氣溫驟升驟降對金黃地鼠血清MT、IL-1、IL-6及T淋巴細胞的影響

許筱穎 李德魁 衡 衍 蔡月超

(北京中醫藥大學,北京,100029)

氣溫驟升驟降對金黃地鼠血清MT、IL-1、IL-6及T淋巴細胞的影響

許筱穎 李德魁 衡 衍 蔡月超

(北京中醫藥大學,北京,100029)

目的:部分揭示氣候突變對正常機體免疫功能的影響,為進一步研究極端氣候變化對人體健康的影響奠定基礎。方法:選用人工模擬系統,進行氣溫驟升、驟降干預。在干預24 h、72 h后取血,測定金黃地鼠血清MT、IL-1、IL-6及T淋巴細胞免疫相關指標。結果:1)與正常氣候組比較,在氣溫驟升干預24 h后,血清IL-1和IL-6含量明顯升高,其差異有統計學意義(P<0.01)。72 h時,血清MT、IL-1、IL-6水平下降,接近正常對照組含量;氣溫驟降干預后24 h,IL-1升高明顯,差異有統計學意義。72 h后,血清MT、IL-1和IL-6水平均表現為明顯升高,差異有統計學意義。2)在氣溫驟升24 h時,和正常氣候組比較,CD3+、CD4+水平升高,有統計學意義(P<0.05)。CD8+表現為降低,其差異無統計學意義(P>0.05)。72 h后,CD3+和CD4+恢復至正常水平,而CD8+則進一步降低,差異有統計學意義(P<0.01);氣溫驟降干預時,CD3+水平升高,72 h后差異有統計學意義(P<0.05)。CD4+未出現明顯變化,CD8+在干預24 h后明顯降低(P<0.05),72 h時基本恢復至正常水平;在氣溫驟升和驟降時,CD4+/CD8+均表現為升高趨勢,差異有統計學意義(P<0.05)。3)氣溫驟升結束24 h時,MT與IL-6、CD3+、CD8+均顯著正相關,相關系數分別為0.779、0.836、0.828;氣溫驟升結束72 h時,MT與CD3+、CD4+、CD8+均顯著正相關,相關系數分別為0.923、092、0.883、0.792;氣溫驟降結束24 h時,MT與CD3+、CD4+、CD8+均顯著正相關,相關系數分別為0.86、0.818、0.807、0.783;氣溫驟降結束72 h時,MT與IL-1、IL-6、CD3+、CD4+、CD8+正相關,結論:血清MT、IL-1、IL-6、CD4+/CD8+在氣溫突變時水平升高,可能為氣候突變影響機體免疫力的主要機制之一。MT與CD3+、CD4+、CD8+存在顯著正相關,分析其機制,可能在氣溫驟變條件下,機體分泌MT的能力增強,血清MT含量增加,加快了T細胞的增殖速度,從而提高機體免疫力,以此對抗氣溫驟變帶來的不利影響。

極端氣候;驟升驟降;褪黑素;血清白介素;T淋巴細胞

極端天氣事件[1-2]是指發生概率極小的氣候現象,通常發生概率為10%或者更低。但近幾年來極端天氣事件的出現卻如IPCC在2007年第4次評估報道中預計的那樣,頻率在不斷增加,破壞程度越來越強,影響越來越復雜,應對難度也越來越大[2]。這種異常的氣候變化不僅影響到人類的生產和生活,更與人類的健康密切相關[3-4]。本課題借助人工模擬系統,觀測氣溫驟升、驟降時金黃地鼠血清中部分免疫指標的變化,以期在極端氣候的發生不可避免時,進行中醫藥防治,減緩極端氣候變化對人類健康的不良影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 金黃地鼠,雄性,2個月齡。由北京維通利華實驗動物技術有限公司提供,品系LVG,級別SPF/VAF,合格證號:SCXK(京)2012-0001。

