銅綠假單胞菌肺部感染對小鼠Toll樣受體24的影響

紀曉莉+徐凌+陸奕+沈策+湯瑾

[摘要] 目的 探討Toll樣受體（TLR）2、4 mRNA在銅綠假單胞菌慢性感染小鼠肺內的動態改變及其作用。 方法56只雄性Balb/c小鼠隨機氣道接種含有銅綠假單胞菌（PA）瓊脂糖珠（感染組，34只）和無菌瓊脂糖珠（對照組，22只）。于第1、3、5、7、10天處死小鼠，取肺組織細菌培養，行肺組織病理觀察，ELISA法檢測肺泡灌洗液（BALF）中白介素（IL）-6和IL-17的含量，采用Real-time PCR檢測TLR2 mRNA及TLR4 mRNA表達。 結果 感染組在接種后第3天IL-6和IL-17水平均達高峰，分別為（154.83±12.51）ng/L和（601.05±25.53）ng/L，均顯著高于對照組（40.05±2.98）ng/L和（213.75±9.25）ng/L，差異有統計學意義（P < 0.05），且兩者在接種后第10天仍處于高水平。感染組中TLR4 mRNA的相對表達量第7天達高峰（4.09±0.25），與對照組第7天（0.97±0.05）比較，差異有統計學意義（P < 0.05）；而TLR2 mRNA在感染組和對照組各時間相比變化均不明顯（P > 0.05）。 結論 TLR4與小鼠肺部慢性感染PA的發生發展密切相關，其機制可能與TLR4在肺的免疫損傷中起到重要作用有關。

[關鍵詞] 銅綠假單胞菌；Toll樣受體；慢性肺部感染；小鼠

[中圖分類號] R563[文獻標識碼] A[文章編號] 1673-7210（2014）04（c）-0017-05

The changes of TLR2 and TLR4 on chronic Pseudomonas aeruginosa lung infection in mice

JI Xiaoli1,2 XU Ling2 LU Yi2 SHEN Ce2▲ TANG Jin3

1.School of Medicine, Soochow University, Jiangsu Province, Suzhou 215123, China; 2.Department of Respiratory Medicine, the Sixth People′s Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200233, China; 3.Department of Clinical Laboratory, the Sixth People′s Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200233, China

[Abstract] Objective To investigate the function changes of toll like receptor (TLR) 2, 4 in mice with chronic Pseudomonas aeruginosa (PA) lung infection. Methods 56 male Balb/c mice were randomly given the airway inoculated with PA agarose beads (infection group, n=34) and sterile agarose beads (control group, n=22). On day 1, 3, 5, 7, 10 after infection, mice were sacrificed. Lung tissue bacterial cultures and lung pathology were observed, interleukin (IL)-6 and IL-17 in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) were observed by ELISA. The mRNA expression of TLR2 and TLR4 were detected by Real-time PCR. Results Compared with control group, IL-6, IL-17 levels were up to the highest levels of infection group on day 3, data of infection group were (154.83±12.51) ng/L and (601.05±25.53) ng/L, significantly higher than control group, which were (40.05±2.98) ng/L and (213.75±9.25) ng/L, the differences were statistically significant (P < 0.05); and both of them were still at high levels on day 10. On day 7 the mRNA expression of TLR4 reached a peak of (4.09±0.25) in the infection group, and the control group was (0.97±0.05), the difference was statistically significant (P < 0.05), while no significant changes of TLR2 existed in the two groups in each time (P > 0.05). Conclusion TLR4 is closely related to the occurrence and development on chronic Pseudomonas aeruginosa lung infection in mice, and the mechanism is that TLR4 may be crucial for its development of immune and inflammatory injury.

