本文關(guān)鍵詞：內(nèi)源性抗菌肽Cathelicidins在慢性阻塞性肺疾病病理改變中作用的研究

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【摘要】：研究背景 慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是嚴(yán)重危害人類健康的常見病和多發(fā)病,因其患病率和死亡率高,造成沉重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),已成為全球重要的公共衛(wèi)生問題。COPD是一種以氣流受限為特征的慢性氣道炎癥性疾病,小氣道重塑和肺氣腫是引起氣流受限的主要原因,探討其形成機(jī)制,對于有效控制COPD病情進(jìn)展,具有重要的意義。 抗菌肽(antimicrobial peptides, AMPs)是在動(dòng)物防御系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的一種多肽,由宿主基因編碼,在天然免疫中發(fā)揮重要作用。AMPs主要分為兩大家族：Cathelicidins家族和防御素家族。hCAP18/LL-37(以下簡稱LL-37)是人體Cathelicidins家族的唯一成員,既往的研究多集中于其抗菌作用,近年來的研究表明,LL-37在炎癥反應(yīng)、損傷修復(fù)、細(xì)胞增殖和凋亡等多種病理生理過程中也發(fā)揮重要作用。 我們的前期研究顯示,COPD穩(wěn)定期患者誘導(dǎo)痰中LL-37的表達(dá)較非COPD對照組顯著增高,且LL-37的表達(dá)與誘導(dǎo)痰中炎癥指標(biāo)IL-8水平呈顯著正相關(guān),與患者第一秒用力呼氣容積占預(yù)計(jì)值百分比(FEV1%)呈顯著負(fù)相關(guān)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),COPD患者肺組織LL-37的表達(dá)顯著高于非COPD對照組,LL-37主要表達(dá)于小氣道上皮細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、炎性細(xì)胞(中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞)和成纖維細(xì)胞中。這些研究結(jié)果表明,異常高表達(dá)的LL-37可能參與了COPD的病理過程。 分析我們的前期研究結(jié)果可見,LL-37在COPD吸煙組患者肺組織小氣道上皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞中的表達(dá)顯著高于吸煙對照組,而不吸煙對照組患者小氣道上皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞中LL-37的表達(dá)顯著低于前兩者�；谏鲜鲅芯勘尘�,我們提出以下問題：①COPD患者肺組織小氣道和肺泡上皮細(xì)胞異常高表達(dá)的LL-37是否與小氣道重塑和肺氣腫的病理改變有關(guān)?②吸煙是否為誘導(dǎo)肺組織LL-37表達(dá)增高的重要因素?③COPD小氣道上皮細(xì)胞高表達(dá)的LL-37怎樣影響其周圍的膠原沉積和組織重塑?④LL-37在小氣道區(qū)和肺泡區(qū)均高表達(dá),但卻出現(xiàn)膠原過度沉積的小氣道重塑和極少膠原沉積的肺氣腫兩種不同的病理改變,其原因是什么? 為了回答上述問題,我們進(jìn)行了本課題的設(shè)計(jì)和研究。 目的 探討內(nèi)源性抗菌肽Cathelicidins在COPD小氣道重塑和肺氣腫病理改變中的作用及相關(guān)機(jī)制。 方法 1.觀察COPD患者肺組織Cathelicidin (LL-37)的表達(dá),分析其與COPD小氣道重塑和肺氣腫病理改變的關(guān)系。 (1)研究對象及臨床資料收集： 選擇因肺外周腫瘤行肺葉切除術(shù)的患者60例,其中穩(wěn)定期COPD吸煙患者(COPD吸煙組)18例,肺功能正常的吸煙患者(吸煙對照組)22例,肺功能正常的不吸煙患者(不吸煙對照組)20例。術(shù)前收集性別、年齡和吸煙史等一般資料,并行肺功能檢查,COPD的診斷按照慢性阻塞性肺疾病全球倡議(Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease, GOLD)標(biāo)準(zhǔn)。 (2)人體肺組織標(biāo)本： ①HE染色測量小氣道壁厚度、平均內(nèi)襯間隔(mean linear intercept, MLI)和平均肺泡數(shù)(mean alveolar number, MAN),天狼猩紅染色檢測肺組織膠原沉積面積； ②免疫組織化學(xué)染色法檢測肺組織中LL-37的表達(dá)； ③分析小氣道區(qū)LL-37的表達(dá)與小氣道壁厚度、膠原沉積面積的相關(guān)性,以及肺泡上皮細(xì)胞LL-37的表達(dá)與MLI、MAN的相關(guān)性。 2.煙熏法建立大鼠COPD模型,研究香煙煙氣對大鼠肺組織Cathelicidin (rCRAMP)表達(dá)的影響,并分析Cathelicidin (rCRAMP)與大鼠小氣道重塑和肺氣腫病理改變的關(guān)系。 雄性Wistar大鼠72只,隨機(jī)分為煙熏組和空白對照組,每組根據(jù)造模時(shí)間分為1月組、3月組和6月組,每組各12只。煙熏組大鼠每日置于煙氣染毒柜中被動(dòng)吸煙(南方牌香煙,焦油量：14mg,煙氣煙堿量：lmg)兩次,每次10支香煙持續(xù)30mmin,兩次間隔時(shí)間不低于6小時(shí)�？瞻讓φ战M大鼠不做特殊處理。造模過程中每隔2周對大鼠逐只稱重,記錄大鼠體重變化。各組大鼠造模結(jié)束后,對以下指標(biāo)進(jìn)行檢測： (1)小動(dòng)物肺功能儀檢測氣道阻力(RL)、肺動(dòng)態(tài)順應(yīng)性(Cdyn)和潮氣量(VT); (2)HE染色形態(tài)學(xué)測量小氣道壁厚度、MLI和MAN,天狼猩紅染色檢測小氣道區(qū)膠原沉積面積； (3)免疫組織化學(xué)染色法檢測各組大鼠肺組織rCRAMP的表達(dá)； (4)分析大鼠肺組織小氣道區(qū)rCRMP的表達(dá)與小氣道壁厚度、膠原沉積的相關(guān)性,以及肺泡上皮細(xì)胞rCRAMP的表達(dá)與MLI、MAN的相關(guān)性。 3.建立人支氣管上皮細(xì)胞與肺成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)模型,研究支氣管上皮細(xì)胞分泌的LL-37對肺成纖維細(xì)胞膠原表達(dá)的影響,并對其信號(hào)傳導(dǎo)通路進(jìn)行探討。 (1)培養(yǎng)人支氣管上皮細(xì)胞(16HBE),用不同濃度的香煙提取物(CSE)刺激后,免疫熒光染色法檢測細(xì)胞中LL-37的表達(dá)。 (2)16HBE細(xì)胞與人肺成纖維細(xì)胞(HFL-1)在Transwell六孔板中共培養(yǎng),給予不同濃度的CSE刺激后,ELISA法檢測細(xì)胞上清液中LL-37的表達(dá),Sircol法測定細(xì)胞上清液中膠原的表達(dá)。 (3)HFL-1細(xì)胞在Transwell六孔板下層培養(yǎng),給予與步驟2相同濃度的CSE刺激后,Sircol法測定細(xì)胞上清中膠原的表達(dá)。 (4)不同濃度的LL-37合成肽、TGF-β1、亂碼LL-37合成肽(sLL-37)刺激HFL-1細(xì)胞48h后,Sircol法檢測細(xì)胞上清液中膠原的表達(dá)。 (5)不同濃度的LL-37合成肽刺激HFL-1細(xì)胞48h后,RT-PCR法檢測細(xì)胞中I、III型膠原基因的表達(dá)。 (6)分別用甲酰肽樣受體(formyl peptide receptor like1, FPRL-1)拮抗劑WRW4、ERK阻斷劑PD98059、JNK阻斷劑SP600125、p38MAPK阻斷劑SB203580、磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol3-kinase, PI3K)阻斷劑LY294002預(yù)處理HFL-1細(xì)胞2h后,再給予LL-37合成肽刺激48h, Sircol法測定細(xì)胞上清中膠原的表達(dá)。 (7)不同濃度的LL-37合成肽刺激HFL-1細(xì)胞不同時(shí)間,Western blot方法檢測細(xì)胞裂解物中ERK和磷酸化ERK (pERK)的表達(dá)。 (8)分別給予FPRL-1受體拮抗劑WRW4、ERK阻斷劑PD98059預(yù)處理HFL-1細(xì)胞2h后再給予LL-37刺激,Western blot方法檢測細(xì)胞裂解物中ERK和pERK的表達(dá)。 4.