1.2 分組與處理 購入動物后適應性飼養1周,隨機數字表法分為正常氣候組、氣溫驟升組、氣溫驟降組,其中正常氣候組8只,氣溫驟升組、氣溫驟降組各為16只。氣溫驟變各組分別于相關干預結束后的第24 h、72 h取8只取材。正常氣候組恒溫飼養,溫度控制在(20±2)℃,自然光照。氣溫驟升組從20 ℃,30 min內升高到38 ℃,維持6 h,氣溫驟降組從20 ℃,30 min內降低到4 ℃，維持6 h,人工模擬箱內濕度與正常氣候組保持一致。以上動物均可自由攝取水及飼料,飼料為金黃地鼠全價顆粒飼料。取材按照預定計劃,分組、分批、分時進行。氣溫驟變干預結束后24 h和72 h 2個時間點進行腹主動脈取血,因操作過程應避光、在5 W紅光燈下進行,故各組動物取材時間點應設定在晚上21點以后進行。金黃地鼠稱重后麻醉、固定,剖開腹腔,腹主動脈取血,4 ℃冰箱靜置5 h后,4 ℃ 2 500 r/min離心15 min,吸取上清液后置于-20 ℃凍存備用。

1.3 指標測定 檢測指標:血清褪黑素(MT)、IL-1、IL-6、CD3+、CD4+、CD8+。檢測方法:酶聯免疫法。檢測步驟按照試劑盒使用說明書嚴格操作,觀察干預結束后第24 h、72 h指標變化情況。

2 結果

2.1 氣溫驟升驟降對金黃地鼠血清MT、IL-1、IL-6的影響 在氣溫驟升和驟降時,MT、IL-1和IL-6均出現不同幅度波動,在氣溫驟升干預后24 h,血清MT、IL-1和IL-6水平呈升高趨勢,其中IL-1和IL-6含量與正常組比較差異有統計學意義(P<0.01)。氣溫驟升干預后72 h時,血清MT、IL-1、IL-6水平下降,接近正常對照組含量。氣溫驟降干預后24 h,MT水平略有下降,但與正常對照組比較,差異無統計學意義(P>0.05)。IL-1和IL-6水平升高,尤其是IL-1升高明顯,與正常對照組比較,其差異顯著。氣溫驟降干預后72 h,血清MT、IL-1和IL-6水平均表現為明顯升高,與正常組對照組比較,差異有統計學意義。見表1。

2.2 氣溫驟升驟降對金黃地鼠血清中CD3+、CD4+、CD8+和CD4+/CD8+的影響 在氣溫驟升和驟降時,CD4+/CD8+均表現為升高趨勢,與正常組比較,差異有統計學意義(P<0.05);在氣溫驟升24 h時,CD3+和CD4+水平升高,和正常氣候組比較,差異有統計學意義(P<0.05)。而CD8+表現為降低,與正常組比較,其差異無統計學意義(P>0.05);在氣溫驟升72 h后,CD3+和CD4+恢復至正常水平,而CD8+則進一步降低,與正常氣溫組比較差異有統計學意義(P<0.01);氣溫驟降干預時,CD3+水平升高,72 h后差異有統計學意義(P<0.05)。CD4+未出現明顯變化,CD8+在干預24 h后明顯降低(P<0.05),72 h時基本恢復至正常水平。見表2。

表1 氣溫驟升驟降干預后金黃地鼠血清MT、IL-1和IL-6的變化

注:與自然對照組比較較*P<0.05,**P<0.01。

表2 氣溫驟升驟降后金黃地鼠血清CD3+、CD4+、CD8+和CD4+/CD8+的變化

注:與自然對照組比較較*P<0.05,**P<0.01。

2.3 氣溫驟升驟降條件下褪黑素與免疫指標的相關性分析 運用SPSS 21.0統計軟件對本次實驗的實驗結果,進行褪黑素與免疫相關指標的雙變量相關分析,其中滿足正態分布者采用Pearson積差相關系數進行描述,如不滿足正態分布則采用Kendall相關系數進行描述。見表3。

