楊文超,高鐵嬰,胡 婕,李瑞生,趙佳佳,周京江,宋 青
1解放軍總醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科,北京 100853;2解放軍第302醫(yī)院 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心,北京 100039
熱打擊對(duì)大鼠肺組織血管內(nèi)皮生長因子A的影響
楊文超1,高鐵嬰1,胡 婕1,李瑞生2,趙佳佳1,周京江1,宋 青1
1解放軍總醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科,北京 100853;2解放軍第302醫(yī)院 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心,北京 100039
目的研究熱打擊對(duì)大鼠肺組織血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGF-A)及相關(guān)細(xì)胞因子的影響。方法雄性SD大鼠30只,隨機(jī)分為空白對(duì)照組(n=10),熱打擊+恢復(fù)15 min組(n=10),熱打擊+恢復(fù)3 h組(n=10)。熱打擊組大鼠麻醉后置于高溫高濕模擬環(huán)境中,肛溫達(dá)到42℃后置于室溫分別恢復(fù)15 min及3 h。酶聯(lián)免疫法(Elisa)測(cè)各組大鼠肺組織勻漿VEGF-A及相關(guān)細(xì)胞因子水平。結(jié)果熱打擊+恢復(fù)15 min組VEGF-A、轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor beta1,TGF-β1)水平較空白對(duì)照組顯著升高,熱打擊+恢復(fù)3 h組VEGF-A、TGF-β1水平較空白對(duì)照組顯著降低,且VEGF-A水平與TGF-β1水平呈直線回歸關(guān)系。熱打擊+恢復(fù)3 h組促炎細(xì)胞因子TNF-α水平略高于熱打擊+恢復(fù)15 min組和空白對(duì)照組。3組大鼠促炎細(xì)胞因子IL-6水平差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論熱打擊早期大鼠肺組織VEGF-A水平短暫升高后,下降至正常水平以下,可能成為熱打擊后大鼠急性肺損傷發(fā)病初始階段的重要環(huán)節(jié),且該變化可能僅與熱直接損傷有關(guān)。
熱打擊;肺;血管內(nèi)皮生長因子A
熱射病是機(jī)體暴露在高溫、高濕環(huán)境中,核心體溫迅速升高伴中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀為特征的致命性急癥,發(fā)病后迅速出現(xiàn)全身炎性反應(yīng)綜合征及多器官功能衰竭,病情重、病死率高[1-3]。臨床上,75%熱射病患者出現(xiàn)多器官功能障礙,其中呼吸窘迫綜合征極為常見,為發(fā)病后熱直接損傷和急性炎性損傷所致[4]。在熱射病死亡病例中,14%的患者伴有呼吸衰竭[5]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明,熱打擊后肺組織出現(xiàn)急性炎癥反應(yīng)、肺間質(zhì)水腫和出血[4,6-8]。血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGF-A)通過增加血管通透性,促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、血管生成、血管新生,防止細(xì)胞凋亡,募集單核細(xì)胞等過程調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能,在急性肺損傷/急性呼吸窘迫綜合征前期肺水腫及后期組織修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用,其表達(dá)和功能與病程進(jìn)展、上皮細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞損傷程度有關(guān)。轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor beta1,TGF-β1)、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factoralpha,TNF-α)、白細(xì)胞介素6(inter-leukin-6,IL-6)參與并上調(diào)肺組織VEGF-A表達(dá)[9]。熱射病多為散發(fā)病例,發(fā)病率較低,大樣本臨床研究較困難,因此多應(yīng)用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。此外,熱射病急性肺損傷過程中關(guān)于VEGF-A的研究國內(nèi)外尚屬空白。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了本實(shí)驗(yàn),旨在通過研究熱打擊后大鼠肺組織VEGF-A及相關(guān)細(xì)胞因子的變化,初步探討VEGF-A在熱射病早期急性肺損傷中的作用。