[Key words] Pseudomonas aeruginosa; Toll like receptor; Chronic lung infection; Mice

銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa，PA）是一種革蘭陰性桿菌，是慢性肺病常見的感染病原菌，如囊性纖維化、彌漫性泛細支氣管炎及支氣管擴張等。由于PA分布廣泛，適應能力強，也是臨床常見的機會致病菌，有統計顯示[1]，在ICU、呼吸內科等臨床科室，PA檢出率占革蘭陰性菌株的23.18％，且表現出高度耐藥和多重耐藥。為制訂新的診療方法治療PA感染，需了解PA在肺部感染的發病機制。呼吸系統的免疫系統中固有免疫越來越受到重視，特別是肺泡上皮細胞可通過其表面的受體識別細菌的特異成分，其中Toll樣受體（Toll like receptors TLRs）[2]主要承擔了這個任務，TLR2、TLR4和TLR5可以識別革蘭陰性桿菌的保守成分[3]。本研究主要觀察TLR2和TLR4在小鼠肺部慢性感染PA的變化，有助于探索出新的診療方法解決PA感染的臨床難題。

1 儀器與試藥

1.1 動物與菌株

選用清潔級健康雄性Balb/c小鼠56只，6~8周齡，體重18~20 g，由上海交通大學附屬第六人民醫院動物房提供。銅綠假單胞菌（ATCC27853）購于中國科學院微生物研究所。

1.2 藥物試劑與儀器

鹽酸氯胺酮注射液（福田古田藥業），低熔點瓊脂糖（Bio Basic，加拿大），引物設計與合成（上海生物工程），小鼠IL-6、IL-17 ELISA試劑盒（R&D，美國），一步法PrimeScript RT-PCR試劑盒（大連寶生物工程），7500 real time PCR儀（ABI，美國），Wellscan MK3全自動酶標儀（Labsystem Dragon，芬蘭）。

2方法

2.1 包被PA瓊脂糖懸液的制備

參照朱松雷等[4]的方法將凍存的標準菌株制作成包被PA的瓊脂糖珠后，取微量的PA瓊脂糖懸液以10的倍數稀釋液接種到羊血瓊脂板上，37℃ 5%CO2孵育24 h后觀察菌落進行計數，以做參照調整瓊脂糖懸液濃度至5×108 CFU/mL。

2.2 動物模型制作

將56只健康小鼠隨機分成兩組，其中，感染組34只，經氣管接種含有PA的瓊脂糖懸液，對照組22只小鼠接種無菌的瓊脂糖懸液。參照文獻[4]的方法將50 μL PA瓊脂糖懸液和無菌瓊脂糖懸液分別接種感染PA組小鼠和對照組小鼠氣管內，傷口予酒精消毒，不做縫合。此操作過程中感染組和對照組分別有4只和2只小鼠術后死亡。每日觀察小鼠飲食情況、呼吸狀況及體重變化等生理特征。接種后第1、3、5、7、10天各處死對照組小鼠4只，感染組6只。

2.3 標本收集與處理

2.3.1 標本的制備分別于各時間點取小鼠肺泡灌洗液（BALF）1.5 mL，ELISA法檢測BALF中IL-6、IL-17的變化。取小鼠右上肺稱重研磨培養，計數肺組織菌落；右下肺置于10％中性甲醛溶液中固定，制成石蠟切片，采用蘇木精-伊紅（H-E）染色。取左肺置-80℃冰箱保存，用于檢測肺組織中TLR-2 mRNA和TLR-4 mRNA的含量。根據表1標準對病理切片進行評分[5]。

表1 肺組織的病理評分標準

2.3.2 實時熒光定量PCR提取肺組織RNA采用RNAsio Reagent，操作過程參照說明書，采用SYBRR GreenⅡ熒光免疫法測定肺組織中TLR2 mRNA和TLR4 mRNA的量。一步法實時定量PCR反應條件：42℃ 5 min，95℃ 10 s，1個循環；95℃ 5 s，58℃ 34 s，95℃ 15 s，60℃ 30 s，40個循環。TLR4的上游引物為5′-CTTCTCCCACTTCAGGCTCTT-3′，下游引物為5′-CCAGGTAGGCTCTGGTGTTCA-3′，擴增產物為166 bp；TLR2上游引物為5′-GAGCCGTTGGTGTATCTTTGA-3′，下游引物為5′-CTCCCATTCCAGGTAGGTGTT-3′，擴增產物為134 bp；GAPDH上游引物為5′-GGTGAAGGTCGGTGTGAACG-3′，下游引物為5′-CTCG-CTCCTGGAAGATGGTG-3′，擴增產物為233 bp。在ABIR7500 real time PCR儀上進行PCR反應。將GAPDH作為內參比較目的基因的相對mRNA水平。

