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        濕熱應(yīng)激和習(xí)服對(duì)小鼠氣道黏液分泌的影響*

        2016-09-15 06:57:01賴鵬華單曉梅盧大為李鵬程何寬其
        關(guān)鍵詞:習(xí)服黏液氣候

        賴鵬華,單曉梅,盧大為,李鵬程,何寬其

        濕熱應(yīng)激和習(xí)服對(duì)小鼠氣道黏液分泌的影響*

        賴鵬華△,單曉梅,盧大為,李鵬程,何寬其

        (廈門大學(xué)醫(yī)學(xué)院中醫(yī)系 ,福建廈門361102)

        目的:通過觀察高溫高濕環(huán)境暴露下小鼠氣道黏液分泌相關(guān)蛋白在不同時(shí)間段的變化,探討應(yīng)激和習(xí)服在濕熱環(huán)境中對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的作用。方法:45只BABL/c小鼠隨機(jī)分成5組(n=9):對(duì)照組、濕熱1組、濕熱2組、濕熱3組、濕熱4組。對(duì)照組普通環(huán)境飼養(yǎng),7 d后處死。其余各組置入氣候箱接受濕度(95±5)%,溫度(33± 0.5)℃的高溫高濕刺激,第12小時(shí)處死為濕熱1組,第24小時(shí)處死為濕熱2組,第4天處死為濕熱3組,第7天處死為濕熱4組。免疫組化法檢測(cè)小鼠肺黏蛋白5AC(MUC5AC)、表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)、水通道蛋白1(AQP1)、水通道蛋白5(AQP5)蛋白表達(dá)。結(jié)果:把小鼠置入高溫高濕環(huán)境后,小鼠肺組織在12 h時(shí)AQP5增高,在24 h時(shí)MUC5AC、EGFR的蛋白表達(dá)增高,與正常組比較差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);第7天,MUC5AC蛋白表達(dá)水平顯著低于正常組(P<0.05);其余時(shí)間段,MUC5AC、EGFR、AQP5蛋白表達(dá)均與正常組無明顯差異。AQP1蛋白表達(dá)在濕熱各組均與正常組無差異,與濕熱1組、濕熱2組比較,濕熱3組、濕熱4組表達(dá)則減弱(P<0.05)。結(jié)論:濕熱應(yīng)激可引起小鼠氣道黏液高分泌,持續(xù)處于該環(huán)境則可能產(chǎn)生一系列更復(fù)雜的反應(yīng)。

        濕熱;應(yīng)激;習(xí)服;黏液高分泌;小鼠

        【DOI】10.13459/j.cnki.cjap.2016.03.020

        現(xiàn)代流行病學(xué)顯示,不僅寒冷、干燥與呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率、死亡率密切相關(guān),高溫、潮濕亦影響其發(fā)病率、死亡率。據(jù)報(bào)道流行性感冒在我國(guó)北方流行高峰一般在冬季,南方地區(qū)全年則有2個(gè)峰,分別在12月份和7月份[1]。在泰國(guó),溫暖多雨的南部流感發(fā)生率亦高于北部、中部等地區(qū)[2]。氣道黏液由水、黏蛋白(mucin)、脂類及無機(jī)鹽等組成,具有維持氣道濕化、協(xié)助氣道上皮細(xì)胞功能、預(yù)防感染和清除環(huán)境異物的作用,是呼吸道重要的防御機(jī)制之一。但是研究發(fā)現(xiàn)氣道黏液高分泌(mucus hypersecretion,MH)會(huì)導(dǎo)致氣道黏液粘稠度增高,氣道阻力增加,影響?zhàn)ひ旱那宄?,容易引起病原菌在呼吸道的駐留和增殖,加重感染,是氣道慢性炎性病變的共同特征,與慢性支氣管炎、哮喘、支氣管擴(kuò)張、慢性阻塞性肺疾病等密切相關(guān)[3]。因此,本研究擬通過氣候模擬,觀察比較濕熱環(huán)境應(yīng)激及繼發(fā)習(xí)服對(duì)小鼠氣道黏液分泌的影響,以期探討濕熱應(yīng)激和習(xí)服在濕熱環(huán)境中對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病的作用。

        1 材料與方法

        1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

        健康清潔級(jí)BABL/c小鼠45只,4周齡,體重18 ~20 g,由廈門大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量合格證編號(hào):11400700052964。

        1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

        MUC-5AC抗體(ABCAM公司,批號(hào):ab3649)、EGFR抗體(ABCAM公司,批號(hào):ab2430)、AQP1抗體(ABCAM公司,批號(hào):ab15080)、AQP5抗體(ABCAM公司,批號(hào):ab104751),人工氣候箱(寧波賽福儀器有限公司,PRX-1000B),恒溫培養(yǎng)箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司,GNP-9080),顯微鏡(奧林巴斯CX41)、轉(zhuǎn)輪式切片機(jī)(徠卡RM2016)。