檢測COPD吸煙組、吸煙對照組和不吸煙對照組患者肺組織小氣道區(qū)和肺泡區(qū)成纖維細(xì)胞表面標(biāo)記蛋白,比較不同區(qū)域成纖維細(xì)胞細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的表達(dá)情況,探討COPD患者肺組織成纖維細(xì)胞的異質(zhì)性。 (1)采用免疫組織化學(xué)雙染的方法檢測肺組織成纖維細(xì)胞波形蛋白(vimentin)、E-鈣粘素(E-cadherin)、CD45的表達(dá),分析小氣道區(qū)和肺泡區(qū)成纖維細(xì)胞的表型,并計(jì)算每種表型成纖維細(xì)胞所占的比例； (2)用免疫組織化學(xué)染色法對小氣道區(qū)和肺泡區(qū)成纖維細(xì)胞I型膠原、Ⅲ型膠原、彈力蛋白、纖維連接蛋白的表達(dá)進(jìn)行檢測。 結(jié)果 1.(1) COPD吸煙組與肺功能正常的對照組患者在年齡上無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,COPD吸煙組與吸煙對照組患者吸煙指數(shù)無顯著差異。COPD吸煙組患者FEV1%與FEV1/FVC均顯著低于肺功能正常的對照組(P0.01,P0.01)。 (2)與對照組相比,COPD吸煙組患者小氣道壁厚度顯著增加,MLI顯著增加,MAN顯著降低(P0.01)。而上述指標(biāo)在吸煙對照組和不吸煙對照組之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P0.05)。 (3) COPD吸煙組患者小氣道區(qū)膠原沉積面積較對照組顯著增多(P0.01),而肺泡區(qū)膠原的表達(dá)顯著低于對照組(P0.01)。 (4)免疫組化染色結(jié)果顯示,LL-37主要表達(dá)于肺組織小氣道上皮細(xì)胞、肺泡上皮細(xì)胞、炎癥細(xì)胞(包括中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)和成纖維細(xì)胞。不吸煙對照組患者肺組織LL-37呈弱陽性表達(dá),COPD吸煙組患者肺組織小氣道區(qū)和肺泡區(qū)LL-37的表達(dá)顯著高于吸煙對照組(P0.01,P0.01),吸煙對照組患者小氣道區(qū)和肺泡區(qū)LL-37的表達(dá)顯著高于不吸煙對照組(P0.01,P0.01)。 (5)小氣道上皮細(xì)胞LL-37的平均光密度與小氣道壁厚度和膠原沉積面積顯著正相關(guān)(r=0.62, P0.01; r=0.73, P0.01);小氣道粘膜下層LL-37陽性細(xì)胞數(shù)與小氣道壁厚度和膠原沉積面積顯著正相關(guān)(r=0.65, P0.01; r=0.71,P0.01)；肺泡上皮細(xì)胞LL-37的表達(dá)與MLI顯著正相關(guān)(r=0.64,P0.01),與MAN顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.54,P0.01)。 2.(1)煙熏大鼠體重增長較正常大鼠明顯延緩,煙熏6周后大鼠體重與空白對照組相比差異顯著(P0.01)。 (2)與空白對照組相比,煙熏1月組大鼠RL和Cdyn均未出現(xiàn)明顯改變(P0.05),煙熏3月組與煙熏6月組大鼠RL分別增加13.5%和21.9%,Cdyn分別下降18.1%和23.8%。煙熏組大鼠潮氣量與空白對照組相比無顯著差異(P0.05)。 (3)煙熏3個(gè)月后,大鼠出現(xiàn)小氣道重塑及肺氣腫的病理改變,表現(xiàn)為小氣道壁增厚,小氣道壁周圍膠原沉積面積增加,肺泡間隔破壞,肺泡腔擴(kuò)大,煙熏6個(gè)月后上述病理改變更加明顯。形態(tài)學(xué)測量結(jié)果顯示：煙熏3個(gè)月后,大鼠小氣道壁厚度和膠原沉積面積較對照組顯著增加,且煙熏6月組顯著高于煙熏3月組。煙熏3個(gè)月后大鼠MLI顯著增高,MAN顯著降低。與空白對照組相比,煙熏6月組大鼠MLI增加70.7%,MAN下降48.9%。煙熏1月組大鼠小氣道壁厚度、膠原沉積面積、MLI和MAN較空白對照組無顯著差異(P均0.05)。 (4)煙熏1個(gè)月后大鼠小氣道區(qū)和肺泡區(qū)rCRAMP的表達(dá)顯著高于空白對照組,且隨煙熏造模時(shí)間的延長,rCRAMP的表達(dá)逐漸增加(P0.01)。 (5)大鼠小氣道區(qū)rCRAMP平均光密度與小氣道壁厚度顯著正相關(guān)(r=0.49,P0.01),與氣道壁周圍膠原沉積面積顯著正相關(guān)(r＝0.50,P0.01)；肺泡上皮細(xì)胞rCRAMP平均光密度與MLI呈顯著正相關(guān)(r=0.45,P0.01),與MAN呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.49,P0.01)。 