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      可樂定通過激活膽堿能抗炎通路抑制肺損傷小鼠炎性反應(yīng)

      2017-08-07 09:20:09劉彥鋒
      中國病理生理雜志 2017年7期
      關(guān)鍵詞:膽堿能性反應(yīng)抗炎

      劉彥鋒, 劉 展

      (1 南陽醫(yī)專一附院麻醉科, 2南陽市中心醫(yī)院麻醉科一部, 河南 南陽 473000)

      可樂定通過激活膽堿能抗炎通路抑制肺損傷小鼠炎性反應(yīng)

      劉彥鋒1△, 劉 展2

      (1南陽醫(yī)專一附院麻醉科,2南陽市中心醫(yī)院麻醉科一部, 河南 南陽 473000)

      目的: 探討可樂定對肺損傷小鼠炎性反應(yīng)的影響及其作用機(jī)制。方法: 以脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的肺損傷小鼠為模型,靜脈注射可樂定,取左肺上葉組織,檢測肺濕干重比(W/D)和總肺含水量(TLW),ELISA試劑盒檢測炎性因子IL-1β、IL-6和TNF-α的含量,RT-PCR和Western blot檢測α7煙堿型乙酰膽堿受體(α7nAChR)、高遷移率族蛋白B1(HMGB1)表達(dá)的變化;鼻內(nèi)吸入法將α7nAChR基因RNA干擾慢病毒載體導(dǎo)入肺損傷模型小鼠肺內(nèi),或者靜脈注射HMGB1外源性蛋白,檢測炎性因子和HMGB1的變化。結(jié)果: 可樂定可減輕LPS誘導(dǎo)的小鼠肺損傷,并通過降低細(xì)胞因子IL-6、IL-10和TNF-α水平從而抑制LPS誘導(dǎo)的炎性反應(yīng);可樂定促進(jìn)α7nAChR表達(dá)從而激活膽堿能抗炎通路,并抑制HMGB1的表達(dá)。結(jié)論: 可樂定對肺損傷小鼠具有抗炎作用,這可能與激活膽堿能抗炎通路,抑制HMGB1的表達(dá)有關(guān)。

      可樂定; 肺損傷; 炎性反應(yīng); 膽堿能抗炎通路; α7煙堿型乙酰膽堿受體; 高遷移率族蛋白B1

      可樂定(clonidine,CLO)是α2-腎上腺素受體激動劑,作為一種麻醉輔助用藥已經(jīng)在臨床上廣泛應(yīng)用[1-2]??蓸范軌蛞种浦袠猩窠?jīng),具有降低血壓、鎮(zhèn)痛等作用。此外,近年動物實驗研究發(fā)現(xiàn),可樂定可以減輕低氧大鼠創(chuàng)傷后的炎癥反應(yīng),表明可樂定具有抗炎作用。乙酰膽堿(acetyl choline,ACh)是一種分布廣泛的重要神經(jīng)遞質(zhì)。有研究表明可樂定通過抗膽堿能作用,抑制胃腸道的過量分泌及胃腸蠕動,從而促進(jìn)腸黏膜對液體和電解質(zhì)的吸收[3]。可樂定能夠可逆性抑制乙酰膽堿的合成與釋放以及乙酰膽堿受體[4]。

      急性肺損傷(acute lung injury,ALI)發(fā)病過程中,促炎細(xì)胞因子和抑炎細(xì)胞因子的共同作用介導(dǎo)著炎癥的發(fā)生和發(fā)展。有研究報道,LPS可誘導(dǎo)ALI,并促進(jìn)炎性因子的分泌[5]。細(xì)胞膽堿能抗炎通路是近年來發(fā)現(xiàn)的一種抗炎途徑[6-7],主要通過α7煙堿型乙酰膽堿受體(α7 nicotinic acetylcholine receptor,α7nAChR)發(fā)揮抗炎作用[8-9],α7nAChR對大鼠缺血再灌注后肺組織中炎性因子IL-1β、IL-6和TNF-α的產(chǎn)生具有抑制作用[10-11]。高遷移率族蛋白B1(high-mobility group box protein 1,HMGB1)是一個含有215個氨基酸殘基的單鏈多肽,近年來研究發(fā)現(xiàn),HMGB1在關(guān)節(jié)炎、急性肺損傷、缺血再灌注損傷等急慢性疾病扮演了重要角色[12-13]。

