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编号:10237522
N-乙酰半胱氨酸对急慢性吸烟大鼠气道炎症的影响
http://www.100md.com 《广东医学》 2000年第11期
     作者:莫红缨 郑劲平 钟南山 龙启才

    单位:莫红缨 郑劲平 钟南山(广东省广州呼吸疾病研究所 510120);龙启才(中山医科大学药理学教研室 510089)

    关键词:N-乙酰半胱氨酸;吸烟;气道炎症;白细胞介素-8;大鼠

    广东医学001106 【摘要】 目的 探讨抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)对急慢性吸烟大鼠气道炎症的影响。方法 将Wistar大鼠随机分成:①吸烟组,②干预(吸烟+NAC)组,③对照组。其中吸烟组和干预组中动物均动态观察第1,2,7,14,60天的气道炎症反应,包括肺组织病理变化,肺泡灌洗液(BALF)中细胞计数和分类,同时测定BALF中IL-8含量。 结果 急慢性吸烟大鼠的支气管周围和肺间质均有大量炎症细胞浸润,BALF中白细胞总数和中性粒细胞数均显著高于对照组;其中以急性吸烟早期(第1,2天)炎症细胞浸润明显和细胞数的升高最大,慢性吸烟(60 d)炎症细胞浸润和细胞数的升高有所减少。而BALF中IL-8水平,在吸烟至第7,14,60天才显著高于对照组。NAC能减少炎症细胞浸润,并显著降低BALF中白细胞总数、中性粒细胞数和IL-8水平。 结论 急慢性吸烟在大鼠气道炎症反应中起一定的作用;使用NAC可降低吸烟引起的气道炎症反应。
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    Effect of N-acetylcysteine on airway inflammation in rats with acute and chronic smoking

    Mo Hongying, Zheng Jingping, Zhong Nanshan, et al.

    (Guangzhou Institute of Respiratory Disease,Guangzhou 510120)

    【Abstract】 Objective To assess the effect of N-acetylcysteine (NAC, antioxidant) on the airway inflammation in rats with acute and chronic smoking. Methods All Wistar rats were divided randomly into three groups: ①smoking group, ②intervention group,③control group. The former two groups were to observe the indexes of airway inflammation during different periods (1, 2, 7, 14, 60 d) including pathologic changes of lung tissues, the counting and classifying of white blood cells(WBC) and the concentration of IL-8 in bronchial alveolar lavage fluid(BALF). Results For the acute and chronic smoking rats, the infiltrating inflammation cells were found around bronchiolus and in the lung interstium, Total WBC and neutrophils in BALF were more than those in control group, peaking at early stage (acute smoking d 1, 2), and then decreasing (chronic smoking 60 d); but the concentration of IL-8 in smoking group on 7, 14, 60 d were higher than that in control, NAC could inhibit the infiltrating of inflammation cells and significantly decreased total WBC and neutrophils and the concentration of IL-8 in BALF. Conclusion Acute and chronic smoking have a role in rats airway inflammation reaction which can be inhibited by NAC.
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    【Key words】 N-acetylcysteine Smoking Airway inflammation Interleukin-8 Rats

    吸烟是慢性阻塞性肺疾病(COPD)发生、发展的重要因素之一。吸烟引起肺泡巨噬细胞在肺内聚集、激活,释放出催化因子,如白细胞介素-8(IL-8)及白三烯B4(LTB4)[1,2],其中IL-8是中性粒细胞重要的催化因子。研究表明[1],IL-8与中性粒细胞表面特异性受体结合,导致细胞变形反应、脱颗粒反应及呼吸爆发反应,释放溶酶体,形成超氧化物,从而促进COPD气道炎症反应。N-乙酰半胱氨酸(NAC)在COPD治疗中具有明确的抗氧化作用,但其能否对COPD气道炎症反应具有治疗及保护作用,尚未有确切的结论。为此,我们建立急慢性吸烟诱发的大鼠气道炎症模型,探讨抗氧化剂NAC对减轻气道炎症反应的作用。

    1 材料与方法
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    1.1 主要试剂 香烟(国产),N-乙酰半胱氨酸(NAC)(意大利Zambon公司惠赠),IL-8 ELISA试剂盒(第四军医大学免疫教研室提供)。

