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        高良姜素對(duì)反復(fù)呼吸道感染小鼠肺功能的影響

        2023-01-16 13:42:38陳志鑫范暖東申廣生卜凡丹
        西北藥學(xué)雜志 2023年1期
        關(guān)鍵詞:洗液空白對(duì)照肺泡

        陳志鑫,范暖東,申廣生,卜凡丹

        1.南陽市中心醫(yī)院,南陽 473000;2.南陽市中醫(yī)院,南陽 473000

        反復(fù)呼吸道感染(recurrent respiratory tract infection,RRTI)為兒科常見疾病,病因復(fù)雜,部分患兒病情遷延不愈,甚至誘發(fā)肺部較重的炎癥反應(yīng),嚴(yán)重影響患兒的身心健康[1-2]。高良姜素(galangin,Ga)為蜂膠及中藥高良姜中一種重要的黃酮醇類化合物,具有抗炎、抗過敏和清除自由基的藥理學(xué)活性[3]。高良姜素可通過阻斷組胺及多種炎癥介質(zhì)的表達(dá)緩解肥大細(xì)胞源性過敏性炎癥,并且能夠有效抑制臭氧所致慢性阻塞性肺病小鼠、白蛋白誘導(dǎo)所致過敏性哮喘小鼠的氣道炎癥,緩解呼吸道癥狀[4-5]。研究顯示,反復(fù)呼吸道感染引起的炎癥反應(yīng)與核因子-κB(nuclear factor-κB, NF-κB)/干擾素調(diào)節(jié)因子3(interferon regulatory factor 3,IRF3)通路介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)途徑有關(guān)[6],為此本研究探討高良姜素對(duì)RRTI模型小鼠肺功能及NF-κB/IRF-3通路的影響,以期闡明其抗氣道炎癥作用的具體機(jī)制,為臨床治療RRTI提供依據(jù)。

        1 儀器與材料

        1.1 儀器

        BL-420F型生物機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(日本奧林巴斯公司);SW1022-ProfiBlot 48 型全自動(dòng)蛋白印跡分析儀(Bioneer公司);IX73型倒置熒光顯微鏡(日本奧林巴斯光學(xué)有限公司)。

        1.2 試藥

        高良姜素(Ga,美國Sigma公司);注射用氫化可的松琥珀酸鈉(規(guī)格:10 mg,天津生物化學(xué)制藥有限公司);水合氯醛,白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β),白細(xì)胞介素-4(interleukin-4,IL-4)及腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)檢測(cè)試劑盒均購自武漢EIAab公司;NF-κB p65、p-NF-κB p65、IRF3、p-IRF3一抗及GAPDH抗體均購自美國Abbiotec公司。

        1.3 動(dòng)物

        SPF級(jí)雄性BALB/c小鼠40只,3周齡,體質(zhì)量為12~16 g,購自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司。動(dòng)物合格證號(hào): 202010107。動(dòng)物許可證號(hào):SCXK(京)2020-2-008。

        2 方法

        2.1 RRTI小鼠模型的建立及分組

        將40只雄性BALB/c小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,隨機(jī)分為4組:空白對(duì)照組、RRTI模型組、Ga低劑量組、Ga高劑量組,每組10只,全部操作經(jīng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理委員會(huì)批準(zhǔn)。除空白對(duì)照組外,其余3組參考文獻(xiàn)的方法[7]均采用疲勞結(jié)合飲食失節(jié)加煙熏法建立RRTI小鼠模型:連續(xù)30 d,每日將小鼠放于深15 cm,水溫25 ℃的水池中游泳,當(dāng)小鼠口鼻浸入水中表明其已達(dá)耐力極限時(shí)停止游泳;實(shí)驗(yàn)期間,單日給小鼠喂食白菜,每只15 g;雙日用10 mL·kg-1豬油脂灌胃,交叉喂養(yǎng),自由飲水和食用飼料;在建模第15天時(shí),使用刨花加煙葉混合煙熏小鼠,每天30 min,連續(xù)15 d;當(dāng)建模小鼠出現(xiàn)游泳耐力明顯下降、精神萎靡、毛發(fā)枯槁易脫、弓背、瞇眼以及消瘦、咳嗽、呼吸急促等癥狀時(shí)表明造模成功。在建模同時(shí),Ga低、高劑量干預(yù)組連續(xù)分別腹腔注射給予5、10 mg·kg-1的Ga,空白對(duì)照組及模型組則給予等量的生理鹽水。末次給藥后的第2天,空腹12 h后進(jìn)行后續(xù)相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)。

