朱天琦 鄭聲星 葉綠 唐乾
DOI:10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2015.03.005
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)青年基金(81401579)
作者單位:325000 浙江省溫州, 溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院麻醉科(朱天琦);溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院麻醉科(鄭聲星、葉綠 、唐乾)
通信作者:朱天琦,Email: skytiantian_1234@163.com
【摘要】目的 探討脂氧素對(duì)大鼠原代肺成纖維細(xì)胞環(huán)氧合酶-2及前列腺素E2表達(dá)的影響。方法 分離、純化、鑒定得到大鼠肺成纖維細(xì)胞,用脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)干預(yù)建立成纖維細(xì)胞體外急性炎癥模型,并利用細(xì)胞增殖/毒性檢測(cè)試劑MTT摸索出成纖維細(xì)胞急性炎癥模型的最適LPS質(zhì)量濃度和藥物干預(yù)時(shí)間。分別應(yīng)用不同濃度(0、100、200、400 nmol/mL) 的脂氧素作用于經(jīng)過LPS誘導(dǎo)的體外培養(yǎng)原代肺成纖維細(xì)胞。采用酶聯(lián)免疫法(ELISA)檢測(cè)細(xì)胞上清液前列腺素E2(PGE2)水平, 同時(shí)應(yīng)用Western blot檢測(cè)原代肺成纖維細(xì)胞環(huán)氧合酶(COX-2)蛋白的表達(dá)。結(jié)果 用1 μg/mL LPS干預(yù)體外培養(yǎng)的原代肺成纖維細(xì)胞6 h能建立較為合理的急性炎癥模型。脂氧素能抑制LPS誘導(dǎo)的原代肺成纖維細(xì)胞環(huán)氧合酶(COX-2)蛋白的表達(dá)。對(duì)照組、LPS組、LPS組與LPS+脂氧素組測(cè)PGE2質(zhì)量濃度分別為55.84 pg/mL、411.73 pg/mL、307.07 pg/mL,LPS組與LPS+脂氧素組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。結(jié)論 脂氧素能抑制LPS誘導(dǎo)的原代肺成纖維細(xì)胞環(huán)氧合酶-2及前列腺素E2的表達(dá),并呈劑量依賴性。
【關(guān)鍵詞】脂氧素;內(nèi)毒素;肺成纖維細(xì)胞;環(huán)加氧酶-2;脂多糖類
LipoxinA4 reduces lipopolysaccharide-induced expression of cyclooxygenase-2 and prostaglandin E2in primary lung fibroblasts of rat Zhu Tianqi, Zheng Shengxing, Ye Lü, Tang Qian.Department of Anesthesia,The First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University,Wenzhou 325000,China
Corresponding author:Zhu Tianqi,Email: skytiantian_1234@163.com
【Abstract】Objective To explore the effects of lipoxinA4 on expression of cyclooxygenase-2 (COX-2) and prostaglandin E2(PGE2) in rat primary lung fibroblast cells (LF) after lipopolysaccharide (LPS) challenge. Methods Primary lung fibroblast cells were incubated with various concentrations (0.1,1,10 μg /mL) of LPS for different lengths of time (3,6,9 h). Then primary lung fibroblast cells were still incubated in DMEM medium containing LPS in the presence or absence of lipoxinA4. After incubation, the supernatant of medium was collected and the level of PGE2was detected by using ELISA. The cells were harvested, and COX-2 protein was analyzed by Western blot.Results The model of acute inflammation in fibroblasts was well established by administering 1 μg/mL LPS in fibroblasts for 6 hours. Induction of COX-2 protein by LPS was inhibited by lipoxinA4. The levels of PGE2in control group, LPS group and LPS+LipoxinA4 group were 55.84 pg/mL, 411.73 pg/mL and 307.07 pg/mL, respectively, and there was a significant difference between LPS group and LPS+LipoxinA4 group (P<0.01). Conclusion LipoxinA4 down-regulates the expression of the COX-2 induced by LPS in primary lung fibroblast cells and consequently inhibits the production of PGE2in a dose dependent manner.
