孫雅妮,陳詩(shī),唐寒,葛月賓
(中南民族大學(xué) 藥學(xué)院, 武漢 430074)
支氣管哮喘是由肥大細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等炎性細(xì)胞和結(jié)構(gòu)細(xì)胞(氣道上皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞)等多種細(xì)胞共同介導(dǎo)的一種在臨床上常見(jiàn)的氣道慢性炎癥性異質(zhì)性呼吸道疾病[1],其病理基礎(chǔ)是機(jī)體免疫功能的紊亂,導(dǎo)致出現(xiàn)氣道炎癥、IgE分泌增加、肺部損傷等現(xiàn)象[2]. 支氣管慢性氣道炎癥遷延日久,肺氣漸虛,肺氣虛可致中州脾土虛弱,則脾失健運(yùn),氣血生化乏源,故日久可致脾肺俱虛[3].臨床中醫(yī)將哮喘緩解期歸屬為肺氣虛型、脾氣虛型、肺脾氣虛型等幾種類(lèi)型. 本研究基于中醫(yī)辨證理論,結(jié)合現(xiàn)代技術(shù),通過(guò)建立三種證型結(jié)合卵蛋白致敏小鼠支氣管哮喘模型,探討分析三種不同中醫(yī)證型對(duì)哮喘小鼠免疫功能、氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性的影響,是否存在一定的關(guān)聯(lián)性.
SPF級(jí)BALB/c小鼠(雌性,6~8周)購(gòu)自華中農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào)[SCXK(鄂)2015-0019]. 每5只小鼠一個(gè)實(shí)驗(yàn)籠,在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心室飼養(yǎng)[12 h光照/黑暗周期,(23±1) ℃,相對(duì)濕度(50±5)%],可自由獲取食物和水,實(shí)驗(yàn)結(jié)束前12 h禁食僅可飲用水. 所有實(shí)驗(yàn)均嚴(yán)格按《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的護(hù)理和使用指南》進(jìn)行[4].
雞卵白蛋白(OVA)、脂多糖(LPS)、半刀豆球蛋白A(Con A)、乙酰膽堿(Ach)(美國(guó)Sigma);瑞氏-吉姆薩溶液、AntiCD3+、AntiCD4+、AntiCD8+ (Biosharp);胎牛血清(浙江天杭);液態(tài)鋁佐劑(哈藥集團(tuán));小鼠ELISA 試劑盒OVA-IgE、IgE、IL-4、IL-5、IL-13、IgA、IgG、IgM(達(dá)科為).
FACSCalibur流式細(xì)胞儀(美國(guó)BD);FlexiVent小鼠肺功能儀(上海賽睿克);多功能酶標(biāo)儀(美國(guó)Thermo Scientific);BPN-150CW-CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱(上海一恒).
BALB/c小鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)3 d后 , 將50只小鼠隨機(jī)分為5組:對(duì)照組、哮喘組、脾氣虛哮喘組、肺氣虛哮喘組、肺脾氣虛哮喘組,每組10只. (1) 哮喘組模型建立:在實(shí)驗(yàn)第1、3、5天以3 mg/mL OVA+ 5% Al(OH)3等體積的液態(tài)鋁溶液腹腔注射致敏,200 μL/只,在第6天以 6 mg/mL OVA+5% Al(OH)3液態(tài)鋁溶液滴鼻激發(fā)引喘,按25 μL/10g計(jì)算,1次/d ,共 7 d,以激發(fā)時(shí)出現(xiàn)呼吸急促、腹肌抽動(dòng)及肢體呈團(tuán)等癥狀為哮喘模型成功.(2)脾氣虛哮喘模型建立:按照《中醫(yī)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)》方法先復(fù)制“脾氣虛證動(dòng)物模型”[5],采用“飲食不節(jié)+疲勞過(guò)度+苦寒瀉下”三種綜合因素構(gòu)建脾虛證模型,持續(xù)14 d,與對(duì)照組相比,以出現(xiàn)體重下降、飲食減少、便軟或溏、游泳耐力下降表明脾氣虛證模型復(fù)制成功,在造模第15天結(jié)合OVA抗原致敏激發(fā),以達(dá)到出現(xiàn)哮喘等癥狀. (3)肺氣虛哮喘模型建立:按照《中醫(yī)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)》復(fù)制“肺氣虛證動(dòng)物模型”[5],小鼠放置于自制的體積為400 mm×400 mm×800 mm煙薰箱中,每天以5支紅金龍香煙煙熏30 min(焦油量為11 mg/支),上下午各一次/d,持續(xù)30 d,每天自由飲食喝水,每隔5 d觀察記錄體征變化,與對(duì)照組相比,表現(xiàn)出呼吸急促,咳嗽,精神疲勞,反應(yīng)遲緩,鼻腔分泌物增多,毛發(fā)枯黃,沒(méi)有光澤,體重下降,表明肺氣虛證模型復(fù)制成功[5],在造模第12天結(jié)合OVA抗原致敏激發(fā),以達(dá)到出現(xiàn)哮喘等癥狀.(4) 肺脾氣虛哮喘建立:結(jié)合肺氣虛證和脾氣虛證模型,煙熏持續(xù)30 d,在造模第7天采用“飲食不節(jié)+疲勞過(guò)度+苦寒瀉下”的方法造成脾虛證,持續(xù)14 d,在造模第10天結(jié)合OVA抗原致敏激發(fā),至引喘成功.
