血紅素氧化酶在膿毒癥大鼠組織中的表達

張凱 李文軍

西北大學附屬醫院西安市第三醫院重癥醫學科（西安710016）

目前膿毒癥在全球已成為重癥監護病房（ICU）的首要死亡原因。膿毒癥根據嚴重程度分為膿毒癥、膿毒癥休克和嚴重膿毒癥，其中嚴重膿毒癥可引發多器官功能障礙綜合征（MODS），其中臨床常見的為急性肺損傷和急性呼吸窘迫綜合征，其主要病理和生理學特征可引發頑固低氧血癥和炎癥性肺水腫。血紅素加氧酶（heme oxygenase，HO）屬于抗氧化劑，還是組織細胞保護酶，對內毒素引發的急性肺損傷有明顯保護效果，而HO 可作為反應組織氧化應激水平的重要指標［1-2］。其中HO-1 是誘導型同工酶，一般情況下主要存在于血細胞代謝旺盛的肝、脾、骨髓等組織器官中［3-4］。HO 可將血紅素分解為膽綠素和一氧化碳等，在整個分解過程中，還原輔酶Ⅱ需要為其提供電子，膽綠素則會被還原酶還原至膽紅素［6］。HO-1 也稱為熱休克蛋白，當組織或細胞處于某些應激狀態時，HO-1 能夠承擔保護性蛋白的作用被誘導，從而抑制人體內由細胞因子介導的細胞凋亡現象的產生，在應激狀態下，很多應激成分均能夠誘導HO-1表達［6-7］。本研究通過造模膿毒癥肺損傷，探索HO-1 在膿毒癥肺損傷中具體作用和機制，從而為膿毒癥的診治、早期治療和預后判斷提供參考指標。

1 材料與方法

1.1 材料選取40 只大鼠（雄性Wistar），體質量（210.02 ± 69.21）g，周齡（8.65 ± 1.35）周，所選擇大鼠均來自于我院動物實驗中心；所有大鼠均給予相同飲用水和飼料進食，給予適當光照。本實驗已獲得倫理文員會批準，批號：201803015。

1.2 主要試劑DAB顯色試劑盒：北京中山試劑公司；多聚賴氨酸：北京中山試劑公司；乙醚：天津市化學試劑三廠；重組人紅細胞生成素（3 500 IU∕支）：上海實業科華生物藥業有限公司；多聚賴氨酸：北京索來寶科學技術有限公司；4%多聚甲醛：臨沂市泰爾化工科技有限公司；人血紅素氧化酶（HO-1）免疫組化試劑盒（100T）：上海雅吉酶聯生物科技有限公司。分組：將所有大鼠隨機分為假手術組和膿毒癥組，每組20 只。對膿毒癥組進行大鼠膿毒癥模型構建，而假手術組僅開腹在縫合的過程，而不進行模型構建。

1.3 模型構建采用CLP 法建立膿毒癥大鼠模型：在模型制作開始前12 h 內，禁止大鼠進食，可自由飲水，給藥前給予大鼠10%水合氯醛生理鹽水0.3 mL∕100 g，靜脈全麻后對皮膚進行常規消毒，與腹部開2 cm 切口，自腹腔取出盲腸，并采用絲線結扎盲腸根部。使用9 號注射針頭于盲腸端選取相距3 mm 點處進行穿刺，結束后消毒并包扎傷口。術后給予大鼠皮下注射5 mL∕100 g 生理鹽水補充術中體液流失。觀察大鼠在72 h 的存活情況，以72 h 內病死率在70%～80%的范圍內作為理想的膿毒癥模型。膿毒癥組所有大鼠進行以上操作，以制作CLP 大鼠膿毒癥模型；而假手術組的所有大鼠僅做開關腹處理。兩組大鼠分別于術前20 min 及造模后2、6 和12 h 斷頭處死大鼠，開胸取肺組織標本，使用10%甲醛溶液固定，固定24 h 后將各組大鼠腦組織自4%多聚甲醛中取出，并切成0.5 cm × 0.5 cm × 1.0 cm 作為組織標本。將組織標本分別于70%、90%和95%乙醇下脫水，結束后使用100%乙醇脫水2 次，并采用二甲苯透明標本，對組織標本行石蠟包埋。取每組標本皮質部分3 張切片，對其行HE 染色。

1.4 觀察指標觀察肺組織的變化情況采用HE染色的方法：將石蠟切片取出，放在60 ℃的溫箱中40 min，然后用二甲苯脫蠟2 次，每次40 min，然后用梯度酒精脫蠟，用自來水清洗片刻，放入蘇木精中直至其變藍色，之后再用自來水清洗1 min，清洗后使用1%鹽酸酒精分化至紅色后立即使用清水清洗，結束后放入伊紅中40 s后再次清洗，并采用梯度酒精脫水，在切片上滴入二甲苯，最后用中性樹膠封片，使其自然晾干。HO-1 表達采用Western印跡法檢測，以actin 作為內參照，actin 灰度值比值即為HO-1 蛋白相對表達量。HO-1mRNA 水平的變化使用Realtime PCR 法：引物合成-提取總RNA-測定RNA 濃度-反轉錄合成cDNA-熒光實時定量PCR，擴增產物經瓊脂糖凝膠電泳分離后掃描，用SD2.0 軟件分析其Ct 值，計算各標本平均Ct 值，Ct=HO-1 Ct 值-actin Ct 值（Ct 值越低，目的基因的相對表達量越高），計算標準化后2-Ct 值表示mRNA 相對表達量。

