劉婷婷,劉戈力△,趙菁,何娟,鮑鵬麗,丁曉明
肥胖SD幼鼠脂肪組織血紅素加氧酶-1表達(dá)與炎癥狀態(tài)和抗炎機(jī)制的探討
劉婷婷1,劉戈力1△,趙菁1,何娟1,鮑鵬麗1,丁曉明2
目的 探討肥胖SD幼鼠內(nèi)臟脂肪組織中血紅素加氧酶(HO)-1表達(dá)的變化及其與脂肪組織巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)、極化間的關(guān)系。方法 3周齡雄性SD大鼠24只,隨機(jī)均分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組,分別給予標(biāo)準(zhǔn)飲食和高脂飲食,喂養(yǎng)至7周齡,檢測(cè)三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、空腹血糖及胰島素水平,定量PCR檢測(cè)腎周脂肪組織中HO-1、白介素(IL)-6、IL-10、單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1基因表達(dá)變化,F(xiàn)4/80、CD206免疫組化觀察脂肪組織中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和極化情況。結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組幼鼠已經(jīng)存在空腹血糖和胰島素升高,胰島素抵抗情況明顯,HO-1表達(dá)明顯高于對(duì)照組,炎癥因子IL-6、MCP-1基因表達(dá)明顯高于對(duì)照組,抗炎癥因子IL-10低于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)組巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)明顯多于對(duì)照組(P<0.05),實(shí)驗(yàn)組F4/80免疫組化平均光密度(MOD)值與CD206免疫組化MOD值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論 肥胖幼年SD大鼠的內(nèi)臟脂肪組織出現(xiàn)炎癥反應(yīng),伴有HO-1反應(yīng)性的增加,后者影響巨噬細(xì)胞極化起到抗炎作用。
血紅素氧化酶(脫環(huán));脂肪組織;巨噬細(xì)胞;肥胖癥;大鼠,Sprague-Dawley
近年來,肥胖已成為危害兒童健康的一個(gè)重要問題,血紅素加氧酶(heme oxygenase,HO)-1作為肥胖研究領(lǐng)域中病生理機(jī)制關(guān)注的熱點(diǎn),日益引起學(xué)者的重視。全身誘導(dǎo)的HO-1表達(dá)增加對(duì)成年小鼠營養(yǎng)性肥胖有明顯抗炎性保護(hù)作用[1],但目前關(guān)于單純性肥胖的幼年個(gè)體體內(nèi)HO-1表達(dá)、炎癥狀態(tài)和抗炎機(jī)制研究的報(bào)道甚少。鑒于幼年和成年肥胖在起因、進(jìn)程和結(jié)果上都存在差異[2],探討幼年肥胖個(gè)體中HO-1表達(dá)與內(nèi)臟脂肪組織中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)和極化之間的關(guān)系具有重要意義。
1.1 材料 3周齡雄性清潔級(jí)SD幼鼠24只,購自中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。CFX-96型PCR儀(美國BioRad公司),高脂肪普通飼料(美國Research Diets公司),多聚甲醛(純度>94%,美國Sigma公司),Trizol、MMLV(美國Invitrogen公司),F(xiàn)4/80、CD206的一抗以及鏈霉親和素-生物素復(fù)合物(SABC)免疫組化二抗試劑盒(武漢博士德公司)。
1.2 動(dòng)物模型建立 將24只3周齡雄性幼鼠按照隨機(jī)數(shù)字表法分成2組,每組12只,對(duì)照組給予普通飲食,實(shí)驗(yàn)組給予高脂飲食。實(shí)驗(yàn)期間,小鼠可自由飲水和攝食,飼養(yǎng)環(huán)境溫度18~22℃,濕度40%~50%,喂養(yǎng)至7周齡,處死后取腎周脂肪組織備用。
1.3 血生化指標(biāo)測(cè)定 實(shí)驗(yàn)4周末,禁食12 h后取尾靜脈血采用免疫比濁法檢測(cè)三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、空腹血糖(FPG)及空腹胰島素水平(FINS),計(jì)算胰島素抵抗指數(shù)(HOMA-IR)=FPG×FINS/22.5。
1.4 脂肪組織中各基因表達(dá)水平測(cè)定 利用定量PCR測(cè)定2組SD幼鼠HO-1、白介素(IL)-6、IL-10、單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1)的基因表達(dá)水平的差異。稱取100 mg新鮮腎周脂肪組織,經(jīng)Trizol處理,提取總mRNA,根據(jù)所選擇基因的相關(guān)信息,設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的引物序列。內(nèi)參GAPDH:上游5′-GACTGATGTTGTTGACAGCCACTGC-3′,下游 5′-TAGC?CACTCCTTCTGTGACTCTAAC-3′,產(chǎn)物153 bp;HO-1:上游5′-CACCTTCCCGAGCATC-3′,下游5′-AGCCTCTTCTGT?CACCCT-3′,產(chǎn)物 109 bp;IL-6:上游 5′-TTGCCTTCTT?GGGACTGATG-3′,下游5′-ACTGGTCTGTTGTGGGTGGT-3′,產(chǎn)物100 bp;IL-10:上游5′-CAGTCAGCCAGACCCA?CAT-3′,下游5′-GGCAACCCAAGTAACCCT-3′,產(chǎn)物大小142 bp;MCP-1:上游5′-TTCCTCCACCACTATGC-3′,下游5′-GCATCAAAGGTGGAAGAATGG-3′,產(chǎn)物201 bp。運(yùn)用Promega MMLV逆轉(zhuǎn)錄酶及相關(guān)試劑進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)。PCR擴(kuò)增條件:反應(yīng)體系20 μL,其中cDNA 1 μL,引物上下游各0.5 μL,SYBRgreenSupermix 10 μL,水8 μL。取0.5 μL RT產(chǎn)物放入PCR儀,PCR擴(kuò)增條件:94℃,4 min;94℃,30 s;56℃,60 s;72℃,40 s;40個(gè)循環(huán)。用LightCycler Software Ver 4.0軟件分析目的基因的相對(duì)表達(dá)水平。
