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编号:10443095
生长激素对盐酸致大鼠肺泡II型上皮细胞凋亡的保护
http://www.100md.com 2004年7月17日 世界急危重病医学杂志2004;1(2):113-116
     黎檀实1, 沈 洪1,尹 明1,吴旭辉2,宋扬莉1,何权瀛3

    【摘要】 目的 观察不同剂量生长激素对大鼠肺泡II型上皮细胞凋亡的影响。方法 建立体外培养AT-II细胞盐酸损伤模型,采用不同剂量的生长激素干预,行流式细胞仪检测AT-II细胞凋亡和坏死率。以2,3-二苯基溴化四唑(MTT)染色记数法记细胞生长曲线。结果 盐酸可导致AT-II细胞损伤,表现为肺泡II型上皮细胞坏死和凋亡率增高;GH可促进AT-II细胞增殖并降低其凋亡率,在10ugml-1 至 500ugml-1范围内,其抗凋亡和促增殖作用呈剂量依赖性。结论 GH对盐酸致肺泡II型上皮细胞凋亡可能有保护作用。

    【关键词】 肺泡II型上皮细胞;凋亡;肺损伤;生长激素;盐酸

    Effects of growth hormone on apoptosis of alveolar type II cells in rat induced by hydrochloric acid
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    LI Tanshi, SHEN Hong, YIN Ming, WU Xuhui, SONG Yangli , HE Quanying

    Emergency department,General hospital of PLA, Beijing 100853,China

    【Abstract】Objective To research the effects of growth hormone (GH) on apoptosis of cultured alveolar type II cells(AT- II) induced by hydrochloric acid in vitro. Methods Cultured AT-II cells were exposed continuously to hydrochloric acid for 24h(pH:6.0-6.20). Apoptosis and necrosis rates of AT-II cells were detected by flow cytometr (FCM). The proliferation curve was drawn. Results The injure which include necrosis and apoptosis of cultured AT- II cells can be induced by hydrochloric acid steady in this model. GH may not only promote the proliferation but also decrease the apoptosis rate of AT- II cells. It is showed a dose-dependent effects of GH on AT-II cells between 10ugml-1 and 500ugml-1 . Conclusions It is implicated that GH inhibit the apoptosis directly which induced by hydrochloric acid in cultured AT-II cells.
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    【Key words】alveolar type II cell; apoptosis; lung injury; growth hormone; hydrochloric acid

    酸性液吸入肺脏导致急性肺损伤 (Acute lung injury,ALI)是常见的临床严重并发症, 通常认为,胃酸可在ALI发病过程中起决定作用[1]。其病理表现以肺泡上皮细胞及毛细血管膜的弥漫性损害为特点,并导致了肺血管与间质液体交换障碍,肺顺应性降低,临床上发生持续呼吸窘迫和严重低氧血症。已有证实,细胞凋亡参与AT-Ⅱ细胞损伤过程[2]。本研究通过建立体外培养大鼠AT-Ⅱ细胞盐酸损伤模型,观察生长激素对盐酸致AT-Ⅱ细胞凋亡的影响,以探讨其可能的作用机制及临床应用价值。

    1 材料与方法

    1.1实验材料

    1.1.1实验动物 采用成熟雄性Wistar大鼠,体重200±40g,由解放军总医院实验动物研究中心提供。
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    1.1.2实验试剂 DMEM培养基(Sigma公司),胰蛋白酶、胎牛血清(Sigma公司),25ml塑料培养瓶、24孔培养板、96孔培养板(美国Costar),其他试剂及染料均为国产分析纯。

    1.1.3主要实验仪器:流式细胞仪(BECTON DICKINSON, FACSCalibur 公司),分析软件Cell Quest 3.1f。

    1.2实验方法

    1.2.1 动物标本制备 参照Dobbs方法[3]。实验鼠经麻醉,血液肝素抗凝,行气管插管,放血处死。经肺动脉用溶液Ⅱ[3]灌洗肺泡,行气管通气 8次,再用溶液Ⅰ、Ⅱ分别经气管插管灌洗肺,用溶液Ⅱ灌洗胸腔。取出心肺、气管,经气管插管注入0.25%胰蛋白酶20ml,37℃水浴2 0min。去大气道、心脏,在含有4mlDNase中剪碎肺组织。5ml胎牛血清灭活胰酶, 经37℃水浴并晃动5min。120、200目滤网过滤,离心后弃上清,细胞重悬并计数待提纯。
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    1.2.2 AT-Ⅱ细胞原代培养 将细胞悬液加入已用大鼠IgG包被的培养瓶中培养。1h后倒出培养液,离心后弃上清,取少量细胞行电镜鉴定。提纯后的AT-Ⅱ细胞分别接种至25ml塑料培养瓶中,培养至72h的AT-Ⅱ细胞,经消化、漂洗、含20%胎牛血清的DMEM重悬(1×105/ml)后,分别接种于24孔板(1ml/孔),和96孔板(100ul/孔),培养24h后,换无血清DMEM按下列实验分组进行干预。