【Key words】LipoxinA4;Lipopolysaccharide;Lung fibroblast cells;Cyclooxygenase-2;Lipopoly-saccharides
急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)是臨床常見的危重病,其病死率達(dá)35%~58%[1],內(nèi)毒素血癥引起的ARDS極為常見。傳統(tǒng)觀念認(rèn)為急性炎癥效應(yīng)細(xì)胞主要有白細(xì)胞及巨噬細(xì)胞等,目前越來越多證據(jù)表明肺成纖維細(xì)胞不僅作為肺組織間質(zhì)環(huán)境的主要組成部分[2],也可以作為急性炎癥效應(yīng)細(xì)胞,并能分泌促炎癥介質(zhì)及細(xì)胞因子如前列腺素E2(PGE2)、白細(xì)胞介素-8(IL-8)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等,同時(shí)還能表達(dá)環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2 , COX-2)[3]。環(huán)氧合酶-2 是合成前列腺素(如前列腺素E2)的關(guān)鍵限速酶,在急性炎癥時(shí)受多種炎癥介質(zhì)(如細(xì)胞因子)刺激而大量表達(dá)[4]。在肺部炎癥中也存在環(huán)加氧酶-2以及前列腺素E2的高表達(dá)[4]。
脂氧素(lipoxin, LX)是一類重要的內(nèi)源性脂質(zhì)抗炎介質(zhì)。脂氧素是花生四烯酸(arachidonicacid,AA)脂加氧酶(lipoxygenase)代謝產(chǎn)物 , 由5-脂加氧酶與15-脂加氧酶或者由5-脂加氧酶與12-脂加氧酶作用而形成[5],主要通過跨細(xì)胞途徑來合成 ,在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮廣泛的抗炎促消退作用[6]。
本研究用不同劑量的脂多糖(lipopoly-saccharide, LPS)刺激體外培養(yǎng)的原代肺成纖維細(xì)胞, 建立較為合理的體外成纖維細(xì)胞急性炎癥模型。另外,筆者還在脂氧素對(duì)原代肺成纖維細(xì)胞在內(nèi)毒素直接刺激下COX-2及PGE2表達(dá)的影響方面進(jìn)行研究。
1 材料與方法
1.1 主要試劑
脂氧素A4購(gòu)于Cayman 公司,新生牛血清(FCS)(美國(guó)GIBCO公司),DMEM培養(yǎng)基(美國(guó)GIBCO公司),內(nèi)毒素(LPS,E.coil serotype 055:B5),MTT為 3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴鹽購(gòu)自美國(guó)sigma公司, 兔抗人COX-2抗體,鼠抗人vimentin(波形但蛋白) 單克隆抗體和鼠抗人CD31 單克隆抗體均購(gòu)自abcam公司。辣根酶標(biāo)記山羊抗兔IgG、山羊抗鼠IgG購(gòu)于北京中杉公司。PGE2ELISA試劑盒購(gòu)于R&D公司,Triton X-100和BCA蛋白測(cè)定試劑盒購(gòu)于Pierce公司,以上公司均為公司原產(chǎn)地國(guó)家。
1.2 方法
