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大鼠心肌缺血再灌注损伤中诱导CD4+T细胞募集的趋化因子的表达

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2009年4月 中国比较医学杂志 CHINESE JOURNAL OF COMPARATIVE MEDICINE Apfil,2009 V01.19 No.4 、 、 、 e ) 第l9卷第4期 ( 、 、 ; 、 ; ;;\ 研究报告¥ CD4+T细胞 大鼠心肌缺血再灌注损伤中诱导 达 募集的趋化因子的表 吴 琼 ,翟 原 ,焦守恕 ,孟 霞 ,卢 静 ,乔 欣 ,王 钜 (1.首都医科大学实验动物科学部,北京 100069;2.加州大学洛杉矶分校医学院外科学系器官移植中心,洛杉矶CA91320) 【摘要】 目的检测大鼠心肌缺血再灌注中诱导CIM+T细胞趋化的趋化因子的表达。方法.建立大鼠心 肌缺血再灌注损伤的实验动物模型,冠状动脉左前降支结扎45 min后恢复再灌,在不同的再灌注时间点O、2、6、9、 12 h获取心脏组织(每组4只),相应时间点的假手术组作为对照。RT-PCR检测趋化CD4+T细胞的趋化因子的表 达;免疫荧光检测趋化因子诱导的CD4+T细胞的募集;组织学评价心肌细胞的损伤。结果诱导CD4+T细胞募 集的趋化因子的表达在再灌注2 h即迅速增高,随后出现下降。其中,CXCL-10(IP.10)的表达高峰出现在2 h,与其 共用同一受体CXCR3的其它两个趋化因子CXCL9(Mig)和CXCLll(I-TAC)的表达,分别在再灌注12 h和9 h出现另 一高峰。受趋化因子的诱导,组织中浸润的CD4+T细胞逐渐增多;心肌的缺血再灌注损伤也随之不断加重。结 诱导CD4+T细胞募集的趋化因子,通过CD4+T细胞介导的免疫损伤作用,最终导致了心肌的梗死。 论【关键词】 心肌缺血再灌注损伤;趋化因子;致炎性因子;CIM+T细胞;大鼠 【中图分类号】R3 【文献标识码】A 【文章编号】1671.7856{2009)04.0038—04 Expression of Chemotactic Chemokines in CD4+T cells during Myocardial Ischemia Reperfusion Injury in Rats WU Qiong ,ZHAI Yuan2,JIAO Shou—shu ,MENG Xia ,Lu Jing ,QIAO Xin ,WANG Ju (1.Department of Laboratory Animal Sciences,Capital Medical University,Bering 100069,China; 2.Dumont—UCLA Transplantation Center,Department of Surgery,UCLA School of Medicine,Los Angeles,CA 91320,USA) 【Abstract】 Objective To investigate the expression of chemokines chemotactic for CD4+T ceBs in rat myocardium during ischemia reperfusion injury(IRI).Methods A rat IRI model was established by ligatm'e of the descending anterior branch of left coronary artery for 45 rain.The hearts were harvested at diferent reperfusion time points:0,2,6,9,12 h(4 rats in each group).Sham—operated hearts were also harvested at those time points as controls.The expression of ehemokines chemotactic for CIM+T cells was determined by RT-PCR.The infiltrating CD4+T cells were detected by