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卡泊三醇誘導小鼠特應性皮炎模型的最適條件探索

2016-08-10 07:14:12王曉鈺包凱帆
中國藥理學通報 2016年7期
關鍵詞:小鼠劑量

王 璨,王曉鈺,于 曦,陶 羽,王 燕,包凱帆,季 律,洪 敏

(南京中醫藥大學藥學院,科技部國家規范化中藥藥理實驗室,江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室,江蘇 南京 210023)

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卡泊三醇誘導小鼠特應性皮炎模型的最適條件探索

王璨,王曉鈺,于曦,陶羽,王燕,包凱帆,季律,洪敏

(南京中醫藥大學藥學院,科技部國家規范化中藥藥理實驗室,江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室,江蘇 南京210023)

目的探討卡泊三醇(MC903)致小鼠特應性皮炎模型的建立方法。方法誘導劑量探索實驗:從d 0起,于各劑量組BALB/c小鼠右耳分別涂布0.33、1、3 nmol MC903,連續誘導7 d。每天觀察小鼠耳腫脹程度并測量雙耳耳厚,分別于d 3、7取材分析。誘導時間探索實驗:從d 0起,于BALB/c小鼠右耳涂布2 nmol·ear-1MC903,連續誘導至d 14。每天觀察小鼠耳腫脹程度并測量雙耳厚,分別于d 3、7、11、15獲取小鼠右耳組織進行病理組織學檢查。制備小鼠右耳耳組織勻漿,檢測勻漿中胸腺基質淋巴細胞生成素(TSLP)、IL-33、IL-4、IFN-γ表達水平以及外淋巴結中DC細胞表面標記分子CD40+、CD86+和ILC2細胞百分含量的變化。結果① 每耳1、3 nmol MC903誘導的小鼠耳腫脹度從d 3開始顯著增加,TSLP、IL-4水平明顯增加,每耳3 nmol MC903劑量組IL-33水平于d 7明顯增加。② 每耳2 nmol MC903誘導的特應性皮炎小鼠從d 3起,小鼠右耳耳腫脹明顯,耳厚逐漸增加,并于d 14達到峰值;小鼠耳組織病理組織學檢查顯示,從d 7起,小鼠右耳耳組織紅腫,毛細血管擴張,炎性細胞浸潤明顯,耳部炎性癥狀維持并逐漸加重至d 15;與正常小鼠相比,MC903使右耳組織勻漿中TSLP水平于d 3明顯升高,隨后逐漸下降,IL-4、IL-33水平于d 7明顯升高,隨后逐漸降低。外淋巴結中DC的表面標記分子CD40+、CD86+和ILC2的含量在d 7和d 15均有上升。結論每耳2 nmol MC903誘導小鼠7 d可成功建立小鼠特應性皮炎模型,TSLP較適檢測點為d 3,IL-4、IL-33較適檢測點為d 7。

卡泊三醇;小鼠特應性皮炎;胸腺基質淋巴細胞生成素;白細胞介素-33;白細胞介素-4;樹突狀細胞;Ⅱ型固有淋巴細胞

特應性皮炎(AD)是一種慢性炎癥性皮膚病,伴隨著皮膚瘙癢,易復發,并且影響著各個年齡段的人群。AD患者有較高的患嚴重的過敏性疾病、精神疾病以及皮膚感染[1]幾率。治療AD的重點在于恢復和維持皮膚屏障功能、減輕炎癥,以及對過敏性疾病關鍵啟動因子和通路進行抑制。研究AD的發病機制和防治措施是當前皮膚病研究領域的熱點之一。

建立理想的AD動物模型是研究AD的基礎,現在小鼠AD模型的主要制作方法有卵蛋白(OVA)誘導的皮膚主動過敏反應[2]、二硝基氟苯(DNFB)誘導的小鼠耳部三相皮膚反應[3]、異硫氰酸熒光素(FITC)等半抗原重復刺激誘導的皮膚反應[4 ]以及通過轉基因和基因敲除產生的特應性皮炎小鼠模型。卡泊三醇(MC903)是一種人工合成維生素D3的類似物,廣泛用于治療銀屑病[5],并且能夠抑制白血病細胞的增殖分化[6]。近年來,有研究表明,局部應用MC903能引起小鼠特應性皮炎綜合征,同時MC903能夠通過上皮角質形成細胞維生素D受體(VDR)引起胸腺基質淋巴細胞生成素(TSLP)的高表達[4]。TSLP是一種上皮細胞來源的細胞因子,在起始和促進Tp細胞介導的過敏性炎癥中起關鍵作用[8]。因此,基于TSLP研究特應性皮炎具有重要的意義。但模型建立的條件文獻報道差異較大,MC903的劑量及隨著時間模型中關鍵細胞因子及效應細胞的變化趨勢不明確,因此,本研究通過探索MC903誘導的TSLP高表達的小鼠特應性皮炎模型的最適條件,為研究過敏性疾病的發病機制以及治療措施提供幫助。

