馬祥 劉洪 梁宗安 李群英
(1.成都市第一人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科, 四川 成都 610041;2.四川大學(xué)華西醫(yī)院呼吸內(nèi)科, 四川 成都 610041)
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哮喘小鼠CD4+CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞及相關(guān)細(xì)胞因子的變化研究*
馬祥1劉洪1梁宗安2李群英1
(1.成都市第一人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科, 四川 成都 610041;2.四川大學(xué)華西醫(yī)院呼吸內(nèi)科, 四川 成都 610041)
【摘要】目的探討哮喘小鼠 CD4+CD25+調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞(regulatory T cells,Treg) 及IL-10、TGF-β、IL-17水平的變化。方法30只雄性BALB/c小鼠被隨機(jī)分為三組:正常對照組、哮喘組及地塞米松組各10只;利用雞卵白蛋白腹腔注射、霧化吸入制備哮喘模型;取小鼠左肺組織作病理切片觀察炎癥改變;通過流式細(xì)胞儀檢測各組小鼠脾臟單個(gè)核細(xì)胞CD4+CD25+Treg細(xì)胞占CD4+T細(xì)胞的百分比;采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)檢測各組小鼠血清中細(xì)胞因子IL-1、TGF-β、IL-17表達(dá)水平。結(jié)果哮喘組小鼠的脾單個(gè)核細(xì)胞CD4+CD25+Treg細(xì)胞百分比以及IL-10、TGF-β的表達(dá)水平較正常對照組降低(P<0.05),哮喘組IL-17的表達(dá)水平較正常對照組增高(P<0.05),地塞米松組與正常對照組比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論哮喘小鼠體內(nèi)CD4+CD25+Treg數(shù)量的減少以及功能的下降、細(xì)胞因子IL-17表達(dá)的增加均參與了哮喘的發(fā)病過程。
【關(guān)鍵詞】哮喘; CD4+CD25+調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞; IL-10; TGF-β;IL-17
The expression of CD4+CD25+regulatory T cells,IL-10, TGF-β and IL-17 in asthmatic miceMA Xiang1, LIU Hong1,LIANG Zong’an2,etal
(1.DepartmentofRespiratory,TheFirstPeople’sHospitalofChengdu,Chengdu610041,China;
2.DepartmentofRespiratorydiseases,WestChinaHospital,SichuanUniversity,Chengdu610041,China)
【Abstract】ObjectiveTo discuss the expression of CD4+CD25+regulatory T cells (Treg), IL-10, TGF-β and IL-17 in asthmatic mice. Methods30 male BALB/c mice were randomly assigned to the control group,the asthma group and the dexamethasone group. Tissues of left lung were obtained from mice to observe pathological changes.Flow cytometry was used to detect the percentage of CD4+CD25+Treg in CD4+T cells. The levels of serum IL-10,TGF-βand IL-17 were detected by ELISA. ResultsThe percentage of CD4+CD25+Treg, IL-10 and TGF-βin asthma group decreased significantly (P<0.05). The expression of IL-17 in asthma group increased significantly(P<0.05). The difference was not significant between the control group and the dexamethasone group (P>0.05).ConclusionThe number of CD4+CD25+Treg in asthmatic mice reduces, the function declines, and the increase of expression of IL-17 involves in the pathogenesis of asthma.