1.2.1 大鼠肺成纖維細(xì)胞分離和培養(yǎng) 參照Tamm等[7]的組織貼壁的方法并進(jìn)行改良,大鼠稱質(zhì)量,腹腔注射2%戊巴比妥鈉80 mg/kg麻醉,仰臥位固定。沿腹中線剪開皮膚,皮下組織,暴露腹腔,切斷腹主動(dòng)脈放血,剪掉橫膈膜,暴露胸腔,截取胸骨,小心折斷肋骨,摘除胸腺,最大限度地暴露心臟及大血管,從右心室插入套管至肺動(dòng)脈,用D-Hanks液灌洗至肺明顯發(fā)白,完整的取出心肺氣管,除去心臟和大氣道,置于放有預(yù)冷的D-Hanks(青霉素100 U/mL、鏈霉素100 U /mL)的無菌培養(yǎng)皿中,反復(fù)用預(yù)冷的D-Hanks液沖洗,用小剪刀將肺組織剪碎(<1 mm3) , 移至10 mL離心管中, 靜置5 min后,吸去D-Hanks液后加入0.25%胰蛋白酶(37 ℃預(yù)溫)5 mL,用吸管反復(fù)吹打1.5 min,加入含15%NBS的H-DMEM培養(yǎng)液終止消化,用吸管吹打均勻,1000 r/min離心5 min,棄上清液,再加入少量15%NBS H-DMEM懸浮組織塊, 加入培養(yǎng)液以不飄起組織塊為宜。每只大鼠肺可接種一個(gè)25 mL的培養(yǎng)瓶。37 ℃、 5%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng),24 h補(bǔ)加培養(yǎng)液后繼續(xù)培養(yǎng),72 h換液。4 d細(xì)胞接近融合時(shí),棄去培養(yǎng)液,D-Hanks液輕洗3次,加入0.25%胰酶消化1 min,用含15%NBS的 H-DMEM培養(yǎng)液終止消化,吸管輕輕吹打細(xì)胞,收集細(xì)胞懸液,1000 r/min離心2 min,棄上清液,用15% NBS的H-DMEM培養(yǎng)液,按1∶2接種傳代,40 min后換培養(yǎng)液(差速貼壁法)。
1.2.2 HE染色 將養(yǎng)于培養(yǎng)皿里原代的LF細(xì)胞,吸棄上清液,加95%乙醇40 min,加入蘇木素15 min染核,自來水洗一遍,0.1%鹽酸乙醇分化1 min,再用自來水洗一遍,溫水返藍(lán)1 min,最后伊紅染5 min,倒置顯微鏡下觀察,如圖1A。將經(jīng)傳代的LF細(xì)胞消化制成單個(gè)細(xì)胞懸液, 計(jì)數(shù)細(xì)胞, 調(diào)整細(xì)胞密度為 1× 104/mL ,接種于24孔板,置于37 ℃5% CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h,吸棄上清液,加95%乙醇40 min,加入蘇木素15 min染核,自來水洗一遍,0.1%鹽酸乙醇分化1 min,再用自來水洗一遍,溫水返藍(lán)1 min,最后伊紅染5 min,倒置顯微鏡下觀察,如圖1B。
1.2.3 免疫熒光鑒定 將傳代的 LF細(xì)胞消化制成單個(gè)細(xì)胞懸液,計(jì)數(shù)細(xì)胞,調(diào)整細(xì)胞密度為1×104個(gè)/mL,接種于6孔板內(nèi)(孔內(nèi)有預(yù)先置有多聚賴氨酸涂布的蓋玻片),37 ℃ 5%CO2培養(yǎng)箱常規(guī)培養(yǎng)。當(dāng)細(xì)胞鋪滿蓋玻片時(shí),取出蓋玻片,4%多聚甲醛固定30 min,PBS 洗3次,含0.2%Triton的PBS洗兩次,再PBS洗兩次,5%BSA封閉40 min(室溫),保持濕度一抗孵育過夜(4 ℃),次日用PBS洗三次,每次5 min,加二抗(避光)室溫孵育1 h,PBS洗7次,每次5 min,Hoechest復(fù)染核12 min,PBS洗一次,檢測(cè)LF vimentin和CD31的表達(dá)。
1.2.4 實(shí)驗(yàn)分組 實(shí)驗(yàn)分三大組: (1)正常對(duì)照組:不給予任何處理;(2)LPS處理組:不同時(shí)間點(diǎn)(3、6、9 h)給予不同質(zhì)量濃度LPS(0.1、1.0、10 μg/mL);(3)脂氧素LPS組:給予不同濃度(0 nmol/mL、100 nmol/mL)脂氧素加上LPS(1 μg/mL)刺激6 h。藥物刺激前均無血清DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h。