        2.2 RRTI模型小鼠肺功能測(cè)定

        將上述各組小鼠使用水合氯醛(質(zhì)量濃度0.1 g·mL-1)腹腔注射麻醉,參考文獻(xiàn)的方法[8]測(cè)定各組小鼠肺功能:將小鼠固定在操作臺(tái)上,頸部做縱向切口后分離氣管,氣管上做倒“T”形切口,插入并固定氣管插管,接入生物信號(hào)采集系統(tǒng)呼吸傳感器,記錄呼吸曲線,測(cè)定小鼠肺功能0.1 s用力呼氣容積(forced expiratory volum in 0.1 second,F(xiàn)EV0.1)、0.2 s用力呼氣容積(forced expiratory volum in 0.2 second,F(xiàn)EV0.2)、用力呼氣流量25-75(forced expiratory flow,F(xiàn)EF 25-75)、最高呼氣流速(peak expiratory flow,PEF)。

        2.3 RRTI模型小鼠血清中炎癥因子水平檢測(cè)

        各組小鼠在肺功能檢測(cè)結(jié)束后,進(jìn)行腹主動(dòng)脈采血,分離血清,于4 ℃靜置20 min后,以2 000 r·min-1于4 ℃離心20 min,隨后抽取上清,分裝后置于-80 ℃保存待測(cè)。采用酶聯(lián)免疫法檢測(cè)血清中IL-1β、TNF-α和IL-4的水平[9]。

        2.4 模型肺泡灌洗液中炎性細(xì)胞及炎癥因子水平檢測(cè)

        各組小鼠在肺功能檢測(cè)結(jié)束后,參考文獻(xiàn)的方法[10],在氣管切口處插入氣管套管,用注射器抽取1 mL預(yù)冷的生理鹽水,緩慢注入小鼠肺泡內(nèi),緩慢抽出并重復(fù)3次,將收集的肺泡灌洗液于4 ℃離心15 min(3 000 r·min-1),取上清液,按照酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)試劑盒說明書操作,檢測(cè)各組小鼠肺泡灌洗液(alveolar lavage fluid,BALF) 中IL-1β、TNF-α、IL-4的表達(dá)水平;離心后的下層沉淀用生理鹽水稀釋后涂在載玻片上,采用瑞士-吉姆薩染色分類計(jì)數(shù)炎癥細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞)的數(shù)量。

        2.5 RRTI模型小鼠肺組織病理學(xué)觀察

        在肺泡灌洗液收集結(jié)束后,處死小鼠,分離肺組織,參考文獻(xiàn)的方法[11]進(jìn)行蘇木素精及伊紅(HE)染色:體積分?jǐn)?shù)4%甲醛溶液固定24 h,二甲苯透明,石蠟包埋,蘇木素精及伊紅染色,利用光學(xué)顯微鏡觀察支氣管、肺組織形態(tài)學(xué)及病理學(xué)改變,并進(jìn)行圖像采集。

        2.6 模型肺組織NF-κB/IRF3信號(hào)通路蛋白測(cè)定

        分離上述各組小鼠的肺部組織,參考文獻(xiàn)的方法[12]制備肺組織勻漿,RIPA裂解后提取肺組織總蛋白,BCA試劑盒進(jìn)行蛋白定量。隨后常規(guī)上樣,進(jìn)行聚丙烯酰胺凝膠電泳,經(jīng)轉(zhuǎn)膜、封閉,隨后依次加入兔源單克隆NF-κB p65(1∶1 000)、p-NF-κB p65(1∶1 000)、IRF3(1∶1 000)、p-IRF3(1∶1 000)一抗,辣根過氧化物酶標(biāo)志羊抗兔二抗(1∶2 000),化學(xué)底物發(fā)光法顯色,圖像掃描分析,采用Image-QuaNT軟件測(cè)量其光密度,以各GAPDH為內(nèi)參進(jìn)行對(duì)照分析。