      本實驗在建立小鼠肺損傷模型的基礎(chǔ)上,通過檢測可樂定對炎性反應(yīng)以及α7nAChR和HMGB1表達(dá)的影響,明確其對肺損傷的作用,為可樂定的作用機(jī)制研究提供新思路。

      材 料 和 方 法

      1 材料

      10~12周齡BALB/c清潔級小鼠,雌性,體質(zhì)量(23±2) g,由上海斯萊克實驗動物有限責(zé)任公司提供。

      可樂定、LPS和外源性HMGB1蛋白均購自Sigma;胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS)購自Gibco;RPMI-1640培養(yǎng)基購自杭州四季青;RT-PCR試劑盒及RT-PCR引物合成購自上海生工生物;抗體購自BioSystems;ELISA檢測試劑盒購自武漢博士德。

      2 方法

      2.1 小鼠α7nAChR小干擾RNA慢病毒表達(dá)載體的構(gòu)建 根據(jù)小鼠α7nAChR基因序列(GenBank NM_04127)設(shè)計合成小分子干擾序列(siRNA)并設(shè)計與α7nAChR干擾無關(guān)的序列(si-mock)作為陰性對照,兩者經(jīng)BLAST比對與小鼠其它基因無明顯同源性。利用慢病毒載體試劑盒分別制備α7nAChRsiRNA(si-α7nAChR)和陰性對照慢病毒載體。

      2.2 實驗分組及模型建立 將小鼠隨機(jī)分為6組,每組8只:空白對照組,腹腔注射等量生理鹽水;LPS組,腹腔注射20 mg/kg LPS;LPS+CLO組,LPS注射15 min 前靜脈緩慢推注可樂定30 μg/kg;LPS+CLO+HMGB1組,LPS+CLO注射15 min 前注射外源性HMGB1蛋白10 mg/L;LPS+CLO+ si-mock組和LPS+CLO+si-α7nAChR組,分別將α7nAChR基因小干擾RNA或陰性對照慢病毒載體以鼻內(nèi)吸入法導(dǎo)入已注射可樂定的肺損傷模型小鼠肺內(nèi),病毒載體滴度為1×1011TU/L, 5 μL。

      2.3 肺濕干重比(wet weight/dry weight ratio,W/D)和總肺含水量(total lung water content,TLW)檢測 取左肺上葉組織,用生理鹽水漂洗,濾紙吸干水分,稱重為濕重(W);在恒溫電熱鼓風(fēng)干燥箱70 ℃ 24 h烘干后稱重為干重(D),兩者之比為W/D。TLW的計算公式如下:TLW=(W-D)/D。右肺置于-80 ℃冰箱中凍存,用于RT-PCR和Western blot法檢測。

      2.4 ELISA檢測炎性細(xì)胞因子的含量 取小鼠肺泡灌洗液,根據(jù)ELISA檢測試劑盒說明書操作,分別測定IL-6、IL-10和TNF-α的含量。

      2.5 RT-PCR檢測mRNA的表達(dá) Trizol提取總RNA,加入引物逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA后進(jìn)行DNA擴(kuò)增。α7nAChR的上游引物序列為5′-CATTGACGTTCGCTGGTTCC-3′,下游引物序列為5′-ATGGTGCTGGCGAAGTATTG-3′;HMGB1的上游引物序列為5′-ATGGGCAAAGGAGATCCTA-3′,下游引物序列為5′-ATTCATCATCATCATCTTCT-3′;β-actin的上游引物序列為5’-ACTGCCGCATCCTCTTCCTC-3’,下游引物序列為5’-AAGCATTTGCGGTGCACGA-3’。PCR反應(yīng)條件為: 94 ℃ 3 min; 94 ℃ 45 s, 58 ℃ 50 s, 72 ℃ 1 min,共35個循環(huán); 72 ℃ 7 min。產(chǎn)物進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳,凝膠掃描成像。電泳圖像用Quanity One軟件進(jìn)行灰度分析。