    1.2.3 实验分组 根据干预剂量分为6组(每组平行4孔): 空白对照组、HCL组、GH10+HCL组、GH100+HCL组、GH500+HCL组 、GH1000+HCL组,GH组终浓度分别为GH10μg.ml-1、100μg.ml-1、 500μg.ml-1、1000μg.ml-1,37℃培养1h,再加入盐酸(2N,50ul)至总容积1ml。继续培养24h,用流式细胞仪(FCM)检测凋亡及坏死率。

    1.2.4 AT-Ⅱ细胞生长曲线 96孔板也按照上述实验设计加入GH或盐酸,以MTT染色法,记录0、12h、24h、36h、48h、60h、72h每孔细胞数,并绘制生长曲线。
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    1.3 统计学方法 实验数据以均值±标准差( ±S)表示,均值比较用F检验。P<0.05为差异显著。

    2 结 果

    2.1 各组AT-Ⅱ细胞凋亡和坏死率比较 HCL组AT-II细胞的凋亡和坏死率明显增加,不同剂量GH干预组与HCL及对照组比较,凋亡和坏死率均有显著下降(P<0.05~0.01) ,见表1。GH抗凋亡作用GH10~GH500范围内呈剂量依赖性(见图1)。

    表1 FCM检测各实验组AT-II凋亡率及坏死率(%)

    分 组 凋亡率 坏死率

    对照组(n=4) 0.33±0.08** 0.68±0.14**

    HCL组 (n=4) 15.15±1.05 9.88±0.72
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    GH10+HCL组(n=4) 8.19±0.85** 7.98±1.08*

    GH100+HCL组(n=4) 4.62±0.73** 5.51±1.32**

    GH500+HCL组(n=4) 2.63±0.68** 3.63±1.09**

    GH1000+HCL组(n=4) 5.28±0.78** 7.50±1.22**

    注:各组与HCL组比较:*P<0.05, **P<0.01

    2.2 GH对AT-Ⅱ细胞增殖的影响 各组AT-II细胞的生长曲线可见:HCL较对照组的AT-II细胞增殖缓慢;GH500+HCL组AT-II细胞增殖速率最快;其它组AT-II细胞增殖速率也较对照组快(见图3)。
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    3 讨 论

    有关盐酸引起吸入性肺损伤的研究越来越受到重视。肺泡上皮细胞维持完整对保持肺的功能极为重要,盐酸吸入首先损害肺泡上皮细胞而导致ALI。生长因子在组织创伤与修复中的作用已有不少研究,有关GH对盐酸致AT- II细胞损伤的保护作用国内尚未见报道。本实验结果显示,HCL可引起体外培养大鼠AT-Ⅱ细胞的凋亡和坏死。本实验采用不含任何生长因子的无血清培养基,GH仍有明显对盐酸致AT-Ⅱ细胞损伤的保护作用,提示GH可能有对AT- II细胞促增殖及抗凋亡作用,并在一定范围内呈剂量依赖性。

