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[摘要] 目的 探讨核苷酸结合寡聚域(NOD)样受体在哮喘发病机制中的作用。 方法 采用哮喘大鼠模型分离提纯血中性粒细胞(PMN),实时荧光定量PCR法检测PMN NOD2和NALP1 mRNA的表达。 结果 哮喘组NOD2 mRNA的表达量(3.11±0.82)显著高于对照组(P<0.01),地塞米松组NOD2 mRNA的表达量(1.30±0.28)显著低于哮喘组(P<0.01)。哮喘组NALP1 mRNA的表达量(0.51±0.21)显著低于对照组(P<0.01),地塞米松组NALP1 mRNA的表达量(0.91±0.26)显著高于哮喘组(P<0.05)。血PMN NOD2和NALP1 mRNA 的表达水平呈显著负相关性(n=24,r=-0.74,P<0.01)。 结论 哮喘大鼠血PMN NOD2 mRNA的表达升高,NALP1 mRNA的表达则相反,地塞米松具有调节模式识别受体的作用。
[关键词] 哮喘;模式识别受体;NOD样受体;地塞米松;发病機制
[中图分类号] R562.25 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2016)28-0039-03
哮喘的发病机制十分复杂,涉及多种炎症细胞和炎症因子[1],嗜酸性粒细胞被认为是最主要的炎症细胞之一[2]。中性粒细胞(polymorphonuclear,PMN)也是众多炎症细胞中的一种,尤其在非嗜酸性粒细胞表型的哮喘、糖皮质激素治疗不敏感和重度哮喘中PMN所起的作用越来越被人们所重视[3,4]。在哮喘急性期,PMN被激活,它能分泌多种炎症因子和蛋白酶类参与哮喘的炎症机制[3,4],但其参与哮喘炎症的机制至今尚未完全清楚。模式识别受体是一类介导天然免疫和继发性免疫的识别受体,目前认为模式识别受体与哮喘的炎症机制密切相关[5]。核苷酸结合寡聚域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)2和NALP(NACHT、LRR和PYD domains-containing protein,NALP)均属于NOD样受体家族成员,为细胞内模式识别受体,参与细胞内信号传导,与机体的抗感染、肿瘤、关节炎和炎症性肠病等多种疾病的发病机制有关[6,7]。但NOD样受体家族在哮喘炎症机制中的作用如何目前知之甚少。本研究通过观察哮喘大鼠PMN NOD2和NALP1的表达,探讨哮喘的发病机制,为哮喘的防治提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 一般材料
清洁级健康雄性SD大鼠24只,4~5周龄,平均128 g,由杭州师范大学动物实验中心提供,实验动物合格证号:SCXK(浙)20140001。
1.2 主要试剂
Ⅴ级鸡卵白蛋白(ovalbumin,OVA)和Histopaque 1119及1083分离液均购自美国Sigma公司。
1.3 分组及模型制备
大鼠饲养于杭州师范大学动物实验中心,自由进食和饮水,温度20℃,湿度50%。共24只,随机平均分为三组,命名为哮喘组、对照组、地塞米松组。采用OVA致敏的方法复制哮喘模型[8]。具体方法为:第1天和第8天腹腔注射OVA/氢氧化铝混合液2 mL(含OVA 1 mg和氢氧化铝100 mg)致敏,各1次。第15天开始每天向大鼠喷雾(空气压缩雾化器:德国百瑞公司生产)1% OVA 30 min,连续激发14 d。地塞米松组在OVA雾化激发开始前一天至雾化结束止,每日1次给予腹腔注射地塞米松1 mg/只,共15 d。哮喘大鼠主要症状为搔痒、抓鼻、躁动、喘鸣、呼吸加快、腹肌抽搐、毛发逐渐变黄及无光泽等。
1.4 血PMN分离提纯和肺组织标本的制备
末次激发24 h后,水合氯醛腹腔注射麻醉,心脏抽血4 mL,采用Histopaque分离液行密度梯度离心,分离提纯血PMN[9],0.1M PBS洗涤,台盼蓝查细胞活力,瑞氏染色查PMN纯度为90%。取左肺门组织,多聚甲醛固定、切片、HE染色,光镜下观察肺组织病理改变。
1.5 Rt-PCR法检测血PMN NOD2和NALP1 mRNA的表达