表3 相同樣本血清褪黑素與免疫相關指標相關性

如表3所示,正常氣候下,金黃地鼠血清MT與CD3+顯著正相關,相關系數0.723(P<0.05);氣溫驟升結束24 h時,MT與IL-6、CD3+、CD8+均顯著正相關,相關系數分別為0.779(P<0.05)、0.836(P<0.05)、0.828(P<0.05);氣溫驟升結束72 h時,MT與CD3+、CD4+、CD8+均顯著正相關,相關系數分別為0.923(P<0.01)、092(P<0.01)、0.883(P<0.01)、0.792(P<0.05);氣溫驟降結束24 h時,MT與CD3+、CD4+、CD8+均顯著正相關,相關系數分別為0.86(P<0.05)、0.818(P<0.05)、0.807(P<0.05)、0.783(P<0.05);氣溫驟降結束72 h時,MT與IL-1、IL-6、CD3+、CD4+、CD8+正相關,相關系數分別為0.903(P<0.05)、0.972(P<0.01)、0.958(P<0.01)、0.992(P<0.01)、0.949(P<0.01)、(P<0.01)、0.984(P<0.01)。

3 討論

中醫學非常重視氣候對機體的影響,在其理論體系中蘊含著非常豐富的醫學氣象學思想。中醫學認為“風寒暑濕燥火”是自然界六種常見的氣候,稱為“六氣”,是人類賴以生存的必需條件。當六氣太過或不及,或變化過于急驟,非時而來,一旦超過了人體的適應能力,六氣化為六淫,就會使人發病。但中醫學同時認為,正氣不足才是疾病發生的內在依據,如《黃帝內經》就有“風雨寒熱,不得虛,邪不能獨傷人”“正氣存內,邪不可干”“邪之所湊,其氣必虛”等記載。中醫學中的正氣雖不等于現代免疫,但部分涵蓋了現代醫學免疫系統的功能[5-6]。中醫學的一個基本特點是辨證論治,而各個證型的免疫反應并不完全一致,因此不能夠將正氣和整個免疫系統畫上等號,因此需要對正氣發揮抵御外邪作用的免疫學物質基礎展開研究。

3.1 氣溫驟變對金黃地鼠血清MT的影響 褪黑素(MT)是松果腺分泌的主要激素,除可以直接作用于機體的免疫系統外,還可以通過其他激素起間接調節作用[7]。馬氏等[8]認為MT是機體免疫功能季節性變化的主要調節者,如實施松果腺摘除術,這種變化就會消失。但袁氏等[9]通過實驗發現,除光照外,溫度、濕度等其他外界因素也能夠影響松果腺分泌MT,從而對肺臟免疫功能及其季節性的變化節律形成受影響。本次實驗顯示,血清MT在氣溫驟升干預后24 h呈升高趨勢,干預后72 h時,血清MT水平下降,接近正常對照組含量;氣溫驟降干預后24 h,MT水平略有下降,氣溫驟降后72 h,血清MT明顯升高,與正常組對照組比較,出現了統計學意義。結果表明,不同氣溫條件干預后,褪黑素呈現出不同的應答反應,但基本都不低于正常水平。

3.2 氣溫驟變對金黃地鼠血清IL-1、IL-6的影響 IL-1參與T細胞、NK細胞和巨噬細胞的活化,血清IL-1水平與呼吸系統免疫功能密切相關,在一定程度上能反映呼吸系統免疫功能的狀態。IL-1β是炎性反應的重要遞質,但在病毒感染時并不總是起保護作用[10]。少量的IL-1β參與維持機體正常的防御功能,而局部濃度過高時,則破壞內環境穩定,加重組織損傷[11]。正常情況下,血管內皮細胞會分泌少量的IL-6,它是機體免疫重要的炎性反應因子,其原理主要是通過激活B淋巴細胞分泌抗體和其他抗原特異性細胞對病原微生物的破壞,同時可以抑制一些炎性反應因子釋放,維持機體的免疫穩定。在炎性反應反應情況下,血清IL-6水平上升,反而促進機體炎性反應反應,加重對機體的損傷,其高低水平通常預示著患者病程的轉歸[12-13]。如熱射病患者發病時或短暫降溫后循環系統中IL-1、IL-6等細胞因子出現聚集的現象,IL-6的水平與熱射病的嚴重程度呈正相關[14-17]。