1 材料和方法

1.1儀器測厚規,日本Mitutoyo公司,型號:7301;電子天平,瑞典Mettler-Toledo公司,型號:PL203;酶標儀,美國Bio-Tek公司,型號:SyneRgy 2;冷凍離心機,美國Beckman Coulter公司,型號:GS-15R;流式細胞儀,美國BD公司,型號:Accuri C6。

1.2實驗動物BALB/c小鼠,♂,SPF級,體質量18~22 g,SPF級,北京維通利華實驗動物技術有限公司,生產許可證號碼:SCXK(京)2012-0001。飼養于南京中醫藥大學動物實驗中心SPF級環境中,環境溫度為22℃~25℃,濕度為50%~65%,實驗前動物均進行1周適應性飼養。

1.3主要試劑卡泊三醇(MC903),Tocris,批號:112965-21-6;小鼠TSLP ELISA試劑盒,eBioscience,批號:E09338-1631;小鼠IL-33 ELISA試劑盒,eBioscience,批號:E11107-1643;小鼠 IL-4 ELISA試劑盒,eBioscience,批號:E09338-1631;小鼠 IFN-γ ELISA試劑盒,eBioscience,批號:E09342-1631;PE-抗小鼠CD40抗體,eBioscience,批號:E028955;APC-抗小鼠CD86抗體,eBioscience,批號:E028452;FITC-抗小鼠Lineage cocktail抗體,BioLegend,批號:B174972;PE-抗小鼠CD25抗體eBioscience,批號:E01153-1633;APC-抗小鼠ST2/IL33R抗體,eBioscience批號:E19489-80;總蛋白定量試劑盒,南京建成生物工程研究所,批號:20131212。

1.4動物分組及處理

1.4.1MC903誘導的小鼠特應性皮炎劑量探索實驗BALB/c小鼠按體質量分層法隨機分成4組,每組12只:包括1個空白組,3個劑量組(0.33、1、3 nmol·ear-1),MC903溶于體積分數為0.95的乙醇涂布于每個小鼠右耳,左耳涂等劑量乙醇溶劑,每耳涂布體積為20 μL[9]。從d 0起每天連續處理至d 6。每天測量小鼠的耳厚(d 0給藥前測耳厚),分別于d 3、d 7每組取6只小鼠的耳組織進行勻漿制備。

1.4.2MC903誘導的小鼠特應性皮炎時間探索實驗BALB/c小鼠按體重分層法隨機分成6組,每組7只,包括:1個空白組、5個劑量組(分別誘導1、3、7、11、15 d)。2 nmol MC903溶于體積分數為0.95的乙醇涂布于每個小鼠右耳,左耳涂等劑量乙醇溶劑,每耳涂布體積為20 μL[9]。每天測量小鼠的耳厚(d 0給藥前測耳厚),分別于d 1、3、7、11、15取小鼠的耳組織和頸部淋巴結,分別進行勻漿制備、病理組織學檢查及流式細胞儀分析。

1.5小鼠耳腫脹度檢測及耳組織病理學檢查每天測定小鼠兩耳厚度,計算耳腫脹度(右耳厚度-左耳厚度),并于取材時測定小鼠兩耳重量差值(右耳重量-左耳重量)。取小鼠耳廓固定后,從耳根至耳尖切開,取半只耳廓,垂直于切面石蠟包埋,常規切片,HE染色,光鏡下在耳廓全長的中點左右各取同倍率視野拍照。

1.6耳勻漿的制備與細胞因子表達水平的檢測將小鼠用直徑8 mm的皮膚圓形打孔器摘取右耳耳片標本,稱重,用PBS溶液研磨成2.5%的耳組織勻漿,靜置后,放置于4℃離心機進行4 000 r·min-1的轉速低溫離心15 min,獲得標本上清液。采用ELISA技術檢測勻漿中細胞因子IL-4、IFN-γ、TSLP、IL-33的表達水平,并用蛋白含量BCA法檢測樣本總蛋白水平后進行蛋白矯正,炎性細胞因子的表達水平表示為μg·g-1Pro。