【Key words】Asthma; CD4+CD25+regulatory T cells; IL-10; TGF-β;IL-17
哮喘是一種復(fù)雜的氣道炎癥性疾病,以神經(jīng)遞質(zhì)、炎癥介質(zhì)和吸入的收縮性刺激物導(dǎo)致支氣管過度收縮為特征。在T淋巴細(xì)胞亞群中,調(diào)節(jié)性 T 淋巴細(xì)胞(regulatory T cells,Treg)是其中的一類,它具有免疫抑制功能,能維持機(jī)體對自身抗原的免疫耐受,能預(yù)防自身免疫性疾病,在過敏性疾病中,能調(diào)節(jié)并避免過度的免疫反應(yīng),對機(jī)體具有非常重要的作用[1]。其中,CD4+CD25+Treg是Treg細(xì)胞的主要組成部分,它是自然存在于人體內(nèi)的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞, 在外周血CD4+T淋巴細(xì)胞中約占5%~10%。IL-10、TGF-β是由CD4+CD25+Treg分泌的兩種主要的細(xì)胞因子。Th17細(xì)胞是由CD4+初始T細(xì)胞經(jīng)抗原活化,繼而分化,形成的一類功能獨(dú)立的T輔助細(xì)胞亞群。Th17細(xì)胞產(chǎn)生很多的細(xì)胞因子,如IL- 17、IL-22、IL-6、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等,在一些自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展中,這些細(xì)胞因子發(fā)揮著非常重要的作用[2]。近年來有研究發(fā)現(xiàn),CD4+CD25+Treg以及Th17細(xì)胞通過多種途徑,介導(dǎo)了哮喘的發(fā)生發(fā)展過程。本研究以哮喘小鼠為對象,通過檢測哮喘小鼠體內(nèi)CD4+CD25+Treg及IL-10、TGF-β、IL-17的表達(dá)情況,以探討哮喘發(fā)生過程中可能存在的免疫學(xué)機(jī)制。
1材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)動物健康雄性BALB/c小鼠、體重20g左右、8周齡(四川大學(xué)華西醫(yī)學(xué)院動物實(shí)驗(yàn)中心),隨機(jī)分成3組:正常對照組、哮喘組、地塞米松組,每組分別10只。
1.2方法
1.2.1儀器與試劑主要實(shí)驗(yàn)儀器:低溫高速離心機(jī)(德國Heraeus公司);超聲霧化器(德國Boehringger Ingelhei);CYTOMICS- FC500流式細(xì)胞儀(美國 BACK MAN COULTER 公司提供)。主要實(shí)驗(yàn)試劑:雞卵蛋白(美國 Sigma 公司); 氫氧化鋁(天津三廠); 小鼠淋巴細(xì)胞分離液(天津TDB生物技術(shù)發(fā)展中心);Anti-Mouse CD4 PE-Cy5、Anti-Mouse CD25 PE及相應(yīng)同型對照等(美國eBioscience公司)。
1.2.2動物模型制備通過參照J(rèn).C. Kips[4]和Matthew E等[5]提出的方法,并適當(dāng)加以調(diào)整來制備哮喘模型。正常對照組:分別在第1、8、14天腹腔注射生理鹽水0.5ml,第15天開始將小鼠置于密閉空間內(nèi),霧化吸入生理鹽水,一天一次,一次30分鐘,連續(xù)7天。哮喘組:分別在第1、8、14天腹腔注射預(yù)先制備的抗原液0.5 ml (含20μg 卵白蛋白、2.25 mg 氫氧化鋁)以致敏,第15天開始將小鼠置于密閉空間內(nèi),予1%卵白蛋白(OVA)霧化吸入激發(fā),連續(xù)7天。地塞米松組:同樣使用腹腔注射抗原液使小鼠致敏,但在霧化吸入卵白蛋白前30分鐘腹腔注射地塞米松(2.5mg/kg)。
1.2.3分離脾單個(gè)核細(xì)胞在最后一次激發(fā)結(jié)束后,通過引頸的方式處死小鼠,取出脾臟,將其剪成多個(gè)小塊,并放在細(xì)胞篩上,進(jìn)行研磨、過濾,制備脾單個(gè)核細(xì)胞的懸液,并調(diào)節(jié)細(xì)胞濃度為106個(gè)細(xì)胞/ml,最后使用流式細(xì)胞儀檢測各組CD4+CD25+Treg占CD4+T細(xì)胞的百分率。