2.4 統計學方法

應用SPSS 17.0統計學軟件進行數據分析，符合正態分布的計量資料數據用均數±標準差（x±s）表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用LSD-t檢驗；不符合正態分布的計量資料數據采用秩和檢驗；以P < 0.05為差異有統計學意義。

3 結果

3.1 小鼠的生理狀況

感染組小鼠嗆咳反應嚴重，活動量顯著減少，精神萎靡伴體重下降。對照組小鼠術后第1天活動稍差，第2天基本恢復正常活動和飲食。

3.2 肺組織細菌負荷

感染組各時間點處死的小鼠中，肺組織勻漿細菌培養均培養出PA菌落，第10天時仍大于103 cfu/g，并且單胺氧化酶試驗均為陽性，對照組的小鼠均未培養出PA菌落。

3.3 肺組織的病理學變化

對照組小鼠肺組織初期肺泡有少量滲出,結構較清晰完整，第7天已經恢復正常，肺泡腔已無滲出，肺間質未見明顯的炎癥浸潤表現。感染組小鼠的早期病理表現為肺泡內有大量滲出并伴有出血，肺間質內有大量炎癥細胞浸潤；第10天時表現為遠端肺泡結構有塌陷，有纖維增生，仍伴有大量炎癥細胞。見圖1。對兩組病理評分采用秩和檢驗，其中，感染組30例，秩和為1065，秩均值為35.5，對照組20例，秩和為210，秩均值為10.5，差異有統計學意義（Z=6.853，P < 0.05）。

A：感染組第3天；B：感染組第10天；C：對照組第7天

圖1 肺組織病理變化（HE，200×）

3.4 小鼠肺泡支氣管灌洗液中細胞因子水平

感染組IL-6、IL-17水平在術后第3天達到峰值，隨時間遷移有所下降，但仍然維持在較高的水平，與對照組相比較有顯著增加趨勢，差異有統計學意義（P < 0.05）。對照組各個時間點IL-6、IL-17均表現為低水平。見表2、3。

3.5 肺組織中TLR2、TLR4 mRNA表達水平

肺組織中TLR4 mRNA表達情況：感染組各個時間點小鼠的TLR4 mRNA的表達均明顯高于對照組，且差異有統計學意義（P < 0.05），見表4。感染組小鼠TLR2 mRNA表達與對照組之間差異無統計學意義（P > 0.05），見表5。

4 討論

PA慢性肺部感染是臨床上常見的慢性肺部疾病，常見于囊性纖維化、彌漫性泛細支氣管炎和支氣管擴張等，由于肺組織長期感染，導致炎癥遷延和肺部結構損傷，患者往往出現嚴重的呼吸道癥狀和肺功能障礙。隨著肺組織損傷程度加重，患者可出現臨床癥狀惡化，嚴重影響了患者的生活質量和生存壽命[6]，尋找新的PA感染治療位點一直是醫學界探索目標。

TLRs是一類病原模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs），PRRs識別病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），即病原體的基本成分或病原體的產物，進而產生一系列的生物學反應。TLR4是最早發現的TLRs，通過識別脂多糖，向胞內傳導信號，通過髓樣分化因子88（MyD88）介導下游的信號轉導，導致NF-κB等轉錄因子活化，激活IL-1、IL-6、IL-8、β-干擾素以及腫瘤壞死因子-α等下游炎癥介質，誘導調節多種細胞因子基因的轉錄，最終引起相應炎癥介質合成和釋放[7-9]，啟動針對病原微生物的固有和獲得性免疫。