        1.3 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組及造模方法

        將45只小鼠普通環(huán)境下(溫度22℃~24℃,相對(duì)濕度65%)適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后按隨機(jī)數(shù)字表法分成5組(n=9):對(duì)照組、濕熱1組、濕熱2組、濕熱3組、濕熱4組。每組小鼠單籠飼養(yǎng)。對(duì)照組繼續(xù)室溫下飼養(yǎng),第7天處死。其余4組小鼠均置于人工氣候箱接受高溫高濕刺激,人工氣候箱設(shè)置為濕度(95±5)%,溫度(33±0.5)℃。置入氣候箱后第12小時(shí)處死濕熱1組,第24小時(shí)處死濕熱2組,第4天處死濕熱3組,第7天處死濕熱4組。

        1.4 標(biāo)本采集及預(yù)處理

        采用急性大失血法處死小鼠后迅速開胸,取右肺中葉用生理鹽水清洗后浸入10%中性甲醛中固定24 h,脫水、包埋制成蠟塊、切片。

        1.5 免疫組化法檢測(cè)小鼠肺組織 MUC5AC、EGFR、AQP1、AQP5蛋白表達(dá)

        采用過氧化物酶標(biāo)記的鏈酶卵白素(SP)染色法,切片經(jīng)常規(guī)脫蠟、水化后,用3%過氧化氫除去內(nèi)源性的過氧化氫酶,檸檬酸緩沖液,高壓修復(fù)3 min,10%血清37℃封閉0.5 h。余步驟按試劑說明書進(jìn)行,并用Image Pro Plus 6.0圖像系統(tǒng)分別計(jì)量黏蛋白5AC(mucin 5AC,MUC5AC)、表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)、水通道蛋白1(aquaporin 1,AQP1)、AQP5蛋白陽性表達(dá)(棕黃色)的累積光密度(integrated optical density,IOD),每張切片隨機(jī)選取5個(gè)不連續(xù)視野(×400),取平均值。

        1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

        2 結(jié)果

        2.1 肺組織MUC5AC的蛋白表達(dá)水平

        與對(duì)照組比較,置入氣候箱后第24小時(shí),即濕熱2組小鼠肺組織MUC5AC蛋白表達(dá)明顯增強(qiáng)(P <0.05),第7天,即濕熱4組表達(dá)減弱(P<0.05),第12小時(shí)和第4天,即濕熱1組和濕熱3組則無明顯變化。與第24小時(shí)比較,對(duì)照組和其余時(shí)間段表達(dá)均減弱(P<0.05,表1,圖1)。結(jié)果表明在置入濕熱環(huán)境初期氣道黏蛋白分泌增加,在24 h達(dá)高峰,隨后逐漸恢復(fù)正常,到第7 d甚至出現(xiàn)黏蛋白分泌減少現(xiàn)象。

        Fig.1 Immunohistochemistry analysisofMUC5AC protein expression in lungs ofmice(DAB×400)

        2.2 肺組織EGFR的蛋白表達(dá)水平

        與對(duì)照組比較,置入氣候箱后第24小時(shí),即濕熱2組小鼠肺組織EGFR蛋白表達(dá)增強(qiáng)(P<0.05,表1,圖2),其余3組則表達(dá)無明顯增強(qiáng)。與第24小時(shí)比較,第4天、第7天,即濕熱3組、濕熱4組表達(dá)均減弱(P<0.05)。結(jié)果表明在置入濕熱環(huán)境初期,EGFR變化與MUC5AC變化趨勢(shì)一致,即第24小時(shí)變化最明顯。

        Fig.2 Immunohistochemistry analysis of EGFR protein expression in lungs ofmice(DAB×400)EGFR:Epidermal growth factor recepter

        2.3 肺組織AQP1的蛋白表達(dá)水平

        與對(duì)照組比較,置入氣候箱高溫高濕刺激小鼠肺組織AQP1蛋白表達(dá)變化均不顯著。與第12小時(shí),即濕熱1組比較,第4天、第7天,即濕熱3組、濕熱4組表達(dá)減弱(P<0.05)。與第24小時(shí)比較,第7天表達(dá)亦減弱(P<0.05,表1,圖3)。結(jié)果提示,在置入濕熱環(huán)境后7天內(nèi)AQP1變化不顯著。

        Fig.3 Immunohistochemistry analysis of AQP1 protein expression in lungsofmice(DAB×400)AQP1:Aguaporin 1

