不同濃度1,25-二羥維生素D3對高原肺水腫雄性大鼠的防治作用及可能機制#

李天天,張先鈞,戴重陽,朱夢婷,鄧章昌,蒲小燕

(青海大學(xué)醫(yī)學(xué)部,西寧 810001)

有研究發(fā)現(xiàn),1,25-二羥維生素D3[1,25-(OH)2D3]對肺組織損傷有良好的預(yù)防和保護作用[1-4],這提示1,25-(OH)2D3可能對HAPE具有較好的防治作用。本研究通過建立HAPE雄性大鼠模型,應(yīng)用不同濃度的1,25-(OH)2D3干預(yù)大鼠。通過檢測大鼠相關(guān)指標和肺組織中炎癥因子及關(guān)鍵基因并觀察肺組織病理學(xué)變化,探究相關(guān)干預(yù)對雄性大鼠HAPE的防治效果及可能作用機制,初步明確1,25-(OH)2D3防治HAPE的最佳濃度。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實驗動物

SD雄性大鼠(200 g～300 g)購于西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部實驗動物中心[許可證號:SCXK(陜)2019-0001]。本研究經(jīng)青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院實驗動物倫理委員會批準,實驗中所涉處理動物的操作均按照《實驗動物管理條例(GB14923-2010)》要求執(zhí)行。

1.1.2 實驗藥物及試劑

骨化三醇[1,25-(OH)2D3]軟膠囊購自青島正大制藥有限公司;Trizol Reagent、RNA反轉(zhuǎn)錄試劑盒,IL-1β、IL-6、TNF-α檢測試劑盒,熒光定量PCR試劑盒購自日本Ta Ka Ra公司;PCR引物購自南京金斯瑞生物科技有限公司;SOD、GSH-Px、MDA的ELISA試劑盒購自上海酶聯(lián)生物有限公司;RIPA裂解液、BCA蛋白定量檢測試劑盒購自Beyotime公司;PVDF膜購自Sigma-Aldrich公司;β-actin、CYP27B1、VDR抗體和兔克隆抗體購自Ab clonal公司。

1.1.3 實驗儀器

低溫冷凍離心機(V28R)由Dynamica公司提供,多功能酶標儀和MyCycler PCR擴增儀及凝膠成像系統(tǒng)由BIO-Rad公司提供,實時熒光定量儀由Thermo Fisher公司提供,熒光顯微鏡由Nikon公司提供,全自動血氣分析儀由Sysmex公司提供。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗動物分組、給藥及模型建立

所有大鼠按隨機數(shù)字表法分為7組:對照組、低氧組和5個不同濃度組(低氧+濃度0.063 μg/kg組為A組;低氧+濃度0.126 μg/kg組為B組;低氧+濃度0.189 μg/kg組為C組;低氧+濃度0.252 μg/kg組為D組;低氧+濃度0.315 μg/kg組為E組),每組15只。對照組大鼠飼養(yǎng)于青海大學(xué)實驗動物房;將骨化三醇軟膠囊溶解于丙二醇、乙醇和水的混合溶劑中(60,10,30;V,V,V)[5]灌胃,1次/d,連續(xù)5 d;低氧組和5個濃度組大鼠置于青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院高原醫(yī)學(xué)研究中心低壓氧艙(模擬海拔6 000 m,低氧脅迫48 h),構(gòu)建HAPE大鼠模型,隨后降至海拔3 500 m進行生理指標的檢測,并從腹主動脈采血。實驗期間,大鼠的飼養(yǎng)環(huán)境均達到如下要求:SPF環(huán)境,溫度為18℃～26℃,相對濕度為40%～60%,自由攝食及飲水(飲水瓶的瓶口加鋼珠)。出低壓氧艙時麻醉處死大鼠,于無菌條件下解剖,取標本暫存液氮,放置-80℃冰箱保存待測。

1.2.2 大鼠PAP及血氣指標測定

將大鼠麻醉后,切開大鼠腹部皮膚,經(jīng)腹主動脈抽取全血1 mL,使用全自動血氣分析儀(Sysmex)測定PaO2、SaO2。切開頸部皮膚,分離右頸外靜脈,結(jié)扎遠心端,插入導(dǎo)管,使用Power Lab生理記錄儀觀察PAP波形的變化,并通過壓力傳感器收集PAP。

1.2.3 大鼠肺組織含水量(LWC)測定

麻醉處死大鼠后,取出左肺上葉組織,用生理鹽水沖洗兩遍,用無菌濾紙吸干表面水分后置于電子天平稱濕重[W(g)],用恒溫烘干箱(55℃)烘干(72 h)稱重[D(g)]。LWC百分比按Elliott計算[6],計算得出肺組織含水量公式:LWC(%)=(濕重-干重)/濕重×100%。