近年來研究顯示，TLR4、TLR2與很多肺部感染性疾病發展相關[10-11]，感染后，與對照組相比較肺組織中TLR4、TLR2均高表達，其通過參與中性粒細胞的上調而參與機體炎性反應。Nathan等[12]發現，在敲除TLR2、TLR4基因的C57BL/6小鼠和野生型小鼠比較得出：在感染肺炎鏈球菌性角膜炎時，敲除TLR2基因的小鼠不能有效地招募中性粒細胞來協助角膜清除細菌，同時證實敲除TLR4基因小鼠無法啟動固有免疫反應。目前對TLR2、TLR4在PA慢性肺部感染中的作用了解還不甚全面。本研究發現小鼠在感染PA后，與對照組小鼠相比，肺組織TLR4 mRNA顯著上升，第7天時達高峰，可能機制是TLR4受體在PA感染刺激后被全面激活，第10天仍然維持高水平表達，同時肺組織HE切片也有大量的炎癥細胞浸潤，說明TLR4在小鼠肺部慢性感染PA時被激活。既往也有研究證實，TLR4和PA感染角膜炎密切相關，野生型小鼠感染PA時，與對照組相比較感染組角膜TLR4 mRNA水平顯著上調，表明TLR4信號在感染PA時被激活，參與細菌性角膜炎反應[13]。本研究顯示，TLR2 mRNA在兩組中表達沒有差異（P > 0.05）。推測原因可能是：①TLR2與對照組相比無變化與Ramphal等[14]的發現部分相一致，TLR2與PA肺部感染并無關聯；②TLR2主要識別革蘭陽性菌，與革蘭陰性菌不相關[15]。

IL-6、IL-17與PA感染密切相關，PA刺激人角膜上皮細胞后，可導致IL-6等其他相關炎癥因子的大量分泌[16]。有研究證實，IL-6是TLR4信號轉導的下游因子，當PA刺激TLRs，較對照組PA組IL-6的上升程度顯著高于對照組[17]。Ann等[18]發現，慢性感染PA的囊性纖維變性患者的痰液中IL-17 mRNA和蛋白都是高于非PA感染的囊性纖維變性患者。本研究與上述發現相符合，本研究發現小鼠感染PA后BALF中的IL-6和IL-17水平各個時間顯著高于對照組（P < 0.05），第3天表達量比第10天高，可能原因是第3天時形成急性感染，為急性細菌感染的高峰，后來演變成慢性感染。感染組呈上調表達的IL-17可能提示IL-17參與PA感染后的局部免疫應答。目前有研究發現，IL-17與TLR4也有著密切聯系，關節炎患者外周血單核細胞TLR4通過誘導Th17細胞分化參與關節炎疾病發生發展[17]。本研究發現TLR4和IL-17都在感染組中呈高表達，但PA慢性感染時TLR4是否參與IL-17的分泌，其機制并不十分清楚，在今后研究中可以進一步探索。

本研究通過銅綠假單胞菌致使小鼠感染，檢測慢性感染PA小鼠肺組織TLR4 mRNA的表達量明顯高于對照組，并且TLR4信號傳導下游因子IL-6及相關炎癥因子IL-17在BALF中水平也顯著高于對照組，而TLR2 mRNA的表達量在感染組和對照組之間差異并無統計學意義，提示TLR2與PA慢性感染并無關聯，TLR4信號在PA肺部感染時被激活，參與機體的免疫病理損傷，加重慢性肺部感染病情，如果能采取一定措施來抑制TLR4的免疫應答，將為以后了解PA肺部感染的發病機制和治療方案的探索提供思路。

[參考文獻]

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[18]Ann D，Anna WW，Ahmad K，et al. Elevated expression of both mRNA and protein levels of IL-17A in sputum of stable Cystic Fibrosis patients [J]. Respiratory Research，2010，11（1）：111-177.

（收稿日期：2013-11-22本文編輯：程銘）

[作者簡介] 紀曉莉（1986.7-），女，山東臨沂人，蘇州大學醫學部2011級呼吸科專業在讀碩士研究生；研究方向：銅綠假單胞菌的慢性感染。

▲通訊作者

IL-6、IL-17與PA感染密切相關，PA刺激人角膜上皮細胞后，可導致IL-6等其他相關炎癥因子的大量分泌[16]。有研究證實，IL-6是TLR4信號轉導的下游因子，當PA刺激TLRs，較對照組PA組IL-6的上升程度顯著高于對照組[17]。Ann等[18]發現，慢性感染PA的囊性纖維變性患者的痰液中IL-17 mRNA和蛋白都是高于非PA感染的囊性纖維變性患者。本研究與上述發現相符合，本研究發現小鼠感染PA后BALF中的IL-6和IL-17水平各個時間顯著高于對照組（P < 0.05），第3天表達量比第10天高，可能原因是第3天時形成急性感染，為急性細菌感染的高峰，后來演變成慢性感染。感染組呈上調表達的IL-17可能提示IL-17參與PA感染后的局部免疫應答。目前有研究發現，IL-17與TLR4也有著密切聯系，關節炎患者外周血單核細胞TLR4通過誘導Th17細胞分化參與關節炎疾病發生發展[17]。本研究發現TLR4和IL-17都在感染組中呈高表達，但PA慢性感染時TLR4是否參與IL-17的分泌，其機制并不十分清楚，在今后研究中可以進一步探索。