本次實驗數據顯示:IL-1、IL-6在氣溫驟升干預后24 h升高,與正常組比較差異有統計學意義(P<0.01)。而干預后72 h時,血清IL-1、IL-6水平下降,接近正常對照組含量;氣溫驟降干預后24 h,IL-1和IL-6水平升高,尤其是IL-1升高明顯,與正常對照組比較,其差異顯著。提示:血清IL-1、IL-6在氣溫突變時水平升高,可能為氣候突變影響機體免疫力的主要機制之一。

3.3 氣溫驟變對金黃地鼠T淋巴細胞的影響 T淋巴細胞不僅是機體免疫的效應細胞,同時還可以調節免疫,在機體細胞免疫中有著重要作用,通過檢測T淋巴細胞亞群可以分析了解機體的細胞免疫水平[18]。成熟的T淋巴細胞表面都可以表達CD3+分子,而CD4+、CD8+不能同時表達于成熟的T淋巴細胞表面。CD4+可以發揮調節以及協助免疫反應的作用,促進B細胞/T細胞和其他免疫細胞的增殖與分化的功能;CD8+具有細胞毒作用,能夠抑制和殺傷T細胞和靶細胞,是主要的細胞毒效應細胞[19]。目前認為CD4+/CD8+比值可用來衡量免疫抑制程度,CD4+/CD8+的動態平衡決定著機體免疫調控狀態和免疫水平[20],在一定范圍內,二者比值越高表示免疫功能越是處于活化狀態。

本次實驗數據顯示:在氣溫驟升結束24 h時,CD3+和CD4+水平升高,而CD8+表現為降低。72 h時,CD3+和CD4+恢復至正常水平,而CD8+則進一步降低,與正常氣溫組比較差異有統計學意義(P<0.01);氣溫驟降干預結束24 h,CD3+水平升高,72 h后差異有統計學意義(P<0.05)。CD4+未出現明顯變化,CD8+在干預24 h后明顯降低(P<0.05),72 h時基本恢復至正常水平;在氣溫驟升和驟降時,CD4+/CD8+均表現為升高趨勢,與正常組比較差異有統計學意義(P<0.05)。故從免疫角度來看,氣溫驟變可以刺激CD3+、CD4+和CD4+/CD8+增加,CD8+降低,增強CD4+協助淋巴細胞激活和促進B細胞合成抗體能力,降低CD8+抑制和殺傷T細胞及靶細胞的功能,最終使機體T淋巴細胞活性應激性增強以消除或降低氣溫驟變這種不良刺激所帶來的不良影響。

3.4 氣溫驟變條件下褪黑素與某些免疫指標相關性分析 有研究表明,MT可以提高機體免疫力,具有刺激淋巴細胞增殖、促進抗體和淋巴因子生成、加速白介素合成等作用,且與部分免疫指標存在一定相關性[21]。本次實驗結果亦發現,氣溫驟變條件下褪黑素能夠對金黃地鼠的血清免疫指標進行調節。MT與IL-1、IL-6、CD3+、CD4+、CD8+之間,在不同情況下、不同時間點,呈現出顯著正相關。

IL-1和IL-6都是一種細胞因子,屬于白細胞介素的范疇,而MT可以增加IL-1、IL-2、IL-6等的表達。本次實驗結果與此相一致,但蘇氏的實驗卻發現在自然四季變化時MT與白介素之間存在顯著負相關(P<0.05),相關系數在-0.4左右[22]。表明褪黑素對白介素的調節機制非常復雜,在不同條件下,二者之間存在著促進或抑制的雙重可能。

CD3+、CD4+、CD8+屬于T細胞,現在普遍認為CD3+、CD4+、CD8+的不同變化可以很好的反映出細胞免疫情況。如機體免疫力的降低時,CD3+、CD8+水平會上升,而CD4+水平則會降低。Baltac等通過實驗發現,切除大鼠行松果腺后,大鼠血清中的CD3+、CD4+的數量明顯低于正常對照組,由此提出MT的水平降低對細胞免疫十分不利[23]。而本實驗中MT與CD3+、CD4+、CD8+存在顯著正相關,分析其機制,可能在氣溫驟變條件下,機體分泌MT的能力增強,血清MT含量增加,加快了T細胞的增殖速度,從而提高機體免疫力,以此對抗氣溫驟變帶來的不利影響。

