項冰倩, 何金波, 高 慧, 羅梓垠, 戴雍月△, 王萬鐵△
(1. 溫州醫(yī)科大學缺血/再灌注損傷研究所, 浙江溫州 325035; 2. 十堰市太和醫(yī)院, 湖北十堰 442000)
右美托咪啶對肺缺血/再灌注損傷大鼠促炎介質IL-1β、TNF-α水平的影響及其機制*
項冰倩1, 何金波2, 高 慧1, 羅梓垠1, 戴雍月1△, 王萬鐵1△
(1. 溫州醫(yī)科大學缺血/再灌注損傷研究所, 浙江溫州 325035; 2. 十堰市太和醫(yī)院, 湖北十堰 442000)
目的評價右美托咪啶對大鼠肺缺血/再灌注損傷時促炎介質腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素1β(IL-1β)的影響及機制。方法雄性健康SPF級SD大鼠50只,體重250~310 g,8~12周齡,采用隨機數(shù)字表法分為5組(n=10):假手術組(sham組)、缺血/再灌注損傷組(I/R組)、右美托咪啶組(Dex組)、阿替美唑組(Atip組)、右美托咪啶+阿替美唑組(Dex+Atip組)。采用大鼠在體左側肺門夾閉30 min再灌注2 h制備缺血/再灌注(I/R)模型,Dex組、Atip組、Dex+Atip組分別在肺門阻斷前30 min腹腔注射右美托咪啶(20 μg/kg)、阿替美唑(250 μg/kg)、右美托咪啶(20 μg/kg)和阿替美唑(250 μg/kg),其余處理同I/R組。實驗結束后留取左肺檢測肺濕干重比 (W/D)和肺水含量 (TLW) ;光、電鏡觀察肺組織形態(tài)結構變化;ELISA檢測血漿中IL-1β及TNF-α的水平。結果與sham組相比,其余各組W/D、TLW、IL-1β和TNF-α的水平明顯升高(P<0.05,P<0.01),光、電鏡均顯示肺組織結構出現(xiàn)明顯損傷性變化;與 I/R組、Atip組、Dex+Atip組相比,Dex組W/D、TLW、IL-1β及TNF-α的含量下降(P<0.05,P<0.01),光、電鏡下肺組織損傷減輕;I/R組、Atip組、Dex+Atip組兩兩比較,以上各指標均無統(tǒng)計學差異。結論右美托咪啶通過降低促炎介質IL-1β、TNF-α濃度減輕大鼠肺缺血/再灌注損傷,其機制可能與激動α2-腎上腺素受體有關。
右美托咪啶;缺血/再灌注損傷;促炎介質;IL-1β;TNF-α;大鼠
缺血/再灌注損傷(ischemia/reperfusion injury,I/RI)是指當缺血組織重新獲得血流后,不但不能減輕或恢復組織缺血性損害,反而加重缺血性損傷。隨著肺移植等治療方式在臨床上的大量應用,越來越多的研究發(fā)現(xiàn),盡管移植手術很成功,但臨床上最終治療效果及預后卻不容樂觀,最重要的原因是肺移植術后發(fā)生的肺缺血/再灌注損傷(pulmonary ischemia/reperfusion injury,PI/RI)。有研究表明,肺移植手術過程中發(fā)生缺血/再灌注損傷的幾率高達25%[1],最嚴重的可繼發(fā)急性肺損傷(acute lung injury,ALI)或急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)。PI/RI的病理過程很復雜,具體發(fā)病機制至今不明,研究發(fā)現(xiàn)其與氧自由基的釋放、鈣穩(wěn)態(tài)的失衡以及脂質過氧化、炎性因子的釋放增多有密切相關[2,3]。
腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白介素1β(interleukin 1 beta ,IL-1β)是最常見的促炎細胞因子,也是重要的前炎癥細胞因子。TNF-α是一種主要由巨噬細胞和單核細胞產(chǎn)生的促炎細胞因子,對正常細胞無明顯損傷作用,但能在體內外直接殺死腫瘤細胞或抑制細胞增殖。IL-1β主要由活化的單核巨噬細胞產(chǎn)生,被認為是最經(jīng)典的炎癥調節(jié)劑,是調節(jié)炎癥的始動因素。右美托咪啶是新型α2受體激動藥,具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抑制交感活性等作用。已有研究表明[4-6],右美托咪啶對腦、心、肺缺血/再灌注損傷具有保護作用,但具體作用機制尚未進一步闡明。本研究擬評價右美托咪啶對大鼠PI/RI時促炎介質IL-1β和TNF-α的影響及其機制,為明確其減輕PI/RI的機制提供理論依據(jù)。
1.1 實驗動物
雄性健康SPF級SD大鼠50只,體重250 g~310 g,8~12周齡,由溫州醫(yī)科大學實驗動物中心提供【SYXK(浙)2010-0150】。
