胡顯惠,李輝,唐晨曦,蘇云娟,經(jīng)廷森
(重慶市綦江區(qū)人民醫(yī)院,重慶401420)
支氣管哮喘(bronchial asthma, BA)是一種常見的與免疫功能紊亂相關(guān)的慢性肺部疾病,臨床癥狀主要為反復(fù)發(fā)作的喘息、胸悶、咳嗽和氣促等,嚴重影響患者的身體健康和生活質(zhì)量。支氣管哮喘是由嗜酸性粒細胞、T 淋巴細胞、肥大細胞、中性粒細胞等多種炎癥細胞和細胞組分參與的慢性氣道炎癥疾病[1]。哮喘的發(fā)病是遺傳因素和環(huán)境因素綜合作用的結(jié)果,傳統(tǒng)觀點認為Th1/Th2細胞功能失衡在哮喘的發(fā)生、發(fā)展中有重要作用,但尚不足以解釋哮喘發(fā)病的全部機制[2]。近年來Th17 細胞和Treg 細胞的被發(fā)現(xiàn)及其在炎癥中的作用進一步完善了支氣管哮喘發(fā)病的免疫學(xué)機制[3]。白細胞介素(Interleukin, IL) -35 (IL-35) 是由Treg 細胞分泌的抗炎癥細胞因子,在維持T 細胞穩(wěn)態(tài)中有重要作用[4]。本研究旨在研究重組IL-35(rIL-35)對支氣管哮喘模型小鼠T 淋巴細胞亞群及細胞因子的影響,并探討其可能的作用機制。
SPF 級雄性BALB/c 小鼠100 只,7 周齡,體重19~22 g,購自北京維通利華有限公司[實驗動物生產(chǎn)許可證號:SCXK(京)2016-0003],于24~26℃、相對濕度50%~60%、通風(fēng)良好的SPF 級屏障室內(nèi)飼養(yǎng),期間自由進食及飲水。中華倉鼠卵巢細胞(CHO 細胞)購自ATCC 細胞庫,采用DMEM 高糖培養(yǎng)基(含10%PBS、1%青鏈霉素)在5%二氧化碳、37℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
佛波酯(PMA)、離子霉素(ionomycin)、布雷非德菌素(BFA)、卵白蛋白(OVA)和乙酰甲膽堿均購自美國Sigma公司,淋巴細胞分離液購自北京索萊寶科技有限公司,抗小鼠CD4-FITC 抗體購自艾美捷科技有限公司,抗小鼠CD25-PE 抗體購自美國Pepro Tech 公司,抗小鼠白細胞介素-17(IL-17)、Foxp3-APC、PE-anti-IgG1 抗體購自英國Abcam 公司,小鼠白細胞介素-2(IL-2)、γ干擾素(IFN-γ)、白細胞介素-4(IL-4)、白細胞介素-5(IL-5)、白細胞介素-22(IL-22)、白細胞介素-10(IL-10)和轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)酶聯(lián)免疫檢測試劑盒、BCA 蛋白定量試劑盒購自廣州碧云天生物技術(shù)有限公司,Th1、Th2、Th17和Foxp3專用固定液,Th1、Th2、Th17 和Treg細胞專用破膜劑,購自美國Ebioscience公司。
根據(jù)美國國立生物技術(shù)信息中心(NCBI)小鼠rIL-35 的核苷酸序列,采用雙酶切構(gòu)建PcDNA5-rIL-35-HIS 真核表達載體,采用Lipofectamine 2000將質(zhì)粒轉(zhuǎn)染至對數(shù)生長期的CHO 細胞中。轉(zhuǎn)染48 h后加入1 μg/ml 的嘌呤霉素進行篩選,14 d 后可見單克隆群落形成,挑取生長狀態(tài)良好的進行擴大培養(yǎng)。收集未轉(zhuǎn)染細胞和過表達rIL-35 細胞培養(yǎng)基上清液,采用鎳柱親和層析純化rIL-35 蛋白,超濾濃縮,BCA 蛋白定量試劑盒檢測rIL-35 蛋白濃度。取適量蛋白稀釋后SDS-PAGE 電泳,考馬斯亮藍染色、脫色,檢測rIL-35蛋白純度。
