur une période de 7 jours. Le traitement par la shikonine a amélioré les taux de survie de manière dose-dépendante (Figure 1).
Étant donné l’occurrence généralisée de lésions pulmonaires dans le sepsis, nous avons également évalué l’œdème pulmonaire chez la souris. L’œdème pulmonaire a été évalué en mesurant le rapport poids humide/poids sec (P/D) des poumons. Le rapport P/D était significativement plus élevé dans le groupe modèle que dans le groupe placebo (p < 0,05). Le traitement par Shikonin a atténué cet effet de manière dose-dépendante. Le groupe ayant reçu la dose élevée a présenté une réduction plus importante de l’œdème pulmonaire que le groupe ayant reçu la dose faible (p < 0,05) (figure 2).
Pour valider davantage l’effet protecteur de la shikonine sur le tissu pulmonaire, une analyse histopathologique a été effectuée. Le groupe fictif a montré une structure pulmonaire normale, tandis que le groupe modèle CLP a montré des lésions tissulaires marquées, notamment un œdème étendu, une hémorragie et une infiltration de cellules inflammatoires. Conformément à la réduction du rapport P/D, le traitement par shikonin a atténué ces changements pathologiques de manière dose-dépendante. Les souris du groupe ayant reçu la dose élevée ont présenté beaucoup moins d’anomalies histopathologiques que celles du groupe modèle CLP, et leurs scores pathologiques étaient nettement inférieurs à ceux du groupe ayant reçu la dose faible (p < 0,05 ; Figure 3).
Étant donné que l’inflammation et l’hypoxie sont toutes deux des facteurs majeurs de lésions pulmonaires induites par le sepsis, nous avons ensuite examiné les niveaux d’expression des protéines clés impliquées dans ces voies. L’analyse par transfert Western a révélé que le groupe modèle CLP présentait des taux significativement élevés de TNF-αand, d’IL-6 et de VEGF, ce qui indique une réponse inflammatoire (figure 4). De plus, le HIF-1α et le VEGF étaient fortement exprimés dans le groupe modèle, confirmant l’augmentation de l’hypoxie (Figure 5). Le traitement par Shikonin a significativement réduit l’expression de ces protéines de manière dose-dépendante, le groupe ayant reçu la dose élevée montrant une plus grande suppression de HIF-1α, VEGF, TNF-α et IL-6 par rapport au groupe à faible dose (p < 0,05 ; Figure 4 et Figure 5). Ces résultats moléculaires soutiennent davantage le rôle protecteur de la shikonine, mettant en évidence sa capacité à moduler à la fois l’hypoxie et l’inflammation chez les souris septiques.
Figure 1 : Comparaison des taux de survie entre différents groupes de souris septiques. Les souris ont été regroupées et soumises à la CLP en même temps qu’un traitement médicamenteux, et des courbes de survie ont été tracées pour enregistrer leur état de survie. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Effets de Shikonin sur le rapport W/D pulmonaire chez les souris septiques. Les souris ont été regroupées et soumises à la CLP avec un traitement médicamenteux pendant 24 heures, après quoi le rapport W/D pulmonaire a été enregistré. AP < 0,05 par rapport au groupe placebo, BP < 0,05 par rapport au groupe Septicémie et CP < 0,05 par rapport au groupe de traitement à faible dose. Les barres d’erreur montrent l’écart-type, l’ANOVA à un facteur a été utilisée pour comparer les valeurs moyennes de plusieurs groupes et le test LSD-t a été utilisé pour la comparaison par paires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Changements microscopiques dans la pathologie du tissu pulmonaire entre les groupes. Les souris ont été regroupées et soumises à la CLP avec un traitement médicamenteux pendant 24 heures. Le tissu pulmonaire a ensuite été prélevé pour la coloration de l’EH. Le panneau de gauche affiche des images représentatives à un grossissement de 400x (barre d’échelle = 100 μm). Un œdème généralisé, des saignements et une infiltration de cellules inflammatoires peuvent être observés dans le groupe modèle, comme l’indique la flèche. Le panneau de droite présente les scores histopathologiques correspondants. Par rapport au groupe fictif, la différence était