1.2 藥品與試劑
20%烏拉坦(生工生物工程股份有限公司,中國);右美托咪啶、阿替美唑(江蘇恒瑞制藥有限公司,中國);BCA試劑盒(碧云天生物技術研究所,中國);IL-1β、TNF-α ELISA試劑盒(上海西唐生物科技有限公司,中國)。
1.3 實驗分組
實驗動物按隨機數(shù)字表法分為5組(n=10):假手術組(sham組)、缺血/再灌注損傷組( I/R組)、右美托咪啶組(Dex組)、阿替美唑(atipamezole,Atip)組(Atip組)、右美托咪啶+阿替美唑組(Dex+Atip組)。Dex組、Atip組、Dex+Atip組分別在手術前30 min腹腔注射右美托咪啶(20 μg/kg)、阿替美唑(250 μg/kg)、右美托咪啶(20 μg/kg)和阿替美唑(250 μg/kg)。實驗結束后留取左肺組織。
1.4 模型制作
依據(jù)文獻采用SD大鼠在體左側肺門夾閉制備I/R模型[7]。20%烏拉坦(7 ml/kg)腹腔注射麻醉,消毒胸頸部皮膚后切開并分離皮下組織和肌肉,暴露氣管T型切開,氣管插管后接呼吸機行機械通氣,呼吸機參數(shù)為:吸呼比為3∶4,呼吸頻率為70次/分,100%氧濃度,潮氣量30 ml/kg。于左胸部3-5肋間處開胸并游離左側肺門,肝素50 U/kg靜脈注射5 min后動脈夾阻斷左肺門30 min,30 min后恢復血流再灌注2 h。實驗結束后采集血樣,留取左肺組織。sham組僅開胸不夾閉肺門,機械通氣150 min;其余4組行左肺門阻斷30 min,再灌注2 h;Dex組、Atip組、Dex+Atip組分別在肺門阻斷前30 min腹腔注射右美托咪啶(20 μg/kg)、特異性α2-腎上腺素受體阻滯劑阿替美唑(250 μg/kg)、右美托咪啶(20 μg/kg)和阿替美唑(250 μg/kg)。
1.5 肺 W/D 和TLW檢測
左肺上葉組織經(jīng)生理鹽水漂洗干凈后用濾紙吸干殘留水分,稱取的重量為濕重( wet weight,W);在干燥箱烘干24 h后稱重,為干重( dry weight,D),肺干濕比(wet weight to dry/weight of lung tissue,W/D)為兩者之比。肺水含量(total lung water content,TLW)的公式為TLW=(W-D)/D 。
1.6光鏡下肺組織形態(tài)學觀察及肺泡損傷定量評估
取左肺下葉約0.5cm3組織若干塊,經(jīng)4%多聚甲醛固定數(shù)天后石蠟包埋切片,HE染色后光鏡下觀察組織學改變。高倍鏡(×400)下每組切片隨機觀察10個視野,計數(shù)每個視野下?lián)p傷肺泡數(shù)及總肺泡數(shù)。肺泡內有滲出液或超過2個肺泡內含紅細胞或白細胞均判為損傷肺泡,肺泡損傷評估指數(shù)(index of quantitative assessment,IQA)為損傷肺泡數(shù)占總肺泡數(shù)百分比。
1.7 掃描電鏡觀察肺組織的變化
再灌注結束后迅速在左肺門處取出肺組織,放置于蠟板上,滴上2.5%戊二醛固定液,用雙刀切割法切取約1 mm3大小若干塊,再浸入裝有2.5%戊二醛固定液的標本瓶內,并放置于4℃冰箱內固定2 h以上,依次經(jīng)1% 鋨酸后固定,1%醋酸鈾塊染,丙酮梯度脫水,環(huán)氧樹脂包埋劑包埋聚合,半薄切片定位肺泡上皮細胞后并超薄切片,醋酸鈾-檸檬酸鉛雙重染色后H-7500透射電鏡下觀察并拍照。
1.8 ELISA檢測TNF-α和IL-1β濃度變化
各組SD大鼠分別于再灌注結束時右心房取血3 ml,待血液凝固后離心3 000 r/min (4℃),15 min,取上清液用BCA試劑盒進行蛋白定量,分別用大鼠TNF-α和IL-1β ELISA試劑盒進行TNF-α和IL-1β濃度檢測。酶標儀檢測OD值并計算總蛋白濃度、TNF-α和IL-1β濃度。IL-1β與總蛋白濃度比為IL-1β的相對濃度,以TNF-α濃度與總蛋白濃度比值表示TNF-α的相對濃度。
1.9 統(tǒng)計學分析
2.1 各組肺T LW和W/D的比較
與sham組相比,其余各組肺組織水腫明顯加重,TLW和W/D值升高明顯(P< 0.05,P<0.01);與I/R、Atip、Dex+Atip組相比, Dex組肺組織水腫改善明顯,TLW、W/D亦有下降, 差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01);Atip組、Dex+Atip組、I/R組兩兩比較,差異無統(tǒng)計學意義(表1)。