        2.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

        3 結(jié)果

        3.1 Ga對(duì)模型小鼠肺功能的影響

        與空白對(duì)照組比較,RRTI模型組的FEV0.1、FEV0.2、FEF 25-75、PEF均顯著降低(P<0.05)。與RRTI模型組比較,Ga低、高劑量組的FEV0.1、FEV0.2、FEF 25-75、PEF均顯著升高(P<0.05),Ga高劑量組較低劑量組上述指標(biāo)顯著升高(P<0.05)。見表1。

        表1 各組小鼠肺功能比較

        3.2 Ga對(duì)模型小鼠肺組織病理學(xué)的影響

        空白對(duì)照組小鼠肺組織結(jié)構(gòu)清晰,肺泡大小均勻,氣道黏膜上皮結(jié)構(gòu)完整,纖毛排列整齊,無炎性細(xì)胞浸潤。RRTI模型組小鼠肺組織結(jié)構(gòu)破壞明顯,肺泡壁塌陷,肺泡腔不規(guī)則擴(kuò)大,支氣管黏膜上皮可見大量杯狀細(xì)胞增生,肺泡間質(zhì)及氣道內(nèi)存在大量炎性細(xì)胞浸潤,腔內(nèi)可見明顯的黏液。Ga干預(yù)組小鼠肺組織損傷較模型組明顯減輕,尤其Ga高劑量組肺泡完整性較好,肺泡融合范圍明顯縮小,肺間質(zhì)及氣道炎性細(xì)胞浸潤程度明顯減輕,但仍然存在少量炎癥細(xì)胞浸潤。見圖1。

        注:A.空白對(duì)照組;B.RRTI模型組;C.Ga低劑量組;D.Ga高劑量組。

        3.3 Ga對(duì)模型小鼠炎癥因子水平的影響

        與空白對(duì)照組比較,RRTI模型組血清及肺泡灌洗液中IL-1β、TNF-α和IL-4的水平均顯著上升(P<0.05或P<0.01)。與RRTI模型組比較,Ga低、高劑量組血清及肺泡灌洗液中IL-1β、TNF-α和IL-4的水平均顯著降低(P<0.05或P<0.01),Ga高劑量組較低劑量組上述指標(biāo)均顯著降低(P<0.05)。見表2。

        表2 各組小鼠炎癥因子水平的比較

        3.4 Ga對(duì)模型小鼠肺泡灌洗液炎性細(xì)胞數(shù)量的影響

        與空白對(duì)照組比較,RRTI模型組肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的數(shù)量均顯著增加(P<0.05)。與RRTI模型組比較,Ga低、高劑量組肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的數(shù)量均顯著減少(P<0.05),Ga低、高劑量2組間上述指標(biāo)的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。Ga高劑量組較低劑量組肺泡灌洗液中的上述炎性細(xì)胞數(shù)量顯著減少(P<0.05)。見表3。

        表3 各組小鼠炎性細(xì)胞數(shù)量的比較

        3.5 Ga對(duì)模型小鼠NF-κB/IRF3信號(hào)通路的影響

        與空白對(duì)照組比較,RRTI模型組肺組織中p-IRF3/IRF3、p-NF-κB p65/NF-κB p65的相對(duì)表達(dá)量均顯著增加(P<0.05)。與RRTI模型組比較,Ga低、高劑量組肺組織中p-IRF3/IRF3、p-NF-κB p65/NF-κB p65的相對(duì)表達(dá)量均顯著降低(P<0.05),Ga高劑量組較低劑量組肺組織中上述通路蛋白的表達(dá)量均顯著降低(P<0.05)。見表4。