采用Trizol-离心柱法提取总RNA,然后转录成cDNA。测定RNA的反应体系(购自上海捷瑞生物工程有限公司)共20 μL,25℃干浴5 min、42℃干浴60 min、70℃干浴5 min终止反应,-80℃保存cDNA。20 μL反应液为:特异性PCR引物各0.3 μL、cDNA模板2 μL、灭菌超纯水7.4 μL、SYBR 10 μL。95℃15 min、95℃ 10 s、60℃ 20 s、72°C 20 s(39循环),增量0.5°C 10 s。基因序列见表1,结果分析采用比较CT值法:△△CT=(CTNOD2/NALP1-CTβ-actin)实验组-(CTNOD2/NALP1-CTβ-actin)对照组,基因相对表达量(RQ)采用2-△△CT方法计算。
1.6 统计学方法
采用SPSS16.0统计学软件,计量资料以均数±标准差(x±s)表示,Homogeneity of Variances行方差齐性分析,多组间比较采用秩和检验,两变量相关分析采用直线相关分析法,P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 肺组织病理变化
HE染色显示:哮喘组见黏液腺增生,支气管腔见较多黏液分泌物,部分管腔有黏液栓,支气管上皮细胞增生,较多炎性细胞浸润,支气管腔旁见聚集的淋巴细胞。对照组肺组织细胞清晰,结构完整,炎症细胞和支气管腔内分泌物少。地塞米松组肺组织炎症细胞和炎症分泌物较哮喘组减少(封三图1)。
2.2 血PMN NOD2和NALP1 mRNA的表达
抽提物总RNA的A260/A280比值在1.8~2.0之间,目的基因NOD2、NALP1及内参基因β-actin的溶解曲线均为单一峰,基因扩增曲线呈标准S型,溶解温度依次为90.5℃、79℃、87℃。NOD2和NALP1 mRNA的表达量均方差不齐,采用秩和检验。 哮喘组NOD2 mRNA的表达量显著高于对照组(P<0.01),地塞米松组NOD2 mRNA的表达量显著低于哮喘组(P<0.01)。哮喘组NALP1 mRNA的表达量显著低于对照组(P<0.01),地塞米松组NALP1 mRNA的表达量显著高于哮喘组(P<0.05)(表2)。
2.3 相关性分析
血PMN NOD2和NALP1 mRNA 的表达水平呈显著直线负相关(n=24,r=-0.74,P<0.01)。
3 讨论
先天免疫系统是机体的第一道防线,通过模式识别受体对病原体作出快速应答。人类的模式识别受体主要有两类:一类是膜结合受体,如Toll样受体;另一类是细胞内的模式识别受体,包括NOD样受体和具有螺旋酶结构域的抗病毒蛋白受体[10]。目前的研究表明,Toll样受体与哮喘的发病机制密切相关,重度哮喘患者支气管平滑肌TLR5和TLR7的表达下降[11],哮喘患者血調节性T淋巴细胞TLR2和TLR4的表达也下降[12]。NOD样受体家族是细胞内的模式识别受体,包含NOD2和NALP1,NOD1和NOD2是NOD样受体家族最具有代表性的亚型,NOD样受体与多种肺部急、慢性炎症性疾病有关,如肺炎、慢性阻塞性肺疾病、肺损伤、肺尘病、哮喘等[13,14]。
本研究提示,大鼠哮喘各组血PMN均有NOD2和NALP1 mRNA的表达,证实了模式识别受体可在血PMN细胞中表达,PMN可能通过表达模式识别受体在机体中起到一定的病理或生理作用。同时本研究发现,不同的模式识别受体所表达的水平不同,NOD2 mRNA的表达量显著高于对照组,而NALP1 mRNA的表达则相反,表明它们所起的作用可能也不同。通过相关分析发现,NOD2和NALP1 mRNA的表达呈显著负相关,提示不同类型的模式识别受体之间的表达具有一定的内在联系,共同参与机体的免疫过程。本文推测,在OVA诱发的哮喘模型中,由于PMN的NOD2 mRNA的表达过多及NALP1 mRNA的表达不足共同涉及了哮喘的炎症机制。国内相似的研究也发现,哮喘大鼠肺组织和哮喘患者的趋化因子CCR3阳性的粒细胞中NOD2蛋白的表达均下降[15,16]。这与本研究结果有区别,可能NOD2在不同的组织中表达不同,也可能是NOD2的蛋白与基因之间表达不一致。
目前认为,以NOD样受体为治疗靶点,选择性地抑制其表达可能有利于治疗多种急慢性疾病[17]。糖皮质激素是治疗哮喘的最有效的药物,具有抑制炎症因子释放的作用,在临床上广泛使用[18-20]。本研究结果发现,地塞米松组血PMN NOD2 mRNA的表达水平低于哮喘组,且NALP1 mRNA的表达量高于哮喘组,提示地塞米松具有下调NOD2 mRNA的表达和上调NALP1 mRNA的表达,从而起到减轻哮喘炎症的作用。