immunohistolchemistry.The myocardiocyte injury was evaluated by histology.Result The expression of chemotactic chemokines for CD4+T cells increased rapidly as early as at 2 h after reperfusion,and then declined subsequently.CXCL-IO gene expression peaked at 2 h post- reperfusion whereas the other two membesr of hte CXCR3 ligand family,CXCL9(Mig)and CXCLl1(I-TAC),had delayed peaks at both 9 h and 12 h post-reperfusion.Alone with the chemokine expressions.bot}l CD4+T cell infiltration Was incl ̄afled and myocardial injury was aggravated with reperfusion times.Conclusion The immune response against IR induces the expression of CIM—targeted chemokines which may play roles in the pathogenesis of heart infarction. 【Key words】Myocardila ischemia reperfusion injury(Mini);Chemokines;Pro-inflammatoyr cytokines;CD4+T cells;Rat [作者简介]吴琼(1982一),女,硕士研究生。研究方向:心肌缺血再灌模型的建立及免疫损伤机理研究。 [通讯作者】王钜,教授。E-mail:wangju@ccmu.edu.cn。 中国比较医学杂志2009年4月第l9卷第4期Chin J CompMed,April 2009,Vo1.19.No.4 39 心肌的缺血再灌注损伤,源于短暂的血供中断, 是心功能障碍的最常见原因,也是许多心外科手术, 如冠脉再通、心力衰竭、心脏移植的必然后果。现在 察心肌不同区域的损伤程度。 1.2.4免疫组化:组织切片脱水后,经3%H'0,孵 育、抗原修复后,滴加抗大鼠CD4+T细胞的单克隆 一的研究表明,心肌的缺血再灌注损伤,尽管无外源性 抗原的参与,但仍然是一个以免疫反应为主的炎症 反应“ ,宿主细胞表面TLR4(Tol1.1ike reeeptor 4)的 抗及抗大鼠中性粒细胞的多克隆一抗,4℃过夜。 PBS缓冲液充分冲洗后,FITC荧光标记的马二抗孵 育1 h,Hoechst染核。不加一抗及一、二抗均不加分 活化在心肌的缺血再灌注损伤中发挥了重要作 用 一s 3。TLR4激活后,通过特定的信号转导通路, 别作为阴性对照。随机选取l0个视野,40倍镜下 计数每个再灌注时间点的细胞数。 促进了相关细胞因子/趋化因子表达的上调,导致了 随后炎性细胞的募集和心肌细胞的损伤。在之前的 实验中,已监测到CD4+T细胞的浸润。本文将研 究趋化因子在心肌缺血再灌注损伤中的表达及其对 CD4+T细胞的趋化作用。 1材料和方法 1.1材料 1.1.1实验动物:Wistar雄性大鼠,240~260 g,来源 于首都医科大学实验动物科学部(生产许可证号: SCXK(京)2005—0006)。无菌手术在首都医科大学 实验动物科学部屏障动物实验设施进行(使用许可 证号:SCXK(京)2005.0022),并按实验动物使用的 3R原则给予人道的关怀。 1.1.2仪器及材料:HX.300小动物呼吸机、BL一420F 生物机能实验系统为成都泰盟科技有限公司产品, 定量PCR仪为Bio Rad公司产品。抗大鼠CD4+T 细胞的单克隆一抗和抗大鼠中性粒细胞的多克隆一 抗由加州大学洛杉矶分校医学院外科学系翟原教授 赠予;FITC荧光标记的马二抗、Hoeehst购自中杉金 桥;Trizol Total RNA Reagent、SYBR GreenER two—step qRT.PCR kit购自Invitrogen公司。 