    1.2 动物与分组 健康雄性Wistar大白鼠66只,体重140~180 g(由第一军医大学实验动物中心提供),随机分成11组,每组6只。①吸烟组(第1,2,7,14,60天),共5组;②干预(吸烟+NAC)组(第1,2,7,14,60天),共5组;③对照1组。吸烟各组大鼠分别置于本所自制的70 cm×50 cm×50 cm的有机玻璃吸烟箱内吸烟,吸烟量为(3支/次,2次/d),其中每次吸烟时间1 h,每间隔1 h吸烟一次,共8 h处死大鼠(分别于第1,2,7,14及60天进行)。干预组NAC按40 mg/kg胃饲[3],其中在干预(第1,2天)组中,NAC在吸烟前1周开始胃饲,其余组别NAC胃饲与吸烟同日进行,吸烟方法及处理同吸烟组。对照组除不吸烟及无胃饲NAC外,其他饲养条件均相同。
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    1.3 检测方法 大鼠用3%戊巴比妥钠(30 mg/kg)腹腔麻醉后,迅速用器械分离气管,用10 ml生理盐水进行在体肺泡灌洗,缓慢的经气道把液体注入肺脏,再回抽液体,如此进行反复三次,最终回收量约8 ml。离心,取上清液保存于-70℃冰箱中,待采用ELISA法按试剂盒说明书进行整批IL-8测定;沉淀的细胞用白细胞计数板计算肺泡灌洗液(BALF)中白细胞总数,并将其涂片HE染色后进行BALF细胞分类。同时用器械取出游离肺脏,在左肺相同部位切出小块组织用生理盐水冲去上附的凝血块,用3%福尔马林固定待作肺组织病理观察。

    1.4 统计学处理 数据以±s表示,采用SPSS软件进行t检验。

    2 结果

    2.1 肺组织病理改变 对照组Wistar大鼠支气管黏膜层比较完整,气道表面可见较完整的纤毛,支气管周围、肺泡和肺泡间无炎症细胞浸润现象。急性吸烟第1,2天支气管周围、肺泡和肺泡间可见有明显的炎症细胞浸润,第7天后炎症细胞的浸润减少,但从急性吸烟第7,14天至慢性吸烟第60天均出现支气管黏膜上皮的纤毛脱落等损伤现象。NAC干预后,炎症细胞浸润减少、支气管黏膜上皮的纤毛脱落等损伤现象有所改善。
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    2.2 BALF中白细胞总数及分类 急慢性吸烟均能导致Wistar大鼠BALF中白细胞总数及中性粒细胞数增加,与对照组相比均有统计学意义(P<0.01 )。其中以急性吸烟早期细胞数的升高最明显,慢性吸烟细胞数的升高有所下降。用NAC干预后,与各自的吸烟组相比,白细胞总数及中性粒细胞数有显著的下降(P<0.05)。见表1。

    表1 吸烟及胃饲NAC大鼠BALF中白细胞总数和中性粒细胞数的变化(±s)×109/L 组别

    白细胞总数

    中性粒细胞数

    第1天

    第2天

    第7天
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    第14天

    第60天

    第1天

    第2天

    第7天

    第14天

    第60天

    吸烟组

    6.65±0.92*7.42±0.93*

    7.34±0.75*

    5.47±0.95*
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    4.52±0.41*

    1.81±0.35*

    1.88±0.30*

    1.43±0.26*

    1.16±0.21*

    0.55±0.11*

    干预组

    5.00±0.42

    6.23±0.75

    6.24±0.92
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    3.54±0.52

    3.14±0.77

    1.32±0.15

    1.31±0.16

    1.01±0.14

    0.72±0.16

    0.32±0.08

    对照组

    2.98±0.96

    0.18±0.04
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    与对照组比较P<0.01,△ 与各自的吸烟组相比P<0.05

    2.3 BALF中IL-8水平的变化 在急性吸烟第1,2天BALF中IL-8水平与对照组相比差异无显著性(P>0.05)。在吸烟(第7,14,60天)IL-8水平明显高于对照组(P<0.05),以60 d的IL-8水平最高。与各自吸烟组相比,NAC对有显著升高的IL-8水平有明显下调作用(P<0.05),而对差异无显著性的IL-8水平下调作用不明显。见表2。