综上,哮喘大鼠血PMN NOD2 mRNA的表达升高,NALP1 mRNA的表达则相反,地塞米松具有调节模式识别受体的作用。
[参考文献]
[1] Zissler UM,Esser-von Bieren J,Jakwerth CA,et al. Current and future biomarkers in allergic asthma[J]. Allergy,2016,71(4):475-494.
[2] Kupry■-Lipińska I,Molińska K,Kuna P. The effect of omalizumab on eosinophilic inflammation of the respiratory tract in patients with allergic asthma[J]. Pneumonol Alergol Pol,2016,84(4):232-243.
[3] Hodge S,Hodge G,Simpson JL,et al. Blood cytotoxic/inflammatory mediators in non-eosinophilic asthma[J]. Clin Exp Allergy,2016,46(1):60-70.
[4] Bruijnzeel PL,Uddin M,Koenderman L. Targeting neutrophilic inflammation in severe neutrophilic asthma:Can we target the disease-relevant neutrophil phenotype?[J]. J Leukoc Biol,2015,98(4):549-556.
[5] Hosoki K,Itazawa T,Boldogh I,et al. Neutrophil recruitment by allergens contribute to allergic sensitization and allergic inflammation[J]. Curr Opin Allergy Clin Immunol,2016,16(1):45-50.
[6] Fernández-Delgado L,Vega-Rioja A,Ventura I,et al. Allergens induce the release of lactoferrin by neutrophils from asthmatic patients[J]. PLoS One,2015,10(10):e0141278.
[7] Minnicozzi M,Sawyer RT,Fenton MJ. Innate immunity in allergic disease[J]. Mmunol Rev,2011,242(1):106-127. [8] Caruso R,Warner N,Inohara N,et al. NOD1 and NOD2:Signaling,host defense,and inflammatory disease[J]. Immunity,2014,41(6):898-908.
[9] Takakubo Y,Barreto G,Konttinen YT,et al. Role of innate immune sensors,TLRs,and NALP3 in rheumatoid arthritis and osteoarthritis[J]. J Long Term Eff Med Implants,2014,24(4):243-251.
[10] 颜文辉,蒋珍凤,童夏生,等. 14-3-3蛋白在哮喘大鼠肺组织中的表达及意义[J]. 中国基层医药,2015,22(23):3561-3563.
[11] 叶辉,应小明,马江林,等. iNOS、TGF-β1 在哮喘大鼠中性粒细胞中的表达及其意义[J]. 温州医科大学学报,2014,44(5):357-359.
[12] 于莉莉. 模式识别受体与自噬[J]. 新乡医学院学报,2016, 33(4):249-253.