GroupW/DTLWIQA(%)Sham1.98±1.950.98±1.951.98±1.95I/R5.09±0.38**4.09±0.38**5.09±0.38**Dex2.88±0.39*##1.88±0.39*##2.88±0.39**##Atip5.36±0.39**ΔΔ4.36±0.39**ΔΔ5.36±0.39**ΔΔDex+Atip5.38±0.39**ΔΔ4.38±0.39**ΔΔ5.38±0.39**ΔΔ
W/D: Wet/Dry weight; TLW: Total lung water content; IQA: Index of quantitative assessment; I/R: Ischemia/reperfusion injury; Dex: Dexmedetomidine; Atip: Atipamezole; Dex+Atip: Dexmedetomidine + Atipamezole
*P<0.05,**P<0.01vssham group;##P<0.01vsI/R group;ΔΔP<0.01vsDex group
2.2光鏡下各組肺組織形態(tài)學和肺泡損傷評估指數(shù)的比較
Sham組肺間質與肺泡完整,無明顯損傷,炎癥細胞無浸潤,IQA較低;I/R組、Atip組、Dex+Atip組肺泡結構紊亂,間質和肺泡壁均出現(xiàn)水腫增厚,肺泡內可見紅細胞漏出或滲出液。三組IQA兩兩比較,差異無統(tǒng)計學意義;與I/R組相比,Dex組肺組織損傷明顯減輕,肺泡結構較完整,肺泡內炎癥細胞減少,水腫減輕,IQA值下降明顯,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01,表1,圖1)。
Fig.1Histological changes of left lung tissues in each group (HE ×400)
A: Sham group; B: Ischemia/reperfusion injury group; C: Dexmedetomidine group; D: Atipamezole group; E: Dexmedetomidine + Atipamezole group
2.3 電鏡下各組肺組織超微結構的比較
Sham組肺泡II型上皮細胞結構基本完整,線粒體嵴清晰可見,板層小體未見異常,微絨毛排列整齊;I/R組肺泡II型上皮細胞結構紊亂,線粒體高度水腫,線粒體嵴消失,板層小體出現(xiàn)嚴重空泡化,微絨毛結構消失,出現(xiàn)核固縮、溶解; Dex組較I/R組肺泡II型上皮細胞損傷減輕,板層小體數(shù)目較多,未見空泡化,線粒體結構相對完整,線粒體嵴清晰,微絨毛結構可見;Atip組和Dex+Atip組肺泡II型上皮細胞結構也出現(xiàn)嚴重損害,線粒體水腫,嵴消失,板層小體減少并空泡化,核碎裂,損傷程度與I/R組相當(圖2)。
Fig.2Ultrastructure changes of left lung tissue in each group(×10 000)
A: Sham group; B: Ischemia/reperfusion injury group; C: Dexmedetomidine group; D: Atipamezole group; E: Dexmedetomidine + Atipamezole group
2.4各組大鼠血漿中TNF-α和IL-1β濃度的比較
與sham組相比,其余4組大鼠血漿中TNF-α和IL-1β的濃度有明顯上升(P< 0.01);Dex組大鼠血漿中TNF-α、IL-1β的濃度與I/R組相比明顯降低(P<0.01),I/R、Atip、Dex+Atip組兩兩比較,差異均無統(tǒng)計學意義;與Dex組相比,Atip、Dex+Atip組血漿TNF-α和IL-1β濃度上升明顯,差異有統(tǒng)計學意義(P< 0.01,表2)。
GroupTNF-αIL-1βSham21.25±5.403.94±3.10I/R63.25±6.13**15.59±1.75**Dex34.25±5.85**##7.28±3.06**##Atip61.50±4.04**△△18.26±6.84**△△Dex+Atip66.75±11.87**△△18.85±3.52**△△
TNF-α: Tumor necrosis factor-α; IL-1β: Interleukin-1β; Sham: Sham group; I/R: Ischemia/ reperfusion injury group; Dex: Dexmedetomidine group; Atip: Atipamezole group; Dex+Atip: Dexmedetomidine + Atipamezole group
