王恩光 李建強(qiáng) 吳軍芳等
[摘要] 目的 觀察HO-1對肺氣腫大鼠模型肺組織ICAM-1和MIP-2表達(dá)的影響。方法 復(fù)制肺氣腫大鼠模型,并用Hemin干預(yù),收集BALF行細(xì)胞計數(shù)并分類檢查;采用免疫組織化法檢測大鼠支氣管肺組織HO-1、ICAM-1表達(dá),ELISA方法檢測肺組織勻漿中MIP-2的含量。結(jié)果 與模型組比較,干預(yù)組肺組織中HO-1表達(dá)顯著增加(P<0.05)。肺氣腫組大鼠模型中不僅ICAM-1在支氣管肺組織的表達(dá)較干預(yù)組顯著增加(P<0.05),而且BALF中的白細(xì)胞計數(shù)和中性粒細(xì)胞計數(shù)均與ICAM-1表達(dá)呈顯著正相關(guān)(r=0.85、0.84,P均<0.01);模型組肺組織勻漿中MIP-2含量較干預(yù)組明顯增加,而且BALF中的白細(xì)胞計數(shù)和中性粒細(xì)胞計數(shù)均與MIP-2含量呈顯著正相關(guān)(r=0.89、0.89, P均<0.01)。 結(jié)論 ICAM-1和MIP-2在肺氣腫中明顯增加,HO-1可降低ICAM-1、MIP-2的表達(dá),這可能是HO-1在肺氣腫中抗炎反應(yīng)的作用機(jī)制之一。
[關(guān)鍵詞] 血紅素加氧酶-1;肺氣腫;ICAM-1;MIP-2
[中圖分類號] R563.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-9701(2014)11-0007-03
[Abstract] Objective To observe the effect of HO-1 on expressions of ICAM-1 and MIP-2 in lung tissue of rats with emphysema. Methods Established emphysema rat models and using Hemin to interven. BALF were collected to count the total and differential cell counts. HO-1 and ICAM-1 expressions in pulmonary tissues of rat were detected by immunohistochemistry. The content of MIP-2 in lung tissues was detected by ELISA. Results Compared to the emphysema group, the expression of HO-1 in control group were significantly positive(P<0.05). The expression of ICAM-1 in lung of the emphysema group was significantly higher than those in control group (P<0.05) and was positively correlated with the leukocyte numbers and neutrophil in BALF in the model group(r=0.85, 0.84 respectively, P all <0.01). The content of MIP-2 in lung tissues of the emphysema were significantly higher than those in control group(P<0.05). In the model group, the leukocyte numbers and neutrophil in BALF were positively correlated with the levels of MIP-2 in lung tissues(r=0.89, 0.89 respectively, P all <0.01). Conclusion HO-1 might significantly alleviate emphysema by inhibiting the expressions of ICAM-1 and MIP-2.
[Key words] Heme oxygenase-1; Emphysema; ICAM-1; MIP-2