1.2.5 經(jīng)典細(xì)胞增殖/毒性檢測(cè)試驗(yàn)(MTT) MTT[8]法實(shí)驗(yàn)步驟:將分離純化的LF用含15%NBS得培養(yǎng)液配成單個(gè)細(xì)胞懸液,接種入6孔板,2 mL/孔,37 ℃5%CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng),待細(xì)胞80%~90%呈融合狀態(tài)時(shí),換無血清培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h后重懸,調(diào)整密度為1×106個(gè)/mL,加入96孔板,100 μL/孔,5復(fù)孔,同時(shí)設(shè)空白對(duì)照孔(不加細(xì)胞),加入不同質(zhì)量濃度LPS作為刺激物,建立體外炎癥模型,同時(shí)以PBS作為陰性對(duì)照。藥物干預(yù)時(shí)間設(shè)三個(gè),分別為3、6、9 h,至規(guī)定時(shí)間后加入MTT試劑,每孔加MTT溶液(5 mg/mL用PBS配制,pH=7.4)20 μL。繼續(xù)于37 ℃,CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)孵育4 h,終止培養(yǎng),小心吸棄孔內(nèi)培養(yǎng)上清液。每孔加150 μL DMSO,震蕩10 min,使結(jié)晶物充分融解。放入酶標(biāo)儀檢測(cè),測(cè)定波長(zhǎng)490 nm各孔的吸光度值,記錄結(jié)果,以時(shí)間為橫坐標(biāo),吸光值為縱坐標(biāo)繪制細(xì)胞生長(zhǎng)曲線。
1.2.6 酶聯(lián)免疫法(ELISA)方法檢測(cè)細(xì)胞上清液中PGE2的含量 LPS或(及)脂氧素作用結(jié)束后收集細(xì)胞上清液,2000 r/min離心5 min后待測(cè)。酶標(biāo)板各孔加入細(xì)胞上清液50 μL, 37 ℃包被2 h。棄包被液,應(yīng)用洗滌液洗滌5 min×5次,加入HRP標(biāo)記的鼠抗人IgG,37 ℃、1 h,洗滌液洗滌5 min×5次,加入TMB顯色液室溫下避光10 min,加入終止液終止反應(yīng),酶標(biāo)儀檢測(cè)450 nm吸光度(A)值,應(yīng)用洗滌液替代樣品為陰性對(duì)照組。各孔檢測(cè)的吸光度值減去陰性對(duì)照組的吸光度值為各孔實(shí)際吸光度值,間接反映上清液中PGE2的含量。
1.2.7 Western-blot檢測(cè)COX-2蛋白的表達(dá) 取1 μg/mL LPS合并不同濃度脂氧素誘導(dǎo)培養(yǎng)6 h后的肺成纖維細(xì)胞,加入適量細(xì)胞裂解液,冰上孵育40 min,12 000 r/min離心20 min,上清液即為總蛋白。將總蛋白進(jìn)行SDS PAGE凝膠電泳,然后電轉(zhuǎn)移至NC膜上。把膜放入含5 g脫脂奶粉的TBST(10 mmol/L Tris pH 7.5,100 mmol/L NaCl,0.1% Tween20)中室溫封閉1 h,加入兔抗人COX-2和小鼠抗人β-actin多克隆抗體(COX-2以1∶500稀釋,β-actin以1∶1000稀釋)4 ℃搖動(dòng)過夜。次日用TBST于室溫下洗膜3次,每次15 min,接著加入辣根酶標(biāo)記山羊抗兔IgG抗體(1∶2000稀釋)及山羊抗小鼠IgG抗體(1∶2000稀釋),在室溫下輕輕搖動(dòng)1 h,然后用TBST室溫下洗膜3次,每次15 min。最后用化學(xué)發(fā)光法曝光顯跡,按化學(xué)發(fā)光顯影試劑盒(ECL)說明要求加ECL試劑,室溫下溫育2 min后對(duì)X線片曝光。
1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法
