張岑,王志華,楊磊
肺炎支原體(Mycoplasma pneumoniae,MP)是導致社區(qū)獲得性肺炎(community-acquired pneumonia,CAP)的重要病原體之一,可引起氣管、支氣管炎,10%~40% 的支原體感染患者最終會發(fā)展為肺炎[1-2]。 目前MP 肺炎(Mycoplasma pneumoniaepneumonia,MPP)致病機制尚不明確,肺炎支原體社區(qū)獲得性呼吸窘迫綜合征(community-acquired respiratory distress syndrome,CARDS)毒素是MP 已知唯一分泌的外毒素,除具有ADP-核糖基化轉(zhuǎn)移酶活性與胞質(zhì)空泡化特性外,還能調(diào)控NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3炎癥小體活性[3]。CARDS毒素在MP侵入及致病過程中發(fā)揮重要作用,與感染的病程長短及呼吸道炎癥反應、疾病嚴重程度密切相關(guān)[4]。單核細胞是構(gòu)成天然免疫的重要組成部分,其數(shù)量及不同亞型比例的變化與機體炎癥或其他疾病狀態(tài)密切相關(guān)。根據(jù)小鼠淋巴細胞抗原6C(lynphocyte antigen 6C,Ly6C)是否表達分為2 個單核細胞群體,即Ly6C+炎性單核細胞和Ly6C-循環(huán)性單核細胞,Ly6C+單核細胞具有促炎和抗菌功能[5]。本課題組既往研究表明,MPP 患者外周血CD16+單核細胞比例明顯升高[6]。但目前肺炎支原體CARDS毒素對單核細胞亞群影響的相關(guān)研究較少。本研究通過肺炎支原體CARDS毒素誘導小鼠模型,觀察小鼠外周血單核細胞亞群Ly6C+、Ly6C-水平,探討CARDS毒素誘導肺損傷的致病機制。
1.1 實驗動物 32 只6~8 周齡SPF 級C57BL/6 野生型小鼠,雌雄各半,體質(zhì)量16~18 g,購自斯貝福(北京)生物技術(shù)有限公司,動物生產(chǎn)許可證號:SCXK(京)2019-0010。均于SPF 級動物房中飼養(yǎng),室溫20~25 ℃,相對濕度為40%~60%,給足水分和飼料,喂養(yǎng)1~2 d。本研究通過天津市南開醫(yī)院實驗動物科學部倫理委員會審批,符合動物實驗倫理要求,批準編號:NKYY-DWLL-2021-103。
1.2 主要試劑與儀器 白細胞介素(IL)-1β和IL-18酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)試劑盒購自杭州聯(lián)科生物技術(shù)股份有限公司;Trizol試劑和cDNA合成試劑盒購自北京全式金生物技術(shù)有限公司;引物購自生工生物工程(上海)股份有限公司;抗小鼠CD11b-FITC、Ly6C-APC和Ly6G-PE流式抗體購自美國Biolegend公司;CARDS過表達pET28α載體購自漢恒生物科技(上海)有限公司;PCR 擴增儀、7500 實時定量PCR 系統(tǒng)購自美國Thermo Fisher Scientific 公司;流式細胞儀購自美國BD公司。
1.3 重組CARDS 毒素制備 按照文獻[7]的方法制備重組CARDS 毒素。將CARDS 毒素基因克隆入pET28α 載體,經(jīng)8次點突變獲得pET28α-CARDS 毒素重組質(zhì)粒。轉(zhuǎn)化大腸桿菌BL21,異丙基硫代半乳糖苷誘導表達,利用鎳螯合親和層析技術(shù)純化出變性CARDS 毒素蛋白,利用尿素梯度復性法和擴大體積透析法對蛋白復性后進行后續(xù)研究。
1.4 模型建立 采用隨機數(shù)字表法將32只小鼠分為模型組和正常對照組,每組16 只。模型組小鼠用異氟烷麻醉后,氣管注射40 μL 含有50 μg CARDS 毒素的PBS,誘導小鼠支原體肺炎[8];正常對照組接種同等劑量的PBS。接種后觀察小鼠的呼吸、進食、體質(zhì)量、活動情況。