慢性阻塞性肺疾?。–OPD)是一種可以預(yù)防和治療的疾病,主要累及肺部,也是導(dǎo)致高致殘率和高致死率的一種常見呼吸系統(tǒng)慢性疾病[1]。其發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚,一般認(rèn)為COPD是以氣道的慢性炎癥為主要特征,由多種炎性細(xì)胞、細(xì)胞因子、炎癥介質(zhì)共同作用。血紅素加氧酶(HO)是血紅素分解代謝的限速酶,研究發(fā)現(xiàn)血紅素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)具有抗炎、抗氧化、抗凋亡、抗增生的細(xì)胞保護(hù)效應(yīng)。目前對于HO-1在肺部疾病中作用的研究已有了突破性進(jìn)展,研究證實(shí)血紅素加氧酶-1參與了COPD、肺動脈高壓、哮喘等的發(fā)生、發(fā)展[2-4]。有研究表明吸煙可誘導(dǎo)COPD患者氣管平滑肌細(xì)胞HO-1表達(dá)增加[5],HO-1對氧化應(yīng)激的異常反應(yīng)可能與COPD的發(fā)生有關(guān),小鼠肺組織腺病毒介導(dǎo)的HO-1 cDNA 轉(zhuǎn)染能明顯減輕其彈力蛋白誘導(dǎo)的肺氣腫[6]。Yamada等[7]研究發(fā)現(xiàn),HO-1基因的多態(tài)性與肺氣腫易感性相關(guān)。這表明HO-1在COPD的發(fā)病過程中具有一定的保護(hù)作用,但目前其機(jī)制尚不完全清楚。本研究通過干預(yù)肺氣腫大鼠HO-1表達(dá),觀察其病理變化并檢測大鼠支氣管肺組織細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)的表達(dá)和肺組織勻漿巨噬細(xì)胞炎癥蛋白2(MIP-2)的含量,探討ICAM-1和MIP-2與肺氣腫發(fā)病機(jī)制的關(guān)系;通過觀察HO-1對ICAM-1、MIP-2的影響,探討其在肺氣腫防治中的作用及機(jī)制。
1 材料與方法
1.1 動物與主要試劑
雄性Wistar大鼠(山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗動物中心提供)18只,體重(200±20)g,HO-1抗體(美國Abcam公司),ICAM-1抗體(武漢博士德公司),MIP-2酶聯(lián)免疫吸附試劑盒(武漢博士德公司)。
1.2 動物分組與造模
8周齡健康雄性Wistar大鼠18只,適應(yīng)性飼養(yǎng)兩周,隨機(jī)分為3組,每組各6只:①正常未暴露組(對照組);②煙霧暴露組(模型組),將大鼠放入自制的玻璃箱中,每日用點(diǎn)燃的猴王牌香煙(焦油11 mg/支)熏約10 min,掀開箱蓋休息5 min,重復(fù)煙霧暴露,每日2次上述煙霧暴露,每周5 d,連續(xù)20周;③Hemin+煙霧暴露組(干預(yù)組),在每周首次煙霧暴露前24 h開始腹腔注射Hemin 25 μmol/kg,連續(xù)3 d,而對照組和模型組均用等毫升生理鹽水腹腔注射。20周時同時處死3組實(shí)驗動物取材做相關(guān)檢測。
1.3 BALF的白細(xì)胞計數(shù)及分類計數(shù)
實(shí)驗動物用戊巴比妥麻醉固定,處死,開胸,游離出雙肺及氣管,結(jié)扎右主支氣管,用5 mL注射器從氣管下部注入生理鹽水3 mL反復(fù)灌洗3次,回收率在80%以上。使用毛細(xì)吸管吸取新鮮制備混勻的 BALF,在顯微鏡下行白細(xì)胞計數(shù)。剩余的BALF立即在4℃下離心(2000 rpm,8 min),離心后取沉渣物涂片,采用瑞氏染色法按細(xì)胞形態(tài)學(xué)行細(xì)胞分類計數(shù)。
1.4 肺組織標(biāo)本制作
取大鼠右肺上葉肺組織,置于10%甲醛液中固定,石蠟包埋后行HE染色,并行病理形態(tài)學(xué)觀察和免疫組化檢測。取右肺下葉肺組織,研磨成勻漿,行酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測。
1.5 肺組織中HO-1和ICAM-1的檢測
用免疫組化SP法檢測肺組織HO-1表達(dá)水平的變化,采用SABC法檢測支氣管肺組織ICAM-1表達(dá)水平的變化,操作步驟按試劑盒說明書進(jìn)行。陰性對照標(biāo)本以PBS緩沖液作為一抗。以肺組織中出現(xiàn)棕黃色或棕黃色顆粒作為陽性結(jié)果,用BI-2000 醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)檢測HO-1、ICAM-1光密度值。