100只小鼠采用隨機數(shù)字表法分為對照組、哮喘組、rIL-35低劑量組、rIL-35中劑量組和rIL-35高劑量組,每組20 只。分別在第1 天和第7 天向哮喘組和rIL-35 各劑量組小鼠腹腔注射OVA 致敏液(含100 μg OVA 和2.25 mg 氫氧化鋁)0.2 ml/只,哮喘組和rIL-35 各劑量組小鼠第14 天開始霧化吸入5%OVA,30 min/次,1 次/d,連續(xù)霧化7 d 以誘發(fā)哮喘。對照組小鼠則以生理鹽水代替OVA 致敏液。rIL-35各劑量組小鼠在激發(fā)后的第7 天開始腹腔注射不同劑量的rIL-35(低劑量組3 μg/只、中劑量組10 μg/只和高劑量30 μg/只)[5],1 次/d,連續(xù)5 d。對照組和哮喘組小鼠則以等量生理鹽水替代rIL-35 進行注射。
每組隨機選擇小鼠4只,于末次霧化24 h后,麻醉,剝離暴露氣管,行氣管插管。靜脈留置針插入頸外靜脈后放入測試儀中,檢測肺阻力(lung resistance,RL)和肺順應(yīng)性(dynamiccompliance,Cdyn)。將小鼠固定于體描箱內(nèi)的操作臺上,連接呼吸機,設(shè)定呼吸比為15∶10,潮氣量5 ml/kg,呼吸頻率90 次/min。曲線平穩(wěn)后,每組3 只小鼠分別注射0.05 mg/kg、0.10 mg/kg和0.20 mg/kg的乙酰甲膽堿,另1只小鼠注射等量生理鹽水(0.9%,0.1 ml/kg)。每次注射后連續(xù)采集記錄5 min。
rIL-35 注射14 d 后,干冰安樂處死所有小鼠,呈仰臥位固定于自制小動物手術(shù)臺,打開胸腔進行氣管插管,結(jié)扎左側(cè)主支氣管,采用3 ml 預(yù)冷PBS行支氣管肺泡灌洗3 次,收集BALF,將BALF 5 000 r/min 離心5 min,取上清液,置入-80℃冰箱冷凍保存?zhèn)溆谩2捎秒x心涂片機對回收的BALF 進行細胞收集,HE 染色,光學(xué)顯微鏡下計數(shù)和分類炎癥細胞。
rIL-35注射14 d后,采用淋巴細胞分離液(Ficoll)密度梯度離心法提取BALF中單個核細胞(PBMC)。采用RPMI 1640完全培養(yǎng)基重懸PBMC并調(diào)整細胞濃度至1.5×106個/ml,加入終濃度為25 ng/L的PMA、1 mg/ml的ionomycin、3 mg/ml的BFA,以1 ml/孔接種于24孔板,培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)5 h。重懸PBMC 于流式管,PBS洗滌2次,5 000 r/min離心5 min,棄上清液。加入5 ml 抗CD4-FITC 抗體(Treg 細胞檢測管需同時加入5 ml 抗CD25-PE 抗體),室溫避光孵育20 min。PBS洗滌2 次,離心棄上清。加入200 μl Th1、Th2、Th17和Foxp3 專用固定液,室溫避光孵育20 min。PBS洗2 次,5 000 r/min 離心5 min。加入200 μl Th1、Th2、Th17 和Treg 細胞專用破膜劑,室溫避光孵育20 min。PBS 洗滌2 次,每種細胞的對照管加入5 ml抗PE-anti-IgG1同型對照抗體,實驗管分別加入5 ml抗γ-IFN-PE、IL-4-PE、IL-17 和Foxp3-APC 抗體,室溫避光孵育20 min。PBS洗滌3次,加入500 ml PBS重懸細胞,采用流式細胞儀進行檢測。使用Cell Quest軟件分析T淋巴細胞亞群水平。
采用酶聯(lián)免疫吸附實驗(ELISA)檢測小鼠BALF中IgE、IL-2、IFN-γ、IL-4、IL-5、IL-17、IL-22、IL-10和TGF-β 水平,操作嚴格按相關(guān)試劑盒說明書進行。
數(shù)據(jù)分析采用SPSS 21.0 統(tǒng)計軟件,計量資料以均數(shù)±標準差(±s)表示,比較采用單因素方差分析或析因設(shè)計的方差分析,進一步兩兩比較用LSD-t檢驗,P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