1.5 統計學方法應用SPSS 17.0 統計學軟件進行分析，計數資料采用頻數和頻率的方式表示，計量資料采用（）表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗，組內比較采用配對樣本t檢驗，P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 肺組織病理變化假手術組大鼠在2、6 h 和12 h 中的肺組織形態未發生明顯變化，且未存在明顯病理特征，可清晰觀察到肺組織細胞結構和層次，均顯示正常。膿毒癥組肺組織中的病理變化較假手術組明顯，肺內出現了炎癥、水腫和出血等，2 h 時膿毒癥組中的大鼠肺間質和肺泡出現了輕度水腫，肺泡間隔有變厚傾向，6 h 時水腫加重，肺泡間隔較之前明顯增厚，且肺部體積明顯增大，顏色變為暗紅色，肺組織表面還可看到不同程度的充血，且于肺組織邊緣發現較多肺梗死病灶，12 h 時肺組織病理特征明顯減輕，肺部由暗紅色變為淺紅色，仍舊有充血現象，但細胞水腫現象已有明顯減輕，肺組織邊緣的梗死灶也比6 h 減少。兩組大鼠的具體病理特征見下圖1-4。

圖1 兩組大鼠術前病理圖片（×400，左為假手術組，右為膿毒癥組）Fig.1 Preoperative pathological pictures of rats in two groups（×400，sham operation group on the left and sepsis group on the right）

圖2 兩組大鼠手術后2 h 的病理圖片（×400，左為假手術組，右為膿毒癥組）Fig.2 Pathological pictures of rats in two groups 2 h after operation（×400，sham operation group on the left and sepsis group on the right）

2.2 Western blot 觀察肺組織HO-1 蛋白比較兩組大鼠在6、12、24 h 體內的HO-1 水平，見圖5。圖5 中可發現在各個時間點膿毒癥組大鼠體內的HO-1 印跡顏色均很深，在12 h 時印跡顏色最深，其次為6、24 h 的顏色最淺；而假手術組在三個時間點的HO-1 印跡顏色均很淺，且與膿毒癥組一樣在12 h 印跡顏色最深，其次為6、24 h 的顏色最淺。說明假手術組大鼠體內的HO-1 表達水平均顯著比假手術組高，而兩組大鼠體內的HO-1 表達在12 h 后隨著時間的推遲而逐漸減弱。

圖3 兩組大鼠手術手6 h 的病理圖片（×400，左為假手術組，右為膿毒癥組）Fig.3 pathological pictures of rats in two groups at 6 h（×400，sham operation group on the left and sepsis group on the right）

圖4 兩組大鼠手術12 h 后病理圖片（×400，左為假手術組，右為膿毒癥組）Fig.4 pathological pictures of rats in two groups after 12 h of operation（×400，sham operation group on the left and sepsis group on the right）

圖5 大鼠肺組織中HO-1 蛋白的表達Fig.5 expression of HO-1 protein in lung tissue of rats

2.3 觀察不同時間點HO-1 蛋白表達情況觀察兩組大鼠肺組織HO-1 蛋白OD值，發現假手術組的OD值最低，且2、6、12 h 經比較差異無統計學意義（P＞0.05）；膿毒癥組的OD值在2 h 最低，以后逐漸上升，且3 個時間點內OD值對比差異有統計學意義（P＜0.05）；膿毒癥組大鼠的OD值均比假手術組高，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

2.4 觀察不同時間點HO-1mRNA表達的變化兩組大鼠HO-1mRNA 表達顯示假手術組OD值最低，且各時間點經比較差異無統計學意義（P＞0.05）；膿毒癥組OD值在各個時間點均明顯高于假手術組（P＜0.05），見表2。

表1 各組大鼠肺組織HO-1 蛋白OD 值Tab.1 OD value of HO-1 protein in lung tissue of rats in each group ±s

表1 各組大鼠肺組織HO-1 蛋白OD 值Tab.1 OD value of HO-1 protein in lung tissue of rats in each group ±s

2 h時6間 h點12 ht 值P 值0.027±0.0010.223±0.0050.212±0.008＜0.0011.000 0.131±0.0050.284±0.0070.327±0.0153.1630.002組別假手術組膿毒癥組t 值P 值例數20 20-3.018 0.004-2.248 0.022-0.876＜0.001

表2 兩組大鼠HO-1mRNA 表達OD 值Tab.2 OD values of HO-1 mRNA expression in two groups ±s

表2 兩組大鼠HO-1mRNA 表達OD 值Tab.2 OD values of HO-1 mRNA expression in two groups ±s

2 h時6間 h點12 ht 值P 值.101±0.2431.250±0.3071.088±0.2461.5190.132.616±0.4121.688±0.3721.679±0.4301.2430.204組別假手術組膿毒癥組t 值P 值例數20 20 1 1-8.619＜0.001-5.648＜0.001-8.156＜0.001