1.2方法 1.2.1心肌缺血再灌注损伤的动物模型:术前禁食 12 h后,10%水合氯醛(0.4 mL/100 g)麻醉。颈部气 管插管,并连接呼吸机,参数为:呼吸频率60次/ min;呼吸比2:3;潮气量为9 mL。连接心电导联,记 录II导联心电图。腋下横切口,依次剪开皮肤、皮 下组织、胸前肌肉及筋膜,暴露心包。撕开包膜,在 左心耳下方2 1/11/1处穿线结扎,再次记录心电并闭 合胸腔。缺血45 min后,恢复再灌,三次记录心电。 分别于再灌0、2、6、9、12 h麻醉处死取材。 1.2.2 Trc染色梗死心肌:在不同的再灌注时间点 进行心脏灌流,并取材。以左房下缘为起始点,连续 1 cm切片进行Trc染色,10%丙酮固定。 1.2.3组织病理学:心肌组织经4%的多聚甲醛固 定、石蜡包埋后,冠状位5肚nl连续切片。HE染色观 1.2.5定量RT.PCR:切取组织后,迅速投人液氮冷 冻,并保存于一80 ̄C冰箱。Trizol提取总RNA,琼脂 糖电泳检测其完整性,分光光度计测其纯度。SYBR GreenER two—step qRT.PCR kit进行反转录及定量。 引物通过Primer3 Off line设计,上海生工合成。qPCR 反应体系:20 ,95℃预变性10 min,95℃20 s,63℃ 30 S,40个循环。引物序列:J3.actin(s:tgccaa caeagtgetgtetg;as: ),CXCL.10(S: ccaaccttccagaagcaccat;as:aeegttettgegagagggat),CXCL一9 CXCL-1 1(S:geteataaaggaeaaaggtgee;as:aeaggagagggtea gcttett),MIP-2(s:aetetttggteeagageeatg;as:tggtaggg tegteaggeatt)。 1.3统计学方法 所有的数值都用V±SD的方法表示,One—way ANOVA方差分析假手术组与各不同再灌注组间细胞 计数的差异,Excel统计各趋化因子/致炎性因子的表 达,Leiea Qwin图像分析软件进行梗死面积分析。 2结果 2.1心肌梗死面积分析 取各心肌组织的同一水平面进行梗死面积的图 像分析,结果如图1所示,心肌梗死面积随着缺血再 灌注时间的延续而扩大,在再灌注12 h达到最大。 暑 3 旧 路 基 图1不同缺血再灌注时间点的心肌梗死面积 Fig.1 The myocardial infarction areas at diferent post— reperfusion time points 2.2心肌缺血再灌注损伤的病理变化 为进一步观察心肌的缺血再灌注损伤,进行了 中国比较医学杂志2009年4月第l9卷第4期Chin J CompMed,April 2009,Vo1.19.No.4 0o 口j口 如 ∞ 如 加 m 0 ● : ・ ● sham 1R0 h IR2 h IR6h IR9 h IR12 h sham I R(】h I. .i.Ii IR2 h IR6 h IR9h IR12 h CD4(时)hour PMN(时1 hour 注:*表示与假手术组相比,再灌注不同时间点的细胞计数有统计学差异,P<0.05 Note:*indicates signiifcant diference of positive cells between repeffusion and sham operated groups(one way ANOVA,P<O.05) 图3假手术组及再灌注不同时间组浸润的CD4+T细胞和PMN细胞计数 Fig.3 The number of infiltrated CD4+T and PMN ceUs in sham—operated and ischemia reperfusion injured cardiac tissues at diferent reperfusion time points 病理组织学检测。HE染色的结果显示(图2,见彩 插2),正常区域的心肌细胞显示清晰的组织结构, 梗死边缘区(即风险区)的心肌纤维变性、水肿,并有 不同程度的细胞凋亡(表现为细胞形态及核形态的 改变:细胞皱缩,核由长梭形核变成圆形),梗死区的 心肌纤维红染,细胞坏死,核固缩或碎裂,伴有或不 伴有程度不等的出血及炎性细胞浸润。因此,挽救 边缘区心肌细胞,避免其坏死是防止心肌缺血再灌 注损伤进行性加重的有效手段。 