      2.6 Western blot分析 提取組織總蛋白,BCA蛋白定量試劑盒測定蛋白濃度,總蛋白經(jīng)SDS-PAGE分離,轉(zhuǎn)膜,封閉1 h,再分別加入相應(yīng)的 I 抗稀釋液(兔抗小鼠α7nAChR和HMGB1多克隆抗體,1∶1 000),4 ℃封閉過夜,洗膜后加入 II 抗(辣根過氧化物酶標(biāo)記山羊抗兔IgG,1∶500)孵育1 h,用ECL試劑盒進(jìn)行顯色反應(yīng),凝膠圖像分析系統(tǒng)對電泳條帶灰度掃描,以β-actin為內(nèi)參照。

      3 統(tǒng)計學(xué)處理

      采用SPSS 11.5進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)分析,數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,單因素方差分析(one-way ANOVA)進(jìn)行組間比較和統(tǒng)計分析,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

      結(jié) 果

      1 可樂定對肺損傷的抗炎作用

      腹腔注射LPS建立急性肺損傷小鼠模型,提取肺組織,檢測發(fā)現(xiàn)W/D和TLW均顯著提高(P<0.05),表明肺組織受到嚴(yán)重?fù)p傷,IL-6、IL-10和TNF-α的含量增加,且差異具有統(tǒng)計學(xué)顯著性(P<0.05);靜脈推注可樂定后發(fā)現(xiàn),W/D和TLW下降,IL-6、IL-10和TNF-α的含量也顯著下調(diào)(P<0.05),見圖1。結(jié)果表明,可樂定具有減輕肺損傷,抑制炎性反應(yīng)的能力。

      Figure 1.The anti-inflammatory effect of clonidine on lung injury. A: detection of W/D and TLW; B: ELISA was used to detect the content of inflammatory factors. CLO: clonidine. Mean±SD.n=6.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsLPS group.

      圖1 可樂定對肺損傷的抗炎作用

      2 可樂定對肺損傷小鼠α7nAChR和HMGB1表達(dá)的影響

      通過檢測肺損傷小鼠肺組織中α7nAChR和HMGB1的mRNA和蛋白表達(dá)變化發(fā)現(xiàn),LPS誘導(dǎo)肺損傷小鼠α7nAChR的表達(dá)受到抑制,而HMGB1則高表達(dá)(P<0.05)。靜脈注射可樂定后,α7nAChR的表達(dá)有所增加,即激活了膽堿能抗炎通路,而HMGB1表達(dá)減少。由此可以推測,可樂定在肺損傷中的作用可能與上調(diào)α7nAChR、抑制HMGB1的表達(dá)有關(guān),見圖2。

      Figure 2.The effect of clonidine on the expression of α7nAChR and HMGB1. The mRNA and protein levels of α7nAChR and HMGB1 were detected by RT-PCR (A) and Western blot (B), respectively. Mean±SD.n=6.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsLPS group.

      圖2 可樂定對α7nAChR和HMGB1表達(dá)的影響

      3 α7nAChR和HMGB1對炎性因子分泌的影響

      上述結(jié)果顯示可樂定的抗炎作用可能與α7nAChR和HMGB1的表達(dá)有關(guān)。向已注射可樂定的肺損傷小鼠肺內(nèi)導(dǎo)入si-α7nAChR慢病毒載體抑制α7nAChR,結(jié)果發(fā)現(xiàn)炎性因子的分泌明顯增加(P<0.05)。注射外源性的HMGB1蛋白,結(jié)果相似,炎性因子的含量也增加(P<0.05),說明α7nAChR和HMGB1均參與了LPS誘導(dǎo)的肺損傷炎性反應(yīng),α7nAChR抑制IL-6、IL-10和TNF-α的生成,而HMGB1可促進(jìn)炎性因子的釋放,見圖3。