造模期間,每周定時(shí)稱(chēng)量小鼠體重,最后一次OVA抗原致敏激發(fā)后,取肺組織并稱(chēng)重,計(jì)算其所占每只小鼠體重比值.
眼球取血后,無(wú)菌取脾和胸腺稱(chēng)重,脾臟和胸腺指數(shù)分別用組織重量(mg)/體重(g)的比值表示.
MTT法測(cè)定脾細(xì)胞增殖[6],取脾臟置于冷磷酸鹽緩沖液(PBS)中,研磨過(guò)40 μm細(xì)胞網(wǎng)篩,得到均勻的細(xì)胞懸液,210 r/min離心5min ,棄上清,加入紅細(xì)胞裂解液,裂解5 min, PBS洗滌,懸浮于培養(yǎng)基中(RPMI1640加入0.05 mM 巰基乙醇,100 UI/mL青霉素,100 μg/mL鏈霉素和10%FCS),調(diào)整細(xì)胞濃度至5.0×106cell/mL ,臺(tái)盼藍(lán)染色計(jì)數(shù),顯示細(xì)胞活力超過(guò)95%. 將細(xì)胞懸液以100 μL/孔接種到96孔板中,加入5 μg/mL Con A、4 μg/mL LPS于培養(yǎng)基. 置于37 ℃,5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后,每孔加入50 μL MTT, 孵育4 h,1000~1400 r/min離心5 min, 棄未結(jié)合的MTT上清液,最后每孔加入150 μL二甲基亞砜(DMSO),15 min后使用酶標(biāo)儀570 nm下進(jìn)行讀數(shù).
根據(jù)上述方法制備單細(xì)胞懸液,調(diào)整細(xì)胞濃度至1×106cell/mL,同時(shí)加入1 μL APC-CD3熒光抗體、1 μL FITC-CD4熒光抗體、1 μL PE-CD8熒光抗體,混勻,冰下黑暗孵育20 min,用冷PBS洗滌3次,將細(xì)胞懸浮于400 μL PBS中,2 h內(nèi)上流式細(xì)胞儀進(jìn)行分析[6].
將小鼠眼球取血后,立即收集支氣管肺泡灌洗液, “V”型口剪開(kāi)氣管,緩慢注入0.8 mL冰冷PBS,反復(fù)回抽3次,離心,收集上清液,加入1 mL PBS重懸細(xì)胞,用于細(xì)胞計(jì)數(shù),并調(diào)整到1.0×105cell/mL,瑞氏-吉姆薩染色,計(jì)數(shù)[7].
小鼠右肺下葉浸泡于4%中性多聚甲醛中固定過(guò)夜,石蠟包埋切片,H&E染色[8].
對(duì)最后一次滴鼻激發(fā)24 h后的各組小鼠氣道阻力進(jìn)行測(cè)定[1],麻醉 后小鼠仰面固定, “V”形切口剪開(kāi)氣管,氣管插管,棉線(xiàn)固定氣管,并連接到呼吸機(jī),常規(guī)機(jī)械通氣后,測(cè)量肺功能. 待小鼠呼吸基線(xiàn)穩(wěn)定后,依次霧化遞增濃度的30 μL乙酰膽堿溶液(0、3.125、12.5、25、50 mg/mL),霧化液體通過(guò)氣管插管進(jìn)入呼吸系統(tǒng),測(cè)定氣道阻力[6].
定量夾心酶聯(lián)免疫分析試劑盒測(cè)定血清中IgE和OVA-IgE以及每組小鼠BALF中IL-4、IL-5、IL-13的含量[9].ELISA試劑盒測(cè)定每組小鼠血清中免疫球蛋白IgA、IgG、IgM的含量.