1.7流式檢測Ⅱ型固有淋巴細胞(ILC2s)及樹突狀細胞(DCs)表面標記分子CD40+、CD86+在淋巴細胞內的百分含量小鼠取材時分離頸部皮膚,收集頸部淋巴結,用機械研磨法在生理鹽水中制備單細胞懸液,經200目濾布過濾后,調整細胞密度為每毫升12×107個 。ILC2s細胞的檢測:取上述制備得的細胞懸液100μL于離心管中,分別加入0.2 μg CD25抗體、0.2 μg IL-33R/ST2抗體、Lineage cocktail抗體(每管20 μL)避光孵育15 min,經生理鹽水充分洗滌后(每次1 mL,共2次),用500 μL生理鹽水重懸,流式細胞儀檢測。DCs表面標記分子CD40+、CD86+的檢測:取100 μL細胞懸液,分別加入0.2 μg CD40抗體及0.2 μg CD86抗體,避光孵育15 min,經生理鹽水充分洗滌后(每次1 mL,共2次),用500 μL生理鹽水重懸,流式細胞儀檢測活化的DC細胞(CD40+CD86+)和ILC2細胞(Lin-CD25+ST2+)的百分含量。

2 結果

2.1MC903誘導特應性皮炎劑量探索實驗

2.1.1小鼠耳腫脹度檢測從d 0起,小鼠右耳分別涂布0.33、1、3 nmol MC903,連續誘導7 d。結果表明,與對照組比較,各模型組耳厚差隨MC903誘導劑量和天數的增加而增加(Fig 1A),MC903誘導3 d后,3 nmol劑量組耳重有明顯增加(Fig 1B),攻擊7 d后,1、3 nmol劑量組耳重均明顯增加(Fig 1C)。

2.1.2耳勻漿中細胞因子的表達從d 0起,小鼠右耳分別涂布每耳0.33、1、3 nmol MC903,每耳連續誘導7 d。ELISA法測定耳勻漿上清液中過敏性疾病關鍵啟動因子TSLP、IL-33及炎癥因子IL-4的表達。結果表明:d 3和d 7 1、3 nmol劑量組TSLP水平與空白組相比均升高,而d 3 3 nmol組表達最高,d 7 1 nmol組表達最高(Fig 2A)。MC903攻擊3 d后各劑量組IL-33表達水平與空白相比差異均無顯著性,攻擊7 d后3 nmol組與空白相比有明顯增加(Fig 2B)。3 nmol組耳組織勻漿中Ⅱ型炎癥因子IL-4在d 3、d 7的表達水平與空白組相比均增加(Fig 2C)。

上述結果表明,1 nmol和3 nmol劑量在d 7均能引起小鼠特應性皮炎,但1 nmol時未能引起IL-4的明顯升高。3 nmol MC903·ear-1劑量在d 3時已經引起小鼠耳重及耳厚差以及IL-4的明顯升高,但過早的誘導耳部炎癥反應不利于我們觀察特應性皮炎誘導初期關鍵啟動因子TSLP和IL-33的變化。因此,我們選擇介于二者之間的2 nmol MC903·ear-1劑量進一步作給藥時間探索。

2.2MC903誘導特應性皮炎給藥時間探索

2.2.1小鼠耳腫脹度檢測MC903以2 nmol·ear-1劑量誘導后,耳厚差隨給藥天數的增加而增加,并于d 14達到峰值,d 7、d 11、d 15耳重差與空白組相比均增加(Fig 3A、B)。

2.2.2耳組織HE染色病理學變化HE檢查表明空白組小鼠的耳組織輪廓清晰,未見炎癥細胞浸潤、水腫增厚和血管充血等病理改變現象,而MC903 2 nmol·ear-1誘導7 d和15 d的小鼠耳組織水腫明顯增厚,出現大量炎性細胞浸潤,并且有明顯的血管擴張現象(Fig 3C)。

Fig 1 Effects of different doses of MC903 on ear thickness difference and ear weight difference of mice after induced for

2.2.3耳勻漿中炎性細胞因子的表達從d 0起,以2 nmol·ear-1連續誘導至d 14。d 3、d 7 TSLP表達水平與空白組相比有明顯增加,并且在d 3達到最高(Fig 4A)。d 7、d 11、d 15 IL-33、IL-4表達水平與空白組相比明顯升高,并且于d 7達到最高(Fig 4B、C)。d 7 IFN-γ的表達水平與空白組相比有明顯升高(Fig 4D)。