1.6 MIP-2的檢測
采用ELISA法測定肺組織勻漿MIP-2的含量。
1.7 統(tǒng)計學(xué)處理
應(yīng)用統(tǒng)計軟件SPSS16.0進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果均以(x±s)表示,均數(shù)比較采用單因素方差分析(ANOVA),組間兩兩比較采用LSD-t檢驗法,相關(guān)性檢驗用直線相關(guān)分析,P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 BALF白細(xì)胞計數(shù)及分類
2.2大鼠支氣管及肺組織病理學(xué)檢查
光鏡下觀察:對照組支氣管上皮細(xì)胞排列整齊,管壁及周圍無明顯炎癥變化;肺氣腫模型組各級支氣管纖毛柱狀上皮細(xì)胞部分變性、壞死,肺泡結(jié)構(gòu)紊亂,肺泡壁變薄、破壞,肺泡腔擴(kuò)大,肺泡間隔變薄或斷裂;干預(yù)組上述改變均有不同程度的減輕。見封三圖1。
2.3 肺組織HO-1的免疫組織化表達(dá)
正常對照組大鼠肺組織可見胞質(zhì)內(nèi)少許HO-1弱陽性表達(dá)的細(xì)胞。肺氣腫模型組HO-1的表達(dá)較對照組明顯增加(P<0.05);與模型組比較,干預(yù)組肺組織中HO-1表達(dá)顯著增加(P<0.05)。見表2。
2.4 支氣管肺組織ICAM-1的免疫組織化學(xué)染色結(jié)果
肺氣腫模型組肺組織表達(dá)高水平ICAM-1蛋白,肺組織呈棕黃色,表達(dá)于肺微血管內(nèi)皮、肺泡細(xì)胞以及支氣管上皮細(xì)胞,肺氣腫模型組可見ICAM-1蛋白表達(dá)較正常對照組增加,染色變深。Hemin干預(yù)組中大鼠ICAM-1蛋白表達(dá)較肺氣腫模型組顯著降低(P<0.05),但仍比正常對照組高(P<0.05)。見表2。
2.5 肺組織勻漿中MIP-2含量
與對照組比較模型組MIP-2含量明顯增加(P<0.05);干預(yù)組MIP-2含量較模型組減少,但仍高于對照組(P<0.05)。見表2。
2.6 肺氣腫模型組數(shù)據(jù)間相關(guān)性分析
BALF中的白細(xì)胞計數(shù)和中性粒細(xì)胞計數(shù)均與ICAM-1表達(dá)呈明顯正相關(guān)(r=0.85、0.84, P均<0.01);同時BALF中的白細(xì)胞計數(shù)和中性粒細(xì)胞計數(shù)與MIP-2含量呈顯著正相關(guān)(r=0.89、0.89, P均<0.01)。
3 討論
COPD 的發(fā)病是一種復(fù)雜的病理過程,迄今為止其發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚,雖然許多研究表明COPD的發(fā)生、發(fā)展是由多種機(jī)制參與,但目前多數(shù)研究者認(rèn)為慢性氣道炎癥是最主要的發(fā)病機(jī)制。
HO-1在大多數(shù)組織中呈低水平表達(dá),當(dāng)受到高氧、熱休克、內(nèi)毒素、過氧化氫、細(xì)胞因子等刺激時可產(chǎn)生高水平表達(dá)。研究顯示,在應(yīng)激狀態(tài)下,HO-1通過調(diào)控促炎細(xì)胞因子和抗炎細(xì)胞因子釋放,起到保護(hù)臟器功能的作用[8,9]。本實(shí)驗通過Hemin誘導(dǎo)HO-1的表達(dá),觀察其病理學(xué)改變及肺組織ICAM-1表達(dá)與肺組織勻漿中MIP-2含量,以探討HO-1對肺氣腫的保護(hù)作用及其作用機(jī)制。本實(shí)驗結(jié)果顯示,與模型組比較,干預(yù)組HO-1表達(dá)明顯升高,肺泡及肺間質(zhì)病變明顯減輕,同時BALF中白細(xì)胞、中性細(xì)胞數(shù)目明顯減少, 說明血紅素加氧酶對煙霧暴露誘導(dǎo)的肺氣腫具有明顯的保護(hù)作用。
ICAM-1是細(xì)胞黏附分子的免疫球蛋白超家族,為76~114kD的單鏈糖蛋白,其配體為巨噬細(xì)胞黏附分子-1、淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原-1,兩者均屬于β2整合素,ICAM-1與β2整合素的黏附是白細(xì)胞跨越血管內(nèi)皮轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵[10],也是白細(xì)胞在氣道聚集的必要條件[11]。