對照組小鼠未見明顯異常。哮喘組小鼠致敏后活動減少,霧化激發(fā)時出現(xiàn)不同程度的咳嗽、呼吸急促、煩躁不安、抓耳撓腮、腹部抽搐及大小便失禁等癥狀。rIL-35 低劑量組、rIL-35 中劑量組、rIL-35 高劑量組小鼠霧化激發(fā)時上述癥狀減輕。
各組小鼠激發(fā)時RL和Cdyn比較,經(jīng)析因設(shè)計的方差分析,不同組激發(fā)時RL和Cdyn比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=986.310和31.160,均P=0.000)。不同劑量乙酰甲膽堿激發(fā)時RL和Cdyn比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=2 765.867和207.625,均P=0.000)。乙酰甲膽堿與rIL-35 存在交互作用,隨著乙酰甲膽堿劑量增大,rIL-35劑量減小,激發(fā)時RL越大(F=202.320,P=0.000),Cdyn越小(F=5.623,P=0.000)。見表1、2。
表1 各組小鼠激發(fā)時RL變化 (cmH2O/ml·s,±s)

表1 各組小鼠激發(fā)時RL變化 (cmH2O/ml·s,±s)
組別對照組乙酰甲膽堿/(mg/kg)生理鹽水/(ml/kg)1.23±0.10 0.10 2.01±0.24 0.05 1.76±0.21 0.20 2.59±0.33哮喘組rIL-35低劑量組rIL-35中劑量組rIL-35高劑量組1.17±0.11 1.24±0.11 1.19±0.09 1.26±0.14 8.51±0.66 7.33±0.80 5.77±0.58 4.14±0.39 4.36±0.35 3.73±0.35 3.08±0.29 2.57±0.24 11.90±1.05 9.42±1.03 7.64±0.77 5.08±0.49
表2 各組小鼠激發(fā)時Cdyn變化 (ml/cmH2O,±s)

表2 各組小鼠激發(fā)時Cdyn變化 (ml/cmH2O,±s)
組別對照組乙酰甲膽堿/(mg/kg)生理鹽水/(ml/kg)0.052±0.010 0.10 0.038±0.008 0.05 0.046±0.009 0.20 0.032±0.011哮喘組rIL-35低劑量組rIL-35中劑量組rIL-35高劑量組0.057±0.011 0.048±0.009 0.049±0.013 0.055±0.014 0.020±0.006 0.026±0.005 0.030±0.006 0.031±0.009 0.026±0.008 0.031±0.005 0.032±0.007 0.038±0.010 0.011±0.005 0.016±0.006 0.022±0.008 0.028±0.009
各組小鼠BALF 中細胞總數(shù)、淋巴細胞、中性粒細胞和嗜酸性粒細胞等炎癥細胞數(shù)量的比較,經(jīng)單因素方差分析,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。進一步兩兩比較,與對照組比較,哮喘組小鼠BALF 中的細胞總數(shù)、淋巴細胞、中性粒細胞和嗜酸性粒細胞的數(shù)量均增加(P<0.05);與哮喘組小鼠比較,rIL-35 低劑量組、rIL-35 中劑量組、rIL-35 高劑量組小鼠BALF 中的細胞總數(shù)、淋巴細胞、中性粒細胞和嗜酸性粒細胞的數(shù)量均減少(P<0.05),均呈隨rIL-35 蛋白劑量增加而減少的趨勢。見表3。
各組小鼠BALF 中Th2、Th17、Th1、Treg、Th1/Th2、Th17/Treg 的比較,經(jīng)單因素方差分析,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。進一步兩兩比較,與對照組比較,哮喘組小鼠BALF 中Th2、Th17、Th17/Treg 水平升高,Th1、Treg、Th1/Th2 水平降低(P<0.05);與哮喘組比較,rIL-35 低劑量組、rIL-35 中劑量組、rIL-35 高劑量組小鼠BALF中Th2、Th17、Th17/Treg 水平降低(P<0.05),均呈隨rIL-35 劑量增加而降低的趨勢,Th1、Treg、Th1/Th2 水平升高(P<0.05),均呈隨rIL-35 劑量增加而升高的趨勢。見表4。
