转录因子T-bet/GATA-3调节哮喘气道炎症及气道重塑的机制研究

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目的:Th淋巴细胞可以分化成Th1、Th2两种细胞亚群,每种细胞亚群均有特异的功能和细胞因子。IFN-γ是Th1特征性细胞因子,IL-4是Th2细胞相应的特征性的细胞因子,另外Th2细胞还分泌IL-5、IL-6、IL-9、IL-13,但不生成IFN-γ。对于不同的免疫刺激或细胞因子,这两种Th细胞可增高并形成免疫调控环路,即Th1细胞分泌的细胞因子可抑制Th2细胞的活性,反之亦然。这种调控环路的破坏可能是引起哮喘的关键所在,有足够的证据表明,IL-4、IL-5及IL-13的释放增加和IFN-γ释放减少,反映出哮喘发病机制中的一种学说,即Th1/Th2失衡学说。研究证实,新生Th细胞分别在IL-12和IL-4诱导下分化为Th1和Th2细胞的过程中,相应地受到转录因子T-bet和GATA-3的调节。CpG ODN为含有非甲基化胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸(CpG)结构的寡聚脱氧核苷酸,能够诱导Th1型免疫反应并抑制Th2型免疫应答。早期气道重塑是支气管哮喘的重要病理特征之一,以嗜酸性粒细胞为主的多种炎性细胞的浸润,导致上皮细胞损伤和脱落,损伤后的上皮细胞可释放成纤维细胞活化因子,诱导上皮下成纤维细胞聚集和活化,其最为重要特点是:能够诱导和转分化为表达α-平滑肌动蛋白(α-SMA)的肌成纤维细胞,α-SMA是肌纤维细胞亚类之一,具有收缩潜能和较强的胶原合成能力;此类转变表型的肌成纤维细胞是肺内胶原合成的主要细胞,它的聚集可促进胶原等细胞外基质的过度沉积,尤其是细胞外基质中的Ⅰ型胶原;α-SMA的增多导致管腔收缩,同时Ⅰ型胶原的沉积促使管壁增厚和僵硬,二者是早期气道重塑中重要的指标,因此,研究肺组织中α-SMA和胶原含量表达变化,可以估计气道重塑的程度。研究证实T-bet低表达和GATA3高表达小鼠表现出与哮喘相类似的气道重塑特征,说明在早期的气道重塑中,T-bet/GATA3比率的失衡可能是促进上皮下纤维化和胶原沉积的重要原因。本研究拟探讨哮喘患者PBMCs中转录因子T-bet/GATA-3的比率与Th1/Th2细胞失衡的关系,并观察体外CpG ODN干预后T-bet/GATA3比率的变化及其对Th1/Th2平衡的调节作用;同时,观察大鼠哮喘模型,肺内转录因子T-bet/GATA-3的mRNA和蛋白表达水平,以及肺支气管α-SMA和肺内成纤维细胞中Ⅰ型胶原等气道重塑相关指标的表达水平,进一步描述T-bet/GATA3比率与早期气道重塑的关系。因此,寻求T-bet/GATA-3的表达平衡点,采用CpG ODN干预,恢复Th1/Th2细胞平衡,及早阻断气道重塑的进程,可能为支气管哮喘的发病机制研究和治疗提供新的更为有效的措施。方法:第一部分:(1)抽取30例发作期哮喘患者(哮喘组)、20例慢性阻塞性肺病患者(COPD组)及20例正常人(对照组)外周静脉血6ml,各加EDTA 0.8mL抗凝,离心分离出血浆冻存待测,同时按密度梯度离心法分离PBMCs。采用RT-PCR法测定各组PBMCs中T-bet mRNA和GATA-3mRNA的表达强度,ELISA法测定血浆中IL-4、IL-5、IL-13和IFN-γ的水平。(2)抽取20例发作期哮喘患者外周静脉血10ml,各加EDTA 1.2mL抗凝,按密度梯度离心法分离出的PBMCs分为两部分,一份加入CpG ODN和PHA培养48h(CpG组),一份仅加入PHA培养48h(空白组),培养后分别收集上清液和细胞沉淀,采用RT-PCR法测定细胞沉淀中T-bet和GATA-3的mRNA的表达强度,ELISA法测定上清液中IL-4、IL-5、IL-13和IFNγ的表达水平。第二部分:健康WT(wistar)大鼠(山东大学试验动物中心,SPF级)30只,雌雄不拘,6-8周龄,体重(200±50)g,置于同一饲养室内,自由饮水和摄食。将大鼠随机分为空白对照组(Blank Group)、生理盐水组(Saline Group)、OVA组(OVA Group,哮喘模型组)各10只。采用实时定量-聚合酶链反应(Quantitative Real-time PCR)法测肺组织中T-bet mRNA和GATA-3 mRNA的表达强度,免疫印迹法(western blotting)测肺组织中T-bet和GATA-3蛋白的表达强度。分离各组肺成纤维细胞,传至3-4代后,采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定成纤维细胞提取物中Ⅰ型胶原的表达强度。