神经生长因子与生长相关蛋白43在支气管哮喘模型小鼠中的表达

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支气管哮喘是一种气道特殊性炎症性疾病,传统认为它也是一种可逆性疾病,因此对其治疗主要集中于控制症状,缓解支气管痉挛及消除炎症。然而许多研究表明,哮喘患者随着疾病的进展,其肺功能进行性恶化。哥本哈根心脏研究中心对17606名人群15年追踪观察,其中1095名自我报告的哮喘患者,每年FEV1平均下降38ml,而对照组每年平均下降22ml。在临床上亦可看到一些哮喘患者,即使给予抗炎与支气管扩张治疗,仍出现不可逆的气流塞或不完全可逆气流阻塞。为何一种传统认为可逆性的气流阻塞性疾病而实际上产生气流阻塞,为何哮喘患者气流阻塞进行性发展?当前认为,这主要在于气道持续性损伤和结构改变,即气道重构(airway remodeling)因而引起广泛的重视。哮喘气道重构是哮喘气道结构改变的简称。但目前对气道重构的含义尚不完全统一,通常认为这是指气道上皮细胞增厚与化生,上皮下细胞物质条带增厚。在某些哮喘患者其结构改变范围更大,包括许多不迅速可逆的解剖学改变,如肌纤维母细胞、腺体、血管、平滑肌、神经以及细胞外基质等改变,但水肿、炎症细胞浸润等急性改变不包括在内。  神经生长因子(nerve growth factor, NGF)属于神经营养素家族,神经营养素控制周围神经和中枢神经系统神经元的生存、分化和修复,在生理条件下,神经营养素由胶质细胞或雪旺氏细胞等神经相关细胞及神经细胞本身产生,炎症状态下,肥大细胞、巨噬细胞、淋巴细胞、成纤维细胞、嗜酸粒细胞及上皮细胞等亦表达NGF,炎症介质IL-1、IL-4、IL-5、TNF-α、INF-γ等促进NGF释放。哮喘患者抗原激发后18小时,BAL中神经营养素NGF、脑源性神经营养因子,神经营养素-3明显增加。  气道受复杂的自主神经支配,除经典的肾上腺素能、胆碱能神经外,还存在非肾上腺素能非胆碱能(non-adrenergic non-cholinergic,NANC)神经.NANC神经分为非肾上腺素能抑制性神经和非胆碱能兴奋性神经,前者递质为血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide,VIP),具有舒张支气管作用,而后者递质为P物质(substance P,SP)等感觉神经肽,具有强烈收缩支气管作用.哮喘患者尸检发现其气道中SP阳性神经元明显增多.有研究显示,哮喘豚鼠脊神经节中SP表达增加,并通过感觉神经末梢释放至呼吸道,从而增加血管渗透性、诱发支气管痉挛,参与哮喘的发生.神经生长因子注射到豚鼠气道壁内,气道SP表达增加。NGF过表达的小鼠显示气道内含速激肽的感觉神经纤维数目增加。NGF可能参与哮喘时气道的NANC神经的可塑过程。SP刺激血管增殖,因此可能涉及哮喘的气道新生血管的形成;SP和NKA也刺激人的平滑肌增殖和成纤维细胞增殖,可能参与慢性哮喘的气道重构。Harrson等研究显示SP和NKA刺激人肺成纤维细胞增殖。由卵蛋白引起的杯状细胞过形成,在野生型动物高于NKl-R敲除动物,提示NK1-R激动剂可能参与哮喘时的杯状细胞的过形成。  生长相关蛋白43(GAP-43)是神经特异性磷酸化蛋白。为生长锥的主要成分,在神经纤维及其膨体上含量同样丰富,在大多数成熟神经元上表达水平低或为阴性,但在神经系统再生过程中表达明显增高,GAP-43基因的高表达可引发神经的再生与突触发生改建,因此其在成熟神经内表达是神经处于再生状态的标志。  NGF可能参与了哮喘气道的NANC神经的可塑过程从而参与哮喘气道重构,而其具体作用机制及信号的传导通路尚不清楚,本研究应用GAP-43作为神经再生及重塑标志物,对其进行深入研究有利于对哮喘气道重构深入认识,为气道重构的治疗提供新靶点。  材料和方法:  1、动物分组和哮喘动物模型的制备:健康雌性清洁级BALB/c小鼠30只,4-6周龄,按随机数字表法分为三组:A组:正常对照组;B组:经典模型组;C组:慢性延长组,每组10只。