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编号:10693797
丁酸钠对结肠上皮细胞凋亡的影响
http://www.100md.com 2002年7月15日 《世界华人消化杂志》 2002年第7期
     台卫平 罗和生,武汉大学人民医院消化内科 湖北省武汉市 430060

    项目负责人 罗和生,430060,湖北省武汉市武汉大学人民医院消化内科. luotang@public.wh.hb.cn

    收稿日期 2002-04-11 接收日期 2002-05-18

    摘要

    目的:探讨丁酸钠对正常及炎症结肠细胞凋亡的影响.

    方法:(1)杀死SD大鼠.分离其结肠黏膜,悬于Ussing槽中,维持温度为37.0±0.5℃,并通100% O2.黏膜面给予4%乙酸孵育,以Ringer液稀释,并给予大鼠自体血液,浆膜面用Ringer液孵育.(2)分离大鼠的正常及炎症结肠,给予或者不给予丁酸钠,使用TUNEL试剂盒来检测结肠表皮细胞的凋亡.
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    结果:乙酸孵育无丁酸钠组,结肠上皮细胞的凋亡率为25.37±2.38;乙酸孵育给予丁酸钠组,结肠上皮细胞凋亡率为10.58±1.07, 二者相比P<0.05.正常结肠上皮细胞未给予丁酸钠组,凋亡率为10.35±1.07;乙酸孵育给予丁酸钠组,凋亡率为3.78±1.07,二者相比P<0.05.

    结论:丁酸钠能抑制结肠上皮细胞的凋亡.