    表2 吸烟及胃饲NAC大鼠BALF

    中IL-8水平的变化(±s)pg/ml 组别

    第1天

    第2天
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    第7天

    第14天

    第60天

    吸烟组

    35.3±18.1

    70.0±28.3

    78.6±23.8*

    104.6±42.3*

    109.0±36.3*

    干预组

    39.6±11.9
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    43.9±19.4

    43.9±19.4

    52.6±15.3

    56.9±9.7

    对照组

    43.7±12.2

    与对照组相比P<0.05, △与各自的吸烟组相比P<0.053 讨论

    COPD是具有气流阻塞特征的慢性支气管炎和(或)肺气肿。气流阻塞进行性发展,但部分有可逆性,可伴有气道高反应性。气流受限可能由多种因素所致,即可因小气道炎症,黏膜肿胀,分泌物增多,平滑肌痉挛等致气道狭窄,造成气道阻塞,阻力增大 。一直认为小气道病变是慢支气道阻塞的主要原因,Thurlbeck[4]认为许多小气道的病理改变是炎症的表现或结果,如气道狭窄,杯状细胞肥大纤维化,肌层增厚,黏液嵌顿和肺泡粘附力消逝均因气道炎症所致。本研究结果显示,急性吸烟第1,2天支气管周围、肺泡和肺泡间可见有明显的炎症细胞浸润,第7天后炎症细胞的浸润减少,但从急性吸烟第7,14天至慢性吸烟60d均出现支气管黏膜上皮的纤毛脱落等损伤现象。NAC干预后,炎症细胞浸润减少、支气管黏膜上皮的纤毛脱落等损伤现象有所改善。结果表明,抗氧化剂NAC能改善由吸烟引起的大量炎症细胞在肺内聚集,激活导致肺内的气道,小气道病理改变,在减慢肺呼吸功能损害的进展中起保护作用。
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    吸烟是COPD重要的致病因素,蛋白酶与抗蛋白酶失衡是COPD发病的重要机制之一。吸烟引起中性粒细胞在肺泡组织大量聚集的机制有很多:①吸烟通过使肺组织的多种细胞合成和释放催化因子,吸引中性粒细胞至肺泡腔。众多研究已确定,IL-8对中性粒细胞的聚集有很强的催化作用[1]。②吸烟引起中性粒细胞肺内移行时间延长。香烟内的氧化剂可降低中性粒细胞的变形性,从而促使其小血管停滞。③粘附分子对中性粒细胞在血管的粘附及穿越血管内皮细胞的过程中起重要作用。内皮细胞受到细胞因子如TNF-α,IL-8,IL-4等刺激迅速合成表达细胞间粘附分子(ICAM-1),对中性粒细胞粘附在内皮细胞作用消失。本研究对急慢性吸烟Wistar大鼠进行BALF细胞计数,其BALF中白细胞总数和中性粒细胞数增加,与对照组相比差异均有显著性(P<0.01)。其中以急性吸烟早期细胞数的升高最明显,慢性吸烟细胞数的升高有所下降。经NAC干预后,与各自吸烟组相比,BALF中白细胞总数及中性粒细胞数均有显著性下降(P<0.05)。显示:①吸烟引起肺泡巨噬细胞在肺泡内聚集激活;释放出催化因子IL-8,LTB4。最先是协同催化中性粒细胞,使其在肺内大量聚集活化;但LTB4的作用时间很短,而IL-8半衰期长,作用持久,因此导致急性吸烟早期细胞数升高最明显,慢性吸烟细胞数的升高有所下降。②NAC干预后,可减轻吸烟导致的中性粒细胞异常。
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    综上所述多种因素的作用,使中性粒细胞在肺内大量聚集活化,产生大量的弹性蛋白酶,不仅导致蛋白酶/抗蛋白酶失衡,引起肺组织的损伤而且可以导致气道上皮细胞IL-8 mRNA的表达,从而引起IL-8的进一步分泌,形成一种炎症循环。有研究表明,吸烟者BALF的IL-8水平比不吸烟者高[5]。在本研究中,吸烟Wistar大鼠的BALF中IL-8水平,在吸烟第7,14,60天的升高与对照组相比差异均有显著性(P<0.05);而在急性吸烟早期第1,2天的变化无统计学差异。同时发现, NAC对有显著升高的IL-8水平有明显的下调作用;而对差异无显著性的IL-8水平下调作用不明显。提示:①IL-8使中性粒细胞催化聚集;激活的中性粒细胞一方面释放炎性介质损伤支气管;另一方面促进IL-8产生,进一步加重气道炎症,导致COPD的发生。IL-8在此炎症循环中不断放大,因此,持续的吸烟将会使IL-8持续上调。这在慢性炎症疾病中有着重要的临床意义。②NAC的干预通过消除香烟自由基,减缓中性粒细胞在肺内的聚集活化,抑制弹性蛋白酶的大量产生,进一步减少IL-8分泌而具有间接抗炎作用。
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    参考文献

    1,Strieter RM, Kunkel SL. Acute lung injury: the role of cytokines in the elicitation of neutrophils. J Invest Med, 1994,42:640

    2,Morrison D, Strieter RM, Donnelly SC, et al. Neutrophil chemokines in bronchoalveolar lavage fluid and leukocyte-conditioned medium from nonsmokers and smokers. Eur Respir J, 1998,12:1067

    3,Cuzzocrea S, Costantion Q, Caputi AP. Protecitve effect of NAC on cellular energy depletion in a non-septic shock model induced by zymosan in the rat. Shock, 1999, 11(2): 143

    4,Thurlbeck WM. Pathophysiology of chronic obstructive pulmonary disease. Clin Chest Med, 1990,11:389

    5,McCrea K, Ensor JE, Nall K, et al. Altered cytokine regulation in the lung of cigarette smokers. J Respir Crit Care Med,1994,150(3):695

    (收稿日期:2000-06-20), 百拇医药