本研究通過銅綠假單胞菌致使小鼠感染，檢測慢性感染PA小鼠肺組織TLR4 mRNA的表達量明顯高于對照組，并且TLR4信號傳導下游因子IL-6及相關炎癥因子IL-17在BALF中水平也顯著高于對照組，而TLR2 mRNA的表達量在感染組和對照組之間差異并無統計學意義，提示TLR2與PA慢性感染并無關聯，TLR4信號在PA肺部感染時被激活，參與機體的免疫病理損傷，加重慢性肺部感染病情，如果能采取一定措施來抑制TLR4的免疫應答，將為以后了解PA肺部感染的發病機制和治療方案的探索提供思路。

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[8]Gerrit J， Ali Y， Bruce K，et al. TLR-4–Mediated Innate Immunity Is Reduced in Cystic Fibrosis Airway Cells [J]. Am J Respir Cell Mol Biol，2010，42（4）：424-431.

[9]申鵬霄，王建生.雷米普利對阿霉素腎病大鼠腎臟Toll樣受體4，核因子κB，白細胞介素-8表達的影響[J].中華實用診斷與治療雜志，2010，24（3）：250-251.

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[18]Ann D，Anna WW，Ahmad K，et al. Elevated expression of both mRNA and protein levels of IL-17A in sputum of stable Cystic Fibrosis patients [J]. Respiratory Research，2010，11（1）：111-177.

（收稿日期：2013-11-22本文編輯：程銘）

[作者簡介] 紀曉莉（1986.7-），女，山東臨沂人，蘇州大學醫學部2011級呼吸科專業在讀碩士研究生；研究方向：銅綠假單胞菌的慢性感染。

▲通訊作者

IL-6、IL-17與PA感染密切相關，PA刺激人角膜上皮細胞后，可導致IL-6等其他相關炎癥因子的大量分泌[16]。有研究證實，IL-6是TLR4信號轉導的下游因子，當PA刺激TLRs，較對照組PA組IL-6的上升程度顯著高于對照組[17]。Ann等[18]發現，慢性感染PA的囊性纖維變性患者的痰液中IL-17 mRNA和蛋白都是高于非PA感染的囊性纖維變性患者。本研究與上述發現相符合，本研究發現小鼠感染PA后BALF中的IL-6和IL-17水平各個時間顯著高于對照組（P < 0.05），第3天表達量比第10天高，可能原因是第3天時形成急性感染，為急性細菌感染的高峰，后來演變成慢性感染。感染組呈上調表達的IL-17可能提示IL-17參與PA感染后的局部免疫應答。目前有研究發現，IL-17與TLR4也有著密切聯系，關節炎患者外周血單核細胞TLR4通過誘導Th17細胞分化參與關節炎疾病發生發展[17]。本研究發現TLR4和IL-17都在感染組中呈高表達，但PA慢性感染時TLR4是否參與IL-17的分泌，其機制并不十分清楚，在今后研究中可以進一步探索。

本研究通過銅綠假單胞菌致使小鼠感染，檢測慢性感染PA小鼠肺組織TLR4 mRNA的表達量明顯高于對照組，并且TLR4信號傳導下游因子IL-6及相關炎癥因子IL-17在BALF中水平也顯著高于對照組，而TLR2 mRNA的表達量在感染組和對照組之間差異并無統計學意義，提示TLR2與PA慢性感染并無關聯，TLR4信號在PA肺部感染時被激活，參與機體的免疫病理損傷，加重慢性肺部感染病情，如果能采取一定措施來抑制TLR4的免疫應答，將為以后了解PA肺部感染的發病機制和治療方案的探索提供思路。

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（收稿日期：2013-11-22本文編輯：程銘）

[作者簡介] 紀曉莉（1986.7-），女，山東臨沂人，蘇州大學醫學部2011級呼吸科專業在讀碩士研究生；研究方向：銅綠假單胞菌的慢性感染。

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