1.5 組織學(xué)分析 將取出的脂肪組織立即放入4%多聚甲醛,固定12 h,石蠟包埋切片,厚5 μm,常規(guī)HE染色,無水乙醇分化及脫水,二甲苯透明,封片,鏡下觀察2組脂肪組織中巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)。
1.6 免疫組化分析 石蠟切片常規(guī)脫蠟復(fù)水后,按照SABC免疫組化試劑盒步驟進(jìn)行,經(jīng)DAB顯色后,封片,觀察巨噬細(xì)胞特異性標(biāo)志物F4/80以及M2型巨噬細(xì)胞特異性標(biāo)志物CD206在2組脂肪組織中的表達(dá),分析脂肪組織中巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)以及極化情況。采用Imagepro plus圖像分析軟件測(cè)量每張照片的陽性部位的總面積及總光密度值,計(jì)算平均光密度值(MOD)=總光密度值/總面積,棕褐色顆粒為陽性結(jié)果。
1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析,計(jì)量資料均以±s表示,2組間比較采用t檢驗(yàn),P< 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 2組血生化指標(biāo)比較 實(shí)驗(yàn)組FINS、FPG、 HOMA-IR、TG高于對(duì)照組,HDL-C低于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P< 0.05或P<0.01),見表1。
Tab.1 Comparisons of sera indicators between two groups表1 2組血清檢測(cè)指標(biāo)比較 (n=12,±s)
Tab.1 Comparisons of sera indicators between two groups表1 2組血清檢測(cè)指標(biāo)比較 (n=12,±s)
*P<0.05,**P<0.01,表2、3同
組別對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組t FINS (mU/L)29.15±4.85 38.17±5.94 4.075*FPG (mmol/L)4.18±0.57 5.74±0.48 7.252**HOMA-IR 6.76±1.60 10.37±2.36 4.386*HDL-C (mmol/L)1.08±0.24 0.79±0.15 3.550*TG (mmol/L)1.57±0.17 2.09±0.24 6.125**
2.2 2組脂肪組織中HO-1、IL-6、MCP-1及IL-10表達(dá) 實(shí)驗(yàn)組中HO-1、IL-6和MCP-1表達(dá)高于對(duì)照組(P<0.05),IL-10表達(dá)水平低于對(duì)照組(P<0.05),見表2。
Tab.2 Gene expressions in adipose tissues of SD rats in two groups表2 2組SD幼鼠脂肪組織中各基因表達(dá)水平比較(n=12,±s)
Tab.2 Gene expressions in adipose tissues of SD rats in two groups表2 2組SD幼鼠脂肪組織中各基因表達(dá)水平比較(n=12,±s)
組別對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組t HO-1 4.23±2.82 11.56±3.08 3.511*IL-6 0.56±0.32 2.13±0.81 4.763**MCP-1 2.24±1.07 4.79±0.69 4.006*IL-10 7.47±1.74 3.63±1.11 3.721*
2.3 脂肪組織中巨噬細(xì)胞的募集 對(duì)照組幼鼠腎周脂肪組織HE染色示脂肪細(xì)胞形態(tài)正常,大小均一,可見少量炎性細(xì)胞浸潤(rùn),見圖1A。實(shí)驗(yàn)組的脂肪細(xì)胞體積明顯增大,大小不等,脂肪細(xì)胞膜不完整,胞間可見大量多核細(xì)胞浸潤(rùn),見圖1B箭頭所示。
2.4 脂肪組織中巨噬細(xì)胞極化的免疫組化染色 實(shí)驗(yàn)組脂肪組織F4/80、CD206可見大量散在和片狀融合的黃褐色顆粒沉積,明顯多于對(duì)照組,見圖2。實(shí)驗(yàn)組F4/80、CD206高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),實(shí)驗(yàn)組F4/80與CD206免疫組化MOD值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表3。
Tab.3 Changes of average optical density values of F4/80 and CD206 in immunohistochemical analysis表3 F4/80、CD206的免疫組化圖像分析MOD的變化(n=4,±s)
Tab.3 Changes of average optical density values of F4/80 and CD206 in immunohistochemical analysis表3 F4/80、CD206的免疫組化圖像分析MOD的變化(n=4,±s)