2.3缺血再灌注心肌组织中CD4+T细胞及中性 ∞∞加砷卯∞如 m O o 口 口 值出现在再灌注2 h,而CXCL一9则在再灌注2 h、 12 h时高表达,峰值出现在12 h。 I,R0h I/R2 h UR6 h I/R9 h I/R12 h 粒细胞的浸润 在HE染色中,已明确观察到了炎性细胞的浸 时间I/Rtime 润,为了确定浸润的炎性细胞的类型,进行了免疫组 织化学荧光染色。与心肌梗死面积的变化趋势一 致,心肌组织中浸润的CD4+T细胞,也随着再灌注 时间的延续而增多。如图3所示,CD4+T细胞的 图4与CXCR3结合的趋化因子在心肌缺血再灌注不 同时间点的表达 Fig.4 The gene expression of chemokines conjugated with CXCR3 in cardiomyoeytes at different myocardial ischemia- reperfusion time points 浸润在再灌注9 h时迅速增高,在12 h时趋于稳定, 且均与假手术组有明显的统计学差异。而中性粒细 胞的浸润则在再灌注2 h即达到高峰。 2.4与CD4+T细胞表面受体CXCR3结合的趋 化因子的表达 2.5趋化因子MIP.2的表达 关于中性粒细胞在心肌缺血再灌注损伤中的作 用,在各种不同的实验中已得到了证实。因此,检测 其趋化因子MIP一2在不同再灌注时间点的表达是必 要的。如图5所见,MIP一2在再灌2 h和9 h有明显 究竟是什么原因导致了CD4+T细胞在炎症部 位的浸润呢?首先检测对其有趋化作用的CXCR3 趋化因子的表达,即检测CXCL9、10、1I在不同缺血 的高表达。此外,值得注意的是,MIP一2的高表达极 大地被诱导了,与再灌各组形成鲜明的对照。 3讨论 再灌注时间点的表达。以G—actin作为管家基因,计 算随再灌注时间的延续,CXCL9(Mig)、CXCL10(IP. 10)、CXCL11(I-TAC)表达的变化。如图4所示,这三 3.1与CIM+T细胞表面受体CXCR3结合的趋 化因子介导了心肌缺血再灌注损伤 个基因的表达均在缺血再灌后迅速增高,随后又迅 速下降。CXCL一10的表达在再灌2 h达到高峰后迅 现在认为,TLRs介导的固有免疫反应是心肌缺 血再灌注损伤的主要原因。TLR下游诱导产生的趋 速下降并趋于稳定,CXCL一9、CXCL一11的表达则出现 了双峰现象。CXCL一11在再灌2 h、9 h时高表达,峰 化因子,通过介导炎性细胞的浸润,发挥损伤作用。 CXCL9(Mig)、CXCL10(IP一10)、CXCL11(I-TAC)都属 pl0J 7 6 5 4 3 2 1 O 中国比较医学杂志2009年4月第19卷第4期Chin J CompMed,April 2009,Vo1.19.No.4 41 MIP.2 ■■_- 。一 O 2 6 _l9  12 (时)hour 图5相关趋化因子在心肌缺血再灌注不l司时间点的表达 Fig.5 The gene expression of other related chemokines in cardiomyocytes at diferent myocardial ischemia-reperfusion time points 于CXC家族的的趋化因子,是淋巴细胞的高效趋化 剂,能通过与CD4+T细胞上的CXCR3受体结合,i2 3  介 i 导细胞的趋化募集 ’ ,而对中性粒细胞则没有趋 化作用。在实验中,已检测到CD4+T细胞的浸润 以及同源性趋化因子Mig、IP 10和I-TAC的诱导性 表达。根据qRT—PCR的结果(图4)发现,与肝脏的 缺血再灌注损伤不同¨ ,在心肌的缺血再灌注损 伤中,不仅有CXCL.10的诱导性表达,也有CXCL一9 和CXCL.11的诱导性表达。此外,Mig和I-TAC的 基因表达均出现双峰现象,这说明它们的表达存在 即时诱导和后期诱导效应。这些趋化因子可能通过 正反馈促进自身的分泌,形成有效的浓度梯度,诱导 CD4+T细胞的浸润,从而放大这一免疫反应过程。 而且,Trc染色心肌梗死面积的扩大及免疫荧光染 色CD4+T细胞浸润在再灌注9 h时明显增高,12 h 时达到最高峰,进一步支持这种正反馈效应的重要 作用,但是也不能排除Mig和I-TAC在不同的缺血 再灌时间发挥不同作用的可能。