實(shí)驗發(fā)現(xiàn),肺氣腫模型組支氣管上皮細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞及支氣管肺組織微小血管內(nèi)皮細(xì)胞ICAM-1表達(dá)水平明顯高于正常對照組(P<0.05),BALF中的白細(xì)胞、中性粒細(xì)胞數(shù)量與肺組織中ICAM-1的表達(dá)呈顯著正相關(guān)(r=0.85、0.84,P<0.01),這與黃玲媚等[12]研究一致,表明ICAM-1與肺氣腫氣道內(nèi)炎癥細(xì)胞的聚集、浸潤有關(guān)。本實(shí)驗Hemin干預(yù)組肺組織中ICAM-1表達(dá)水平低于模型組,張全等[13]在急性肺損傷研究中發(fā)現(xiàn)HO-1可通過阻斷NF-κB激活的信號通路減少ICAM-1的表達(dá),說明HO-1能通過下調(diào)肺內(nèi)ICAM-1的表達(dá)增加,對肺臟起保護(hù)作用。
研究發(fā)現(xiàn),一些特異性的趨化因子在白細(xì)胞聚集與活化的炎癥反應(yīng)過程中起重要作用。MIP-2是分子量6kD的堿性蛋白質(zhì),由“α”和“β”兩種蛋白質(zhì)亞單位組成,其cDNA編碼有100個氨基酸,成熟的蛋白質(zhì)有73個氨基酸殘基。MIP-2由巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等分泌,屬于趨化性細(xì)胞因子中C-X-C亞家族成員。MIP-2可通過自身的肝素結(jié)合位點(diǎn)促進(jìn)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞外基質(zhì)中硫酸乙酰的葡聚糖相互作用,加強(qiáng)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附[14]。MIP-2通過對炎癥細(xì)胞的化學(xué)趨化和活化作用而參與炎癥的全過程,特異靶細(xì)胞為中性粒細(xì)胞,對其他炎癥細(xì)胞作用微弱。
實(shí)驗發(fā)現(xiàn),模型組肺組織勻漿中MIP-2顯著高于對照組(P<0.05),且肺組織勻漿中MIP-2含量與BALF中的白細(xì)胞數(shù)及中性粒細(xì)胞數(shù)呈顯著正相關(guān)(r=0.89、0.89,P<0.01),這與羅曼等[15]在COPD大鼠模型中的研究結(jié)果相一致。提示MIP-2通過對中性粒細(xì)胞的特異性趨化作用促進(jìn)中性粒細(xì)胞在肺氣腫大鼠氣管、肺組織中的聚集、活化;說明MIP-2通過作用于中性粒細(xì)胞誘導(dǎo)了氣道炎癥和肺組織損傷,參與了肺氣腫發(fā)病。干預(yù)組肺組織勻漿中MIP-2含量均較模型組減低,這與Minamino等[16]在低氧性肺損傷研究中高表達(dá)HO-1的肺組織MIP-2水平顯著下降結(jié)果相一致,表明血紅素加氧酶-1可通過其抗炎能力減少肺內(nèi)MIP-2生成,從而減輕肺部炎性損傷,起一定的保護(hù)作用。
綜上所述,本實(shí)驗證實(shí)HO-1的抗炎作用,其機(jī)制可能為通過某種途徑減少ICAM-1和MIP-2的產(chǎn)生,進(jìn)而干預(yù)炎癥細(xì)胞的聚集、浸潤、活化,這或許是其減輕肺組織損傷、起到對肺臟的保護(hù)作用機(jī)制之一;但其具體作用機(jī)制尚不清楚,需更進(jìn)一步研究。
[參考文獻(xiàn)]
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(收稿日期:2014-01-07)
研究發(fā)現(xiàn),一些特異性的趨化因子在白細(xì)胞聚集與活化的炎癥反應(yīng)過程中起重要作用。MIP-2是分子量6kD的堿性蛋白質(zhì),由“α”和“β”兩種蛋白質(zhì)亞單位組成,其cDNA編碼有100個氨基酸,成熟的蛋白質(zhì)有73個氨基酸殘基。MIP-2由巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等分泌,屬于趨化性細(xì)胞因子中C-X-C亞家族成員。MIP-2可通過自身的肝素結(jié)合位點(diǎn)促進(jìn)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞外基質(zhì)中硫酸乙酰的葡聚糖相互作用,加強(qiáng)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附[14]。MIP-2通過對炎癥細(xì)胞的化學(xué)趨化和活化作用而參與炎癥的全過程,特異靶細(xì)胞為中性粒細(xì)胞,對其他炎癥細(xì)胞作用微弱。