1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象 健康雄性Sprague-Dwley大鼠30只,12 ~ 14周齡,體質(zhì)量(205±25) g,SPF級(jí),由解放軍第302醫(yī)院提供,分籠適應(yīng)性飼養(yǎng)3 d(使用動(dòng)物合格證書編號(hào)為軍動(dòng)管字第2014022191號(hào)),溫度(23±1)℃,濕度(40±5)%,燈光照明,12 h晝夜節(jié)律變化。實(shí)驗(yàn)過程中遵守實(shí)驗(yàn)動(dòng)物倫理原則,關(guān)注動(dòng)物福利,愛護(hù)動(dòng)物,盡可能減少對(duì)動(dòng)物的損害。
2 主要儀器和試劑 自制環(huán)境模擬艙,動(dòng)物肛溫表,定時(shí)秒表,離心機(jī),電動(dòng)勻漿器,EP管。PBS液,苯甲基磺酰氟(phenylmethylsulfonyl fluoride,PMSF),BCA蛋白定量試劑盒(碧云天生物技術(shù)有限公司),ELISA檢測(cè)試劑盒(欣博盛生物科技有限公司):VEGF-A(ERC103.96),TGF-β1(ERC107b.96),TNF-α(ERC102a.96),IL-6(ERC003.96)。
3 實(shí)驗(yàn)分組與熱打擊模型建立 實(shí)驗(yàn)前12 h禁食不禁水。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物按隨機(jī)數(shù)字表法隨機(jī)分為空白對(duì)照組(n=10)和熱打擊組(n=20)??瞻讓?duì)照組始終置于室溫環(huán)境[溫度(23±1)℃,濕度(40±5)%]中。熱打擊組10%水合氯醛2 ml/kg腹腔麻醉后,置于溫度(37.5±0.5)℃、濕度(65±5)%的模擬環(huán)境中,監(jiān)測(cè)核心體溫至達(dá)到42℃后,將熱打擊組隨機(jī)分為2組,分別為熱打擊+恢復(fù)15 min組(n=10)、熱打擊+恢復(fù)3 h組(n=10)[10-12]。熱打擊組核心體溫達(dá)到42℃時(shí)轉(zhuǎn)移至室溫環(huán)境中恢復(fù),并在相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)處死動(dòng)物??瞻讓?duì)照組10%水合氯醛2 ml/kg腹腔麻醉后測(cè)核心體溫處死。
4 核心體溫監(jiān)測(cè) 使用動(dòng)物肛溫表測(cè)量肛溫作為核心體溫,記為Tc(℃)。Tc<41℃時(shí),每15 min測(cè)量1次;Tc>41℃時(shí),每5 min測(cè)量1次,直至造模成功,并記錄造模時(shí)間(min)。
5 肺組織VEGF-A及相關(guān)細(xì)胞因子檢測(cè)各組大鼠均在10%水合氯醛麻醉下頸動(dòng)脈取血處死。剪取適量右肺下葉同一區(qū)域組織置于2 ml EP管中,加入500 μl遇冷PBS,加入終濃度為1 mmol/L的PMSF,電動(dòng)勻漿器勻漿10 s×3次,冰上放置20 min。4℃,15 000 r/m離心20 min。離心后,收集上清液,BCA蛋白定量測(cè)定各個(gè)樣本的蛋白濃度,用PBS將各個(gè)樣本的蛋白調(diào)整為蛋白濃度一致(5 mg/ml),Elisa檢測(cè)VEGF-A、TGF-β1、TNF-α、IL-6濃度。
6 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS13.0進(jìn)行分析。計(jì)量資料以-x±s表示,采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)的方差分析,SNK-q檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。Pearson相關(guān)描述兩變量相關(guān)關(guān)系并做直線回歸分析。兩組樣本均數(shù)比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
1 一般情況 各組大鼠體質(zhì)量、造模前體溫、造模成功體溫、造模時(shí)間差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表1。
2 熱打擊對(duì)肺組織VEGF-A的影響 熱打擊+恢復(fù)15 min組VEGF-A水平顯著高于空白對(duì)照組(P<0.05),熱打擊+恢復(fù)3 h組VEGF-A水平顯著低于空白對(duì)照組(P<0.05),熱打擊+恢復(fù)3 h組VEGF-A水平顯著低于熱打擊+恢復(fù)15 min組(P<0.05)。見表2。
3 熱打擊對(duì)肺組織TGF-β1、TNF-α、IL-6的影響 熱打擊+恢復(fù)15 min組TGF-β1水平顯著高于空白對(duì)照組(P<0.05),熱打擊+恢復(fù)3 h組TGF-β1水平顯著低于空白對(duì)照組(P<0.05),熱打擊+恢復(fù)3 h組TGF-β1水平顯著低于熱打擊+恢復(fù)15 min組(P<0.05)。熱打擊+恢復(fù)3 h組TNF-α水平略高于熱打擊+恢復(fù)15 min組和空白對(duì)照組(P<0.05,P<0.05),但熱打擊+恢復(fù)15 min組TNF-α水平與空白對(duì)照組相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。3組大鼠IL-6水平差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表2。
表1 各組大鼠體質(zhì)量、核心體溫、造模時(shí)間比較Tab. 1 Weight, Tc and time of HS in each group?