1.5 流式細胞術(shù)檢測單核細胞亞群變化 造模后24 h,2組各取5只小鼠進行麻醉,腹主動脈采血加入EDTA抗凝管中,取新鮮血100 μL,加入0.25 μg抗小鼠的CD11b-FITC、Ly6CAPC 和Ly6G-PE 流式抗體混勻,室溫避光孵育15 min;加入紅細胞裂解液,混勻后避光靜置10 min,加入1 mL PBS 清洗1 遍,離心后用100 μL 的PBS 重新懸浮細胞,并用流式細胞儀檢測外周血單核細胞亞群比例變化。
1.6 肺組織病理觀察 2 組各取5 只小鼠,取血后安樂死處死。用5 mL PBS 經(jīng)肺動脈沖洗肺循環(huán)后取肺。在無菌環(huán)境下取出新鮮的小鼠肺組織,使用生理鹽水沖洗表面血污,濾紙擦干表面水分,取1 個肺葉用10%多聚甲醛固定,石蠟包埋并切片,HE染色后光學顯微鏡下觀察并采集圖像,進行肺組織損傷評分[9],剩余肺組織放入液氮中凍存。
1.7 Real-time PCR 檢測肺組織中IL-1β、IL-18 水平 2 組各取3 只小鼠。Trizol 法提取小鼠肺組織RNA,按照試劑盒說明書,將總RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA,取反轉(zhuǎn)錄后cDNA作為模板,使用SYBR Green Master 進行定量PCR。反應體系為cDNA 和上游下引物各1 μL、PCR Mix10 μL和無酶水7 μL。擴增條件:95 ℃預變性5 min,95 ℃變性15 s,60 ℃退火20 s,72 ℃延伸30 s,40個循環(huán)。以GAPDH作為內(nèi)參,數(shù)據(jù)分析采用2-ΔΔCt法計算。引物序列見表1。
Tab.1 The primer sequence of PCR表1 PCR引物序列
1.8 ELISA檢測血清中IL-1β和IL-18水平 造模24 h后,2組各取3 只小鼠,采集其外周血,離心后回收上清液,按照ELISA試劑盒說明檢測各組外周血中IL-1β和IL-18水平。
1.9 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 26.0軟件進行數(shù)據(jù)分析。計量資料以表示,組間比較采用獨立樣本t檢驗。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。
2.1 小鼠外周血單核細胞亞群比較 模型組較正常對照組的小鼠單核細胞CD11b+Ly6G-Ly6C+比例升高(47.30±5.54vs. 36.87±3.38,n=5,t=3.591,P<0.05),見圖1。
Fig.1 Proportion of CD11b+Ly6G-Ly6C+monocyte subsets in peripheral blood of mice圖1 小鼠外周血CD11b+Ly6G-Ly6C+單核細胞亞群的比例
2.2 小鼠肺組織病理學變化 HE染色可見正常對照組小鼠肺組織形態(tài)正常,未見肺泡壁增厚和炎性細胞的浸潤。模型組小鼠肺組織出現(xiàn)明顯的肺泡結(jié)構(gòu)紊亂,肺泡壁增厚,肺泡腔內(nèi)融合、塌陷、數(shù)目減少,毛細血管充血或出血,肺間質(zhì)水腫,肺組織周圍存在大量炎性細胞浸潤,見圖2。模型組肺組織損傷評分(9.00±0.71)高于正常對照組(3.00±0.71,n=5,t=13.416,P<0.01)。
Fig.2 Pathological findings of lung tissue(HE staining,×200)圖2 肺組織病理學表現(xiàn)(HE染色,×200)
2.3 肺炎支原體CARDS 毒素對肺組織和血清中IL-1β 和IL-18 表達的影響 模型組小鼠肺組織和血清IL-1β 和IL-18 表達水平較正常對照組增高(P<0.01),見表2。
Tab.2 Comparison of mRNA expression levels of IL-1β and IL-18 in lung tissue and serum between two groups表2 2組肺組織和血清IL-1β、IL-18表達水平比較(n=3,)