Fig 2 Effect of different doses of MC903 on cytokine levels in ear homogenate of mice after induced for 3 days and 7 days

2.2.4流式檢測活化的DCs及ILC2s在淋巴細胞內的百分含量采用流式細胞儀技術檢測外淋巴結中DCs活化的共刺激分子CD40、CD86和ILC2s的百分含量。結果顯示,與空白組相比,小鼠淋巴結組織的CD40+CD86+和ILC2s含量在d 7和d 15均有升高,其中d 7的CD40+CD86+細胞和d 15的CD40+CD86+細胞及ILC2s含量與空白組相比差異均有統計學意義(Fig 5A、B)。

Fig 3 Effect of 2 nmol MC903 per ear on ear swelling and histopathology of ±s,n=7,magnification×200)

The sharp-outlined ear tissue of control group has no inflammatory cell infiltration and swelling. The ear tissue of mice induced by MC903 for 7 days and 15 days has apparently swelling and inflammatory cell infiltration, along with obvious hemangiectasis.**P<0.01vscontrol

3 討論

特應性皮炎也稱為特應性濕疹,往往伴隨著強烈的瘙癢和濕疹的病變,是常見的慢性疾病。多年來,它被認為是過敏性疾病的最初反應,最終會導致哮喘和過敏性鼻炎[1],因此,研究特應性皮炎的發病機制,對預防和治療具有重要的意義。為了深入研究特應性皮炎的發病機制,國內外學者嘗試多種方法來建立特應性皮炎動物模型。TSLP是一種上皮細胞來源的細胞因子,在起始和促進Tp細胞介導的過敏性炎癥中起關鍵作用[10];IL-33屬于IL-1家族,通過受體ST2活化Tp細胞[11]。本研究基于TSLP和IL-33建立特應性皮炎動物模型,期望能夠為過敏性疾病啟動階段的研究提供一種可靠的模型。

MC903是維生素D3的低鈣類似物,能激發小鼠上皮角質細胞高表達TSLP, TSLP通過與DC上的TSLP受體結合,從而誘導DC活化,促進CD4+T細胞向Tp細胞分化[12],CD40和CD86是DC表面的共刺激分子,它們的表達高低與DC細胞的成熟度呈正相關。IL-33能夠促進ILC2s細胞聚集和活化,升高Tp型的細胞因子的釋放[13]。能夠引起小鼠特應性皮炎綜合征。目前文獻報道中關于MC903的誘導天數和劑量均有較大差異,因此建立穩定的誘導劑量和天數的模型具有重要意義。本研究采用BALB/c小鼠,分別對MC903誘導天數和劑量進行探索。在給藥劑量探索實驗中,3 nmol MC903·ear-1劑量誘導7 d后TSLP、IL-33、IL-4均有明顯升高,1 nmol MC903·ear-1誘導7 d后TSLP、IL-4顯著升高,兩個劑量組耳腫脹度均明顯增加。綜合考慮特應性皮炎啟動因子、炎癥因子以及耳腫脹度的變化,本研究選取2 nmol MC903·ear-1劑量的劑量進一步做誘導天數探索實驗,結果表明2 nmol MC903·ear-1誘導7 d后小鼠右耳耳腫脹明顯,耳組織紅腫,毛細血管擴張,炎性細胞浸潤明顯。TSLP在d 3明顯升高,隨后逐漸降低; IL-33以及IL-4在d 7明顯升高,隨后逐漸降低。TSLP主要通過與DC上的TSLP受體結合從而誘導DC活化,促進CD4+T細胞向Tp細胞分化[12]。IL-33能夠促進ILC2s細胞聚集和活化,ILC2s細胞是免疫應答初期分泌Tp型的細胞因子的主要來源,最終升高Tp型的細胞因子的釋放[13]。因此DC和ILC2分別在TSLP和IL-33的作用下活化,繼而產生Tp型炎癥。我們的研究結果表明小鼠淋巴結組織的活化DCs和ILC2s含量在d 7和d 15均有升高,說明在此模型中不僅TSLP、IL-33升高,也表現出其相關效應細胞的明顯變化。因此,在2 nmol MC903·ear-1誘導7 d能夠成功建立小鼠特應性皮炎。TSLP較適檢測點為d 3,IL-33/IL-4較適檢測點為d 7。

Fig 4 Effect of 2 nmol MC903 per ear on cytokine in ear tissue homogenate of mice at different time ±s,n=7),**P<0.01 vs control

Fig 5 Effects of 2nmol MC903 per ear on DCs surface markers CD40+CD86+ and ILC2s contents in lymph

**P<0.01 vs control

綜上所述,運用2 nmol MC903·ear-1誘導小鼠7 d后可以良好的模擬特應性皮炎的癥狀以及病理變化,尤其是能反映TSLP和IL-33等細胞因子的變化趨勢。本模型操作簡單,造模成功率高,易于復制,可以成為研究特應性皮炎的重要工具。

(致謝:本實驗在南京中醫藥大學藥學院、科技部國家規范化中藥藥理實驗室、江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室完成。 在此感謝實驗室為我提供的優越實驗條件與平臺,同時感謝導師和同學對我的指導和幫助!)