    肺泡上皮细胞坏死及凋亡是通过不同机制实现的。肺组织的炎症反应可直接促使肺泡上皮细胞坏死,酸吸入致ALI可分为2个阶段。第一阶段是酸直接对肺泡上皮细胞和毛细血管膜的损伤,由于吸入物分布不均一,损伤表现出局限性特点。第二阶段引起肺组织释放以TNF-α为代表的多种炎性介质,趋化多核粒细胞聚集、激活,产生活性氧自由基和蛋白酶等,形成肺泡上皮细胞和肺血管内皮细胞更为广泛且严重损伤[4]。其次,酸性核酸内切酶激活诱发肺泡上皮细胞凋亡。已证实,凋亡显著的生化特征是核酸内切酶活化,切断DNA双链形成寡聚核小体片段,而pH值可调控这些核酸内切酶的活性,不同种类的细胞所含的核酸内切酶种类、数量也不尽相同,有的细胞发生凋亡主要是由于中性、Ca2+/Mg2+依赖型核酸内切酶的活化而起作用;有的细胞发生凋亡主要是由于酸性核酸内切酶的活化而起作用;也有的细胞发生凋亡主要是由于碱性核酸内切酶的活化而起作用;甚至有同种细胞在酸性环境和碱性环境都能发生凋亡[5,6]。因此,肺泡内pH的改变可以引起AT-II细胞凋亡改变。本组所使用的盐酸剂量可使AT-II细胞在本实验条件下产生较为稳定的损伤,表明体外培养条件下,pH改变同样可影响AT-II细胞凋亡。
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    AT-Ⅱ细胞是表面活性物质合成分泌所在,也是肺泡上皮细胞的干细胞,具有潜在的增殖以及分化成肺泡Ⅰ型细胞的特性。肺泡这两种细胞的组成比例对保持肺正常功能至关重要。肺组织内环境的稳定还取决于细胞的增生分化与细胞死亡的比率。体外实验使用不同刺激诱发AT-Ⅱ细胞凋亡,使之了解其信号传递的途径及特点,以及干预这些途径能否影响细胞的反应和生存。而在体实验研究的意义在于了解AT-Ⅱ细胞凋亡在正常生理以及病理状态下,尤其是急性肺损伤、急性呼吸窘迫综合征中的作用[7]。

    AT-Ⅱ细胞增殖和分化是修复肺上皮细胞损伤的唯一途径。在ALI早期,各种刺激因素导致AT-Ⅱ细胞的广泛损伤,AT-Ⅱ细胞修复的延迟,可能与ALI恶性发展直接相关[8]。因此,探讨在ALI早期尽可能保护并促进AT-Ⅱ细胞的增殖和分化,可能在ALI治疗中具有重要意义。目前,有关GH在创伤后组织修复中的作用机制的研究正在不断深入。本实验结果提示,在ALI组织修复的特定阶段提高GH的水平,对于AT-Ⅱ细胞的增殖和分化可能有一定的意义。但本组GH对盐酸所致AT-Ⅱ细胞凋亡的保护作用,可能存在最佳的剂量范围,本实验中GH剂量从10μg.ml-1至500μg.ml-1时,AT-Ⅱ细胞凋亡率呈下降趋势,而从500μg.ml-1到1000μg.ml-1时,凋亡率则再度升高,其原因尚不详,过大剂量GH对AT-Ⅱ细胞增殖是否可能产生副作用需进一步观察。也有研究发现,GH对多种组织细胞有直接作用,细胞膜存在GH受体,循环中存在GH结合蛋白[9]。有关GH对肺泡上皮细胞直接作用的机制,还有待深入研究。
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    参考文献

    1 Roy C, John ST, Linda A, et al. Acute aspiration lung injury causes Leukocyte-dependent systemic organ injury. J Appl Physiol 1993;74: 1994-2003.

    2 Ricardo H, Bardales R, Bobert F, et al. Apoptosis is a major pathway responsible for the resolution of typeⅡpneumocytes in Acute lung injury. American J Pathol 1996;149;845-851.

    3 Dobbs LG, Gonzalez R, Williams MC. Am improved method for isolating typeⅡshighyield and purity. J AM Rev Respir Dis 1986;134(1):141-145.
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    4 Richard M. Effros, MD, Genevieve Hogan, BS, et al. Protection of the Lungs from Acid During Aspiration。 Am J Med 2001;111(8A):56S-59S.

    5 Hodgkinson CP, Sale GJ. Regulation of both PDK1 and the phosphorylation of PKC-zeta and delta by a C-terminal PRK2 fragment. Biochemistry 2002;15;41(2):561-569.

    6 Kroemer G. Mitochondrial control of apoptosis: an overview. Biochem Soc Symp 1999; 66:1-15.

    7 Allen, RT, William III, Agrawa DK. Morphological and biochemical characteristic of apoptosis. J Pharm Toxicol Meth 1997; 37: 215-228.
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    8 Scott GR, Chandel Ns. The role of cell suicide or apoptosis in the Pathophysiology of acute lung injury 2001;27:1091-1093.

    9 Harvey S, Lavelin I, Pines M. Growth hormone (GH) action in early embryogenesis: expression of a GH-response gene in sites of GH production and action. Anat Embryol (Berl) 2001;204(6):503-10.

    作者单位:1、100853北京,解放军总医院急诊科;2、100037北京,海军总医院心内科;3、 100043北京,北京大学第二临床医院呼吸科

    作者简介:黎檀实,男,副主任医师,副教授,硕士生导师, http://www.100md.com