從造模第15天開(kāi)始(圖1),四組模型小鼠的體重均出現(xiàn)下降,造模結(jié)束后,三種證型哮喘組較單純哮喘組小鼠的體重下降更明顯(P<0.05),表明三種虛證會(huì)導(dǎo)致哮喘小鼠的體重減輕,且肺脾氣虛證哮喘小鼠體重較另外兩組病證小鼠體重下降更明顯,進(jìn)一步說(shuō)明三種證型哮喘小鼠模型復(fù)制初步成功;同時(shí),與空白組相比(圖2),四組模型小鼠肺重量系數(shù)顯著上升(P<0.01),且肺氣虛證哮喘組較單純哮喘組肺重量系數(shù)上升明顯(P<0.05),說(shuō)明哮喘的發(fā)作會(huì)引起肺部腫脹,且虛證會(huì)影響哮喘小鼠肺部腫脹狀態(tài).
圖1 小鼠體重
圖2 肺系數(shù)
胸腺和脾臟質(zhì)量變化及淋巴細(xì)胞增殖功能亦從一定程度上反應(yīng)了免疫功能的變化[10],與空白組相比(圖3).哮喘模型組和肺氣虛哮喘組免疫器官指數(shù)均無(wú)差異,沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;脾氣虛哮喘組脾指數(shù)下降(P<0.05),胸腺指數(shù)無(wú)差異;肺脾氣虛哮喘組脾指數(shù)和胸腺指數(shù)均下降(P<0.05). 模型組之間相比,肺脾氣虛哮喘組較哮喘組和肺氣虛哮喘組脾指數(shù)和胸腺指數(shù)均下降(P<0.05);脾氣虛哮喘組較哮喘組的脾指數(shù)和胸腺指數(shù)均下降(P<0.05). 說(shuō)明脾氣虛證和肺脾氣虛證對(duì)哮喘小鼠的免疫器官指數(shù)有所影響.
圖3 免疫器官指數(shù)
與空白組相比(圖4),除哮喘組外,其他三種虛證哮喘模型由ConA誘導(dǎo)的T淋巴細(xì)胞增殖功能顯著下降(P<0.01);與哮喘組相比,肺脾氣虛哮喘組T淋巴細(xì)胞增殖反應(yīng)顯著下降(P<0.01).與空白組相比(圖5),脾氣虛哮喘組由LPS誘導(dǎo)的B淋巴細(xì)胞增殖功能下降(P<0.05),肺脾氣虛哮喘組B淋巴細(xì)胞增殖反應(yīng)顯著下降(P<0.01). 說(shuō)明三種證型會(huì)影響哮喘小鼠的天然免疫功能,肺脾氣虛型的影響更顯著.
圖4 T淋巴細(xì)胞增殖
圖5 B淋巴細(xì)胞增殖Fig. 5 Proliferation of B Lymphocytes n=6)
T細(xì)胞亞群是支氣管哮喘發(fā)病機(jī)制中的主要調(diào)節(jié)細(xì)胞[10-11],流式細(xì)胞術(shù)分析脾臟組織中免疫細(xì)胞亞型的表達(dá)(表1,圖6),與空白對(duì)照組相比,除哮喘組外,三種病證模型組中CD3+、CD4+占比減少(P<0.05),CD8+比例和CD4/CD8比值無(wú)顯著性差異;與哮喘組相比,脾氣虛哮喘組和肺脾氣虛哮喘組中CD3+、CD4+比例下降(P<0.05),CD8+比例和CD4/CD8比值無(wú)顯著性差異;肺脾氣虛哮喘組CD3+占比低于另外兩組證候哮喘模型(P<0.05). 說(shuō)明三種證型會(huì)不同程度影響哮喘小鼠的特異性免疫功能.