1.2.4 大鼠肺組織病理學(xué)變化觀測

取右下肺尖處肺組織(約5 mm×5 mm×5 mm大小),用預(yù)冷的生理鹽水洗凈血液,在4℃的4%多聚甲醛溶液中固定48 h,使組織充分展開。用常規(guī)方法制片。選擇三個視野采集顯微圖像,觀察肺組織的組織病理學(xué)變化。

1.2.5 大鼠血清SOD、GSH-Px、MDA水平檢測

用ELISA法檢測大鼠血清SOD、GSH-Px、MDA水平。取大鼠右上肺組織稱重后放入研磨器中勻漿,低溫離心10 min收集上清液,使用ELISA試劑盒測定肺組織SOD活力及GSH-Px活性和MDA的含量,建立標準曲線孔和檢測孔。使用酶標儀在450 nm波長處測量光密度,使用標準曲線計算SOD活力、GSH-Px活性和MDA濃度。

1.2.6 大鼠肺組織CYP27B1、VDR、IL-1β、IL-6、TNF-α mRNA表達量檢測

用RT-PCR法檢測關(guān)鍵基因CYP27B1、VDR、IL-1β、IL-6、TNF-α mRNA表達量。使用Trizol試劑提取肺組織總RNA,混勻并離心后取上清液,反轉(zhuǎn)錄成cDNA。然后采用RT-PCR法檢測肺組織中關(guān)鍵基因CYP27B1、VDR、IL-1β、IL-6、TNF -α mRNA的表達情況。按照Real-time Quality PCR試劑盒說明書進行操作,使用實時熒光定量儀分析結(jié)果,得出各個樣本的Ct值。引物(由南京金斯瑞生物科技有限公司合成)序列見表1。以β-actin作內(nèi)參,采用2-△△Ct法計算目的基因的相對表達值。各個基因的表達值測量均重復(fù)3次。

表1 PCR引物序列

1.2.7 大鼠肺組織CYP27B1、VDR的蛋白表達水平檢測

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析方法

2 結(jié)果

2.1 各組大鼠肺血流動力學(xué)和血氣變化情況

與對照組比,低氧組及A、B、C、E組大鼠PAP升高(P<0.05),D組大鼠PAP差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05);低氧組及濃度由低到高組大鼠SaO2、PaO2呈降低趨勢(P<0.05)。與低氧組比,濃度由低到高組大鼠PAP呈降低趨勢(P<0.05),其中D組明顯降低(P<0.05);SaO2、PaO2呈升高趨勢(P<0.05),其中D組明顯升高(P<0.05)。各濃度組間相比有差異。見表2。

表2 各組大鼠PAP、PaO2及SaO2水平變化情況

2.2 各組大鼠肺組織LWC

與對照組比,低氧組及濃度由低到高組大鼠LWC升高(P<0.05),經(jīng)1,25-(OH)2D3干預(yù)后,與低氧組比,濃度由低到高組大鼠LWC呈降低趨勢(P<0.05),其中D組明顯降低(P<0.05),各濃度組間有差異。見表3。

表3 各組大鼠肺組織

2.3 各組大鼠肺組織病理學(xué)變化情況

對照組大鼠的肺組織形態(tài)在光鏡下顯示結(jié)構(gòu)正常:肺泡腔結(jié)構(gòu)完整,未見炎性細胞浸潤,無水腫現(xiàn)象(圖1 A);低氧組大鼠肺組織出現(xiàn)缺氧性肺水腫現(xiàn)象,肺組織結(jié)構(gòu)破壞,肺泡間隔增寬,紅細胞和炎性細胞浸潤(圖1B)。A、B組大鼠肺組織有輕度肺泡塌陷水腫現(xiàn)象,部分肺組織結(jié)構(gòu)受損,伴有少量紅細胞與炎性細胞浸潤(圖1C、D);C、D、E組大鼠肺組織水腫減輕,肺泡結(jié)構(gòu)趨于完整,紅細胞和炎性細胞減少,其中D組改善最為顯著(圖1E、F、G)。見圖1。

圖1 各組大鼠肺組織HE染色(400×)

2.4 各組大鼠肺組織氧化應(yīng)激生化指標

與對照組比,低氧組大鼠SOD、GSH-Px降低(P<0.05),A、B、C、E組大鼠SOD降低(P<0.05),D組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),各濃度組大鼠GSH-Px降低(P<0.05),低氧組及各濃度組大鼠MDA升高(P<0.05)。與低氧組比,各濃度組大鼠SOD、GSH-Px升高(P<0.05),A組大鼠MDA差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),B、C、D、E組降低(P<0.05)。各濃度組間有差異。見表4。