HS: heat stress; Tc: core temperature
表2 熱打擊對(duì)肺組織VEGF-A及相關(guān)細(xì)胞因子的影響Tab. 2 Effect of heat stress on VEGF-A and related molecules?
aP<0.05 vs non-HS group;bP<0.05 vs HS + 15 min group
4 相關(guān)性分析 VEGF-A水平與TGF-β1水平呈直線回歸關(guān)系(r=0.963,P=0.000;見圖1),VEGF-A水平與TNF-α、IL-6水平無相關(guān)關(guān)系。
圖 1 VEGF-A與TGF-β1直線相關(guān)及直線回歸分析Fig. 1 Linear correlation and linear regression analysis of VEGF-A and TGF-β1 a: intercept; b: coefficient of regression; r: correlation coeff i cient
VEGF-A是血管內(nèi)皮生長因子蛋白家族的一員,與血管內(nèi)皮細(xì)胞膜結(jié)合受體(VEGFR-1和VEGFR-2)結(jié)合調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能[13-14]。原位雜交表明,人和動(dòng)物肺組織VEGF-A主要來源為Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞[15]。急性炎癥時(shí),巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞也成為肺內(nèi)VEGF-A的重要來源[15]。TGF-β1廣泛表達(dá)于氣道上皮細(xì)胞,強(qiáng)烈刺激非內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)和釋放VEGF-A[16]。本實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),熱打擊后15 min大鼠肺組織VEGF-A、TGF-β1水平較空白對(duì)照組顯著升高,且二者呈強(qiáng)烈直線相關(guān)關(guān)系(r=0.963,P=0.000),該結(jié)果提示熱打擊15 min即出現(xiàn)氣道上皮細(xì)胞動(dòng)員分泌TGF-β1增加,刺激Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞和肺間質(zhì)細(xì)胞分泌VEGF-A。
TNF-α是炎癥反應(yīng)過程中最早出現(xiàn)且最重要的多功能炎癥因子之一,主要由活化的單核-巨噬細(xì)胞產(chǎn)生[17]。肺泡巨噬細(xì)胞(alveolar macrophage,AM)是構(gòu)成肺部防御病原微生物和其他損傷因素的第一道防線。然而AM的功能與其他部位的巨噬細(xì)胞存在一定差異:一方面,AM具有更強(qiáng)的吞噬異物的能力,增加了多效性細(xì)胞因子TNF-α、活性氧簇、活性氮的產(chǎn)生;另一方面,它們減少了促炎細(xì)胞因子IL-6的釋放,本實(shí)驗(yàn)中IL-6始終未出現(xiàn)明顯變化可能與此有關(guān)[18]。雖然TNF-α在肺急性炎癥時(shí)可上調(diào)VEGF-A水平,但熱打擊后15 min其水平較空白對(duì)照組無明顯差異,且與VEGF-A水平無相關(guān)關(guān)系,提示熱打擊早期肺內(nèi)尚未出現(xiàn)TNF-α大量分泌與廣泛浸潤[9]。由上可推測(cè),熱打擊后15 min肺VEGF-A水平升高僅與TGF-β1的調(diào)節(jié)有關(guān),而與促炎因子TNF-α、IL-6關(guān)系甚微,進(jìn)一步可知,該階段肺內(nèi)促炎反應(yīng)可能尚未啟動(dòng),仍需進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
Maitre等[19]觀察感染致急性肺損傷大鼠模型,在急性肺損傷初始階段(4 h),肺組織VEGF-A水平較空白對(duì)照組降低。我們也觀察到,熱打擊后3 h,大鼠肺組織TGF-β1、VEGF-A水平較空白對(duì)照組顯著降低,二者呈強(qiáng)烈直線相關(guān)(r=0.963,P=0.000)。在熱打擊3 h時(shí),VEGF-A水平的減少可能有以下兩個(gè)原因:一是熱直接損傷Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞、肺間質(zhì)細(xì)胞和(或)氣道上皮細(xì)胞導(dǎo)致TGF-β1、VEGF-A生成減少;二是細(xì)胞熱應(yīng)激后分泌TGF-β1、VEGF-A功能受到抑制,具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。同時(shí)在該階段,IL-6水平無明顯變化,TNF-α輕微升高,提示該階段肺內(nèi)仍未出現(xiàn)明顯的促炎反應(yīng),而TNF-α輕微升高可能與肺泡巨噬細(xì)胞開始活化有關(guān)。
目前認(rèn)為,急性肺損傷早期,TGF-β1、TNF-α、IL-6等誘導(dǎo)VEGF-A表達(dá)和分泌增加,后者作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞,增大血管通透性,促成肺水腫。隨著肺水腫進(jìn)一步發(fā)展,肺泡上皮層廣泛損傷,VEGF-A水平下降;此外,細(xì)菌和病毒感染、酸吸入、高濃度氧吸入等原發(fā)因素均可直接損傷肺組織結(jié)構(gòu),導(dǎo)致VEGF-A表達(dá)減少。急性肺損傷恢復(fù)階段,肺泡上皮細(xì)胞修復(fù),VEGF-A分泌增加,并通過其相應(yīng)受體參與血管新生,成為肺組織修復(fù)的重要組成部分[9]。臨床上,急性呼吸窘迫征患者支氣管肺泡灌洗液中VEGF-A減少,且在病情進(jìn)展過程中,上皮表面襯液VEGF-A增加的患者預(yù)后較好[20-24]。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)熱打擊早期VEGF-A短暫升高后,顯著下降至正常水平以下的結(jié)果可以推測(cè),早期肺VEGF-A水平的變化可能成為影響熱射病患者預(yù)后的因素之一。我們還觀察到,熱打擊后VEGF-A與由氣道上皮細(xì)胞分泌的TGF-β1變化同步,而與促炎因子TNF-α、IL-6關(guān)系甚微,由此推斷熱打擊早期VEGF-A水平的變化可能僅與原位分泌及熱直接損傷上皮細(xì)胞有關(guān),而與肺內(nèi)促炎反應(yīng)無關(guān),這與Leon等[25]觀察到熱打擊恢復(fù)期3 h開始出現(xiàn)血漿促炎細(xì)胞因子濃度升高的病生過程相吻合。
