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编号:10228104
内毒素对培养人脐静脉内皮细胞的损伤作用
http://www.100md.com 《中华创伤杂志》 1998年第3期
     作者:罗向东 杨宗城 黎鳌

    单位:罗向东 杨宗城 黎鳌 400038 重庆,第三军医大学附属西南医院烧伤研究所

    关键词:人脐静脉内皮细胞;内毒素;乳酸脱氢酶;聚合肌动蛋白丝;前列腺环素

    中华创伤杂志980309 【摘要】 目的 研究内毒素对内皮细胞的直接损伤作用,以便对烧伤早期入血的内毒素对血管内皮细胞的影响作出初步评价。方法 以培养的原代人脐静脉内皮细胞(HUVEC)为模型,加入不同浓度内毒素,观察在不同时相点培养液中乳酸脱氢酶(LDH)活性变化,前列腺环素(PGI2)代谢产物6-酮-前列环素F1a(6-酮-PGF1a)含量和内皮细胞中的F-肌动蛋白丝(F-actin)含量与细胞形态学变化。结果 LDH活性在内毒素达到0.4μg/ml并作用12小时后才有显著升高(P<0.05),而6-酮-PGF1a含量在各组内毒素损伤中变化均不显著。内皮细胞中F-actin含量在各组中均有明显下降(P<0.01),但程度略有不同,细胞形态也有相应变化。结论 内毒素直接损伤血管内皮细胞(VEC)须较大浓度(>0.4μg/ml),但在较低浓度下(0.1μg/ml)可直接引起内皮细胞的一些形态学变化和F-actin含量的变化,初步推测血管内皮细胞可能存在着与通常认识的内毒素—内毒素结合蛋白—CD14途径激活细胞不同的分子机制。
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    Effects of Endotoxin on Culturing Human Umbilical Vein Endothelial Cells LUO Xiang-dong, YANG Zong-Cheng, LI Ao. Burn Research Institute, Southwestern Hospital, Third Military Medical University, Chongqing 400038

    【Abstract】 Aim To investigate the direct effects of endotoxin on culturing human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) and evaluate the role of endotoxin invasion into blood at the early stage after burn.Methods The confluent primary HUVECs were cultured for 48-72 hours and different concentrated endotoxin was incubated with HUVECs for 3, 6 and 12 hours. The lactate dehydrogenase (LDH), the product of prostacyclin (PGI2), 6-keto-PGF content and F-actin in the HUVECs were measured at different time points. The HUVECs morphologic changes were also observed with microscope and scanning electron microscope. Results The LDH activity in medium increased obviously when the endotoxin reached 0.4μg/ml and incubated over 12 hours (P<0.05). The content of F-actin in cytoplasm of HUVECs decreased significantly in all groups at 12 hours' point (P<0.01). The 6-keto-PGF had no obviously change. Conclusions At least 0.1μg/ml of endotoxin can induce the morphologic changes and the decrease of F-actin in HUVECs. Endotoxin can injury HUVECs only when its concentration reaches 0.4μg/ml and incubates over 12 hours. It suggests there is a different molecule mechanism in VEC from the endotoxin-CD14 pathway in CD14 positive cells.
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    【Key words】 Human umbilical vein endothelial cells Endotoxin Lactate dehydrogenase F-actin Prostacyclin

    多脏器功能损害是当前严重创伤、感染及多种疾病的最终共同通路及主要死亡原因,其发病机制复杂,尚未见被完全阐明。然而,在我们多年的研究中发现,血管内皮细胞损伤在烧伤早期脏器损害的发生、发展中具有极为重要的作用[1,2],而且是导致“缺血再灌注”损伤、最终引起全身多脏器功能损害的重要原因。笔者重点观察内毒素对培养血管内皮细胞的直接损伤作用,以便对烧伤早期入血的内毒素对血管内皮细胞的影响作出初步评价。

    材料与方法

    一、细胞培养与分组

    人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC)培养[3]:无菌条件下取新生儿脐带20~30cm,用无菌等渗盐水冲洗,去除脐静脉中瘀血,将0.25%胰蛋白酶注入脐静脉中消化15分钟。抽出消化液,1 000g离心10分钟,弃上清液,再用等渗盐水洗2次。加入M199完全培养液(含10%胎牛血清)。血细胞计数板上计数,使细胞浓度为1.5×105/ml,接种于35mm培养皿中。37℃,5%CO2条件下培养,每48~72小时更换培养液1次。通常3天左右VEC完全融合,经Ⅷ因子染色鉴定。将已培养融合的HUVEC分成4组:对照组(n=15),加内毒素0.1μg/ml组(n=15),加内毒素0.2μg/ml组(n=15),加内毒素0.4μg/ml组(n=15)。观察3、6、12小时时相点。对照组为无内毒素的M199完全培养液(含胎牛血清)。内毒素来源于大肠杆菌HB101细胞株(卫生部上海生物制品研究所提供)。
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    二、观察指标