然而,毋庸置疑的 是,CXCR3的配体——Mig,IP.10和I-TAC均参与了 CD4+T细胞介导的心肌缺血再灌注损伤。 3.2 中性粒细胞参与了早期的心肌缺血再灌注损伤 心肌的缺血再灌注损伤是多种因素综合作用的 结果。在实验中,除观察到与CXCR3结合的趋化因 子介导的CD4+T细胞浸润外,也观察到了MIP.2 介导的中性粒细胞的浸润。MIP.2也属于cxc趋化 因子家族的成员,它作为中性粒细胞的趋化剂 “ , 在再灌注2 h即有高表达,而中性粒细胞的浸润在 再灌2 h也达到最高峰(图2,图5),这至少说明在 心肌缺血再灌注损伤的早期,中性粒细胞发挥了重 要作用。 综合心肌缺血再灌注损伤的研究成果,结合本 试验的数据,可以认为心肌的缺血再灌注激活固有 免疫反应后,通过CXCR3趋化因子介导的CD4+T 细胞浸润,最终导致了心肌细胞的损伤。中性粒细 胞作为一个重要的参与者,在心肌缺血再灌损伤的 早期发挥了重要作用。 参考文献: Nikolaos FG,Wayne SC,Mark EL.The inflammatory response in myocardial infarction.[J].Cardiovasc Res,2002,53(1):31—47. 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(修回日期J2008.10.27 4 [ ] 姚洁等APP5肽对糖尿病小鼠学习记忆功能与海马神经元蛋白表达的影响。.(正文见第tionan10页n)YAOJie,eta1Ef.ectsofAPP5omerPeptideontheLearningandMemoryFuncdProteinExpressioin10)HippocampalNeuronsfDiabeticMice(FulltextonpageA:对照组:B:DM模型组;C:DM+APP5肽组图1NAPP5肽对糖尿病小鼠海马CAlgroul区P13K+表达的影响peptidegrmouote:A:controp;Bsta:DMgroup;Co:DMAPP5一merparea.Fig.1iningfP13KinthemousehippocapusCAl李金科等肝康,.Ⅳ号对脂肪肝大鼠肝组织脂质含量及形态学的影响ec(正文见第31页)LipidContentinLiverxLIJingke—,etaan1Ef.toftheChineseMedicineGaonkangIV(GKlV)onTissuedMorphologyfFattyLiverRatModels(Fulltetonpage31)图1Figwas.A组:重度脂肪肝pA:Severean图2fattylivuBl组er:中度脂肪肝.图3:B3组o:脂肪肝程度较B1减轻Fig.1lessgrouFig2groupBIMderatefatty3GroupB3:ThedegreeoffattyliversevereththatingropB1吴琼等大鼠心肌缺血再灌注损伤中诱导CD4+T细胞募集的趋化因子的表达。.(正文见第38页)WUQiong.eta1E.xpressionofChemotacticChemotkinesinCD4+TcellsduringMyocardialIschemiaReperfusionInjuryinRats(Fulltextonpage38)注:左:正常区域的心肌组织;中:边缘带的心肌组织:心肌纤维间隙增宽横纹消失;心肌细胞核固缩碎裂;右:梗死区的心肌组织:心,、肌细胞坏死轮廓不清的红染炎细胞浸润.,图2Note:leen光镜下心肌细胞的损伤otf:normalarea;Middle:bourandaryraea:wcarideningdiacfHenle’sif,ssuresamoranddisappearancesreoftranansversestriation;pyknosisandnuclearammatorycefragmtation.Right:infarctea:thenecroticmusclefibersaphoud—stainedraeasdinfiltratinginflslls.Fig.2Histologicallterationsinthemyocardialmyocyte

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