表4 各組大鼠肺組織中SOD、GSH-Px、MDA含量變化情況

2.5 1,25-(OH)2D3對HAPE大鼠肺組織中的CYP27B1、VDR蛋白表達量的影響情況

與對照組比,低氧組CYP27B1蛋白表達水平升高(P<0.05)。與低氧組比,各濃度組CYP27B1蛋白表達水平呈降低趨勢(P<0.05),其中C組明顯降低(P<0.05)。與對照組比,低氧組VDR蛋白表達差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),各濃度組VDR蛋白表達水平升高(P<0.05),其中C組升高明顯(P<0.05)。與低氧組比,各濃度組VDR蛋白表達水平升高(P<0.05),其中C組升高明顯(P<0.05)。見圖2、表5。

A:對照組,B:低氧組,C:A組,D:B組,E:C組,F:D組,G:E組

表5 各組大鼠肺組織中CYP27B1、VDR蛋白表達含量

2.6 1,25-(OH)2D3對HAPE大鼠肺組織中的CYP27B1、VDR及IL-1β、IL-6、TNF -α mRNA表達的影響情況

與對照組比,低氧組大鼠肺組織IL-1β、IL-6、TNF-α mRNA表達升高(P<0.05),CYP27B1、VDR mRNA表達升高(P<0.05),A、C、E組CYP27B1 mRNA表達升高(P<0.05),B、D組CYP27B1 mRNA的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),各濃度組大鼠VDR mRNA表達升高(P<0.05)。與低氧組比,各濃度組大鼠IL-1β、IL-6、TNF-α、CYP27B1 mRNA表達降低(P<0.05),VDR mRNA表達升高(P<0.05)。各濃度組間有差異。見表6、7。

表6 各組大鼠肺組織CYP27B1、VDR mRNA相對表達量

表7 各組大鼠肺組織IL-1β、IL-6、TNF -α mRNA相對表達量

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn),1,25-(OH)2D3可明顯減輕低壓低氧所致的肺組織損傷。本研究結(jié)果顯示,1,25-(OH)2D3能夠顯著提高雄性大鼠肺組織中的SOD和GSH-Px活性,降低MDA含量,提示1,25-(OH)2D3可能通過其抗氧化應(yīng)激作用發(fā)揮對低氧脅迫所致大鼠肺損傷的保護作用。IL-1β、IL-6、TNF-α作為主要的促炎因子,在誘導(dǎo)炎性細胞浸潤和組織損傷中發(fā)揮重要作用,其活性的高低可以反映機體的炎癥損傷情況[7-9]。本研究發(fā)現(xiàn),1,25-(OH)2D3可使雄性大鼠肺組織中炎癥因子IL-1β、IL-6、TNF-α的水平顯著降低,炎癥反應(yīng)被抑制。綜上所述,1,25-(OH)2D3對雄性大鼠HAPE具有較好的防治效果。

1,25-(OH)2D3的免疫調(diào)節(jié)作用依賴于25-(OH)D3的激活并與特定組織中的VDR 結(jié)合[10]。CYP27B1是調(diào)控1,25-(OH)2D3生成的關(guān)鍵基因,負責(zé)將25-(OH)D3轉(zhuǎn)化為1,25-(OH)2D3[11]。研究證實,1,25-(OH)2D3和VDR通過負反饋機制調(diào)節(jié)CYP27B1水平[12-13]。本研究探究了各組大鼠肺組織CYP27B1和VDR的變化,結(jié)果顯示,低氧組大鼠肺組織CYP27B1 mRNA和蛋白水平顯著升高,VDR mRNA和蛋白水平顯著降低,1,25-(OH)2D3可下調(diào)CYP27B1、上調(diào)VDR,從而減輕炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)致大鼠HAPE得以緩解。提示1,25-(OH)2D3通過調(diào)控CYP27B1、VDR的表達,發(fā)揮對HAPE的防治作用。

綜上所述,1,25-(OH)2D3可降低低氧環(huán)境下雄性大鼠肺組織LWC,減輕肺組織損傷,通過下調(diào)CYP27B1、上調(diào)VDR抑制促炎細胞因子的產(chǎn)生,降低氧化應(yīng)激水平,有效預(yù)防大鼠HAPE的發(fā)生;初步確定了預(yù)防大鼠HAPE的最佳濃度為0.252 μg/kg。