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On optimum conditons for establishment of calcipotriol-induced mouse atopic dermatitis model

WANG Can,WANG Xiao-yu,YU Xi,TAO Yu,WANG Yan,BAO Kai-fan,JI Lv,HONG Min

(SchoolofPharmacy,NanjingUniversityofChineseMedicine,NationalStandardLaboratoryofPharmacologyforChineseMaterialMedica,JiangsuKeyLaboratoryforPharmacologyandSafetyEvaluationofChineseMaterialMedica,Nanjing210023,China)

AimTo investigate the method of establishing the atopic dermatitis mice model induced by calcipotriol(MC903).MethodsInduction dose exploratory experiment: since d 0, 0.33,1,3 nmol MC903 was smeared on the right ear of BALB/c mice in each dose group respectively, for 7 consecutive days. The ear swelling degree of the mice was observed every day and the bilateral ears thicknesses were measured. The materials were drawn and analyzed in d 3 and d 7. Induction days exploratory experiment: 2 nmol MC903 was smeared on the right ear of BALB/c mice, for 14 consecutive days. The ear swelling degree of mice was observed every day and the bilateral ears thicknesses were measured. The histopathological examination of the right ear was conducted in 3 d, 7 d, 11 d and 15 d respectively. The tissue homogenate of the mice right ear was prepared. The expressions of thymic stromal lymphopoietin(TSLP),IL-33, IL-4 and IFN-γ in the homogenate, CD40+,CD86+,the DC surface markers and ILC2 contents in the peripheral lymph nodes were detected.Results① 1,3 nmol MC903 induced ear swelling in mice was significantly increased in d 3, the levels of TSLP and IL-4 were significantly increased. The level of IL-33 in 3 nmol dose group was increased significantly in d 7. ② The right ear swelling of 2 nmol MC903 induced atopic dermatitis mice was significant, the ear thickness was increased gradually and reached the peak in d 14. The histopathological examination of the mice ear tissue showed in d 7, the right ear tissue of the mice was swelling and red, the capillary vessels were dilated and the infiltration of inflammatory cells was obvious. The ear inflammatory symptoms maintained and gradually aggravated for 15 days. Compared with the normal mice, MC903 increased the TSLP level in the right ear tissue homogenate significantly in d 3 and then decreased gradually. The levels of IL-4 and IL-33 were increased significantly in d 7 and then decreased gradually. The levels of ILC2,CD40+,CD86+in the peripheral lymph nodes were increased in d 7 and d 15.ConclusionThe atopic dermatitis mice model can be successfully established using 2 nmol MC903 induced mice for 7 days. Appropriate testing point of TSLP is d 3. Appropriate testing point of IL-33 and IL-4 is d 7.

calcipotriol; atopic dermatitis; thymic stromal lymphopoietin;interleukin-4;dendritic cells;group 2 innate lymphoid cells

◇實驗方法學◇

2016-02-01,

2016-03-05

國家自然科學基金資助項目(No 81473395,81373549,81073121);江蘇省自然科學基金資助項目(No BK20141466);江蘇省兒童呼吸疾病(中醫藥)重點實驗室資助項目(No JKLPRD201405);江蘇高校優勢學科建設工程資助項目;江蘇省‘青藍工程’資助;江蘇省普通高校研究生科研創新計劃項目(No KYLX15_1007,KYLX_0973)

王璨(1991- ),男,碩士生,研究方向:中藥免疫藥理學,E-mail:wangcan1109@126.com;洪敏(1972-),女,博士,教授,博士生導師,研究方向:中藥免疫藥理學,通訊作者,E-mail:hongmin72@126.com

10.3969/j.issn.1001-1978.2016.07.027

A

1001-1978(2016)07-1027-06

R-332;R363-332;R392.12;R758.2

網絡出版時間:2016-6-20 11:49網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20160620.1149.054.html

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