      4 可樂定通過α7nAChR調(diào)控HMGB1的表達(dá)

      我們猜測α7nAChR與HMGB1之間可能存在調(diào)控關(guān)系,通過RNA干擾的方法下調(diào)α7nAChR的表達(dá),結(jié)果發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入si-α7nAChR后,α7nAChR的蛋白表達(dá)水平顯著下降(P<0.05),提示si-α7nAChR能夠有效沉默α7nAChR的表達(dá)。進(jìn)而檢測si-α7nAChR對HMGB1 mRNA和蛋白表達(dá)水平的影響,結(jié)果如圖4所示,si-α7nAChR明顯上調(diào)HMGB1的mRNA及蛋白表達(dá)水平,差異具有統(tǒng)計學(xué)顯著性(P<0.05)。由此可以推測可樂定是通過α7nAChR負(fù)調(diào)控HMGB1的表達(dá)。

      Figure 3.The effects of α7nAChR and HMGB1 on the production of cytokines. The levels of IL-6, IL-10 and TNF-α were determined by ELISA. Mean±SD.n=6.*P<0.05vsLPS+CLO group;#P<0.05vsLPS+CLO+si-mock group.

      圖3 α7nAChR和HMGB1對炎癥因子分泌的影響

      Figure 4.Down-regulation ofα7nAChRon the expression of HMGB1. The silencing efficiency of si-α7nAChR was determined by Western blot (A). The mRNA and protein levels of HMGB1 were detected by RT-PCR (B) and Western blot (C), respectively. Mean±SD.n=6.*P<0.05vsLPS group;#P<0.05vsLPS+CLO+si-mock group.

      圖4 沉默α7nAChR對HMGB1 mRNA和蛋白表達(dá)水平的影響

      討 論

      ALI的本質(zhì)可能是一種肺內(nèi)過度性、失控性的炎癥反應(yīng),內(nèi)毒素及其誘發(fā)的炎癥介質(zhì)的過度釋放是導(dǎo)致ALI的重要原因。致炎細(xì)胞因子是引起機(jī)體失控性炎癥反應(yīng)和組織損害的關(guān)鍵介質(zhì)。越來越多的證據(jù)表明過度產(chǎn)生的炎性細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1β等已成為影響ALI/ARDS起病和發(fā)展的關(guān)鍵因素[14]。

      可樂定是一種α2-腎上腺素受體激動劑,具有鎮(zhèn)靜作用[15-16],可以單獨(dú)使用也可與其它麻醉聯(lián)合用藥。研究表明,可樂定可以減輕低氧大鼠創(chuàng)傷后的炎性反應(yīng)[17]。右美托咪定也是一種α2-腎上腺素受體激動劑,右美托咪定可以抑制炎性反應(yīng)從而減輕膿毒血癥引起的ALI,具有明顯的肺保護(hù)作用,因此我們大膽猜測可樂定在ALI是否也有類似的抗炎作用。本文以LPS誘導(dǎo)的肺損傷BALB/c小鼠為研究模型,靜脈注射可樂定后發(fā)現(xiàn),肺組織中炎性因子IL-6、IL-10和TNF-α的含量明顯降低,且肺濕干重比和總肺含水量也顯著下降,表明可樂定可抑制炎癥反應(yīng),對肺損傷具有緩解作用。