表1 脾臟T淋巴細(xì)胞亞群中CD3、CD4、CD8、CD4/CD8的占比Tab.1 The proportions of CD3、CD4、CD8、CD4/CD8 in splenic T Lymphocyte subsets n=3)
圖6 脾臟T淋巴細(xì)胞亞群中CD3、CD4、CD8、CD4/CD8的占比Fig.6 Proportion of CD3, CD4, CD8, CD4/CD8 in splenic T lymphocyte subsets
致敏小鼠經(jīng)OVA抗原多次攻擊激發(fā)后,BALF中白細(xì)胞總數(shù)增加,以嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞及巨噬細(xì)胞為主,說(shuō)明出現(xiàn)明顯的氣道炎癥[12]. 如圖7所示,與空白對(duì)照組相比,除脾虛哮喘組外,單純哮喘組和其他兩種病證模型組白細(xì)胞總數(shù)、嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞數(shù)目顯著增加(P<0.01);模型組之間相比,肺脾氣虛哮喘模型組較單純哮喘組和脾氣虛哮喘組的白細(xì)胞總數(shù)、嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)目明顯增多(P<0.05),巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞無(wú)顯著性差異(表2). 說(shuō)明三種虛證會(huì)加重炎性細(xì)胞對(duì)哮喘小鼠氣道上皮組織的浸潤(rùn),且肺脾氣虛型對(duì)哮喘小鼠氣道炎癥的影響更為嚴(yán)重.
表2 三種證型對(duì)哮喘小鼠BALF中白細(xì)胞分類(lèi)計(jì)數(shù)的影響 Tab. 2 The effects of three types of syndromes on the classification and count of white blood cells in BALF of asthmatic
圖7 BALF中白細(xì)胞分類(lèi)計(jì)數(shù) Fig.7 Classification of white blood cell counts in
組織學(xué)評(píng)估顯示,與空白對(duì)照組相比,其他模型組經(jīng)OVA刺激后引起明顯的氣道炎癥征象,并伴有明顯的炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和支氣管壁增生.如圖8所示,肺脾氣虛哮喘模型組較其他三組模型組,支氣管周?chē)鷧^(qū)域炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)更加明顯.
圖8 三種證型對(duì)哮喘小鼠肺組織病理的影響Fig.8 The influences of three types of syndromes on lung tissue pathology in asthmatic mice(a)空白對(duì)照組;(b)哮喘組;(c)脾氣虛哮喘組;(d)肺氣虛哮喘組;(e)肺脾氣虛哮喘組
用Rrs值的變化來(lái)反應(yīng)支氣管哮喘小鼠氣道高反應(yīng)性[13]. 如圖9所示,乙酰膽堿的濃度為0 mg/mL時(shí),各組小鼠Rrs基礎(chǔ)值相當(dāng),與空白組相比,各模型組小鼠Rrs值隨吸入乙酰膽堿的濃度的增加而增加,乙酰膽堿的濃度為25、50 mg/mL時(shí),模型組的Rrs值升高(P<0.05);模型組間相比,乙酰膽堿濃度為50 mg/mL,肺脾氣虛型哮喘小鼠Rrs值高于單純哮喘組和脾氣虛哮喘組(P<0.05). 結(jié)果表明:肺脾氣虛證在活體水平更大程度地增加了Ach引起的小鼠氣道平滑肌收縮.
圖9 小鼠氣道阻力的測(cè)定Fig.9 Determination of airway resistance of n=6)
為了建立三種證型是否對(duì)哮喘小鼠在氣道炎癥中存在其他可能的作用機(jī)制,通過(guò)檢測(cè)BALF中Th2細(xì)胞因子IL-4、IL-5、IL-13以及血清中IgE和OVA特異性IgE水平. 如圖10所示,與空白組相比,各組模型組小鼠血清中總IgE和OVA-IgE以及BALF中細(xì)胞因子IL-4、IL-5、IL-13的濃度明顯升高(P<0.01);模型之間相比,肺脾氣虛型哮喘組較單純哮喘組和肺氣虛型哮喘組血清中總IgE及OVA-IgE水平上升(P<0.05),表明三種證型對(duì)哮喘小鼠氣道炎癥具有不同程度的影響.
圖10 小鼠血清中IgE和OVA-IgE和BALF中IL-5、IL-4、IL-13的含量(ˉ Fig.10 The contents of IL-5, IL-4 and IL-13 in serum of IgE and OVA-IgE and BALF in n=6)
與空白組相比(圖11),單純哮喘組免疫球蛋白IgG、IgA、IgM水平無(wú)顯著性差異,脾氣虛哮喘組和肺脾氣虛哮喘組IgG、IgA水平顯著上升(P<0.01),肺脾氣虛哮喘組IgM水平也具有顯著性差異(P<0.01);模型組之間相比,肺脾氣虛哮喘組和脾氣虛哮喘組較哮喘組IgA水平下降.(P<0.05)、IgM水平顯著下降(P<0.01). 表明三種證型會(huì)影響哮喘小鼠的體液免疫功能,肺脾氣虛型較其他兩種證型更為明顯.