[13] Shikhagaie MM,Andersson CK,Mori M,et al. Mapping of TLR5 and TLR7 in central and distal human airways and identification of reduced TLR expression in severe asthma[J].Clin Exp Allergy,2014,44(2):184-196.
[14] Pace E,Di Sano C,Ferraro M,et al. Budesonide increases TLR4 and TLR2 expression in Treg lymphocytes of allergic asthmatics[J]. Pulm Pharmacol Ther,2015,32(7):93-100.
[15] Chaput C,Sander LE,Suttorp N,et al. NOD-Like receptors in lung diseases[J]. Front Immunol,2013,21(4):393.
[16] Hommes TJ,Van Lieshout MH,Van’t Veer C,et al. Role of nucleotide-binding oligomerization domain-containing(NOD)2 in host defense during pneumococcal pneumonia[J]. PLoS One,2015,10(12):e0145138.
[17] 張志刚,叶斌,童夏生,等. NOD2 和Toll 样受体1在哮喘大鼠中的表达及布地奈德对其的影响[J]. 中国临床药理学与治疗学,2011,16(6):637-642.
[18] Wong CK,Leung TF,Chu IM,et al. Aberrant expression of regulatory cytokine IL-35 and pattern recognition receptor NOD2 in patients with allergic asthma[J]. Inflammation,2015,38(1):348-360.
[19] Jakopin ■. Nucleotide-binding oligomerization domain(NOD)inhibitors:A rational approach toward inhibition of NOD signaling pathway[J]. J Med Chem,2014,57(16):6897-6918.
[20] 陈可彬,宋蒙蒙. 孟鲁司特联合布地奈德治疗儿童哮喘的疗效及对IL-4、TL-8、TNF-α的影响[J]. 中国现代医生,2016,54(3):44-46.
(收稿日期:2016-07-05)
[关键词] 哮喘;模式识别受体;NOD样受体;地塞米松;发病機制
[中图分类号] R562.25 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2016)28-0039-03
哮喘的发病机制十分复杂,涉及多种炎症细胞和炎症因子[1],嗜酸性粒细胞被认为是最主要的炎症细胞之一[2]。中性粒细胞(polymorphonuclear,PMN)也是众多炎症细胞中的一种,尤其在非嗜酸性粒细胞表型的哮喘、糖皮质激素治疗不敏感和重度哮喘中PMN所起的作用越来越被人们所重视[3,4]。在哮喘急性期,PMN被激活,它能分泌多种炎症因子和蛋白酶类参与哮喘的炎症机制[3,4],但其参与哮喘炎症的机制至今尚未完全清楚。模式识别受体是一类介导天然免疫和继发性免疫的识别受体,目前认为模式识别受体与哮喘的炎症机制密切相关[5]。核苷酸结合寡聚域(nucleotide-binding oligomerization domain,NOD)2和NALP(NACHT、LRR和PYD domains-containing protein,NALP)均属于NOD样受体家族成员,为细胞内模式识别受体,参与细胞内信号传导,与机体的抗感染、肿瘤、关节炎和炎症性肠病等多种疾病的发病机制有关[6,7]。但NOD样受体家族在哮喘炎症机制中的作用如何目前知之甚少。本研究通过观察哮喘大鼠PMN NOD2和NALP1的表达,探讨哮喘的发病机制,为哮喘的防治提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 一般材料