    1.培养液中乳酸脱氢酶(LDH)活性测定:用常规生化方法测定。

    2.前列腺环素(PGI2)代谢产物6-酮-PGF1a定量用放免法测定。药盒为解放军总医院生产。

    3.HUVEC内微丝蛋白测定:根据鬼笔碱(phalloidin)与聚合肌动蛋白丝(F-actin)具有强亲合力的特点,采用TRITC荧光标记phalloidin与F-actin结合,测定F-actin含量,同时测定细胞的总蛋白量。结果用F-actin/细胞总蛋白表示。

    4.HUVEC的形态学观察:将各时相点培养的细胞分成2份,1份用2%甲醛和1%戊二醛(0.02mol/L PB, pH7.3)固定,再用0.02mol/L PB洗2次,加入3∶2的0.5%乙醇酸伊红和0.25%卡马斯兰染色20分钟,再用0.25%卡马斯兰复染5分钟,蒸馏水冲洗后光镜观察。另1份HUVEC用3%戊二醛固定,漂洗、脱水、干燥、镀膜,用扫描电镜观察。
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    5.统计学处理:所得数据用58c/59专用统计微机(美国德克萨斯仪器公司)处理,数值用±s表示,组间进行显著性t检验。

    结 果

    一、HUVEC培养液中LDH活性和6-酮-PGF1a含量的变化

    三组不同浓度内毒素与内皮细胞孵育12小时后,只有0.4μg/ml组乳酸脱氢酶浓度显著升高(P<0.05),见表1。三组不同浓度内毒素作用的HUVEC培养液中6-酮-PGF1a含量变化不明显(P>0.05),见表2。

    表1 内毒素对HUVEC培养液中LDH活性的影响(±s) 组别
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    孵育时间(h)

    3

    6

    12

    正常对照组

    36.12±10.18

    110.41±60.32

    122.56±50.95

    0.1μg/ml组

    28.35±16.15

    121.15±68.25

    137.15±45.12
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    0.2μg/ml组

    38.73±12.77

    141.67±55.32

    168.68±32.69

    0.4μg/ml组

    42.14±20.10

    167.45±71.40

    349.79±168.46*

    与正常组比较 *P<0.05表2 内毒素对HUVEC培养液中6-酮-PGF1a含量影响(±s) 组别
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    孵育时间(h)

    3

    6

    12

    正常对照组

    483.62±71.20

    539.77±68.51

    979.69±220.70

    0.1μg/ml组

    501.13±67.28

    612.44±54.36

    983.76±163.24
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    0.2μg/ml组

    493.36±65.33

    632.13±68.31

    1001.38±128.60

    0.4μg/ml组

    566.73±78.41

    613.36±101.40

    963.63±12.41

    二、不同浓度内毒素作用12小时后F-actin含量的变化

    三组不同浓度内毒素作用12小时后,HUVEC中F-actin含量均有显著降低(P<0.01),见表3。表3 不同浓度内毒素对F-actin含量的影响 组别
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    孵育时间(h)

    3

    6

    12

    正常对照组

    10.8±1.16

    12.3±2.37

    10.2±1.68

    0.1μg/ml组

    9.0±1.32

    10.5±1.85

    7.43±0.42**
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    0.2μg/ml组

    11.2±2.00

    9.40±3.10

    5.54±0.32

    0.4μg/ml组

    12.7±2.10

    8.69±2.70

    5.82±0.57**

    与正常组比较 **P<0.01

    三、光镜及扫描电镜下HUVEC的形态变化

    光镜下加入内毒素0.1μg/ml组12小时可见细胞形态学有轻度变化,主要表现为细胞连接处分离,但细胞仍呈扁圆形。0.4μg/ml内毒素培养12小时,HUVEC收缩呈长梭形,并有较多细胞脱落。扫描电镜亦可见0.1μg/ml组细胞轻度收缩,细胞间连接分离,少数细胞脱落。
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    讨 论

