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急性肺损伤及其严重继发症——急性呼吸窘迫综合征是以肺泡-毛细血管通透性增加为特征的肺部炎性综合反应,被认为是全身性炎症反应综合征在肺部的表现。可由非心源性的各种肺内外致病因素引起急性和进行性加重的呼吸衰竭。该疾病发病紧急、致死率高(高达40%~60%),是威胁生命安全的十分严重的疾患,且其发病机制至今尚不完全清楚。 脓毒症是急性肺损伤发生的最重要的原因,其中非直接损伤最常见的就是脓毒症患者感染的革兰氏阴性菌细胞壁外层释放的内毒素(脂多糖,LPS),LPS在与细胞表面受体的相互作用下,活化炎性细胞,可刺激上皮细胞、内皮细胞等生理屏障的结构损伤和功能紊乱,进而启动第二信使及相关信号通路,包括胞内磷脂酰肌醇激酶(PI3K)和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路等。脓毒症相关急性肺损伤至今仍无有效的防治措施,临床上一般采取的是呼吸机机械通气为主的支持治疗,但过度的机械通气所产生的机械张力本身就可以引起肺部炎症,也是导致肺损伤的的原因之一。因此,从抗炎的角度去研究一个新的抗炎药物和方法,将为这一严重临床综合征的防治提供一个新思路,对于降低其发病率和致死率也将具有重大意义。 本文拟在前期研究的基础上,检测A549细胞受LPS诱导后奥曲肽的抗炎保护及其信号通路发生的变化,并对奥曲肽处理的A549细胞进行代谢组分析,探讨奥曲肽对LPS诱导A549细胞炎症反应和代谢组表达的作用机制。 方法: 体外培养A549细胞,分别经LPS和LPS+奥曲肽处理,电子显微镜观察细胞的形态,Real-time PCR方法检测细胞的基质金属蛋白酶2(MMP2)、MMP9、白细胞介素-1β(IL-1β)和IL-6炎症因子,摸索LPS和奥曲肽的最佳使用浓度。 RT-PCR和western杂交检测细胞炎症和活性相关信号通路的基因和蛋白质表达量,并分析奥曲肽对A549细胞炎症反应相关通路的影响及分子机制。 GC/MS和LC/MS检测A549细胞在不同处理条件下的代谢组,对结果进行色谱图可视化检查,并将响应强度数据进行PCA分析,解析其差异表达代谢物,并构建互作网络图。 结果: LPS能诱导A549细胞的炎症应激,200ng/ml LPS处理组的MMP2、MMP9、IL-1β和IL-6等细胞炎症因子表达量与对照组相比有显著升高。奥曲肽对LPS诱导的细胞炎症反应具有抑制作用,浓度为1500ng/ml的奥曲肽与含200ng/ml LPS的A549细胞共培养,细胞的炎症因子表达量比LPS单独处理组明显降低,显示该浓度的奥曲肽能极显著地降低细胞炎症因子MMP2、MMP9、IL-1β和IL-6的水平,表明奥曲肽对LPS诱导的A549细胞具有较强抗炎保护效应。通过RT-PCR和western杂交试验显示,奥曲肽通过PI3K/AKT、MAPK/ERK和Bax/Bcl-2信号通路调节LPS诱导的细胞炎症反应。此外,在基于LC/MS方法的代谢组分析中,发现不同处理组之间区有一定差异,进一步的OPLS-DA分析,获得差异性表达代谢物。差异代谢物以氨基酸类及磷脂类为主;通过GC/MS技术分析不同处理A549细胞的代谢组,并结合t检验,获得差异性表达代谢物,主要为有机酸,糖类及氨基酸类代谢产物。同时,基于此构建互作网络图,涉及5个代谢路径和14个关键代谢组分。 结论: (1)200ng/ml LPS能促进A549细胞炎症因子MMP2、MMP9、IL-1β和IL-6的显著升高; (2)1500ng/ml的奥曲肽对LPS诱导的A549细胞炎症反应均具有强烈的抑制作用,能极显著地降低细胞炎症因子MMP2、MMP9、IL-1β和IL-6的水平; (3)奥曲肽具有降低A549细胞炎症,保护细胞活性的作用,且奥曲肽(1500ng/ml)能逆转LPS(200ng/ml)对细胞炎症损伤的影响; (4)奥曲肽通过磷酸化ERK的方式介导PI3K/AKT和MAPK/ERK信号通路实现对细胞抗炎保护的调控作用; (5)奥曲肽上调Bax蛋白的表达,但Bcl-2的表达量未现显著变化,即奥曲肽通过调控Bax/Bcl-2的表达影响细胞活力和炎症; (6)代谢组分析发现,在奥曲肽处理LPS致A549细胞的过程中,有机酸,糖类、氨基酸类和磷脂类是其变化的主要成分; (7)构建了LPS致A549细胞炎症反应和奥曲肽干预作用的差异代谢物互作网络图,主要涉及糖酵解/糖异生、色氨酸代谢、半乳糖代谢、尿素循环和柠檬酸代谢,并从中发现14个具有标志性代谢物作用的关键成分,包括5-羟色胺、吲哚、苏氨酸、丝氨酸、葡萄糖、苯丙氨酸、乳糖、延胡索酸盐、4-羟基苯乳酸、冬氨酸盐、天门冬素、腐胺、脯氨酸和琥珀酸盐。