**P<0.01vssham group;##P<0.01vsI/R group;△△P<0.01vsDex group
右美托咪啶是高選擇性α2受體激動藥,能夠作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的α2腎上腺素能受體,對中樞α2腎上腺素受體激動的選擇性比美托咪啶更強,與可樂定相比,對α2腎上腺素受體的親和力是其8倍。右美托咪啶主要是作用于藍斑核、脊髓后角突觸前和中間神經(jīng)元突觸后膜的α2腎上腺素能受體,使細胞產(chǎn)生超極化,進而抑制神經(jīng)元的放電,阻斷了疼痛信號向大腦傳導,產(chǎn)生鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、抗焦慮和抑制交感活動的效應,其它作用還包括抗寒戰(zhàn)、止涎和利尿等[8]。同時,右美托咪啶還能激活膽堿能抗炎通路,具有抗炎、器官保護作用[9]。實驗研究結果表明,右美托咪啶做為術中用藥有很好的圍術期器官保護作用,能有效改善術中缺血對器官的損傷[10]。
本實驗結果提示右美托咪啶可減輕大鼠肺缺血/再灌注損傷。在炎癥反應相關檢測中,本實驗選擇了TNF-α和IL-1β作為檢測指標。它們在炎癥反應中被認為是最重要的因子之一[11-13]。除TNF-α外,IL-1家族在免疫炎癥的機制中也起著重要的調節(jié)作用。本實驗結果發(fā)現(xiàn)Dex組血漿中IL-1β與TNF -α的濃度較I/R組有明顯降低,提示右美托咪啶預處理能使炎癥反應減輕,證明右美托咪啶對缺血/再灌注損傷肺的保護作用與其降低促炎介質IL-1β、TNF-α有關,其機制可能是通過抑制TLR4 / NF-κB通路的活化[14-19]。
同時提示右美托咪啶保護再灌注損傷肺作用可能與激動α2-腎上腺素能受體有關。右美托咪啶通過激動突觸前膜α2受體,抑制了去甲腎上腺素的釋放,使突觸后膜的興奮性降低并阻斷了疼痛信號的傳導;通過作用于突觸后膜α2受體,能使交感神經(jīng)的活性顯著抑制,增強迷走神經(jīng)興奮性,減少去甲腎上腺素的釋放,降低血漿中兒茶酚胺的水平,從而引起血壓和心律的降低,降低心肌氧耗,減少手術期間多種刺激;用于聯(lián)合麻醉時能顯著降低其余麻醉藥的用量,同時還能改善血流動力學穩(wěn)定,降低心肌缺血的發(fā)生率,具有心血管保護作用[20]。
綜上所述,炎癥反應在肺缺血/再灌注損傷發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著關鍵的作用,右美托咪啶可通過降低促炎介質IL-1β、TNF-α水平減輕大鼠肺缺血/再灌注損傷,其機制可能與激動α2-腎上腺素能受體有關。右美托咪啶作為新型麻醉藥在臨床上廣泛使用,其對圍手術期的器官保護作用是臨床醫(yī)師的關注熱點。本研究通過右美托咪啶對模型的干預和特異性α2-腎上腺素受體阻滯劑阿替美唑的拮抗,進一步闡述右美托咪啶對再灌注損傷肺發(fā)揮保護作用的機制,為圍術期間麻醉藥的選擇以及新藥的臨床運用開發(fā)提供科學依據(jù)。
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EffectsofDexmedetomidineonthelevelsofproinflammatorymediatorsIL-1βandTNF-αinpulmonaryischemia/reperfusioninjuryratsandthemechanisms
XIANG Bing-qian1, HE Jin-bo2, GAO Hui1, LUO Zi-yin1, DAI Yong-yue1△, WANG Wan-tie1△
(1. Institute of Ischemia/Reperfusion Injury, Wenzhou Medical University, Wenzhou 325035; 2. Shiyan Taihe Hospital, Shiyan 442000, China)