清洁级健康雄性SD大鼠24只,4~5周龄,平均128 g,由杭州师范大学动物实验中心提供,实验动物合格证号:SCXK(浙)20140001。
1.2 主要试剂
Ⅴ级鸡卵白蛋白(ovalbumin,OVA)和Histopaque 1119及1083分离液均购自美国Sigma公司。
1.3 分组及模型制备
大鼠饲养于杭州师范大学动物实验中心,自由进食和饮水,温度20℃,湿度50%。共24只,随机平均分为三组,命名为哮喘组、对照组、地塞米松组。采用OVA致敏的方法复制哮喘模型[8]。具体方法为:第1天和第8天腹腔注射OVA/氢氧化铝混合液2 mL(含OVA 1 mg和氢氧化铝100 mg)致敏,各1次。第15天开始每天向大鼠喷雾(空气压缩雾化器:德国百瑞公司生产)1% OVA 30 min,连续激发14 d。地塞米松组在OVA雾化激发开始前一天至雾化结束止,每日1次给予腹腔注射地塞米松1 mg/只,共15 d。哮喘大鼠主要症状为搔痒、抓鼻、躁动、喘鸣、呼吸加快、腹肌抽搐、毛发逐渐变黄及无光泽等。
1.4 血PMN分离提纯和肺组织标本的制备
末次激发24 h后,水合氯醛腹腔注射麻醉,心脏抽血4 mL,采用Histopaque分离液行密度梯度离心,分离提纯血PMN[9],0.1M PBS洗涤,台盼蓝查细胞活力,瑞氏染色查PMN纯度为90%。取左肺门组织,多聚甲醛固定、切片、HE染色,光镜下观察肺组织病理改变。
1.5 Rt-PCR法检测血PMN NOD2和NALP1 mRNA的表达
采用Trizol-离心柱法提取总RNA,然后转录成cDNA。测定RNA的反应体系(购自上海捷瑞生物工程有限公司)共20 μL,25℃干浴5 min、42℃干浴60 min、70℃干浴5 min终止反应,-80℃保存cDNA。20 μL反应液为:特异性PCR引物各0.3 μL、cDNA模板2 μL、灭菌超纯水7.4 μL、SYBR 10 μL。95℃15 min、95℃ 10 s、60℃ 20 s、72°C 20 s(39循环),增量0.5°C 10 s。基因序列见表1,结果分析采用比较CT值法:△△CT=(CTNOD2/NALP1-CTβ-actin)实验组-(CTNOD2/NALP1-CTβ-actin)对照组,基因相对表达量(RQ)采用2-△△CT方法计算。
1.6 统计学方法
采用SPSS16.0统计学软件,计量资料以均数±标准差(x±s)表示,Homogeneity of Variances行方差齐性分析,多组间比较采用秩和检验,两变量相关分析采用直线相关分析法,P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 肺组织病理变化
HE染色显示:哮喘组见黏液腺增生,支气管腔见较多黏液分泌物,部分管腔有黏液栓,支气管上皮细胞增生,较多炎性细胞浸润,支气管腔旁见聚集的淋巴细胞。对照组肺组织细胞清晰,结构完整,炎症细胞和支气管腔内分泌物少。地塞米松组肺组织炎症细胞和炎症分泌物较哮喘组减少(封三图1)。
2.2 血PMN NOD2和NALP1 mRNA的表达
抽提物总RNA的A260/A280比值在1.8~2.0之间,目的基因NOD2、NALP1及内参基因β-actin的溶解曲线均为单一峰,基因扩增曲线呈标准S型,溶解温度依次为90.5℃、79℃、87℃。NOD2和NALP1 mRNA的表达量均方差不齐,采用秩和检验。 哮喘组NOD2 mRNA的表达量显著高于对照组(P<0.01),地塞米松组NOD2 mRNA的表达量显著低于哮喘组(P<0.01)。哮喘组NALP1 mRNA的表达量显著低于对照组(P<0.01),地塞米松组NALP1 mRNA的表达量显著高于哮喘组(P<0.05)(表2)。
2.3 相关性分析
血PMN NOD2和NALP1 mRNA 的表达水平呈显著直线负相关(n=24,r=-0.74,P<0.01)。
3 讨论
先天免疫系统是机体的第一道防线,通过模式识别受体对病原体作出快速应答。人类的模式识别受体主要有两类:一类是膜结合受体,如Toll样受体;另一类是细胞内的模式识别受体,包括NOD样受体和具有螺旋酶结构域的抗病毒蛋白受体[10]。目前的研究表明,Toll样受体与哮喘的发病机制密切相关,重度哮喘患者支气管平滑肌TLR5和TLR7的表达下降[11],哮喘患者血調节性T淋巴细胞TLR2和TLR4的表达也下降[12]。NOD样受体家族是细胞内的模式识别受体,包含NOD2和NALP1,NOD1和NOD2是NOD样受体家族最具有代表性的亚型,NOD样受体与多种肺部急、慢性炎症性疾病有关,如肺炎、慢性阻塞性肺疾病、肺损伤、肺尘病、哮喘等[13,14]。