significative (p 0,05). Les barres d’erreur montrent l’écart-type, l’ANOVA à un facteur a été utilisée pour comparer les valeurs moyennes de plusieurs groupes et le test LSD-t a été utilisé pour la comparaison par paires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Niveaux d’expression protéique du TNF-α et de l’IL-6 dans le tissu pulmonaire de souris. Les souris ont été regroupées et soumises à la CLP avec un traitement médicamenteux pendant 24 heures, après quoi l’expression des protéines indiquées a été détectée dans le tissu pulmonaire. Par rapport au groupe placebo, l’expression du TNF-α dans le groupe modèle était significativement augmentée (gp < 0,05). Par rapport au groupe modèle, l’expression du TNF-α dans le groupe de traitement à faible dose était significativement diminuée (hp < 0,05). Par rapport au groupe recevant une faible dose, l’expression du TNF-α dans le groupe recevant une dose élevée a diminué, mais la différence n’était pas statistiquement significative (ip > 0,05). De plus, par rapport au groupe placebo, l’expression de l’IL-6 dans le groupe modèle a significativement augmenté (jp < 0,05). Par rapport au groupe modèle, l’expression de l’IL-6 dans le groupe de traitement à faible dose était significativement diminuée (kp < 0,05). Par rapport au groupe de traitement à faible dose, l’expression de l’IL-6 dans le groupe de traitement à forte dose a diminué, mais la différence n’était pas statistiquement significative (lp > 0,05). Les barres d’erreur montrent l’écart-type, l’ANOVA à un facteur a été utilisée pour comparer les valeurs moyennes de plusieurs groupes et le test LSD-t a été utilisé pour la comparaison par paires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Niveaux d’expression des protéines HIF-1α et VEGF dans le tissu pulmonaire de souris. Les souris ont été regroupées et soumises à la CLP avec un traitement médicamenteux pendant 24 heures, après quoi l’expression des protéines indiquées a été détectée dans le tissu pulmonaire. Par rapport au groupe placebo, l’expression de HIF-1α dans le groupe modèle a été significativement augmentée (mp < 0,05). Par rapport au groupe modèle, l’expression de HIF-1α dans le groupe de traitement à faible dose a été significativement diminuée (np < 0,05). Par rapport au groupe recevant une faible dose, l’expression de HIF-1α dans le groupe recevant une dose élevée a diminué, mais la différence n’était pas statistiquement significative (op > 0,05). De plus, par rapport au groupe placebo, l’expression du VEGF dans le groupe modèle était significativement augmentée (pp < 0,05). Par rapport au groupe modèle, l’expression du VEGF dans le groupe de traitement à faible dose était significativement diminuée (qp < 0,05). Par rapport au groupe de traitement à faible dose, l’expression du VEGF dans le groupe de traitement à forte dose a diminué, mais la différence n’était pas statistiquement significative (rp > 0,05). Les barres d’erreur montrent l’écart-type, l’ANOVA à un facteur a été utilisée pour comparer les valeurs moyennes de plusieurs groupes et le test LSD-t a été utilisé pour la comparaison par paires. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Jours | Groupe fictif | Groupe de modèles | Groupe de traitement à faible dose | Groupe de traitement à forte dose |
0 | 20 | 20 | 20 | 20 |
1 | 20 | 20 | 20 | 20 |
2 | 20 | 18 | 20 | 18 |
3 | 20 | 12 | 18 | 18 |
4 | 20 | 10 | 16 | 18 |
5 | 20 | 6 | 14 | 18 |
6 | 20 | 4 | 14 | 18 |
7 | 20 | 4 | 14 | 18 |
Tableau 1 : Taux de survie des souris.
En tant que modèle de référence pour la recherche sur le sepsis, le modèle CLP est une étape clé de cette expérience, car il imite mieux la complexité du sepsis humain que de nombreux autres modèles. L’ALI associée à la septicémie reste un défi clinique critique en raison de ses taux de mortalité élevés et de l’efficacité limitée des traitements actuels14,15. Notre étude démontre, pour la première fois, que la shikonine améliore significativement la survie chez les souris septiques en modulant à la fois les réponses HIF-1α et inflammatoires en créant un modèle CLP.
