关键词:
芥子气
肺损伤
BMSCs
抗炎作用
氧化应激
免疫调节
摘要:
芥子气(sulfur mustard,SM,分子式CHClS,化学名二氯二乙硫醚,CAS登记号505-60-2)是一种双功能烃化剂,是糜烂性毒剂的典型代表,也是主要的化学威胁之一。其先后在一战、日本侵华战争及近期的两伊战争等多次冲突中大规模使用,造成了严重的人员伤亡。芥子气结构简单,容易合成,防治困难,易被国内外恐怖分子掌握和利用,造成大量人员伤亡及危害公共安全。据报道近几年伊斯兰国(ISIL)多次在叙利亚和伊拉克使用包括芥子气在内的化学战剂,造成无辜平民的重大伤害。此外,在日军侵华战争遗留的化学武器中,芥子气是主要的化学毒剂之一,对我国人民的健康及环境安全构成重大威胁。因此积极探索芥子气中毒机制,开发有效的防治药物与措施,对国家公共安全、人民群众的健康及环境都具有重大的战略意义。肺是芥子气损伤的主要靶器官之一,急性肺损伤及其继发感染是芥子气早期致死的主要原因。大量研究表明,芥子气导致的肺损伤与炎症、免疫反应和氧化应激有着密切的关系。而近年来研究表明,骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)可以修复多种受损组织,而且在治疗肺损伤的方面也具有较好的应用前景。许多动物模型均证实BMSCs能够改善各种原因所致的肺损伤。BMSCs主要分泌多种可溶性细胞因子、活性分子、抑制性因子等,还可以通过直接抑制T细胞增殖、降低巨噬细胞、DC细胞的活性,从而发挥抗炎、免疫调节及抗氧化的作用。本研究首次将BMSCs用于治疗芥子气中毒,考查了BMSCs对芥子气中毒小鼠生存率的影响;研究了BMSCs对芥子气中毒小鼠肺损伤的改善作用,并从炎症、免疫反应和氧化应激三个方面,初步探讨了其可能的作用机制。一、BMSCs对芥子气中毒小鼠生存率的改善作用本课题采用皮下注射的方式建立芥子气中毒的损伤模型,设置不同梯度染毒浓度,摸索实验剂量,建立了稳定的芥子气实验模型。原代分离培养ICR小鼠BMSCs,根据目前公认的鉴定方法对BMSCs进行鉴定:结果显示细胞高表达间质类细胞的标志分子CD29和CD44,但是不表达造血干细胞的标志分子CD34和CD45;且能够成功诱导分化为成骨细胞、成脂细胞。从而确认我们分离出的细胞正是BMSCs,能够用于后续实验研究。尾静脉注入鉴定后的BMSCs,考察BMSCs移植后对小鼠生存率的影响。芥子气染毒后,连续观察14天,发现BMSCs可以显著提高芥子气中毒小鼠生存率(P<0.05)。芥子气染毒后,小鼠出现体重下降、厌食、腹泻,眼睑粘连等症状,死亡时间集中在染毒后第6天左右。与SM组比较,BMSCs治疗组的体重下降幅度、腹泻等症状均有所改善。二、BMSCs对芥子气中毒小鼠肺损伤的改善效应建立小鼠染毒模型后,BMSCs经尾静脉注入小鼠体内,我们从芥子气中毒后使用BMSCs前后肺组织损伤变化对比入手,考查BMSCs对肺组织的病理变化、炎性细胞浸润、肺泡灌洗液(BALF)中总蛋白(TP)浓度、肺湿干重比(W/D)的改善情况。HE染色结果显示,BMSCs可以减轻芥子气中毒小鼠肺组织的病理损伤;且与SM组比较,BMSCs组的病理损伤评分降低(P<0.05)。免疫组化结果显示,BMSCs减少炎性细胞如MPO+中性粒细胞(P<0.01)、CD68巨噬细胞(P<0.01)及CD3T细胞(P<0.01)的浸润。同时BMSCs治疗显著降低了芥子气中毒小鼠肺泡灌洗液(BALF)中总蛋白(TP)浓度(P<0.01)及肺W/D比值(P<0.05)。综上,BMSCs可有效的减轻芥子气引起的肺组织损伤。三、BMSCs改善芥子气中毒小鼠肺损伤的初步作用机制探讨通过ELISA及荧光定量PCR技术,检测了与芥子气相关的主要炎症因子如TNF-a、IL-1b、IL-10的表达情况。实验发现,与SM组比较,BMSCs可以降低肺组织内促炎因子TNF-a、IL-1b表达量(P<0.01),提高抑炎因子IL-10表达量(P<0.01)。进一步免疫组化检测核转录因子NF-kB表达,发现与SM组比较,BMSCs显著下调NF-kB的蛋白表达(P<0.01)。该结果提示BMSCs减轻芥子气引起的炎症反应可能是通过降低TNF-a、IL-1b表达量,增加IL-10的表达量,且抑制NF-kB激活实现的。液相悬浮芯片技术检测小鼠血清中多个趋化因子的含量变化,结果显示,与SM组比较,BMSCs治疗可降低LIX/CXCL5、IP-10/CXCL10、MCP-1/CCL2、MIP-1b/CCL4、RANTES/CCL5、M-CSF的表达(P<0.05),而KC/CXCL1、MIP-2/CXCL2、MIG/CXCL9、MIP-1a/CCL3的表达均无显著性差异,提示BMSCs的免疫调节作用在改善芥子气引起的肺损伤中发挥重要作用。另外,我们检测了肺组织中M