實(shí)驗發(fā)現(xiàn),模型組肺組織勻漿中MIP-2顯著高于對照組(P<0.05),且肺組織勻漿中MIP-2含量與BALF中的白細(xì)胞數(shù)及中性粒細(xì)胞數(shù)呈顯著正相關(guān)(r=0.89、0.89,P<0.01),這與羅曼等[15]在COPD大鼠模型中的研究結(jié)果相一致。提示MIP-2通過對中性粒細(xì)胞的特異性趨化作用促進(jìn)中性粒細(xì)胞在肺氣腫大鼠氣管、肺組織中的聚集、活化;說明MIP-2通過作用于中性粒細(xì)胞誘導(dǎo)了氣道炎癥和肺組織損傷,參與了肺氣腫發(fā)病。干預(yù)組肺組織勻漿中MIP-2含量均較模型組減低,這與Minamino等[16]在低氧性肺損傷研究中高表達(dá)HO-1的肺組織MIP-2水平顯著下降結(jié)果相一致,表明血紅素加氧酶-1可通過其抗炎能力減少肺內(nèi)MIP-2生成,從而減輕肺部炎性損傷,起一定的保護(hù)作用。
綜上所述,本實(shí)驗證實(shí)HO-1的抗炎作用,其機(jī)制可能為通過某種途徑減少ICAM-1和MIP-2的產(chǎn)生,進(jìn)而干預(yù)炎癥細(xì)胞的聚集、浸潤、活化,這或許是其減輕肺組織損傷、起到對肺臟的保護(hù)作用機(jī)制之一;但其具體作用機(jī)制尚不清楚,需更進(jìn)一步研究。
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(收稿日期:2014-01-07)
研究發(fā)現(xiàn),一些特異性的趨化因子在白細(xì)胞聚集與活化的炎癥反應(yīng)過程中起重要作用。MIP-2是分子量6kD的堿性蛋白質(zhì),由“α”和“β”兩種蛋白質(zhì)亞單位組成,其cDNA編碼有100個氨基酸,成熟的蛋白質(zhì)有73個氨基酸殘基。MIP-2由巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等分泌,屬于趨化性細(xì)胞因子中C-X-C亞家族成員。MIP-2可通過自身的肝素結(jié)合位點(diǎn)促進(jìn)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞外基質(zhì)中硫酸乙酰的葡聚糖相互作用,加強(qiáng)白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附[14]。MIP-2通過對炎癥細(xì)胞的化學(xué)趨化和活化作用而參與炎癥的全過程,特異靶細(xì)胞為中性粒細(xì)胞,對其他炎癥細(xì)胞作用微弱。
實(shí)驗發(fā)現(xiàn),模型組肺組織勻漿中MIP-2顯著高于對照組(P<0.05),且肺組織勻漿中MIP-2含量與BALF中的白細(xì)胞數(shù)及中性粒細(xì)胞數(shù)呈顯著正相關(guān)(r=0.89、0.89,P<0.01),這與羅曼等[15]在COPD大鼠模型中的研究結(jié)果相一致。提示MIP-2通過對中性粒細(xì)胞的特異性趨化作用促進(jìn)中性粒細(xì)胞在肺氣腫大鼠氣管、肺組織中的聚集、活化;說明MIP-2通過作用于中性粒細(xì)胞誘導(dǎo)了氣道炎癥和肺組織損傷,參與了肺氣腫發(fā)病。干預(yù)組肺組織勻漿中MIP-2含量均較模型組減低,這與Minamino等[16]在低氧性肺損傷研究中高表達(dá)HO-1的肺組織MIP-2水平顯著下降結(jié)果相一致,表明血紅素加氧酶-1可通過其抗炎能力減少肺內(nèi)MIP-2生成,從而減輕肺部炎性損傷,起一定的保護(hù)作用。
綜上所述,本實(shí)驗證實(shí)HO-1的抗炎作用,其機(jī)制可能為通過某種途徑減少ICAM-1和MIP-2的產(chǎn)生,進(jìn)而干預(yù)炎癥細(xì)胞的聚集、浸潤、活化,這或許是其減輕肺組織損傷、起到對肺臟的保護(hù)作用機(jī)制之一;但其具體作用機(jī)制尚不清楚,需更進(jìn)一步研究。
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