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编号:10289310
哮喘豚鼠血红素氧合酶-1与内源性一氧化碳的相关性
http://www.100md.com 《中华儿科杂志》 1999年第9期
     作者:王虹 李华强 潘捷

    单位:王虹 110042 沈阳,空军第四六三医院儿科;李华强、潘捷 第三军医大学野战外科研究所大坪医院儿科

    关键词:血红素氧合酶;一氧化碳;GMP;哮喘

    中华儿科杂志990913 【摘要】 目的 探讨血红素氧合酶-1(HO-1)和内源性一氧化碳(CO)在哮喘发病机制中的作用及相互关系。方法 利用哮喘豚鼠模型及药物预防,用分光光度法检测豚鼠血一氧化碳血红蛋白(COHb)和血清及肺组织匀浆上清液HO-1活性水平,放射免疫竞争抑制法检测血浆cGMP。结果 哮喘组全血COHb (9.2±1.4)%;HO-1活性:血清(113.3±17.7) nmol/(L.h)、肺组织(55.5±5.6) nmol/(mg.h);血清cGMP(1.59±0.30) pmol/mg,分别与地塞米松预防组和正常组比较差异有非常显著意义(t=11.51~22.47,P<0.01)。地塞米松预防组与正常组比较,差异亦有非常显著意义(除cGMP外,P<0.01)。血清与肺组织的HO-1活性水平呈正相关,且分别与血COHb和cGMP含量亦呈正相关(r=0.86~0.97, P<0.01)。结论 哮喘时豚鼠体内HO-1活性、内源性CO和cGMP水平同时升高,三者在哮喘发病机制中具有重要的作用和必然的联系。
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    Relationship between heme oxygenase-1 and endogenous CO in asthma model of guinea pigs

    WANG Hong*, LI Huaqiang,PAN Jie.

    *Department of Pediatrics, Air Force 463 Hospital, Shenyang 110042

    【Abstract】 Objective To explore the mechanisms of heme oxygenase-1 (HO-1) and endogenous CO and the relationship between them in asthma. Methods Guinea pig models of asthma were applied, some of them were treated with dexamethasone. Levels of HO-1 activity, COHb and cGMP in serum or lung tissue were determined by using spectrophotometry etc. Results In acute asthmatic group, COHb in blood was (9.2±1.4)%, cGMP (1.59±0.30) pmol/mg and HO-1 activity was (113.2±17.7) nmol/(L.h) in serum and (55.5±5.6) nmol/(mg.h) in lung. These parameters significantly increased as compared with normal control group and dexamethasone-treated group (t=11.51~22.47, P<0.01). However, all the above parameters except for cGMP of dexamethasone-treated group were higher than those of normal controls (P<0.01). HO-1 activities in serum and lung tissue were positively correlated with each other or with the COHb and cGMP (r=0.86~0.97,P<0.01). Conclusion In asthma, the increased HO-1 activity resulted in increase of endogenous CO that can enhance cGMP.
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    【Key words】 Heme oxygenase Carbon monoxide Cyclic GMP Asthma

    有研究发现哮喘患者肺呼出高浓度的内源性一氧化碳(CO),并推测与血红素氧合酶-1(Heme Oxygenase-1,HO-1)相关[1,2]。为探索这种假设,我们实验利用哮喘豚鼠模型,研究两者在哮喘发病机制中的作用与相互关系。

    材料和方法

    一、哮喘动物模型制备和药理学干预

    选择2月龄、饲养条件一致的健康雄性豚鼠30只(第三军医大学实验动物中心提供),体重(150±20)g,完全随机分为3组:哮喘组、地塞米松预防组和正常组,每组10只。参照Huston等[3]的方法,在实验第1、4、7天将1%卵蛋白(OVA)用402型超声雾化器面罩对哮喘组豚鼠雾化吸入3分钟致敏,第21天用2% OVA雾化吸入5分钟诱发其哮喘发作。地塞米松预防组在致敏的第16天给予地塞米松0.5 mg/(kg.d)腹腔注射,连续6天,诱发前12小时停药。正常组用生理盐水代替OVA致敏豚鼠,诱发同哮喘组。
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    二、标本制备

    所有实验动物在诱发后24小时采集标本。实验豚鼠麻醉后,开胸暴露心脏,经右心室采集血液标本,部分全血立即做一氧化碳血红蛋白(COHb)测定,部分分离血清或血浆-70℃保存待测。将血排尽后,取肺组织(正常组同时取肝组织),用冷0.1 mol/L KH2PO4缓冲液(pH 7.4)充分漂洗后,加4倍溶积同种缓冲液,用组织匀浆器匀浆,高速、低温(4℃)离心(13 000×g/分)15分钟后去除脂层,收集上清液-70℃保存待测。