計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,以SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析處理,多組樣本均數(shù)比較進(jìn)行方差齊性檢驗(yàn),組間比較采用單因數(shù)方差分析。方差齊性者兩兩比較采用LSD法,方差不齊者進(jìn)行Dunnets T3檢驗(yàn)。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 大鼠肺成纖維細(xì)胞純化及鑒定
24 h后顯微鏡下可見長(zhǎng)梭型細(xì)胞從組織塊中爬出,72 h后細(xì)胞生長(zhǎng)迅速,4 d接近融合。在原代培養(yǎng)過程中,LF還混有少量的圓形Ⅱ型肺泡上皮(AECⅡ)(圖1 A1), 因?yàn)閭鞔蟛町愘N壁利用成纖維細(xì)胞貼壁的時(shí)間早于ATⅡ細(xì)胞,從而去除ATⅡ細(xì)胞。LF呈星狀或梭形,核橢圓形,核仁明顯,細(xì)胞伸出多個(gè)突起,并連接成網(wǎng)狀(圖 1A2)。傳代后的LF幾乎長(zhǎng)滿整個(gè)培養(yǎng)瓶,偶見其他非纖維細(xì)胞,細(xì)胞增殖能力強(qiáng),3 d接近融合,連續(xù)傳4~5代以后,細(xì)胞增殖能力方逐漸下降。免疫熒光檢測(cè)肺成纖維細(xì)胞呈vimentin陽性,CD31陰性(圖1B)。
2.2 MTT檢測(cè)結(jié)果
由表1可以看出,在LPS的刺激下,大鼠肺成纖維細(xì)胞出現(xiàn)了增殖反應(yīng),三個(gè)濃度梯度組與對(duì)照組相比,均出現(xiàn)了增殖反應(yīng)(P<0.01)。其中刺激質(zhì)量濃度為1 μg/mL 時(shí),與其他三個(gè)實(shí)驗(yàn)組相比,細(xì)胞增殖反應(yīng)最大(P<0.01),且在各個(gè)濃度的不同刺激時(shí)間里,6 h時(shí),細(xì)胞增殖反應(yīng)較大(P<0.05),因此可以確定LPS刺激致ARDS模型的最適刺激質(zhì)量濃度為1 μg/mL,最佳刺激時(shí)間為6 h。
2.3 脂氧素對(duì)于LPS刺激肺成纖維細(xì)胞COX2蛋白表達(dá)的影響
正常肺成纖維細(xì)胞中COX-2蛋白有微量表達(dá),脂氧素抑制LPS刺激肺成纖維細(xì)胞的COX-2蛋白表達(dá),LPS組與LPS+脂氧素組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。COX-2 蛋白表達(dá)結(jié)果以COX-2/β-actin吸光度的相對(duì)值計(jì)算(圖2)。
2.4 脂氧素對(duì)于LPS刺激肺成纖維細(xì)胞上清液PGE2含量的影響
脂氧素能抑制肺成纖維細(xì)胞環(huán)加氧酶-2(COX-2)表達(dá),因此推測(cè)脂氧素是否也能抑制其產(chǎn)物前列腺素E2的表達(dá),肺成纖維細(xì)胞上清液ELISA檢測(cè)發(fā)現(xiàn),脂氧素能抑制LPS刺激后肺成纖維細(xì)胞上清液中PGE2的含量。對(duì)照組,LPS組,LPS組與LPS+脂氧素組測(cè)PGE2質(zhì)量濃度分別為55.84 pg/mL、411.73 pg/mL、307.07 pg/mL。LPS組與LPS+脂氧素組間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(圖3)。
3 討論
急性肺損傷及急性呼吸窘迫綜合征是臨床常見急危重癥,病死率極高[9]。目前對(duì)于針對(duì)內(nèi)毒素性肺損傷的治療,不難發(fā)現(xiàn)抑制炎癥啟動(dòng)階段的促炎介質(zhì)釋放是主旋律[10]。越來越多的研究資料表明炎癥是一個(gè)從啟動(dòng)到消退的程序化過程,炎癥反應(yīng)的及時(shí)消退是防止炎癥走向慢性的關(guān)鍵環(huán)節(jié),因此,這種內(nèi)源性炎癥消退機(jī)制并在此基礎(chǔ)上提出的“促炎癥消退”的炎癥治療新策略已成為新的研究熱點(diǎn)[10]。