        2.4 肺組織AQP5的蛋白表達(dá)水平

        與對(duì)照組比較,置入氣候箱后第12小時(shí),即濕熱1組AQP5增強(qiáng)(P<0.05,表1,圖4);其余時(shí)間段則表達(dá)無明顯變化。與第12小時(shí)比較,第24小時(shí)、第4天、第7天AQP5表達(dá)均減弱(P<0.05)。結(jié)果顯示AQP5在置入濕熱環(huán)境初期,即第12小時(shí)變化最明顯,可能因其負(fù)性調(diào)節(jié)作用,MUC5AC在此時(shí)變化不明顯。

        Fig.4 Immunohistochemistry analysis of AQP5 protein expression in lungsofmice(DAB×400)AQP5:Aguaporin 5

        Tab.1 Comparision ofMUC5AC,EGFR,AQP1,AQP5 protein expression in different times

        3 討論

        黏蛋白只占?xì)獾鲤ひ嚎偭康?%,但卻是決定氣道黏液彈性、粘性最主要的成分。MUC5AC則為最主要的分泌型蛋白,在氣道上皮的杯狀細(xì)胞中高度表達(dá),也是病理性增加的主要黏蛋白表型[4]。表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)與其配體TGF-α結(jié)合后,可使受體同源或異源二聚化或寡聚化,激活其酪氨酸激酶 ,使下游信號(hào)分子酪氨酸位點(diǎn)發(fā)生磷酸化[5],進(jìn)一步促發(fā)一系列生物學(xué)效應(yīng)。研究表明,EGFR的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑在黏蛋白合成過程中起到主要的調(diào)節(jié)作用 ,香煙煙霧[6]、過敏原[7]、氧化應(yīng)激[8]、細(xì)胞因子[9]等能通過磷酸化的EGFR將細(xì)胞外信號(hào)傳到下游信號(hào)分子,啟動(dòng)MUC5AC轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致黏蛋白合成、分泌增加。EGFR酪氨酸激酶抑制劑則能阻斷EGFR配體的誘導(dǎo)作用,從而阻斷大鼠氣道上皮MUC5AC分泌增加和杯狀細(xì)胞增生[10]。水通道蛋白(AQP)是小分子跨膜蛋白,主要參與滲透壓驅(qū)動(dòng)下水的轉(zhuǎn)運(yùn),有時(shí)也轉(zhuǎn)運(yùn)小分子甘油。AQP1在整個(gè)肺血管網(wǎng)的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞膜高表達(dá),AQP5在肺泡I型細(xì)胞和支氣管粘膜下腺中漿液腺泡上皮細(xì)胞的頂質(zhì)膜高表達(dá)。AQP5還是引起氣道高反應(yīng)的目標(biāo)基因之一[11]。一系列研究顯示AQP1、AQP5表達(dá)與MUC5AC表達(dá)呈負(fù)相關(guān),如陳智鴻等[12]研究顯示,在卵白蛋白致敏后,MUC5AC在AQP5敲除鼠中表達(dá)比野生型小鼠更豐富。熊本強(qiáng)等[13]實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示隨著臭氧應(yīng)激的氣道高反應(yīng)大鼠肺組織AQP1 mRNA和蛋白水平表達(dá)的下降,黏液分泌量明顯增多,MUC5AC的表達(dá)也增多。

        應(yīng)激是機(jī)體對(duì)外界或者內(nèi)部的各種異常刺激(創(chuàng)傷、環(huán)境溫度劇烈變化、饑餓疲勞等)所產(chǎn)生的非特異性應(yīng)答反應(yīng)的總和[14],應(yīng)激原的作用過度強(qiáng)烈將導(dǎo)致機(jī)體正常穩(wěn)態(tài)被破壞、疾病的發(fā)生,甚至生命的終結(jié)。習(xí)服,又稱“服習(xí)”,指本來對(duì)某種氣候不適應(yīng)的動(dòng)物,因反復(fù)或較長(zhǎng)期處于該動(dòng)物生理所能忍受的氣候環(huán)境中,逐漸引起生理機(jī)能的變化,使原來因氣候應(yīng)激失常的生理指標(biāo)和生產(chǎn)性能,逐漸趨于正常或有所恢復(fù),而能習(xí)慣于這種氣候環(huán)境[15]。大量流行病學(xué)資料和實(shí)驗(yàn)表明:應(yīng)激容易引起感染[16]、消化道潰瘍[17]、心血管?。?8]、精神?。?9]等。而通過持續(xù)暴露于不良環(huán)境的習(xí)服訓(xùn)練則有助于應(yīng)對(duì)環(huán)境變化所帶來的不良反應(yīng),目前此研究被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、國(guó)防醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。如濕熱環(huán)境下體能習(xí)服訓(xùn)練能夠顯著增強(qiáng)心血管功能和肌肉運(yùn)動(dòng)能力[20]。機(jī)體產(chǎn)生習(xí)服的時(shí)間各異,與所接觸應(yīng)激原的程度和時(shí)間相關(guān),邱仞之等觀察結(jié)果顯示在高溫高濕環(huán)境下第7~14天可達(dá)習(xí)服狀態(tài)[21-23],故本研究以7 d為觀察時(shí)間。