圖11 小鼠血清中IgA、IgG、IgM的含量 Fig.11 The contents of IgA, IgG and IgM in the serum of n=6)
胸腺和脾臟是主要的免疫器官[14]. 脾臟內(nèi)含有大量的T淋巴細(xì)胞和由骨髓干細(xì)胞發(fā)育而來(lái)的B細(xì)胞[10]. LPS是一種非胸腺依賴(lài)性抗原,可直接刺激B淋巴細(xì)胞增殖. ConA屬于一種有絲分裂原,可刺激靜止的T淋巴細(xì)胞增殖活化,T淋巴細(xì)胞活化后,產(chǎn)生相應(yīng)的免疫應(yīng)答過(guò)程[10]. 在本實(shí)驗(yàn)研究中,模型構(gòu)建成功后,脾氣虛與肺脾氣虛會(huì)導(dǎo)致哮喘小鼠脾臟指數(shù)、胸腺指數(shù)、由ConA刺激的T淋巴細(xì)胞增殖、LPS刺激的B淋巴細(xì)胞增殖功能明顯下降. 這表明脾氣虛、肺脾氣虛證候影響哮喘小鼠非特異性免疫功能.
T細(xì)胞亞群是支氣管哮喘發(fā)病機(jī)制中的主要調(diào)節(jié)細(xì)胞,根據(jù)T細(xì)胞表面CD分子表達(dá)的不同,可分為兩大表型,即為CD4+和CD8+細(xì)胞,CD4+細(xì)胞可在不同種類(lèi)、劑量抗原的刺激下分化為T(mén)h1、Th2細(xì)胞,CD3+分子的功能是轉(zhuǎn)導(dǎo)T細(xì)胞抗原受體識(shí)別抗原所產(chǎn)生的活化信號(hào)[15],T細(xì)胞亞群CD3+、CD4+分子表達(dá)減少,表明特異性免疫功能下降. 本研究的脾氣虛哮喘組和肺脾氣虛哮喘組CD3+、CD4+占比低于單純哮喘組,表明三種證型會(huì)不同程度地影響哮喘小鼠特異性免疫功能. B淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫應(yīng)答增殖分化出多種免疫球蛋白. 觀察到肺脾氣虛證導(dǎo)致哮喘小鼠體內(nèi)B細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫應(yīng)答IgG、IgA、IgM水平下降明顯,表明肺氣虛累及于脾時(shí)致肺脾氣虛哮喘小鼠之體液免疫功能較其他兩組證型哮喘小鼠體液免疫功能下降.
氣道高反應(yīng)性是哮喘的重要臨床表現(xiàn),也是判斷哮喘模型是否構(gòu)建成功的重要指標(biāo)[16]. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,各模型組隨吸入Ach濃度梯度增加而升高;肺脾氣虛證促使哮喘小鼠在Ach刺激下,氣道阻力增加顯著高于其他單因素證型哮喘模型組.
氣道炎癥與Th2細(xì)胞的增加有關(guān),它們分泌IL-4、IL- 5、IL-13,最終增加IgE和嗜酸性粒細(xì)胞炎癥的產(chǎn)生. 嗜酸性粒細(xì)胞是哮喘氣道慢性炎癥的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞. 目前,IL-13是治療過(guò)敏性哮喘的重要治療靶點(diǎn)[8]. IL-4、IL-5和IL-13在OVA誘導(dǎo)的各證型哮喘小鼠中的濃度升高;肺脾氣虛證導(dǎo)致哮喘小鼠血清中總IgE、OVA-IgE濃度高于其他單因素證候模型組. 表明三種虛證對(duì)哮喘小鼠的氣道炎癥有不同程度的影響.
本研究評(píng)價(jià)和探討三種證型對(duì)OVA誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型的影響.通過(guò)免疫、炎癥、肺功能等相關(guān)的效應(yīng)指標(biāo)變化進(jìn)行病證結(jié)合關(guān)聯(lián)分析, 加入脾氣虛累積于肺時(shí)是否會(huì)導(dǎo)致肺脾氣虛各項(xiàng)指標(biāo)的變化,探討脾肺之間的關(guān)聯(lián)性.結(jié)果表明:脾氣虛累及于肺氣虛致肺脾氣虛哮喘小鼠較單因素證侯哮喘小鼠的非特異性免疫、細(xì)胞免疫、體液免疫功能更紊亂,從而造成哮喘小鼠氣道高反應(yīng),增加氣道炎癥和肺損傷更顯著,說(shuō)明三種證型對(duì)哮喘小鼠特異性/非特異性免疫功能及氣道炎癥有影響且具有一定的關(guān)聯(lián)性.
中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2021年6期