1.2.4肺病理切片制備取出小鼠的左肺,使用10%中性甲醛固定24小時(shí)后,再進(jìn)行常規(guī)脫水、透明、浸蠟、包埋、切片,在HE染色后使用顯微鏡觀察各組小鼠肺組織形態(tài)、結(jié)構(gòu)。
1.2.5血清IL-10、TGF-β、IL-17水平采用ELISA雙抗體夾心法測定IL-10、TGF-β、IL-17。嚴(yán)格按照試劑盒操作說明書進(jìn)行檢測。
2結(jié)果
2.1各組肺組織病理哮喘組:在小鼠肺組織血管及氣管周圍,有大量淋巴細(xì)胞、嗜酸性細(xì)胞等炎性細(xì)胞浸潤,粘膜上皮存在不同程度的壞死、脫落。正常對照組:小鼠肺組織支氣管粘膜上皮、肌層完好,周圍無炎性細(xì)胞浸潤,支氣管管腔規(guī)則,形態(tài)基本正常。
2.2各組小脾單個(gè)核細(xì)胞CD4+CD25+Treg的百分率哮喘組小鼠脾單個(gè)核細(xì)CD4+CD25+Treg百分率,較正常對照組、地塞米松組明顯降低(P<0.05);地塞米松組小鼠CD4+CD25+Treg百分率較哮喘組升高(P<0.05);地塞米松組小鼠CD4+CD25+Treg百分率低于正常對照組小鼠,但兩組之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表1。
表1 各組小鼠脾單個(gè)核細(xì)胞 CD4+CD25+Treg百分率比較
注:與哮喘組比較①P<0.05,與正常對照比較②P>0.05
2.3血清IL-10、TGF-β、IL-17水平與正常對照組相比,哮喘組IL-10、TGF-β水平明顯減少(P<0.05),IL-17水平明顯升高(P<0.05);地塞米松組IL-10、TGF-β水平較哮喘組升高(P<0.05)、IL-17水平較哮喘組降低(P<0.05);地塞米松組與正常對照組比較,IL-10、TGF-β水平稍低、IL-17水平稍高,但兩組之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表2。
表2 各組小鼠血清中細(xì)胞因子的水平±s)
注:與哮喘組比較 ①P<0.05,與對照比較②P>0.05
2.4相關(guān)性分析相關(guān)性分析表明:CD4+CD25+/CD4+與血清IL-10、TGF-β水平呈明顯正相關(guān)(r為0.352,P<0.05);CD4+CD25+/CD4+與IL-17水平呈負(fù)相關(guān)(r為-0.279,P<0.05);IL-10、TGF-β水平與IL-17呈負(fù)相關(guān)(r為-0.162,P<0.05)。
3討論
支氣管哮喘是一類慢性肺部炎癥性疾病,其發(fā)生過程中以嗜酸性粒細(xì)胞浸潤為主,由多種免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子參與其中。近年來的研究表明,在哮喘的發(fā)病機(jī)制中,CD4+CD25+Treg起著極為重要的作用。CD4+CD25+Treg通過多種途徑和方式實(shí)現(xiàn)其作用,可以通過細(xì)胞之間的直接接觸,也可以通過分泌細(xì)胞因子IL-10和TGF-β對局部免疫反應(yīng)產(chǎn)生抑制作用[5]。有研究認(rèn)為,與哮喘的發(fā)生、發(fā)展可能與體內(nèi)CD4+CD25+Treg的數(shù)量或功能異常有關(guān)。但是,關(guān)于哮喘患者體內(nèi)外周血CD4+CD25+Treg水平是升高還是降低,報(bào)道是不一致的,大部分的意見是哮喘患者外周血CD4+CD25+Treg水平是降低的,這些研究認(rèn)為,CD4+CD25+Treg數(shù)量的不足,會導(dǎo)致其免疫抑制功能的下降,從而,可能會出現(xiàn)對Th2細(xì)胞的抑制作用的減弱,使Th2類型的免疫反應(yīng)增強(qiáng),以至產(chǎn)生的大量的致炎因子,如 IL-4,IL-5和IL-13等,導(dǎo)致哮喘的發(fā)作[6-8]。但是,也有少數(shù)研究發(fā)現(xiàn),哮喘患者外周血CD4+CD25+Treg水平與正常對照組比較,并沒有表現(xiàn)出明顯的差異,甚至其數(shù)量是升高的。