本研究提示,大鼠哮喘各组血PMN均有NOD2和NALP1 mRNA的表达,证实了模式识别受体可在血PMN细胞中表达,PMN可能通过表达模式识别受体在机体中起到一定的病理或生理作用。同时本研究发现,不同的模式识别受体所表达的水平不同,NOD2 mRNA的表达量显著高于对照组,而NALP1 mRNA的表达则相反,表明它们所起的作用可能也不同。通过相关分析发现,NOD2和NALP1 mRNA的表达呈显著负相关,提示不同类型的模式识别受体之间的表达具有一定的内在联系,共同参与机体的免疫过程。本文推测,在OVA诱发的哮喘模型中,由于PMN的NOD2 mRNA的表达过多及NALP1 mRNA的表达不足共同涉及了哮喘的炎症机制。国内相似的研究也发现,哮喘大鼠肺组织和哮喘患者的趋化因子CCR3阳性的粒细胞中NOD2蛋白的表达均下降[15,16]。这与本研究结果有区别,可能NOD2在不同的组织中表达不同,也可能是NOD2的蛋白与基因之间表达不一致。
目前认为,以NOD样受体为治疗靶点,选择性地抑制其表达可能有利于治疗多种急慢性疾病[17]。糖皮质激素是治疗哮喘的最有效的药物,具有抑制炎症因子释放的作用,在临床上广泛使用[18-20]。本研究结果发现,地塞米松组血PMN NOD2 mRNA的表达水平低于哮喘组,且NALP1 mRNA的表达量高于哮喘组,提示地塞米松具有下调NOD2 mRNA的表达和上调NALP1 mRNA的表达,从而起到减轻哮喘炎症的作用。
综上,哮喘大鼠血PMN NOD2 mRNA的表达升高,NALP1 mRNA的表达则相反,地塞米松具有调节模式识别受体的作用。
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[9] Takakubo Y,Barreto G,Konttinen YT,et al. Role of innate immune sensors,TLRs,and NALP3 in rheumatoid arthritis and osteoarthritis[J]. J Long Term Eff Med Implants,2014,24(4):243-251.
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[12] 于莉莉. 模式识别受体与自噬[J]. 新乡医学院学报,2016, 33(4):249-253.
[13] Shikhagaie MM,Andersson CK,Mori M,et al. Mapping of TLR5 and TLR7 in central and distal human airways and identification of reduced TLR expression in severe asthma[J].Clin Exp Allergy,2014,44(2):184-196.
[14] Pace E,Di Sano C,Ferraro M,et al. Budesonide increases TLR4 and TLR2 expression in Treg lymphocytes of allergic asthmatics[J]. Pulm Pharmacol Ther,2015,32(7):93-100.
[15] Chaput C,Sander LE,Suttorp N,et al. NOD-Like receptors in lung diseases[J]. Front Immunol,2013,21(4):393.
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[18] Wong CK,Leung TF,Chu IM,et al. Aberrant expression of regulatory cytokine IL-35 and pattern recognition receptor NOD2 in patients with allergic asthma[J]. Inflammation,2015,38(1):348-360.
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[20] 陈可彬,宋蒙蒙. 孟鲁司特联合布地奈德治疗儿童哮喘的疗效及对IL-4、TL-8、TNF-α的影响[J]. 中国现代医生,2016,54(3):44-46.
(收稿日期:2016-07-05)