免疫组化法测定肺组织中α-SMA的表达水平,以及分别比较T-bet和GATA-3 mRNA和蛋白的比率变化与α-SMA和Ⅰ型胶原的变化关系。统计学分析:所有数据均以均数±标准差((?)±s)表示,采用SPSS10.0软件处理。样本间均数的比较采用t检验,变量间的关系采用直线相关分析。P<0.05表示有统计学意义,P<0.01表示有显著统计学意义。结果:1.哮喘组PBMCs中T-bet mRNA的表达强度较COPD组及对照组显著减弱(P<0.05),而GATA-3 mRNA的表达强度较其他两组显著增强(P<0.05);COPD组PBMCs中T-bet mRNA的表达强度较对照组增强(P>0.05),GATA-3mRNA的表达强度较对照组减弱(P>0.05)。2.哮喘组血浆中IL-4、IL-5和IL-13的水平较COPD组及对照组均显著增高(P<0.05);IFN-γ的水平较COPD组显著降低(P<0.05),也较对照组降低(P>0.05)。3.COPD组血浆中IFN-γ的水平较其他两组显著增高(P<0.05),IL-13的水平较其他两组显著降低(P<0.05)。而IL-4和IL-5的水平相应地较其他两组降低(P>0.05)。4.哮喘组T-bet/GATA-3的比率较COPD组及对照组显著降低(P<0.05)。COPD组T-bet/GATA-3比率较对照组增高(P>0.05)。5.T-bet mRNA的表达强度与IFN-γ的水平成正相关(r=0.675,P<0.05),与IL-4、IL-5和IL-13的水平成负相关(r=-0.780,r=-0.664,r=-0.546,P<0.05)。6.GATA-3 mRNA的表达强度与IFN-γ的水平成负相关(r=-0.446,P<0.05),与IL-4、IL-5和IL-13的水平成正相关(r=0.518,r=0.393,r=0.350,P<0.05)。7.T-bet/GATA-3的比率与IFN-γ的水平成正相关(r=0.833,P<0.05),与IL-4、IL-5和IL-13的水平成负相关(r=-0.779、r=-0.631,r=-0.584,P<0.05)。8.CpG组上清液中IL-4、IL-5和IL-13的水平分别较空白组显著降低(P<0.05),IFN-γ的水平较空白组显著(P<0.05)。9.CpG组的细胞沉淀中T-bet mRNA的表达强度较空白组显著增强(P<0.05),GATA-3 mRNA的表达强度显著减低(P<0.05);T-bet/GATA-3的比率较空白组显著增高(P<0.05)。10.OVA组肺组织中T-bet mRNA的表达强度较空白对照组和生理盐水组显著减弱(P=8.317×10-8,P=8.487×10-6);而GATA-3 mRNA的表达强度较其余两组显著增强(P=2.2×10-16,P=2.3×10-16);T-bet/GATA-3的比率较其余两组显著减弱(P=7.748×-07,P=9.645×-06)。空白对照组和生理盐水组二者之间差异无显著性(P=0.1307,P=0.605,P=0.056)。11.OVA组肺组织中T-bet蛋白的表达强度较其余两组显著减弱(P=1.433×10-14,P=4.926×10-7);而GATA-3蛋白的表达强度较其余两组显著增强(P=2.149×10-10,P=4.409×10-9);T-bet/GATA-3的比率较其余两组显著减弱(P=2.287×-08,P=2.969×-06);空白对照组和生理盐水组二者之间差异无显著性(P=0.4987,P=0.6077,P=0.7859)。12.OVA组肺中支气管的α-SMA的表达较其余两组显著增强(P=8.447×10-3,P=7.883×10-3)。13.OVA组的成纤维细胞(LF)提取物中的Ⅰ型胶原含量显著高于其余两组(P=1.603×10-6,P=1.458×10-6)。14.T-bet/GATA-3的mRNA和蛋白的比率与α-SMA的水平呈负相关的r值分别为(r=-0.8274,r=-0.9783)(p=3.742×10-6,p=6.905×10-6),与Ⅰ型胶原的水平亦呈负相关的r值分别为(r=-0.779,r=-0.9449)(P=3.811×10-8,P=1.603×10-6)。结论:1.T-bet/GATA-3比例是评价支气管哮喘患者Th1/Th2失衡更为准确的指标。2.CpG ODN可以通过调节T-bet/GATA-3比例,逆转Th1/Th2失衡,在上游水平抑制哮喘的炎症反应。3.T-bet/GATA-3比例失调是导致支气管哮喘早期气道重塑指标α-SMA和Ⅰ型胶原高表达的关键因素。
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