    台卫平,罗和生.丁酸钠对结肠上皮细胞凋亡的影响.世界华人消化杂志2002:10(7):830-831

    0 引言短链脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸,其中在溃疡性结肠炎发病中起主要作用的是丁酸,他们主要来自大肠中厌氧杆菌对碳水化合物和蛋白质的酵解作用,是结肠上皮能量的主要来源,对于维持细胞的分化和结肠上皮的完整性有重要作用. Roediger et al[1]1980年提出的关于溃疡性结肠炎的“代谢饥饿”(metabolically starved)理论认为,溃疡性结肠炎的发生与结肠上皮短链脂肪酸氧化的受损有关,结肠上皮短链脂肪酸氧化的损伤程度与溃疡性结肠炎的严重程度呈平行关系.给人类溃疡性结肠炎患者肠道补充适量的短链脂肪酸可以治疗溃疡性结肠炎[2]. Luciano et al[3]研究认为,短链脂肪酸为大肠细菌酵解的产物,为结肠肠腔的主要阴离子及结肠上皮细胞的主要营养物质,他们在许多方面影响结肠黏膜,如调节钠离子吸收,诱导表皮细胞增生,增强黏膜血流,促进黏液分泌.迄今为止,人们对短链脂肪酸治疗溃疡性结肠炎的机制仍未完全阐明,Hass et al[4]通过研究表明,丁酸钠抑制结肠上皮细胞的凋亡为其重要机制.本文试图了解在不同的丁酸钠环境下结肠上皮的凋亡情况.
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    1 材料和方法1.1 材料 实验动物:SD大鼠24只,由武汉大学医学院实验动物中心提供,重200-250克,雌雄不拘,混合饲料喂养,自由饮水,室温15-30℃,自然采光.药品与溶液:丁酸钠,购自美国Sigma公司;标准Ringer溶液,含140mMNa+,124mMCl-,21mMHCO3-,5.4mMK+,2.4mMHPO42-,0.6mMH2PO4-,1.2mMMg2+,1.2mMCa2+,10mMGlucose,双蒸水自行配置,其中所有试剂均为国产分析纯.TUNEL试剂盒,德国宝灵曼公司产品.多聚赖氨酸,购自博士德公司. 0.01MPBS溶液,双蒸水自行配制,所含试剂均为国产分析纯.DAB显色液,购自武汉博士德公司.主要仪器及设备:15mlUssing槽,由军事医学科学院王明道教授惠赠.哺乳动物手术器械一套,医用氧气筒,双蒸器,100℃烤箱.
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    1.2 方法 (1)24只大鼠随机分成乙酸孵育加丁酸钠组,乙酸孵育不加丁酸钠组,正常组织加丁酸钠组,正常组织不加丁酸钠组,每组6只.(2)本方法主要参考Hass et al[4]方法:(a)颈椎脱臼法处置大鼠,剖开腹部及胸部,心脏快速抽取回心血液1ml,置于肝素钠抗凝管中,该操作在1min内完成,冰Ringer液冲洗肠腔,眼科剪取3-4cm长的近段结肠.(b)离体结肠炎模型的制作:参考罗和生、台卫平[5]的方法.简短步骤如下:黏膜面给予4%乙酸孵育10min,于烤箱中给予37℃恒温环境,血液加入4%乙酸中,浆膜面给予标准Ringer液.底部持续给100%纯氧.(c)倒出乙酸及Ringer液,彻底清洗黏膜面后,黏膜面及浆膜面均给予Ringer液,其中黏膜面给予浓度为10mM的丁酸钠,37℃,底部持续给100%纯氧,在Ussing槽中孵育2.5h.不加丁酸钠组第3部黏膜及浆膜面均不给予丁酸钠[6].正常组织组取出结肠后,Ussing槽固定,黏膜面给或不给予含10mM的丁酸钠.(3)所有组织切片6μm,用多聚赖氨酸处理过的玻片接片.(4)细胞凋亡原位TUNEL检测[7] (a)切片脱蜡水化,50℃烤箱烘烤24h.(b)切片用新鲜配制的3%H2O2浸泡10min,0.01MPBS洗涤2min,处理3次.(c)10%羊血清阻断10min.(d)加酶溶液:标记液=1:15液,每片20μl孵育60min,0.01MPBS冲洗5min,3次.(e)加转化酶:无菌双氧水=1:1液.(f)0.01MPBS液冲洗5min,3次后冲净.(g)DAB染色,待有黄色颗粒后,充分冲洗.(h)苏木素复染5min,充分冲洗,0.1%NH3.H2O返蓝.(i)盐酸酒精分化,脱蓝,充分冲洗.(j)梯度酒精脱水,二甲苯透明.脱水,中性树胶封片,显微镜下观察. (5)检测内容及方法:凋亡细胞核染成黄色,利用显微镜照相取景框,在400倍率下随机取10个视野,分别记录阳性染色细胞核核总细胞核个数,以他们的比值作为凋亡指数.
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    统计学处理 数据用x±s表示,差别检验用t检验,P<0.05认为有显著性差异.

    2 结果凋亡细胞原位检测发现,乙酸孵育未予丁酸钠组,镜下黄染细胞多见;乙酸孵育给予丁酸钠组,亦可见黄染颗粒,但较上一组少见;Ringer液孵育2.5h,未予丁酸钠组,镜下黄染细胞多见;Ringer液孵育2.5h,给予丁酸钠组,亦可见黄染颗粒,较上一组少见.凋亡指数的结果(表1).

    表1 有无丁酸纳对SD大鼠离体结肠上皮细胞凋亡的影响
x±sP值
乙酸孵育无丁酸钠组25.37±2.38
乙酸孵育加丁酸钠组10.58±1.77P<0.05
正常黏膜无丁酸钠组10.35±1.07
正常黏膜加丁酸钠组3.78±0.70P<0.05

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    3 讨论

    在健康人中,结肠上皮细胞屏障依靠短链脂肪酸,主要是依靠丁酸来维护,后者主要是通过厌氧杆菌酵解碳水化合物产生.诸多研究表明[8],短链脂肪酸与溃疡性结肠炎的病因联系紧密,尤其是丁酸的代谢.自1989年有学者利用短链脂肪酸灌肠成功地治疗了几例改道性结肠炎(diversion colitis)以来[9],逐渐有一些临床报告使用短链脂肪酸灌肠治疗溃疡性结肠炎,甚至对于一些难治性溃疡性结肠炎患者,使用短链脂肪酸灌肠,也取到较好的效果[10],其机制以前集中在供给结肠上皮细胞能量上,现在有文献注重丁酸与结肠上皮凋亡之间的关系上.