试验开始0,7,14天B组C组分别给予致敏液200ul(0.04%OVA50ul+150ul氢氧化铝凝胶混合液)腹腔内注射,最后一次注射后一周后,第24天应用雾化吸入装置,进行OVA雾化每次30min,B组每日一次共3次,C给每周3次,一次共8周,A组腹腔注射及雾化吸入用盐水替代。  2、肺功能的测定:末次激发后48小时开始检测气道反应性。用EMKA小鼠无创肺功能仪检测Penh。测定300ul倍增浓度的乙酰甲胆碱(Mch)雾化激发时的Penh的变化,激发浓度由低到高,依次为0,3.125,6.25,12.5,25和50g/L,记录各浓度级Mch激发下的Penh平均值。将每个Mch激发浓度下的Penh值转换为与生理盐水激发时的Penh值的百分比(Mch激发的Penh值/生理盐水激发的Penh值×100%),以Penh%表示。作为小鼠气道反应性的评价指标。同时计算Penh%升高一倍时所需要的Mch浓度,即PC100。PC100数值越小表明气道反应性越不敏感。  3、病理标本的制备及形态定量分析:取每只小鼠的右下叶肺组织,石蜡包埋切片,常规HE染色。对HE染色标本进行气道炎症及肺病理评分。  4、酶联免疫吸附测定法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA):测定血清总IgE与细胞因子检测:检测各组小鼠BALF、肺组织匀浆及血清和细胞因子IL-5,IL-13的含量。  5、BALF液中细胞分数:BALF沉渣甩片,常规HE染色,行淋巴细胞、中性粒细胞、肺泡巨噬细胞计数。  6、免疫组化染色:采用SABC(Strept Actividin-Biotin Complex)法,对石蜡包埋标本行NGF和GAP-43定位表达测定。  7、Western blot法测定肺组织中NGF和GAP-43含量。  8、RNA提取及实时定量PCR(Realtime-PCR)扩增:小鼠处死后,剖胸取右中上肺组织50mg,液氮速冻,按RNA提取试剂盒操作说明进行总RNA的提取,扩增NGF和GAP-43 CDNA序列。  结果:  (1)肺功能检测:与正常对照组比较,两组模型组小鼠Penh/NS%明显上升(P均<0.01),说明气道反应性明显增高。  (2)血清总IgE测量结果与正常对照组比较,两组模型组小鼠血清总IgE水平显著升高(P均<0.01)。  (3) BALF细胞分类计数  与对照组比较,两组模型组小鼠BALF中细胞总数及嗜酸性粒细胞百分比显著升高(P均<0.05)  (4)肺组织形态学测量结果  与正常对照组相比,经典模型组与慢性延长组均出现基底膜网状结构,血管及气管周围大量炎症细胞浸润。慢性延长组与经典模型组比较炎性细胞浸润减少,但出现气道壁基底膜增厚及胶原蛋白沉积及气道上皮层增厚等病理改变。经过抗-NGF抗体和布地奈德治疗后上述病理改变明显减轻。  (5) NGF和GAP-43 mRNA和蛋白的表达水平  Western blot和real-time PCR结果显示:与正常对照组比较,两组模型组NGF和GAP-43表达增加(p均<0.05)。经过抗-NGF抗体和布地奈德治疗后与慢性延长模型组对比,NGF和GAP-43 mRNA和蛋白表达显著减少(p均<0.05)。  结论:  1、慢性延长期哮喘模型与经典哮喘小鼠模型相比模拟了人类哮喘时的更多特征包括气道上皮明显增厚,上皮下纤维化等气道重构的特点。  2、NGF和GAP-43在两种哮喘模型中表达均升高。气道重构与气道炎症一样在哮喘早期即已发生可存在有两种不同的通路。  3、抗-NGF抗体及布地奈德对哮喘小鼠模型均有治疗作用,而治疗作用可能部分是由于减少了NGF的生成并减轻了气道神经的再生与重塑。  4、抗NGF可能成为防治哮喘气道重构的新的作用靶点。
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