各組小鼠BALF 中IgE、IL-2、IFN-γ、IL-4 和IL-5 水平比較,經(jīng)單因素方差分析,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。進一步兩兩比較,與對照組比較,哮喘組小鼠BALF 中IL-2、IFN-γ 水平降低,而IgE、IL-4 和IL-5 水平升高(P<0.05);與哮喘組比較,rIL-35低劑量組、rIL-35中劑量組、rIL-35高劑量組小鼠BALF 中IL-2、IFN-γ 水平升高(P<0.05),且呈隨rIL-35 劑量增加而升高的趨勢,IgE、IL-4 和IL-5 水平降低(P<0.05),均呈隨rIL-35 蛋白劑量增加而降低趨勢。見表5。
表3 各組小鼠BALF中細胞計數(shù)比較 (±s)

表3 各組小鼠BALF中細胞計數(shù)比較 (±s)
注:①與對照組比較,P <0.05;②與哮喘組比較,P <0.05。
組別細胞總數(shù)/(×105個/ml)嗜酸性粒細胞/%淋巴細胞/%中性粒細胞/%對照組哮喘組rIL-35低劑量組rIL-35中劑量組rIL-35高劑量組F 值P 值8.63±0.67 29.13±2.14①23.44±2.02②18.45±1.50②15.96±1.75②6.277 0.021 3.22±0.28 19.93±1.75①15 .02±1.13②10.24±0.84②8.58±0.79②12.032 0.001 8.14±0.69 26.44±2.25①23.23±1.92②16.23±1.44②12.17±1.09②6.795 0.019 6.36±0.49 27.91±3.00①22.36±2.08②15.47±1.38②11.38±1.26②8.042 0.009
表4 各組小鼠BALF中T淋巴細胞亞群比較 (±s)

表4 各組小鼠BALF中T淋巴細胞亞群比較 (±s)
注:①與對照組比較,P <0.05;②與哮喘組比較,P <0.05。
組別Th17/Treg Th1/%Th2/%Th17/%Treg/%Th1/Th2對照組哮喘組rIL-35低劑量組rIL-35中劑量組rIL-35高劑量組F 值P 值0.32±0.06 1.52±0.12①1.10±0.10②0.83±0.12②0.66±0.09②7.833 0.017 20.60±2.01 11.57±1.33①14.05±1.22②17.01±1.39②17.53±1.41②2.268 0.040 2.25±0.21 5.71±0.48①4.95±0.42②4.13±0.39②3.50±0.33②3.526 0.034 2.51±0.20 5.97±0.46①4.91±0.36②4.11±0.34②3.37±0.30②4.804 0.029 7.83±0.62 3.92±0.33①4.42±0.37②5.04±0.49②5.56±0.50②2.850 0.037 9.18±1.10 2.19±0.30①3.65±0.33②4.59±0.42②5.89±0.57②5.776 0.022
表5 各組小鼠BALF中IgE、IL-2、IFN-γ、IL-4和IL-5水平比較 (pg/ml,±s)

表5 各組小鼠BALF中IgE、IL-2、IFN-γ、IL-4和IL-5水平比較 (pg/ml,±s)
注:①與對照組比較,P <0.05;②與哮喘組比較,P <0.05。