CD4+CD25+Treg分泌多種細(xì)胞因子,其中,IL-10和TGF-β是其發(fā)揮免疫抑制作用的主要細(xì)胞因子。IL-10可以阻止T細(xì)胞受體介導(dǎo)的CD4+T細(xì)胞的活化,抑制氣道內(nèi)的炎癥,抑制諸炎癥細(xì)胞,如嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等的激活,抑制炎性細(xì)胞因子的釋放,實(shí)現(xiàn)其調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能,因此,又稱為細(xì)胞因子合成抑制因子。當(dāng)體內(nèi)IL-10的水平降低,機(jī)體的免疫抑制功能會減弱,在氣道,會出現(xiàn)過敏性炎癥反應(yīng),當(dāng)接觸到外界的過敏原刺激時(shí),氣道會出現(xiàn)反應(yīng)增強(qiáng)。有研究顯示,在哮喘小鼠體內(nèi),IL-10水平較正常小鼠低,提示IL-10可能在哮喘中發(fā)揮抑制作用。研究報(bào)道,CD4+CD25+Treg與活動性哮喘相關(guān),CD4+CD25+Treg可以通過分泌IL-10,減輕氣氣道急性過敏性炎癥,減輕氣道的高反應(yīng)性,并且延緩氣道的重塑[9]。TGF-β可通過抑制IL-1 和IL-2的釋放直接抑制T細(xì)胞的增殖和分化,也抑制B細(xì)胞增殖,抑制巨噬細(xì)胞的增殖及活性氧釋放功能,以抑制炎癥反應(yīng),減輕氣道的免疫反應(yīng),減輕氣道炎癥。而且,TGF-β可使Treg具有穩(wěn)定的免疫抑制功能,在維持Tregs的功能的同時(shí)也促進(jìn)適當(dāng)?shù)腡regs分化。Scherf W等研究者們發(fā)現(xiàn)[10],TGF-β基因敲除的小鼠,炎癥反應(yīng)明顯增強(qiáng),對過敏原的刺激反應(yīng)強(qiáng)烈,而全部敲除了TGF-β基因的小鼠,會因強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)出現(xiàn)快速死亡。有研究顯示,在氣管中,TGF-β不僅能夠直接抑制抗原誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)以及氣道高反應(yīng)性,并且,在抗原刺激后,肺泡上皮細(xì)胞也可以通過TGF-β途徑,直接誘導(dǎo)Treg細(xì)胞上Foxp3+的表達(dá),從而促進(jìn)CD4+CD25-Treg細(xì)胞轉(zhuǎn)化為CD4+CD25+Treg,以調(diào)節(jié)肺黏膜的免疫應(yīng)答,實(shí)現(xiàn)對外界抗原產(chǎn)生免疫耐受[11]。在本研究中,哮喘組小鼠CD4+CD25+Treg百分率、IL-10、TGF-β水平均呈現(xiàn)顯著的降低,CD4+CD25+Treg與IL-10、TGF-β呈正相關(guān)的關(guān)系,與國內(nèi)外大多數(shù)的研究結(jié)果相一致,支持CD4+CD25+Treg可能通過分泌細(xì)胞因子IL-10、TGF-β來發(fā)揮其免疫抑制作用,IL-10、TGF-β水平的降低,可能促進(jìn)了哮喘小鼠氣道內(nèi)過敏性炎癥反應(yīng),導(dǎo)致哮喘的發(fā)生。在地塞米松組,CD4+CD25+Treg百分率、IL-10、TGF-β明顯升高,提示地塞米松可能通過上調(diào)CD4+CD25+Treg數(shù)量、促進(jìn)其分泌相關(guān)抑制性細(xì)胞因子以發(fā)揮其抗炎作用。
Th17細(xì)胞和Tregs都屬于T細(xì)胞亞群。近年來研究發(fā)現(xiàn),Th17細(xì)胞可以通過多種途徑來介導(dǎo)組織細(xì)胞的免疫損傷。Th17細(xì)胞主要分泌IL-17和IL-23等炎癥因子。IL-17是Thl7細(xì)胞的主要的效應(yīng)因子,它也是近年來新發(fā)現(xiàn)的諸多炎癥因子中的起始因子,它可以促進(jìn)炎性細(xì)胞釋放炎性因子,可誘導(dǎo)T細(xì)胞的產(chǎn)生、增強(qiáng)炎癥反應(yīng),還可以在氣道炎性反應(yīng)的過程中,招募中性粒細(xì)胞的聚集,進(jìn)一步促進(jìn)多種炎癥細(xì)胞釋放出炎性因子,從而加重氣道的阻塞,增強(qiáng)氣道的高反應(yīng)性[12]。在過敏性哮喘患兒的肺組織、痰液、血清、肺泡灌洗液及外周血中,IL-17均顯著升高[13],并且,其表達(dá)水平的高低,與患者氣道高反應(yīng)的嚴(yán)重程度呈現(xiàn)密切的相關(guān)性[14]。