        表4 各組小鼠NF-κB/IRF3信號(hào)通路蛋白表達(dá)比較

        4 討論

        Ga可通過Nrf-2-Keap1抗氧化系統(tǒng)有效抑制慢性阻塞性肺病小鼠氣道炎癥的發(fā)生和發(fā)展,同時(shí)Ga可降低哮喘小鼠多種炎癥因子的表達(dá),減輕哮喘小鼠氣道炎癥,改善慢性阻塞性肺病小鼠和哮喘小鼠的呼吸道癥狀[13-14]。在本研究中,Ga能明顯改善RRTI模型小鼠FEV0.1、FEV0.2、FEF 25-75、PEF等肺功能指標(biāo),病理學(xué)結(jié)果顯示,Ga干預(yù)組小鼠肺泡融合范圍明顯縮小,肺間質(zhì)及氣道炎性細(xì)胞浸潤程度明顯減輕,表明Ga能明顯降低RRTI模型小鼠氣道受阻的程度,改善肺功能。因此,Ga對(duì)于改善反復(fù)呼吸道感染的肺功能同樣具有較好的療效。

        小兒反復(fù)呼吸道感染可伴發(fā)呼吸道多種炎癥細(xì)胞及炎癥介質(zhì)的釋放,明顯存在嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和肥大細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的浸潤,其中嗜酸性粒細(xì)胞還可通過釋放前炎癥介質(zhì)和細(xì)胞毒性介質(zhì)來調(diào)節(jié)氣道炎癥[15-16]。TNF-α作為一種強(qiáng)有力的致炎癥因子,可以刺激呼吸道中白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)黏附分子,并上調(diào)其他致炎細(xì)胞因子的表達(dá)[17];IL-1β及IL-4作為人體內(nèi)重要的前炎癥細(xì)胞因子,可激活和募集上述炎癥細(xì)胞,加重人體呼吸道的炎癥反應(yīng)[18];在本研究中,Ga能夠明顯減少RRTI模型小鼠肺泡灌洗液中巨噬細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞的數(shù)量,顯著降低血清及肺泡灌洗液中IL-1β、TNF-α、IL-4的水平,表明Ga能明顯抑制RRTI模型小鼠氣道炎癥,減少炎癥細(xì)胞浸潤,緩解機(jī)體的炎癥反應(yīng)和因炎癥誘導(dǎo)的肺損傷。

        反復(fù)呼吸道感染存在的炎癥反應(yīng)與NF-κB/IRF-3介導(dǎo)的細(xì)胞信號(hào)途徑有關(guān),多種呼吸道感染物可激活I(lǐng)RF-3和 NF-κB信號(hào),促使下游促炎因子的過度表達(dá)和釋放,增強(qiáng)細(xì)胞基質(zhì)的合成,從而影響氣道炎癥反應(yīng)[19-20]。研究顯示,柴胡提取物可通過抑制NF-κB信號(hào)減少IL-1β、 IL-4、TNF-α等炎性因子的產(chǎn)生和聚集,從而改善哮喘小鼠的呼吸道炎癥[21]。在本研究中,RRTI模型小鼠均存在NF-κB和IRF3的活化,表明RRTI模型小鼠的氣道炎癥與NF-κB/IRF-3的異常激活有關(guān);在給予Ga干預(yù)后,NF-κB和IRF3的活化均受到抑制,同時(shí)IL-1β、TNF-α、IL-4等炎癥因子的水平明顯降低,表明Ga對(duì)RRTI模型小鼠氣道炎癥的緩解作用與抑制NF-κB/IRF-3信號(hào)通路、減少炎癥因子的產(chǎn)生有關(guān)。

        綜上所述,Ga可改善RRTI模型小鼠肺功能、減輕炎癥反應(yīng),其作用機(jī)制可能與調(diào)控NF-κB/IRF-3信號(hào)通路、降低炎癥因子水平和減少炎性細(xì)胞數(shù)量有關(guān)。

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