3 討論

膿毒癥對患者的身體健康和生命安全都會產生嚴重威脅，且部分患者會發生死亡等不良結局［8-10］。調查顯示，全球每年膿毒癥發生例數約為1 800 萬，發生率約為總人口的0.3%，且目前每年呈顯著性升高［11-12］。HO 屬于限速酶，對血紅素具有分解和代謝的作用，而HO 受到環境和藥物因素的影響下易激起細胞活性，加劇了HO-1 的表達，對HO-1 行化學或物理性的刺激時，HO-1 會隨著細胞轉錄時導致蛋白水平持續升高［13-14］。結合最新研究發現，HO-1 與膿毒癥的發生和發展存在密切關聯。南川川等［15］發現膿毒癥大鼠模型制備結束后分別給予HO-1 抑制劑和誘導劑，大鼠血漿中凝血功能出現明顯障礙，游離TM 增加，腎臟TM 表達明顯降低，且微笑求微血管內血栓形成明顯，誘導劑的干預增加了腎臟TM 的表達，減輕了炎癥反應和降低了游離TM，從而改善了腎臟功能，證實HO-1 可通過TM 發揮抗炎和抗凝血作用，從而起到保護腎臟的作用。

HO-1在分子學的研究機制中發現，呼吸道疾病等引發的肺損傷，可導致HO-1 表達的升高，而其作用機制對靶細胞的保護作用會明顯增強［16-17］。研究發現HO-1 屬于一種細胞保護性蛋白，在炎性反應過程中可抵抗各種有害刺激導致的機體損傷，且證實在膿毒癥肝臟、心肌和肺部等靶器官保護方面發揮了重要作用［18］。本實驗發現假手術組大鼠肺組織整體結構未發生病理性改變，且肺泡間隔未發現有增厚跡象，而膿毒癥組大鼠肺組織中發生了炎癥、出血和水腫等問題，且2 h 時可觀察到肺泡和肺間質發生了輕度水腫，且肺泡間隔有便后跡象，6 h 水腫加重，且肺泡間隔較2 h 明顯增厚，顏色變為暗紅色，還可與肺組織表面看到不同程度充血現象，12 h 時在肺部組織邊緣發現很多肺梗死灶再到肺部由暗紅色變為淺紅色，仍舊有充血的現象，但細胞水腫現象已有明顯減輕，肺組織邊緣的梗死灶比6 h 減少。研究發現，膿毒癥組大鼠的病理形態發生了從輕度到重度再到中度的變化。研究發現HO-1 源性CO 可增加由絲分裂原激活的蛋白酶活性，且蛋白激酶還可對脂質過氧化有明顯抑制作用，除外膽紅素還可抑制蛋白激酶C 和NADPH 氧化酶活性，這可能是HO-1 抑制氧化應激作用產生的機制。

本實驗中兩組大鼠不同時間點的HO-1 印跡顏色變化為：各個時間點膿毒癥組大鼠體內的HO-1 印跡顏色均很深，在12 h 印跡顏色最深，其次為6、24 h 的顏色最淺；而假手術組在三個時間點的HO-1 印跡顏色均很淺，且與膿毒癥組一樣在12 h 印跡顏色最深，其次為6 h 時，24 h 的顏色最淺。而對兩組大鼠肺組織中HO-1 蛋白的OD值來說，假手術組也抑制保持平穩的狀態，未發生明顯變化，而膿毒癥組OD值在2 h 最低，隨著時間延長逐漸上升，且3 個時間點內的OD值對比差異有統計學意義（P＜0.05）；膿毒癥組大鼠的OD值均比假手術組高（P＜0.05），說明膿毒癥組大鼠體內的HO-1 表達水平明顯高于假手術組，且大鼠的病理組織學形態則隨著HO-1 水平的不斷升高有了明顯的改善情況，證明HO-1 在大鼠體內的表達能夠對膿毒癥大鼠的肺組織起到明顯的保護作用。有研究發現，給予烏司他丁后血漿中的炎性細胞因子IL-6 和IL-8 水平因CLP 造成的升高有所降低，抗炎因子IL-10 大量釋放，增強了組織中的SOD活性，清除了氧自由基，因此考慮到HO-1 mRNA水平的降低與上述細胞因子調節有關，從而減輕了膿毒癥引發的急性肺損傷。

本實驗得出以下結論：膿毒癥大鼠模型中，膿毒癥組大鼠肺組織中HO-1 的表達與假手術組存在明顯差異，膿毒癥組大鼠肺組織中HO-1 的表達量明顯比假手術組高，說明了HO-1 對膿毒癥患者肺組織的病理形態學變化有極其密切的關系；膿毒癥組中肺組織的病理形態學損傷隨著肺組織中HO-1 的表達量的增加而逐漸減輕，說明HO-1 對膿毒癥患者的肺組織病理形態有明顯的保護作用和改善效果。