Objective: To evaluate the effects and mechanism of the Dexmedetomidine on the levels of proinflammatory mediators interleukin 1 beta (IL-1β) and tumor necrosis factor-α(TNF-α) in ischemia/reperfusion(I/R)rats.MethodsFifty healthy SPF male SD rats, 250~310 g,8~12 weeks,were randomly divided into five groups(n=10):sham operation group(sham group),I/R group, dexmedetomidine group(Dex group), atipamezole group(Atip group), dexmedetomidine plus atipamezole(Dex+Atip group). The I/R model was established by clipping hilus of left lung for 30 min and then reperfusion for 2 h. Dex group, Atip group and Dex + Atip group were performed by intraperitoneal injection dexmedetomidine(20 μg/kg),atipamezole(250 μg/kg),Dexmedetomidine(20 μg/kg)+atipamezole(250 μg/kg)respectively 30 min in advance before hilus of left lung was clipped, the rest of the process was the same with I/R group. After the experiment the rats were killed and the left lung tissues to determine the lung wet/dry weight(W/D) and total lung water content(TLW); Ultra structure of lung tissues were observed under light microscope and electron microscope; IL-1β and TNF-α levels were determined by using ELISA.ResultsCompared with the sham group, the W/D、TLW、IL-1β and TNF-α in other groups were increased significantly (P<0.05). The structure damages of lung tissues observed under light microscope and electron microscope in other groups were more serious than that of sham group. Compared with I/R、Atip、Dex+Atip group, the levels of W/D、TLW,IL-1β and TNF-α in Dex group were lower (P<0.05), the structure damages of lung tissues observed under light microscopy and electron microscope in Dex group were slighter . There was no significant difference of the above parameters among I/R、Atip、Dex+Atip group.ConclusionDexmedetomidine can alleviate ischemia/reperfusion injury in rat lung through lowering the level of proinflammatory mediators IL-1β and TNF-α,the possible mechanism may be through stimulation of α2adrenaline receptors.
dexmedetomidine; ischemia/reperfusion injury; proinflammatory mediators; IL-1β; TNF-α; rats
R363
A
1000-6834(2017)05-415-05
10.12047/j.cjap.5526.2017.100
浙江省公益技術應用研究項目(2013C33168);浙江省新苗人才計劃項目(2014R413043);溫州市公益性科技計劃項目(20140652)
2016-11-24
2017-06-23
△
Tel: 0577-86689817; E-mail: wwt@wmu.edu.cn