組別IL-5 IgE IL-2 IFN-γ IL-4對照組哮喘組rIL-35低劑量組rIL-35中劑量組rIL-35高劑量組F 值P 值30.13±2.89 203.41±22.30①130.15±11.44②99.41±7.75②75.58±7.92②15.728 0.000 5.05±0.43 19.14±1.51①14.36±1.21②12.87±1.13②9.04±0.78②6.275 0.020 95.50±10.03 28.80±3.14①43.45±4.09②61.94±7.29②73.14±7.03②7.027 0.017 150.17±16.25 40.93±3.77①84.16±9.02②107.28±9.64②119.77±11.73②8.219 0.010 57.47±6.11 222.23±24.31①147.51±12.05②100.79±9.58②91.29±8.88②9.002 0.005
各組小鼠BALF 中IL-17、IL-22、IL-10 和TGF-β 水平比較,經(jīng)單因素方差分析,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。進一步兩兩比較,與對照組比較,哮喘組小鼠BALF 中IL-17、IL-22 水平升高,而IL-10 和TGF-β 水平降低(P<0.05);與哮喘組比較,rIL-35低劑量組、rIL-35中劑量組、rIL-35高劑量組小鼠BALF中IL-17、IL-22水平降低(P<0.05),且呈隨rIL-35 劑量增加而降低趨勢,IL-10 和TGF-β水平升高(P<0.05),且呈隨rIL-35 劑量增加而升高趨勢。見表6。
表6 各組小鼠BALF中IL-17、IL-22、IL-10和TGF-β水平比較 (pg/ml,±s)

表6 各組小鼠BALF中IL-17、IL-22、IL-10和TGF-β水平比較 (pg/ml,±s)
注:①與對照組比較,P <0.05;②與哮喘組比較,P <0.05。
組別TGF-β IL-17 IL-22 IL-10對照組哮喘組rIL-35低劑量組rIL-35中劑量組rIL-35高劑量組F 值P 值62.91±5.77 27.04±2.55①38.82±3.93②49.48±5.03②53.77±5.21②4.164 0.029 10.59±1.12 52.88±5.65①39.76±3.54②30.03±3.01②22.21±2.14②10.327 0.002 15.82±1.47 60.17±6.10①48.61±4.29②39.95±3.56②30.06±3.37②7.165 0.016 8.93±0.72 3.31±0.29①6.19±0.59②6.76±0.58②7.82±0.64②5.003 0.024
T 淋巴細胞在支氣管哮喘的發(fā)病過程中起著重要作用。研究顯示,肥大細胞是哮喘發(fā)生的始動效應(yīng)細胞,而由T 淋巴細胞分泌的細胞因子導(dǎo)致的炎癥直接啟動哮喘的發(fā)病[5]。T 輔助淋巴細胞(CD4+)包含Th1、Th2、Th17 和Treg 4 類不同的細胞亞群。傳統(tǒng)研究認為由CD4+分化的Th1/Th2 細胞比例失衡是導(dǎo)致支氣管哮喘氣道炎癥的基礎(chǔ)[6]。Th2 細胞優(yōu)勢已被證實是變應(yīng)性哮喘形成與進展的關(guān)鍵機制,哮喘發(fā)作時Th2 細胞免疫功能亢奮,Th1 細胞免疫反應(yīng)下降[7]。近年來Th17/Treg 細胞平衡在變態(tài)反應(yīng)性疾病中的免疫調(diào)節(jié)功能逐漸引起注意。研究顯示,Th17 細胞可介導(dǎo)支氣管哮喘患者體內(nèi)炎癥的發(fā)展,并破壞機體免疫平衡,Treg 細胞的功能受到抑制,Th17/Treg 細胞比例升高[8]。
rIL-35 是IL-12 家族的新成員,是由EB 病毒誘導(dǎo)基因3 和IL-12 的p35 亞基組成的異源二聚體[9]。與其家族中的其他成員不同,rIL-35 主要發(fā)揮免疫抑制的功能,在炎癥疾病和腫瘤的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[10]。已有研究表明,LI-35 可抑制Th17 細胞的增殖分化,增強Treg 細胞的免疫抑制功能,從而抑制機體的過度免疫反應(yīng)[11]。此外,VIGNALI 等[12]研究顯示,IL-35 還可通過抑制IL-4 和GATA3 的表達阻礙Th2 細胞的分化,并可調(diào)節(jié)Th1 和Th2 細胞向Treg 細胞轉(zhuǎn)化。綜合上述研究結(jié)論,推測LI-35可能在Th1/Th2 和Th17/Treg 細胞平衡的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,有望為支氣管哮喘等變態(tài)免疫性疾病的免疫調(diào)節(jié)和治療提供新的思路。
