Molecular Mechanism of "Transmission Between Lung and Brain" of Influenza and Intervention Effect of Maxing Shigantang Based on JAK1/STAT1 Signaling Pathway

Chun-jing CHEN; Cheng ZHAO; Xiang-gang ZHANG; Ping WANG; Rong XIAO; Jue HU; Wei KUANG; Tao XIONG; Fang-guo LU

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20221293

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Molecular Mechanism of "Transmission Between Lung and Brain" of Influenza and Intervention Effect of Maxing Shigantang Based on JAK1/STAT1 Signaling Pathway

更新时间：2022-05-18

- Molecular Mechanism of "Transmission Between Lung and Brain" of Influenza and Intervention Effect of Maxing Shigantang Based on JAK1/STAT1 Signaling Pathway
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 28, Issue 12, Pages: 12-21(2022)
- 作者机构：
  
  1.湖南中医药大学，长沙 410208
  2.长沙市中医医院，长沙 410002
  3.湖南中医药大学第一附属医院，长沙 410000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20221293
  CLC： R242;R285.5;R2-031;R511.7
- Received：04 September 2021，
  
  Published Online：20 January 2022，
  
  Published：20 June 2022
- 稿件说明：
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陈纯静,赵澄,张香港等.基于JAK1/STAT1信号通路研究流感“肺脑传变”的分子机制及麻杏石甘汤干预作用[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(12):12-21.

CHEN Chun-jing,ZHAO Cheng,ZHANG Xiang-gang,et al.Molecular Mechanism of "Transmission Between Lung and Brain" of Influenza and Intervention Effect of Maxing Shigantang Based on JAK1/STAT1 Signaling Pathway[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(12):12-21.
陈纯静,赵澄,张香港等.基于JAK1/STAT1信号通路研究流感“肺脑传变”的分子机制及麻杏石甘汤干预作用[J].中国实验方剂学杂志,2022,28(12):12-21. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20221293.

CHEN Chun-jing,ZHAO Cheng,ZHANG Xiang-gang,et al.Molecular Mechanism of "Transmission Between Lung and Brain" of Influenza and Intervention Effect of Maxing Shigantang Based on JAK1/STAT1 Signaling Pathway[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2022,28(12):12-21. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20221293.

摘要

目的

基于Janus酪氨酸蛋白激酶1/信号转导和转录激活因子1（JAK1/STAT1）信号通路研究流感“肺脑传变”的分子机制，并进一步探讨麻杏石甘汤（MXSGT）的干预作用。

方法

SPF级BALB/c小鼠100只，随机分为正常组、模型组、奥司他韦组、抗病毒颗粒组和MXSGT组，每组20只。除正常组常规饲养外，其余4组以A型流感病毒（IAV）滴鼻感染构建小鼠IAV肺炎模型，造模24 h后，各药物治疗组分别予以奥司他韦（21.63 mg·kg

-1

·d

-1

）、抗病毒颗粒（3.9 g·kg

-1

·d

-1

）、MXSGT（6.05 g·kg

-1

·d

-1

）灌胃，正常组和模型组以等量生理盐水灌胃，每天1次，连续给药3、7 d。苏木素-伊红（HE）染色观察肺、脑组织病理变化；实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）检测肺、脑组织中IAV核蛋白（NP）及JAK1、STAT1 mRNA表达水平；蛋白免疫印迹法（Western blot）检测肺、脑组织中JAK1、STAT1蛋白表达水平；免疫组化法检测肺、脑组织中磷酸化（p）-STAT1表达水平；酶联免疫吸附测定法（ELISA）检测血清中白细胞介素-1

（IL-1

）、白细胞介素-10（IL-10）的水平。

结果

与正常组比较，模型组小鼠肺组织及大脑皮质出现明显病理变化；肺部IAV NP mRNA相对表达量显著增加（

0.01）；肺组织和脑组织中JAK1、STAT1 mRNA和蛋白表达水平明显增加（

0.05，

0.01）；肺组织和大脑皮质中p-STAT1表达水平明显增加（

0.05，

0.01）；血清中IL-1

表达量明显增加（

0.05）。与模型组比较，MXSGT组小鼠肺组织及大脑皮质病理损伤减轻；肺组织IAV NP mRNA相对表达量显著降低（

0.01）；肺组织和脑组织中JAK1、STAT1 mRNA和蛋白表达水平明显降低（

0.05，

0.01）；血清中IL-10水平显著增加（

0.01）。

结论

JAK1/STAT1信号通路异常活化可能是流感“肺脑传变”的分子机制之一，MXSGT作为有效的抗流感病毒中药复方，可通过调控该通路介导的细胞因子水平的变化缓解IAV肺部感染小鼠的脑组织病理损伤。

Abstract

Objective

To explore the molecular mechanism of "transmission between the lung and brain" of influenza based on Janus kinase 1/signal transducer and activator of transcription 1（JAK1/STAT1） signaling pathway and further investigate the intervention effect of Maxing Shigantang （MXSGT）.

Method

A total of 100 SPF BALB/c mice were randomly divided into a normal group，a model group，an oseltamivir group （21.63 mg·kg

-1

·d

-1

），an antiviral granules group（3.9 g·kg

-1

·d

-1

）， and an MXSGT group（6.05 g·kg

-1

·d

-1

）， with 20 mice in each group. The pneumonia model was induced in mice except for those in the normal group by intranasal infection of influenza A virus（IAV）. Twenty-four hours after modeling，mice were treated with corresponding drugs， while those in the normal group and the model group received the same amount of normal saline by gavage， once a day for 3 and 7 days. The pathological changes in the lung and brain were observed by hematoxylin-eosin（HE）staining. The mRNA expression of IAV nucleoprotein（NP），JAK1， and STAT1 in the lung and brain was detected by real-time quantitative polymerase chain reaction（Real-time PCR）， and the protein expression of JAK1 and STAT1 in the lung and brain was detected by Western blot. Immunohistochemical method was used to detect the expression of phosphorylated（p）-STAT1 in the lung and brain tissues， and enzyme-linked immunosorbent assay（ELISA） was used to detect the serum levels of interleukin-1

（IL-1

） and interleukin-10（IL-10）.

Result

Compared with the normal group， the model group showed obvious pathological changes in the lung tissues and cerebral cortex， increased relative mRNA expression of IAV NP in the lung （

0.01）， elevated mRNA and protein expression of JAK1 and STAT1 in the lung and brain tissues （

0.05，

0.01），up-regulated expression level of p-STAT1 in lung tissues and cerebral cortex （

0.05，

0.01）， and increased serum level of IL-1

（

0.05）. Compared with the model group， the MXSGT group showed alleviated pathological damage to lung tissues and cerebral cortex， decreased relative mRNA expression of IAV NP in lung tissues（

0.01），reduced mRNA and protein expression levels of JAK1 and STAT1 in lung tissues and brain tissues（

0.05，

0.01）， and increased serum level of IL-10（

0.01）.

Conclusion

The abnormal activation of the JAK1-STAT1 signaling pathway may be one of the molecular mechanisms of "transmission between the lung and brain" of influenza. As an effective compound prescription against the influenza virus，MXSGT can alleviate the pathological damage of brain tissues in mice infected with IAV by regulating the level of cytokines mediated by this pathway.

关键词

Keywords

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