成纖維細(xì)胞是人體數(shù)量最多的一種間質(zhì)細(xì)胞[2]。成纖維細(xì)胞主要功能包括細(xì)胞外基質(zhì)的合成與重造、調(diào)節(jié)上皮細(xì)胞的分化、調(diào)節(jié)炎癥過程以及參與組織損傷的修復(fù)[11]。目前越來越多的證據(jù)表明成纖維細(xì)胞在炎癥的發(fā)生中起到重要的作用,而且能促進(jìn)炎癥成功消退。通過調(diào)控成纖維細(xì)胞可以調(diào)控炎癥的發(fā)生及消退過程。
在呼吸系統(tǒng)炎癥中前列腺素類物質(zhì)如前列腺素E2(PGE2)作為主要的炎癥介質(zhì),起到關(guān)鍵作用[12]。前列腺素類物質(zhì)屬于類花生酸家族,是花生四烯酸經(jīng)過環(huán)加氧酶催化而產(chǎn)生[11]。環(huán)氧合酶(COX)是花生四烯酸轉(zhuǎn)化成類花生酸類物質(zhì)途徑中重要的限速酶[13]。機(jī)體中主要有兩種環(huán)加氧酶異構(gòu)體:環(huán)加氧酶-1(COX-1)及環(huán)加氧酶-2(COX-2)[13]。COX-1屬于管家酶,在大多數(shù)組織和細(xì)胞中均有表達(dá),其表達(dá)基本上是相對(duì)恒定的[14]。COX- 2在多數(shù)情況下處于靜息狀態(tài)或低表達(dá),只有在炎癥反應(yīng)或其他病理?xiàng)l件下才大量表達(dá)[15]。
有研究報(bào)道預(yù)先給予脂氧素類似物能減輕內(nèi)毒素所致的小鼠急性肺損傷程度[16]。據(jù)報(bào)道脂氧素抑制肺纖維化并促進(jìn)其炎癥消退[17]。另外據(jù)Medeiros等[18]報(bào)道脂氧素A4同樣能抑制內(nèi)毒素所致大鼠眼葡萄膜炎的環(huán)氧合酶表達(dá)及其活性。本研究結(jié)果也發(fā)現(xiàn)肺成纖維細(xì)胞在LPS刺激下COX-2表達(dá)增加。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道COX-2基因敲除的小鼠炎癥反應(yīng)性增加[19]。另外,環(huán)加氧酶是催化花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列腺素類物質(zhì) (PGS) 的限速酶[13],因此環(huán)加氧酶-2表達(dá)增加在呼吸系統(tǒng)炎癥發(fā)展過程中起到關(guān)鍵的作用。
脂氧素是花生四烯酸脂加氧酶代謝產(chǎn)物,主要在炎癥等病理過程中通過跨細(xì)胞途徑來合成[5-6],在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮廣泛的抗炎促消退作用。在對(duì)肺部疾?。ㄈ缦w外及體內(nèi)研究都表明脂氧素具有抗炎促炎癥消退作用[20]。據(jù)報(bào)道脂氧素能抑制肺成纖維細(xì)胞的增殖,并抑制肺纖維化[20-21]。筆者利用內(nèi)毒素(LPS)刺激體外培養(yǎng)的肺成纖維細(xì)胞,利用細(xì)胞增殖測(cè)定,發(fā)現(xiàn)1 μg/mL LPS刺激6 h可以建立較為合理的體外炎癥模型。另外脂氧素能抑制LPS刺激下其COX-2蛋白的表達(dá),也同時(shí)能抑制LPS刺激下其上清液PGE2水平。因此,筆者認(rèn)為脂氧素可能部分通過依賴COX-2的方式促進(jìn)肺部炎癥消退,從而為急性肺損傷的治療提供了一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。
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