本研究通過向支氣管哮喘模型小鼠注射rIL-35蛋白,探究rIL-35 對哮喘模型小鼠T 淋巴細胞亞群及其分泌的細胞因子的影響。結(jié)果顯示,哮喘模型小鼠BALF 中的細胞總數(shù)、淋巴細胞、中性粒細胞和嗜酸性粒細胞等炎癥細胞的數(shù)量增加,表明小鼠肺組織內(nèi)出現(xiàn)嚴重的炎癥反應(yīng),小鼠模型復(fù)制成功。經(jīng)注射rIL-35 后,小鼠BALF 中的細胞總數(shù)、淋巴細胞、中性粒細胞和嗜酸性粒細胞數(shù)量降低,并呈rIL-35 劑量依賴性降低趨勢,提示給予rIL-35 可抑制哮喘小鼠的氣道炎癥反應(yīng)。
Th1 和Th2 由共同的前體細胞Th0 分化而來,Th1 細胞通過分泌IL-2、IFN-γ、IL-12 等細胞因子介導(dǎo)細胞的免疫反應(yīng)和遲發(fā)型超敏反應(yīng)[13]。Th2 細胞分泌的IL-4、IL-6、IL-10 等細胞因子可激活抗原特異的B 細胞產(chǎn)生抗體,增強機體體液免疫[14]。Th17 作為一種效應(yīng)性CD4+T 細胞,主要通過分泌IL-17、IL-21、IL-22 等多種炎癥因子參與自身免疫性疾病、感染性疾病等多種疾病的免疫調(diào)節(jié)過程,在機體免疫中主要起促炎作用[15]。Treg 細胞主要通過分泌IL-10 和TGF-β 介導(dǎo)免疫抑制,可以負反饋調(diào)節(jié)T 細胞活化引起的免疫反應(yīng),具有維持自身免疫耐受的功能[16]。正常情況下,Th1/Th2 和Th17/Treg 細胞相互拮抗,共同維持機體免疫的平衡狀態(tài)[17-18]。
為進一步分析rIL-35 抑制哮喘模型小鼠氣道炎癥的機制,本研究檢測各組小鼠BALF 中Th1、Th2、Th17 和Treg 細胞亞群的水平,結(jié)果顯示,哮喘組小鼠Th2 細胞、Th17 細胞、Th17/Treg 細胞比例較對照組小鼠增加,而Th1 細胞、Treg 細胞、Th1/Th2 細胞比例降低,與哮喘組比較,rIL-35 各劑量組小鼠Th2 細胞、Th17 細胞、Th17/Treg 細胞比例降低,且呈rIL-35 劑量增加而降低的趨勢,Th1 細胞、Treg 細胞、Th1/Th2 細胞比例增加,且呈rIL-35 劑量增加而呈升高的趨勢,表明rIL-35 可改善哮喘模型小鼠體內(nèi)Th1/Th2 和Th17/Treg 細胞失衡。小鼠BALF中細胞因子的ELISA 檢測結(jié)果顯示,與對照組比較,哮喘組小鼠IL-2、IFN-γ、IL-10 和TGF-β 的水平降低,IgE、IL-4、IL-5、IL-17 和IL-22 水平升高,與哮喘組比較,rIL-35 各劑量組小鼠BALF 中IL-2、IFN-γ、IL-10 和TGF-β 的水平升高,且呈rIL-35 劑量增加而升高趨勢,IgE、IL-4、IL-5、IL-17 和IL-22 水平降低,且呈rIL-35 劑量增加而降低趨勢,表明rIL-35 可能通過促進抗炎細胞因子的釋放、抑制促炎細胞因子的分泌、調(diào)控Th1/Th2 和Th17/Treg 細胞的分化改善支氣管哮喘炎癥反應(yīng)的發(fā)展,增強肺部和呼吸道的免疫耐受,但具體信號通路有待后續(xù)深入研究。
綜上所述,rIL-35 可有效調(diào)節(jié)支氣管哮喘模型小鼠體內(nèi)Th1/Th2 和Th17/Treg 細胞的免疫失衡,緩解哮喘氣道炎癥反應(yīng)的發(fā)生,有望為支氣管哮喘的臨床治療提供新的靶點。