本實(shí)驗(yàn)首次將VEGF-A引入熱射病急性肺組織損傷研究領(lǐng)域,初步探討了熱射病早期VEGF-A及相關(guān)細(xì)胞因子在肺組織內(nèi)的變化。但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并不能完全代替臨床實(shí)際情況,且VEGF-A及相關(guān)細(xì)胞因子變化與組織結(jié)構(gòu)、器官功能變化之間的關(guān)系尚須進(jìn)行更深入的研究。
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Heat stress on vascular endothelial growth factor A in lungs of rats
YANG Wenchao1, GAO Tieying1, HU Jie1, LI Ruisheng2, ZHAO Jiajia1, ZHOU Jingjiang1, SONG Qing11Department of Critical Care Medicine, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China;2Laboratory Animal Center, 302 Military Hospital of China, Beijing 100039, China
SONG Qing. Email: songqing3010301@sina.com
Objective To investigate the effect of heat stress on vascular endothelial growth factor A and related molecules in lungs of rats. Methods Thirty male SD rats were randomly divided into three groups: non-HS group (n=10), HS + 15-minute-recovery group (n=10) and HS + 3-hour-recovery group (n=10).Two heated groups of animals were put in a folded heating pad with general anesthesia. Once their core temperature (Tc) elevated to 42℃, the heated animals were allowed to recover at a room temperature for 15 min and 3 h. Levels of vascular endothelial growth factor A (VEGF-A) and related molecules of the lung homogenate were detected by enzyme-linked immunosorbent assay. Results Compared with the non-HS group, the levels of VEGF-A and transforming growth factor beta1 (TGF-β1) increased significantly in the HS + 15-minute-recovery group, while decreased noticeably in the HS + 3-hour-recovery group. The level of pre-inf l amatory cytokine TNF-α slightly increased in the HS + 3-hour-recovery group. However, no signif i cant difference of the pre-inf l amatory cytokine IL-6 was found among the three groups. Conclusion The level of VEGF-A which may be only affected by heat injury in the early stage of heat stress decreases below the normal level after a transient elevation, and it plays a crucial role in the development of acute lung injury (ALI) in rats under heat stress.
heat stress; lung; vascular endothelial growth factor A
R 563
A
2095-5227(2015)02-0151-04
10.3969/j.issn.2095-5227.2015.02.016
時(shí)間:2014-09-12 11:35
http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20140912.1135.005.html
2014-07-30
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81050005)
Supported by the National Natural Science Foundation of China(81050005)
楊文超,女,在讀碩士。研究方向:重癥醫(yī)學(xué)。Email: wenchao66397@163.com
宋青,女,主任醫(yī)師,博士生導(dǎo)師。Email: songqing301 0301@sina.com