    细胞凋亡的概念是Kerr et al于1972年提出的,他们将大鼠门静脉结扎后,大鼠肝萎缩时出现肝细胞皱缩坏死的特征性形态学改变.细胞凋亡的形态学改变为胞膜皱缩,最终将凋亡的胞核和胞质分割成数个凋亡小体.凋亡小体有完整的质膜包裹,内含结构完整、有一定功能的细胞器,细胞凋亡时不释放胞质内的酶和蛋白质,不引起炎症反应.Rich et al[11]用糖皮质激素诱导淋巴细胞凋亡时,发现凋亡的发生与内源性的核酸内切酶活性有关,多项研究表明核酸内切酶将DNA切成200bp片段是细胞凋亡共同的也是最终的生物化学反应.这一发现成为今天鉴定细胞凋亡存在与否的理论基础.核酸内切酶将DNA切成双链片段含有较多的3-末端,利用缺口末端标记技术,通过作用3-末端的脱氧核糖核酸转移酶,将地高辛标记的脱氧尿嘧啶核苷酸连接到DNA片段上,即细胞原位末端凋亡检测[6].然后用地高辛抗体,通过免疫组化方法进行检测,为组织切片原位检测细胞凋亡的有效方法.
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    Hass et al[4]在1997年指出,豚鼠结肠上皮固定于Ussing槽上,在其孵育环境中给予或不给予丁酸钠,结果发现不给丁酸钠,利用电镜、凝胶电泳等方法检测结肠上皮凋亡,结果发现不给丁酸钠,结肠上皮细胞发生大量凋亡.用Western-Blot方法显示伴随有Bax蛋白大量表达,而Bcl-2蛋白则在有及无丁酸钠组的表达中无显著性差异.而在给予丁酸钠的那一组中,结肠上皮细胞的凋亡明显较不给丁酸钠的那一组要少.Luciaro et al[3]指出,去除丁酸钠诱导细胞凋亡主要发生细胞周期的G0/G1期.

    表1表明,乙酸孵育无丁酸钠组结肠上皮细胞凋亡指数为25.37±2.38,乙酸孵育加丁酸钠组结肠上皮凋亡指数为10.58±1.77(P<0.05),说明丁酸钠对乙酸孵育引起的结肠上皮凋亡起抑制作用.正常结肠黏膜无丁酸钠组结肠上皮细胞凋亡指数为3.78±0.70(P<0.05)纳对正常结肠上皮细胞凋亡指数起抑制作用.乙酸孵育加丁酸钠组与正常结肠黏膜无丁酸纳组凋亡指数接近(10.58±1.77 vs 10.37±1.07,P>0.05),说明乙酸可诱导结肠上皮细胞凋亡,而丁酸钠则有抑制结肠上皮细胞由此而引起的凋亡作用.
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    本文TUNEL试剂盒检测正常结肠上皮细胞及乙酸孵育结肠上皮细胞在有无丁酸钠环境下的凋亡情况,证实了Hass et al的理论.并利用罗和生、台卫平的结肠炎模型,研究不同丁酸钠环境对乙酸孵育结肠上皮细胞凋亡的影响,得出的结论与Hass et al的结论相似.类似于体内肠腔正常浓度的丁酸钠(10mM)在体外有抑制正常结肠上皮凋亡的作用,这可能为丁酸钠治疗溃疡性结肠炎的机制之一.此外,丁酸钠还可以抑制乙酸所引起的结肠上皮细胞凋亡.

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    in ulcerative colitis: randomized, double-blind, placebo-controlled pilot study.Dig Dis Sci 2000;45: 976-981

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    8 Reif S, Lavy A, Keter D, Broide E, Niv Y, Halak A, Ron Y, Eliakim R, Odes S, Patz J, Fich A, Villa Y, Arber N, Gilat
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