Tab.2 Comparison of mRNA expression levels of IL-1β and IL-18 in lung tissue and serum between two groups表2 2組肺組織和血清IL-1β、IL-18表達水平比較(n=3,)
**P<0.01。
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MPP 在所有人群中普遍易感,其中對老年人及免疫力低下人群危害更為嚴重。目前重癥及難治性MPP病例明顯增多[10],部分患者甚至出現(xiàn)胸腔積液、肺壞死等嚴重并發(fā)癥,并易遺留閉塞性細支氣管炎、肺不張以及支氣管擴張等后遺癥,造成肺部反復感染,甚至最終需要肺葉切除[11]。MPP 的致病機制尚不完全清楚,通常認為過度的免疫炎癥反應參與MP感染的發(fā)生和發(fā)展。研究顯示,CARDS毒素可能能夠解釋MP感染相關(guān)的炎癥反應[12]。
CARDS 毒素與許多氣道反應性疾病及肺外并發(fā)癥直接相關(guān),但其致病機制尚未明確。研究顯示,Toll樣受體在評估MP感染的發(fā)病、病情進展中發(fā)揮重要作用,其中的Toll 樣蛋白受體2(Toll protein receptor 2,TLR2)可以明顯增加炎性因子的合成釋放以及加重炎癥反應[13]。在MP誘導的小鼠肺炎模型中,CARDS 毒素通過TLR2 依賴性方式誘導肺組織中中性粒細胞的浸潤、炎性細胞因子和趨化因子的產(chǎn)生[7]。CARDS 毒素作為MP 的毒力因子,參與MP 的增殖、結(jié)合及持續(xù)的炎癥反應。在暴露于CARDS毒素的狒狒動物模型中,CARDS毒素可以引起嚴重的肺組織炎癥和氣道功能障礙[14]。難治性MPP的肺泡灌洗液中CARDS毒素明顯升高,CARDS毒素聯(lián)合腫瘤壞死因子-α 可較好地預測難治性MPP 的預后[15]。此外,CARDS 毒素與MP 感染后哮喘未控制和難治性哮喘有關(guān)[16]。在動物實驗中也發(fā)現(xiàn),CARDS 毒素能引起哮喘樣的氣道組織病理改變,在氣道炎癥中起著重要作用[17]。本研究采用氣管滴注CARDS 毒素誘導小鼠急性肺炎,通過HE 染色發(fā)現(xiàn)肺組織發(fā)生明顯的病理損傷,說明CARDS毒素在肺組織炎癥中發(fā)揮重要作用。
單核細胞亞群能夠吞噬入侵體內(nèi)的異物和病原微生物,釋放多種細胞因子,并參與抗原提呈、免疫調(diào)節(jié)等過程,在固有免疫應答中發(fā)揮著重要作用。在MPP急性感染時單核細胞異常激活,并與MPP病情的嚴重程度及并發(fā)癥、預后密切相關(guān)。人單核細胞根據(jù)其表面分子CD14和CD16表達水平可分為經(jīng)典型(CD14+CD16-)、中間型(CD14brightCD16+)和非經(jīng)典型(CDdimCD16+)[18]。而小鼠的單核細胞主要分為2 個亞群,即CD11b+Ly6C+炎癥型單核細胞和CD11b+Ly6C-)循環(huán)型單核細胞,基于表面標記表達與基因表達陣列,小鼠Ly6C+與人CD14+CD16-(經(jīng)典型)相似,而小鼠Ly6C-單核細胞與人CD16+單核細胞相似[19]。單核細胞和CARDS毒素體外共培養(yǎng)后,CARDS 毒素通過TLR4 依賴性方式促進CD16+單核細胞IL-23p19 mRNA 的表達[20]。本研究結(jié)果顯示,肺炎支原體CARDS 毒素誘導的小鼠MPP 模型中的Ly6C+單核細胞比例、炎性因子IL-1β、IL-18 水平明顯升高,且肺組織呈持續(xù)性的炎癥反應,表明Ly6C+單核細胞可能參與MP感染的發(fā)生發(fā)展過程,為以單核細胞調(diào)控為靶點的相關(guān)治療及干預研究提供一定的基礎(chǔ)實驗依據(jù)。
綜上所述,CARDS 毒素誘導的小鼠中Ly6C+單核細胞占比升高可能與MPP的發(fā)病密切相關(guān),單核細胞亞群分化及其介導的炎癥反應在其中發(fā)揮重要作。本研究為以單核細胞系統(tǒng)為靶點早期診治MPP提供了新的研究方向及理論視角。