      膽堿能抗炎通路主要通過刺激α7nAChR對炎癥反應(yīng)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[18]。其在脾臟、肝臟和胃腸道等網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)通過釋放乙酰膽堿抑制細(xì)胞因子的合成,控制炎癥反應(yīng)[19]。α7nAChR是煙堿型乙酰膽堿受體的一個重要亞型,分布廣泛且功能多樣,參與功能調(diào)節(jié)及功能障礙相關(guān)疾病的病理生理過程。有研究表明,右美托咪定對膿毒癥大鼠有明顯的抗炎作用,可能是通過激活膽堿能抗炎通路而產(chǎn)生的,α7nAChR激動劑PNU-282987對大鼠腸缺血再灌注后肺組織中炎癥因子IL-1β、IL-6和TNF-α的產(chǎn)生具有抑制作用[20]。HMGB1是一個高度保守的蛋白,廣泛分布于幾乎所有類型細(xì)胞的細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中。Wang等[21]首次報道HMGB1作為新的潛在的炎癥介質(zhì)參與了膿毒癥的發(fā)病過程,是內(nèi)毒素致死效應(yīng)的重要炎癥介質(zhì);HMGB1可促進(jìn)炎性因子IL-1β和TNF-α的釋放[22],還有研究表明,右美托咪定通過抑制HMGB1的表達(dá),從而抑制TLR4介導(dǎo)的一系列炎癥反應(yīng)。本研究通過檢測肺損傷小鼠肺組織中α7nAChR和HMGB1的表達(dá)發(fā)現(xiàn),肺損傷導(dǎo)致α7nAChR被減弱而HMGB1過表達(dá),可樂定可促進(jìn)α7nAChR的表達(dá)水平,即激活膽堿能抗炎通路,HMGB1的表達(dá)明顯下調(diào)。進(jìn)一步探究可樂定的作用機(jī)制,結(jié)果顯示,抑制α7nAChR或過表達(dá)HMGB1都會加重炎癥因子的生成,且α7nAChR可負(fù)向調(diào)控HMGB1的表達(dá)。

      綜上所述,可樂定可減輕LPS誘導(dǎo)的大鼠肺損傷,抑制炎性反應(yīng),從而抑制肺損傷,其機(jī)制可能與激活膽堿能抗炎通路、促進(jìn)α7nAChR而下調(diào)HMGB1的表達(dá)有關(guān)。本研究為可樂定的作用機(jī)制提供了新的依據(jù)和思路,對其在肺損傷中的肺保護(hù)作用還需要進(jìn)一步的研究探討。

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      (責(zé)任編輯: 陳妙玲, 羅 森)

      Clonidine inhibits inflammatory response in lung injury mice through cholinergic anti-inflammatory pathway

      LIU Yan-feng1, LIU Zhan2

      (1DepartmentofAnesthesia,TheFirstAffiliatedHospitalofNanyangMedicalCollege,2TheFirstDepartmentofAnesthesia,NanyangCentralHospital,Nanyang473000,China.E-mail:liuzhan2016@qq.com)

      AIM: To explore the influence of clonidine on inflammatory response in lung injury mice and its possible mechanism. METHODS: Clonidine solution was intravenously injected into the mice with lung injury induced by LPS. The left upper lobe of the lung was collected to detect lung wet/dry weight ratio (W/D) and total lung water content (TLW). The concentrations of IL-6, IL-1β and TNF-α were measured by ELISA. The expression of α7 nicotinic acetylcholine receptor (α7nAChR) and high-mobility group box protein 1 (HMGB1) at mRNA and protein levels was determined by RT-PCR and Western blot. After importingα7nAChRsiRNA lentiviral vector or injecting exogenous HMGB1 protein, the inflammatory cytokines were detected. RESULTS: Clonidine attenuated lung injury and inhibited inflammatory reaction. Clonidine promoted the activation of cholinergic anti-inflammatory pathway by promoting α7nAChR expression. Clonidine inhibited HMGB1 expression, which promoted the secretion of IL-6, IL-1β and TNF-α. HMGB1 was negatively regulated by α7nAChR.CONCLUSION: Clonidine functions as an anti-inflammatory reagent to the lung injury mice. The mechanism may be related to activating the cholinergic anti-inflammatory pathway and inhibiting the expression of HMGB1.

      Clonidine; Lung injury; Inflammatory reaction; Cholinergic anti-inflammatory pathway; α7 nicotinic acetylcholine receptor; High-mobility group box protein 1

      1000- 4718(2017)07- 1283- 05

      2016- 11- 18

      2017- 02- 20

      R614; R363.2; R965

      A

      10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.07.021

      雜志網(wǎng)址: http://www.cjpp.net

      △通訊作者 Tel: 13733128296; E-mail: liuzhan2016@qq.com

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