    一、内毒素与血管内皮细胞的直接作用

    内毒素可在严重创、烧伤后乘虚进入机体,造成机体损害的进一步加剧。以往的研究表明,内毒素是革兰氏阴性杆菌细胞壁上的脂多糖部分,它的生物学效应主要靠脂多糖的类脂A部。但烧伤后引起VEC损伤的机制十分复杂,内毒素在这一损伤中的作用却较少见研究。笔者拟对内毒素与血管内皮细胞的直接作用进行研究,以期对烧伤后早期入血的内毒素在引起烧伤早期病理生理改变中的地位和作用进行初步评价,并为以后的深入研究提供依据。本实验结果表明,0.1μg/ml内毒素对HUVEC培养液中LDH活性影响不明显,而只有当内毒素量加大到0.4μg/ml时LDH活性才有显著升高(表1)。LDH是一种糖酵解酶,广泛存在于细胞胞浆中,只有在细胞膜受到损伤,通透性增高时,胞浆中的LDH才大量释放到细胞外,因此培养液中LDH活性的显著升高意味着HUVEC被损伤。结合本实验结果可知,内毒素直接损伤内皮细胞需要达到0.4μg/ml以上,并持续12小时以上。
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    各组浓度内毒素对HUVEC中的6-酮-PGF1a的影响却均不明显。而各组浓度内毒素孵育12小时却可使HUVEC中聚合微丝的含量明显减少,说明0.1μg/ml内毒素直接作用可以引起HUVEC的形态和某些功能发生变化。Actin是细胞内含量最丰富的蛋白质成份,在细胞内它以游离的球状单体(G-actin)或纤维状聚合体(F-actin)两种形式存在,F-actin下降标志着微丝结构的降解。由于微丝的主要功能是维持VEC特殊的扁圆形态,并与细胞间的紧密连接及细胞外基质附着有关[4]。因此,微丝的降解是VEC受到刺激时产生收缩反应的重要物质基础,是细胞间连接分离、细胞脱落的主要原因。

    本实验结果表明,内毒素可以直接导致HUVEC中F-actin含量的减少,并且随着内毒素的增加,有一定的剂量依赖关系。0.1μg/ml内毒素与HUVEC孵育12小时后,细胞在光镜和扫描电镜下的形态学改变也证明了微丝降解与细胞间出现连接分离、细胞体收缩的形态变化有一定关系。本实验结果最重要的一点是表明了内毒素可与HUVEC产生直接作用,而不因血管内皮细胞不表达内毒素受体CD14而缺乏反应。因此,初步推测血管内皮细胞可能存在着与通常认识的内毒素—内毒素结合蛋白—CD14途径激活细胞不同的分子机制。
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    二、内毒素与内皮细胞

    目前将内毒素对内皮细胞的作用分为直接作用和间接作用两部分。绝大多数学者均承认其间接作用,即内毒素通过内毒素受体作用于免疫细胞,产生许多炎性介质、细胞因子(TF、TNF、IL-1等),引起内皮细胞的粘附分子(E-selectin、ICAM-1、VCAM-1、P-selectin)、NO、SOD、热休克蛋白等多方面变化。而承认直接作用的学者不多,其重要原因之一是,到目前为止,所有研究均表明内皮细胞不能表达内毒素受体CD14。但是也有一部分学者则认为,内毒素受体并不一定是内毒素作用的专一受体。Pan等[5]在体外实验中已经证明,内毒素可以抑制体外培养的肺微血管内皮细胞的谷氨酰胺转运功能,这一步很类似于TNF等细胞因子。Cooper等[6]发现,A20基因产物可以抑制脂多糖(LPS)诱导的内皮细胞激活反应[6]。这些均说明内皮细胞可以与内毒素产生反应,同时表示内毒素直接激活内皮细胞的机制与激活CD14阳性细胞肯定存在差异,但尚待进一步证实。
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    本课题受国家自然科学基金资助(No.39290700-03)

    参考文献

    [1]杨宗城,罗向东,高建川,等.血管内皮细胞在烧伤后脏器损害中的作用.解放军医学杂志, 1996, 21∶10-13.

    [2]罗向东,杨宗城,黎鳌.家兔烧伤早期内脏血管内皮细胞损伤的变化.第三军医大学学报, 1995, 17∶279-281.

    [3]安静,黎鳌,杨宗城,等.胎儿脐静脉内皮细胞的培养.第三军医大学学报, 1990, 12∶102-106.

    [4]Schniffler H, Franke RP, Dernckham D. Role of the endothelial actin filament cytoskeleton in rheology and permeability. Z Kardiol, 1989, 28 (Suppl 6)∶1-4.
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    [5]Pan M, Wasa M, Ryan U, et al. Inhibition of pulmonary microvascular endothelial glutamine transport by glucocorticoids and endotoxin. J Parenter Enteral Nutr, 1995, 19∶477-481.

    [6]Coopar JT, Stroka DM, Brostijan C, et al. A20 blocks endothelial cellactivation through an NF-kappa B-dependent mechanism. J Biol Chem, 1996, 271∶18068-18073.

    (收稿:1997-11-19 修回:1998-01-20), http://www.100md.com