3.(1)細(xì)胞免疫熒光染色結(jié)果顯示CSE刺激后,16HBE細(xì)胞中LL-37的表達(dá)顯著增強(qiáng)。 (2)CSE刺激后,16HBE/HFL-1共培養(yǎng)體系中LL-37的濃度增加,膠原的表達(dá)也增加,且LL-37中和抗體顯著降低膠原的表達(dá)(P0.05)。 (3)CSE刺激后,HFL-1細(xì)胞上清液中膠原的表達(dá)無明顯改變(P0.05)。 (4)LL-37合成肽可促進(jìn)HFL-1細(xì)胞膠原的分泌,呈明顯的濃度-效應(yīng)關(guān)系。TGF-β1顯著誘導(dǎo)膠原的產(chǎn)生,其誘導(dǎo)效應(yīng)較LL-37合成肽更強(qiáng)。sLL-37合成肽對HFL-1細(xì)胞膠原的產(chǎn)生無明顯影響(P0.05)。 (5)LL-37合成肽上調(diào)HFL-1細(xì)胞I型膠原和ⅡI型膠原mRNA水平,呈劑量-效應(yīng)關(guān)系。 (6) FPRL-1拮抗劑WRW4預(yù)處理后,與LL-37合成肽刺激組相比,膠原的分泌顯著下降,且與WRW4呈濃度依賴性。 (7) MAPK阻斷劑和PI3K阻斷劑預(yù)處理后,只有ERK阻斷劑PD98059能顯著抑制膠原的分泌(P0.05),其他通路抑制劑對膠原分泌無顯著影響(P0.05)。 (8)LL-37合成肽可誘導(dǎo)ERK磷酸化,在作用30min時(shí),磷酸化最明顯,且LL-37合成肽對ERK磷酸化的誘導(dǎo)呈濃度依賴性；WRW4和PD98059可抑制LL-37合成肽誘導(dǎo)的ERK磷酸化。 4.(1)在不吸煙對照組和吸煙對照組患者的肺組織中只觀察到一種表型的成纖維細(xì)胞(vimentin+CD45-E-cadherin-),即肺組織來源的成纖維細(xì)胞；在COPD吸煙組患者的肺組織小氣道區(qū)僅觀察到vimentin+CD45-E-cadherin-表型的成纖維細(xì)胞,而在肺泡區(qū)卻觀察到三種表型的成纖維細(xì)胞：vimentirE-cadherin+、vimentin+CD45+、vimentin+CD45-E-cadherin-,即上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化來源、循環(huán)纖維細(xì)胞來源和肺組織來源的成纖維細(xì)胞。其中vimentin+E-cadherin+表型的成纖維細(xì)胞約占24.3%, vimentin+CD45+表型的成纖維細(xì)胞約占12.4%,而大約63.3%的成纖維細(xì)胞來源于肺組織。 (2)與不吸煙對照組和吸煙對照組相比,COPD吸煙組患者小氣道區(qū)I、Ⅲ型膠原、彈力蛋白、纖維連接蛋白的表達(dá)顯著增高(P均0.01),而肺泡區(qū)I、Ⅲ型膠原、彈力蛋白、纖維連接蛋白的表達(dá)顯著降低(P均0.01)。結(jié)論 1.COPD患者肺組織異常增高的Cathelicidin (LL-37)與小氣道重塑和肺氣腫的病理改變顯著相關(guān)。 2.香煙煙氣是誘導(dǎo)大鼠肺組織Cathelicidin (rCRAMP)表達(dá)增高的原因,rCRAMP與大鼠小氣道重塑與肺氣腫的病理改變密切相關(guān)。 3.CSE誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞分泌的Cathelicidin (LL-37)可通過結(jié)合上皮下肺成纖維細(xì)胞表面的FPRL-1受體并激活ERK信號(hào)通路促進(jìn)膠原表達(dá),從而參與小氣道重塑的病理過程。 4.COPD患者肺組織小氣道區(qū)和肺泡區(qū)成纖維細(xì)胞存在明顯的異質(zhì)性；不同區(qū)域的成纖維細(xì)胞對高表達(dá)的LL-37反應(yīng)不同,從而導(dǎo)致COPD患者不同區(qū)域的肺組織在相似的異常因子網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境下,產(chǎn)生不同程度膠原沉積的病理改變。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R563.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1140566