La mortalité induite par la CLP dépend de plusieurs paramètres techniques, tels que la taille de l’aiguille, la longueur du cæcum ligaturé et le nombre de ponctions cæcales. Si l’aiguille est trop fine ou si le nombre d’aiguilles n’est pas suffisant, cela ne provoquera pas de réaction de septicémie systémique. Si l’aiguille est trop épaisse ou si le nombre de fois où l’aiguille est utilisée est trop nombreux, les souris sont sujettes à la mort et ne peuvent pas passer à l’expérience suivante. Par conséquent, grâce à des modifications techniques et à des dépannages répétés, nous avons conclu que nous avons effectué la ligature à une distance d’environ 1 cm de l’extrémité du cæcum. Nous avons utilisé une aiguille 21G pour perforer et ligaturer l’extrémité du cæcum, et nous avons doucement extrait une petite quantité de contenu intestinal du site de ponction à l’aide d’une pince ophtalmique à bout émoussé avant de la réintroduire dans le caïcum. Au cours de la période postopératoire de 6 heures de la CLP, observez si les souris présentent des symptômes de septicémie tels que léthargie, mouvements lents, poils en érection, sécrétions oculaires et diarrhée. Les observations indiquent un bénéfice de survie dose-dépendant observé dans le groupe shikonin à forte dose, ce qui est cohérent avec les recherches antérieures sur le potentiel thérapeutique de la MTC dans la prise en charge du sepsis16. Il est très probable que Shikonin serve d’adjuvant ou d’alternative précieux aux traitements actuels de l’ALI induite par la septicémie 5,17.
Comme nous l’avons mentionné précédemment, ce modèle peut fournir une véritable plateforme de simulation du mécanisme pathologique du sepsis18. Parce qu’il peut simuler les principales caractéristiques de la septicémie humaine, notamment plusieurs infections bactériennes, des réponses immunitaires dynamiques, un dysfonctionnement de plusieurs organes, etc. De plus, le modèle CLP peut optimiser la validation et l’amélioration des méthodes de traitement existantes, telles que la vérification de l’efficacité des antibiotiques, des immunomodulateurs et des traitements adjuvants (tels que la vitamine C et l’hydrocortisone), contribuant ainsi à optimiser le dosage et le moment de l’administration. Le modèle est également d’une grande importance pour révéler la base biologique des défis cliniques existants, les problèmes de résistance aux antibiotiques, la normalisation de la recherche translationnelle clinique, l’intelligence artificielle, l’analyse des mégadonnées et d’autres aspects.
Les applications futures de cette technologie comprennent les aspects suivants. Tout d’abord, la recherche et le développement de nouveaux médicaments et la validation de stratégies de traitement, telles que le développement potentiel de thérapies à base d’histones à l’avenir. Deuxièmement, une analyse approfondie des mécanismes immunitaires et des réponses de l’hôte, comme l’aide au développement de thérapies immunomodulatrices, telles que l’application d’inhibiteurs de la voie de signalisation-1/-L119. Troisièmement, l’intégration de la multi-omique et de l’intelligence artificielle, comme la combinaison de données générées par des modèles CLP, peut être utilisée pour construire des modèles prédictifs de la septicémie à l’avenir grâce à l’apprentissage automatique. Quatrièmement, l’exploration du microbiome et le contrôle des infections. À l’avenir, ce modèle pourrait être utilisé pour explorer la faisabilité de nouvelles stratégies anti-infectieuses telles que la transplantation de microbiote fécal et la phagothérapie.
Bien que le modèle CLP soit une méthode bien établie pour induire le sepsis, il se peut qu’il ne reproduise pas entièrement la complexité du sepsis humain, ce qui limite la généralisabilité de nos résultats. Les études futures devraient inclure des échantillons de plus grande taille et explorer les effets de la shikonine dans différents modèles de septicémie pour valider ces résultats. De plus, une exploration plus approfondie des mécanismes moléculaires impliqués, y compris les interactions potentielles avec d’autres voies de signalisation, sera cruciale pour comprendre le plein potentiel thérapeutique de la shikonine.
En conclusion, notre étude identifie la shikonine comme un candidat prometteur pour le traitement de l’ALI induite par le sepsis à travers un modèle murin CLP. En ciblant à la fois les voies hypoxiques et inflammatoires, la shikonine a le potentiel d’améliorer les résultats cliniques des patients atteints de septicémie. Ces travaux fournissent non seulement de nouvelles informations sur les mécanismes des lésions pulmonaires liées à la septicémie, mais mettent également en évidence le rôle potentiel de la médecine traditionnelle chinoise dans les stratégies thérapeutiques modernes.
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts concurrents.
L’étude a été soutenue par le Wenzhou Science and Technology Project (Y2020976).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
H&E stain kit staining kit | Solaibao Technology | G1120HE | |
Low-temperature centrifuge | Sigma | 3K15 | |
Microplate Reader | Bio-Rad | Model 680 | |
rabbit monoclonal VEGF-receptor1 antibody | Abcam | ab238632 | |
rabbit polyclonal HIF-1α antibody | Abcam | ab51608 | |
SDS-PAGE electrophoresis system | Bio-Rad | MINI Protean2 | |
Shikonin | MedChemExpress | HY-N0822 |
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