        本實(shí)驗(yàn)結(jié)果示高溫高濕環(huán)境應(yīng)激早期,AQP5作為氣道高反應(yīng)的易感基因之一,積極反應(yīng),分泌增加,應(yīng)對(duì)環(huán)境驟變可能帶來的黏液高分泌,但高溫高濕環(huán)境持續(xù)存在,應(yīng)激過于強(qiáng)烈導(dǎo)致小鼠肺組織EGFR蛋白表達(dá)水平上調(diào),從而誘導(dǎo)MUC5AC表達(dá)隨之上調(diào),黏液分泌增加。置于濕熱環(huán)境24 h后,MUC5AC、EGFR、AQP5的蛋白表達(dá)水平均逐漸下降,提示持續(xù)置于高溫高濕環(huán)境,健康小鼠能迅速適應(yīng),產(chǎn)生習(xí)服,各項(xiàng)指標(biāo)逐漸恢復(fù)正常。但習(xí)服只能短暫緩解應(yīng)激帶來的劇烈變化,若長(zhǎng)期處于惡劣環(huán)境而無任何干預(yù)措施,機(jī)體可能產(chǎn)生一系列更為復(fù)雜的病理反應(yīng),而非單純良性反應(yīng)。如本研究所示小鼠置于濕熱環(huán)境后第7天MUC5AC蛋白表達(dá)水平下降至低于正常水平,提示黏液逐漸有分泌不足的趨勢(shì),這與季麗萍等[24]研究顯示小鼠在45℃高溫環(huán)境的耐熱時(shí)間有隨習(xí)服天數(shù)的增加而減少的趨勢(shì)相似。

        綜上所述,濕熱刺激能使健康小鼠產(chǎn)生急性應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致氣道粘液分泌增加,其機(jī)理可能與EGFR對(duì)MUC5AC的誘導(dǎo)作用、AQP5對(duì)MUC5AC的負(fù)性調(diào)節(jié)相關(guān)。若持續(xù)置于濕熱環(huán)境,小鼠能迅速產(chǎn)生習(xí)服,氣道黏液分泌降至正常。但若習(xí)服時(shí)間過長(zhǎng),則可能出現(xiàn)糾枉過正現(xiàn)象,其具體機(jī)理和意義尚待進(jìn)一步研究。

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        Influence of hot-hum id stress and acclimation on airway mucus production in lungs ofmice

        LAIPeng-hua△,SHAN Xiao-mei,LU Da-wei,LIPeng-cheng,HE Kuan-qi
        (Department of Medical College,Xiamen University,Xiamen 361102,China)

        【ABSTRACT】Objective:To study the change of airwaymucus secretion under a high temperature and humidity environment,and explore the effects of hot-humid stress and acclimation on themorbidity andmortality of respiratory disease.Methods:Forty-five BABL/cmicewere random ly divided into five groups:normalgroup,hot-humid group I,hot-humid group II,hot-humid group III,hot-humid group IV,with 9 mice in each group.Mice in normal group were continuously placed in the common environment and sacrificed after 7 days.Mice in other groupswere housed in a temperature-and-humidity-controlled environment(33℃±0.5℃,95%±5%).Mice in hot-humid group I,hot-humid group II,hot-humid group IIIand hot-humid group IVwere sacrificed after 12 hours,24 hours,4 days,7 days respectively.The protein expression ofmucin 5AC(MUC5AC)、epidermal growth factor receptor(EGFR)、aquaporin 1(AQP1)and aquaporin 5(AQP5)in lung were tested by immunohistochemisty.Results:After housed in a high temperature and humidity environment,immunohistochemisty revealed a significant increase of AQP5 12 h later,MUC5AC and EGFR 24 h later,comparedwith normalgroup(P<0.05).Therewas a significant decreaseof MUC5AC 7 d later,compared with normalgroup(P<0.05).Therewas no significant difference in MUC5AC,EGFR and AQP5 expression among allgroupsatother time points.Therewasno differenceof AQP1 in humid heatgroups,comparedwith normalgroup,buta significantdecrease in humid heat IIIand IV groups,comparedwith humid heat Iand IIgroups.Conclusion:These findings indicate thathot-humid stress inducesmucus hypersecretion in airways,whichmay be related to theup-regulation of EGFR and down-regulation of AQP5 inMUC5AC.Although acclimationmitigates above-mentioned response,a series ofmore complex responsesmay be induced if still in the hot-humid environment.

        hot-humid; stress; acclimation; mucus heypersecretion

        R188.8

        A

        1000-6834(2016)03-266-04

        福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013J05123)

        2015-11-30

        2016-02-01

        Tel:0592-2183069;E-mail:drlph@163.com

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