綜上所述,機體免疫系統會對氣溫驟變產生一系列的應激反應,其中血清MT、IL-1、IL-6和T淋巴細胞的相關變化可能在氣溫驟變影響機體免疫能力的過程中扮演了重要角色。這些指標是否在其他極端氣候情況下(持續高溫、低溫、高濕度等)呈現相同規律有待進一步的實驗驗證。

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(2016-09-21收稿 責任編輯：王明)

Effect of Sudden Increase and Drop in Temperature on Serum MT、IL-1、IL-6 and T-lymphocytes of Golden hamsters

Xu Xiaoying, Li Dekui, Heng Yan, Cai Yuechao

(SchoolofPreclinicalMedicine,BeijingUniversityofChineseMedicine,Beijing100029,China)

Objective:To illustrate the effect of sudden increase and drop in temperature on immunity in normal conditions, and to lay the foundation of a further study on effect of extreme climate change on human bodies. Methods:Manual simulation system was adopted to simulate sudden increase and drop in temperature. Blood tests were applied for measuring serum MT, IL-1, IL-6 and T-lymphocytes of golden hamsters after 24 hours and 72 hours of intervention respectively. Results:1) Compared with the normal climate group, IL-1and IL-6 levels in serum increased significantly during the 24 hours after a sharp increase in temperature (P<0.01). MT, IL-1 and IL-6 levels in serum decreased, almost the same as the normal control group content after a 72 h sharp increase in temperature； IL-1 levels increased greatly (P<0.01) after a 24 h sudden drop in temperature. MT, IL-1 and IL-6 levels in serum were significantly increased after a 72 h sudden drop in temperature. All data above showed statistical significance.2) Compared with the normal climate group, CD3+and CD4+levels significantly increased(P<0.05)after 24 hours of sharp increase in temperature. CD8+level decreased, but the difference was not statistically significant(P>0.05). After 72 h, CD3+and CD4+levels were normal again, but CD8+level continued to reduce, and the difference was statistically significant. CD3+level increased and there was a significant difference after 72 h. CD4+Contents had no significant change. CD8+level significantly decreased after 24 h of intervention(P<0.05)and recovered to normal level when 72 h. CD4+/CD8+level tended to increase in sudden change of temperature(P<0.05)with statistical significance.3) After 24 h increase of temperature, MT and IL-6, CD3+and CD8+had positive correlation, and correlation indexes were 0.779, 0.836, 0.828; after 72 h increase of temperature, MT and CD3+,CD4+and CD8+had positive correlation, and correlation indexes were 0.923,092,0.883, 0.792; after 24 h decrease of temperature, MT and CD3+,CD4+and CD8+had positive correlation, and correlation indexes were 0.86,0.818, 0.807, 0.783; after 72 h decrease of temperature, MT and IL-1,IL-6, CD3+, CD4+and CD8+had positive correlation. Conclusion:Serum MT, IL-1, IL-6 and CD4+/ CD8+levels all increased significantly in sudden change of temperature, which may be one of the main mechanisms of effect of abrupt climate changes on immunity. MT and CD3+, CD4+and CD8+had significantly positive correlation, which may because of more secretion of MT, increased content of MT in serum, and the multiplication rate of T-lymphocytes improved, thus the immunity was developed to cope with sudden change of temperature.

Extreme climate; Sudden increase and drop in temperature; Melatonin; Serum interleukin; T-lymphocytes

國家自然科學基金青年項目(編號:30901887);北京中醫藥大學自主選題項目(編號:2013-JYBZZ-JS-115)

許筱穎(1974.08—),女,醫學博士,副教授,碩士研究生導師,北京市第四批老中醫藥專家學術繼承人,研究方向:天人相應理論的文獻、實驗及臨床研究,E-mail:xuxy@bucm.edu.cn

R229

A

10.3969/j.issn.1673-7202.2016.12.060