在一系列針對IL-17和IL-17R基因敲除小鼠的研究中,發(fā)現(xiàn)在過敏性哮喘的致敏階段,IL-17能夠誘導(dǎo)Th2的活化,能夠使嗜酸性粒細(xì)胞聚集,促進(jìn)IgE的產(chǎn)生,導(dǎo)致氣道的炎癥以及重塑[15]。近期的研究發(fā)現(xiàn),CD4+CD25+Treg與Th17細(xì)胞之間關(guān)系緊密,二組在分化上互相影響,在功能上有表現(xiàn)出相互拮抗,從而,使機(jī)體的免疫狀態(tài)呈現(xiàn)出相對穩(wěn)定,對機(jī)體免疫平衡狀態(tài)起著非常重要的作用。活化的CD4+T細(xì)胞在TGF-β作用下分化為抗炎的CD4+CD25+Treg,但是,活化的CD4+T細(xì)胞在TGF-β和高濃度IL-6 都存在的情況下,則分化為具有促炎作用的Th17細(xì)胞,表現(xiàn)出抑制CD4+CD25+Treg的分化。CD4+CD25+Treg能夠通過分泌TGF-β細(xì)胞因子,促進(jìn)Th17細(xì)胞的發(fā)育。在缺乏外源性TGF-β,但是,有IL -6存在的情況下, CD4+CD25+Treg本身也可以分化為Th17細(xì)胞,反之,抑制Th17細(xì)胞的產(chǎn)生可促進(jìn)CD4+CD25+Treg的發(fā)育[16]。本研究結(jié)果顯示,哮喘小鼠CD4+CD25+Treg百分率及其細(xì)胞因子IL-10、TGF-β較正常對照組顯著降低,同時(shí),Th17細(xì)胞因子IL-17顯著增高,并且,CD4+CD25+Treg與IL-10、TGF-β表達(dá)水平呈正相關(guān),與IL-17之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,提示在哮喘小鼠體內(nèi),在CD4+CD25+Treg數(shù)量和功能的下調(diào)的同時(shí),也出現(xiàn)了IL-17表達(dá)增加,表現(xiàn)出免疫失衡狀態(tài)。地塞米松干預(yù)后的小鼠CD4+CD25+Treg數(shù)量及相關(guān)細(xì)胞因子IL-10、TGF-β明顯升高,而IL-17水平呈現(xiàn)明顯降低,提示地塞米松可能會促進(jìn)CD4+CD25+Treg及相關(guān)因子的表達(dá),能夠抑制TH17相關(guān)細(xì)胞因子的表達(dá),以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)CD4+CD25+Treg/Th17之間的免疫失衡狀態(tài),從而抑制機(jī)體的炎癥反應(yīng),表現(xiàn)出其抗炎作用。
4結(jié)論
本研究結(jié)果顯示,哮喘小鼠體內(nèi)存在CD4+、CD25+Treg數(shù)量的減少以及IL-10、TGF-β表達(dá)水平的下降、細(xì)胞因子IL-17表達(dá)的增加。CD4+、CD25+Treg及其相關(guān)細(xì)胞因子IL-10、TGF-β、TH17類細(xì)胞因子IL-17,共同介導(dǎo)的免疫平衡參與了哮喘的發(fā)生、發(fā)展過程,地塞米松可能通過調(diào)節(jié)這些細(xì)胞及其細(xì)胞因子平衡來發(fā)揮其抗炎作用。引起支氣管哮喘的機(jī)制復(fù)雜,并且參與的因素眾多,糖皮質(zhì)激素及CD4+、CD25+Treg介導(dǎo)哮喘發(fā)病的具體作用機(jī)制卻并不清楚,還需要進(jìn)一步的研究。對哮喘免疫機(jī)制的深入研究將有助于為哮喘的治療提供更有效的方法。
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(收稿日期:2015-09-02; 編輯: 陳舟貴)
通訊作者:梁宗安,教授,本刊常務(wù)編委,E-mail:liang.zongan@163.com
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(30871119)
【中圖分類號】R 562.2+5
【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A
doi:10.3969/j.issn.1672-3511.2016.01.004