組別對(duì)照組實(shí)驗(yàn)組t F4/80 0.18±0.02 0.25±0.04 3.131*CD206 0.12±0.03 0.24±0.05 4.116**t 3.328**0.312
3.1 血脂和糖代謝異常 研究表明單純性肥胖兒童已有明顯的血脂代謝紊亂[3]和糖代謝異常[4],兩者均是兒童心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因子。本研究顯示,高脂飲食喂養(yǎng)至7周的幼鼠的FINS、FPG、TG以及HOMA-IR明顯高于對(duì)照組,HDL-C低于對(duì)照組,表明幼年肥胖已經(jīng)導(dǎo)致了血脂和糖代謝異常狀態(tài)。研究表明,HO-1可以通過增加血漿脂聯(lián)素水平,改善血脂和血糖情況,緩解肥胖時(shí)的代謝情況[5]。脂肪組織中巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞的累積和肥胖的慢性炎癥狀態(tài)相關(guān),是導(dǎo)致胰島素抵抗的原因之一[6-7]。采用 HO-1誘導(dǎo)劑鈷原卟啉(CoPP)誘導(dǎo)增加HO-1表達(dá),可以改善成年Zucker肥胖大鼠脂肪組織體積,減少脂肪組織的炎癥[1]。因此,針對(duì)幼年肥胖狀態(tài)下HO-1的研究,對(duì)于探討如何抑制體內(nèi)炎癥反應(yīng),改善胰島素抵抗和血脂異常情況,從而減少兒童心血管疾病的發(fā)生有重要意義。
3.2 HO-1和肥胖炎癥狀態(tài) 肥胖會(huì)伴有低度炎癥狀態(tài),其特征是脂肪細(xì)胞肥大,激活的巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞過度表達(dá)促炎癥因子[8],這些炎癥因子促進(jìn)巨噬細(xì)胞向脂肪組織中遷移,進(jìn)一步加重局部的炎癥狀態(tài)。HO-1是血紅素分解的起始酶和限速酶,它能分解氧化物質(zhì)血紅素最終生成膽紅素、一氧化碳和鐵,這3種產(chǎn)物具有抗炎、抗氧化、抗血管平滑肌細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)血管張力等功能,對(duì)心血管系統(tǒng)起到重要的保護(hù)作用。人體中的HO-1可以被多種物質(zhì)或刺激因素誘導(dǎo)表達(dá),如熱休克、重金屬、內(nèi)毒素、血紅素、氧化應(yīng)激、輻射等。在本研究中,實(shí)驗(yàn)組HO-1的增加可能與肥胖的炎癥和氧化應(yīng)激狀態(tài)有關(guān)。同時(shí)實(shí)驗(yàn)組幼鼠體內(nèi)的炎癥因子IL-6、MCP-1較對(duì)照組升高,表明幼年肥胖個(gè)體已經(jīng)存在低度炎癥反應(yīng)??寡装Y因子IL-10較對(duì)照組降低,考慮是中和炎癥因子的反應(yīng)性降低。
3.3 HO-1和巨噬細(xì)胞及巨噬細(xì)胞極化 脂肪組織中的巨噬細(xì)胞來源于骨髓組織,其前體是單核細(xì)胞,是維護(hù)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要細(xì)胞。在不同微環(huán)境下,巨噬細(xì)胞可以發(fā)生極化,可分為M1型即經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞(classically activated macrophage)和M2型即替代性活化的巨噬細(xì)胞(alternatively activated macrophage)。M1型巨噬細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子(TNF)-α、IL-6等炎癥因子,導(dǎo)致胰島素抵抗,而通常情況下,正常的體內(nèi)脂肪中的巨噬細(xì)胞主要以抗炎型M2為主,肥胖時(shí)的缺氧導(dǎo)致脂肪巨噬細(xì)胞向M1極化,并進(jìn)一步導(dǎo)致內(nèi)臟脂肪組織的炎癥[9]。Tiwari等[10]研究發(fā)現(xiàn)使用高鐵血紅素誘導(dǎo)HO-1表達(dá)增加后,可以明顯促使小鼠心肌巨噬細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變,同時(shí)減少炎癥因子的產(chǎn)生。Ndi?sang等[11]利用高鐵血紅素誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)HO-1的升高,發(fā)現(xiàn)其促炎癥因子ED1的表達(dá)降低,而M2巨噬細(xì)胞標(biāo)志物,如ED2、CD206、IL-10等明顯升高,表明HO-1升高能夠影響巨噬細(xì)胞極化,促使M1型向M2型轉(zhuǎn)變。本研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)組脂肪組織中HO-1表達(dá)較對(duì)照組增加,且巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)明顯增多,實(shí)驗(yàn)組F4/80免疫組化MOD值與實(shí)驗(yàn)組CD206免疫組化MOD值較對(duì)照組無明顯差異,表明巨噬細(xì)胞多數(shù)為M2型。在本研究中,保護(hù)性酶HO-1含量增加,但機(jī)體仍處在炎癥狀態(tài)的原因可能是,肥胖時(shí)巨噬細(xì)胞數(shù)目增多,炎癥狀態(tài)刺激HO-1表達(dá)增加,刺激巨噬細(xì)胞向抗炎型轉(zhuǎn)化,發(fā)揮抗炎作用。但由于抗炎型和促炎型巨噬細(xì)胞數(shù)目均增多,來自實(shí)驗(yàn)組的脂肪仍相對(duì)對(duì)照組存在炎性[12]。因此在幼年肥胖的早期,HO-1可能反應(yīng)性增加,并可能通過促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞的極化發(fā)揮抗炎作用,是肥胖早期機(jī)體對(duì)抗炎癥反應(yīng)的一個(gè)保護(hù)機(jī)制。
本實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),肥胖大鼠脂肪組織中浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞多集中在脂肪組織中的血管間質(zhì)周圍,是否也存在對(duì)血管內(nèi)皮的影響及其導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)改變有待進(jìn)一步研究。
綜上所述,幼年單純性肥胖已經(jīng)存在血脂和糖代謝異常,胰島素抵抗及炎癥狀態(tài)等代謝紊亂情況,成為心血管疾病的危險(xiǎn)因素。在肥胖早期,肥胖狀態(tài)刺激體內(nèi)HO-1表達(dá)增加,并通過影響巨噬細(xì)胞極化起到抗炎作用。HO-1對(duì)巨噬細(xì)胞極化和浸潤(rùn)的作用,將作為改善兒童期肥胖的一個(gè)新的靶點(diǎn)而逐步受到重視。
(圖1、2見插頁)
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(2014-07-14收稿 2014-11-11修回)
(本文編輯 魏杰)
HO-1 expression in adipose tissue of obese young SD rats and its role in inflammation and anti-inflammatory mechanism
LIU Tingting1,LIU Geli1△,ZHAO Jing1,HE Juan1,BAO Pengli1,DING Xiaoming2
1 Department of Pediatric,Tianjin Medical University General Hospital,Tianjin 300052,China;2 Tianjin Medical University
△Corresponding Author E-mail:liugeli2001@126.com
Objective To investigate the change of HO-1 expression in adipose tissue of obese young SD rats as well as its relationship with macrophage infiltration and polarization.Methods Three-week old SD rats(n=24)were randomly divided into 2 groups,routine diet group(NC)and high fat diet group(FC).After feeding 4 weeks,triglyceride(TG),high den?sity lipoprotein(HDL-C),fasting glucose and insulin were compared between these two groups and the insulin resistance in?dex was calculated.The gene expressions of HO-1,IL-6,IL-10 and MCP-1 were assessed by quantitative PCR.Infiltration and polarization of macrophages and M2 macrophages in the visceral adipose tissue were examined by immunohistochemis?try.Results The levels of FINS,F(xiàn)BG and HOMA-IR in rats of FC group were higher than those of rats in NC group after 4 weeks feeding(P<0.05).The level of HO-1,IL-6,MCP-1 in rats from FC group were significantly higher while level of IL-10 were lower compared with those in rats from NC group after 4 weeks of feeding(P<0.05).In samples from FC groups,more macrophages were detected in adipose tissue by DAB staining than those from NC group.There was no significant dif?ference(P>0.05)in MOD value of F4/80 and CD206 between these two groups(P>0.05).Conclusion The infiltration of macrophage in visceral adipose tissue of obese young SD rats significantly increased while HO-1 expression was reactively increased.This insinuated that HO-1 might play an important role in anti-inflammatory mechanism through regulating polar?ization of macrophages.
heme oxygenase(decyclizing);adipose tissue;macrophages;obesity;rats,Sprague-Dawley
R725,R892.5
A
10.11958/j.issn.0253-9896.2015.04.009
1天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院兒科(郵編300052);2天津醫(yī)科大學(xué)研究生院
劉婷婷(1987年),女,碩士,主要從事兒科內(nèi)分泌研究
△E-mail:liugeli2001@126.com