    三、检测项目和方法

    1.全血COHb含量:采用双波长定量测定,参照乐宏元等的[4]方法,新鲜血加入Na2S2O4(保险粉),使样品中多组份的血红蛋白转化为Hb和COHb两个组份,在721A型分光光度计上,用420 nm和432 nm两个波长测定吸光度,依比尔定律建立综合方程式,求出全血COHb的百分比含量(%)。
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    2.HO-1 活性测定:采用HO-1降解血红素生成胆红素和CO原理,测定样品反应物中胆红素生成量代表HO-1活性。分别取肺匀浆上清液和血清20 μl、加入2 mmol/L正铁血红素(美国Sigma公司提供)40 μl,4.5 mmol/L还原型辅酶Ⅱ(NADPH,德国Boehyinger Manneim公司提供)40 μl,同一只正常组豚鼠的肝组织匀浆上清液20 μl(作为胆绿素还原酶的来源,同时去除肝HO-1的干扰)、0.1 mol/L KH2PO4缓冲液(pH 7.4)1.8 ml,置37℃暗处10分钟,之后将反应物棕色小瓶置于冰上以终止反应。不含NADPH的样品作空白对照,样品与空白均做双份,在分光光度计上用464 nm和530 nm双波长测定胆红素生成量(胆红素摩尔吸光系数0.025 nm/cm)[5],其单位表示法:每小时每升血清或每毫克蛋白生成胆红素量(胆红素nmol/(L.h),nmol/(mg.h)。肺匀浆上清液蛋白含量的测定采用Lowry法。
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    3.肺匀浆上清液cGMP水平测定:采用碘125标记的环磷酸鸟苷(I125-cGMP)放射免疫竞争抑制分析法,按试剂盒说明操作(上海中医药学院提供),以每毫克蛋白生成量表示(pmol/mg)。

    4.肺组织病理学检查:4%多聚甲醛固定、石蜡包埋的肺组织块切片,厚度5 μm,常规HE染色,光镜检查。

    四、统计学处理

    检验结果以均值±标准差()表示,采用显著性t或t′检验及直线相关分析法。

    结果

    一、 哮喘豚鼠模型一般情况及肺组织病理结果

    哮喘组所有豚鼠均在致敏后21天经2% OVA诱导出哮喘发作症状,如烦躁、咳嗽、打喷嚏、呼吸加深加快,严重者口唇发绀等。其肺组织较正常组有明显的嗜酸粒细胞浸润和气道上皮肿胀、脱落。地塞米松预防组哮喘发作症状及肺组织病理改变明显较轻(仅肺泡腔内偶见嗜酸粒细胞)。正常组未出现哮喘发作症状,肺组织无异常改变。
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    二、血清和肺匀浆HO-1活性的变化(表1)

    表1 各组血和肺组织各项指标检测结果比较() 组别

    例数

    全血COHb

    (%)

    HO-1活性

    cGMP

    血清

    [nmol/(L.h)]

    肺匀浆上清液
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    [nmol/(mg.h)]

    肺匀浆上清液

    (pmol/mg)

    (A)哮喘发作组

    10

    9.23±1.39

    113.2±17.7

    55.5±5.6

    1.59±0.30

    (D)地塞米松预防组

    10
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    1.05±0.12

    40.0± 8.0

    23.6±2.9

    0.51±0.14

    (C)正常组

    10

    0.74±0.12

    31.05± 2.0

    12.7±2.4

    0.40±0.13

    组间比较t值

    D与C
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    5.87*

    3.44

    9.05*

    1.79

    A与C

    19.24

    14.59

    22.47

    11.51

    A与D

    18.54
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    11.92

    16.00

    10.32

    注:t检验:* P<0.01;t′检验: P<0.01

    哮喘组血清和肺匀浆HO-1活性同时增加,超过正常组血清3.27倍、肺组织4.56倍(P<0.01)。地塞米松预防组较哮喘组明显下降(P<0.01),但仍高于正常水平。

    三、全血COHb和肺组织cGMP水平的变化(表1)

    哮喘组各项指标均明显高于地塞米松预防组和正常组(P<0.01),差异有非常显著意义。地塞米松预防组血COHb也高于正常组(P<0.01),差异有非常显著意义,但肺组织cGMP水平与正常组之间差异无显著意义。
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    肺匀浆HO-1活性与血清HO-1活性、全血COHb和血浆cGMP均呈正相关(r分别为0.97、0.90、0.86,P均<0.01),血清HO-1活性与COHb亦呈正相关(r=0.89, P<0.01)。

    讨论

    参照Huston等方法制作的哮喘豚鼠模型与哮喘自然形成的变态反应相似。本组采用OVA雾化致敏豚鼠后,在诱发1~3分钟内均出现了哮喘发作症状如烦躁、打喷嚏、咳嗽、呼吸加深加快,口唇发绀等。肺组织细胞数和嗜酸粒细胞浸润明显增多,气道粘膜水肿、上皮不完整等病理改变,说明模型制作成功[3]

    实验结果证明,哮喘豚鼠伴随哮喘症状加重,其血清和肺组织 HO-1活性水平明显升高,反之,地塞米松使哮喘症状减轻或缓解时,却使HO-1活性水平下降,这就提示HO-1参与了哮喘的发病机制。其增加机制可能解释如下:血红素氧合酶(HO)系统是由HO-1、HO-2和HO-3[6]构成,HO-2与HO-3不被诱导,HO-1可被诱导[3],易受哮喘时的许多种因素影响而可能诱导肺巨噬细胞、浸润的嗜酸性粒细胞、气道平滑肌和上皮细胞、血管平滑肌和内皮细胞等HO-1 mRNA的转录,导致HO-1蛋白合成和活性明显增加[2],所以,哮喘时血清HO-1活性水平升高,检测血清HO-1活性能反映肺HO-1活性和蛋白合成的状态。
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    因本实验动物无吸烟史及CO吸入或中毒史,所以全血COHb含量测定可以代表内源性CO水平。实验结果表明哮喘豚鼠体内内源性CO和cGMP水平在哮喘时伴随HO-1活性水平升高而上升,而在哮喘症状减轻或缓解时,随HO-1水平下降而同时降低,这与Zayasu等[1]的推测相一致,这说明HO-1 与CO在哮喘发病机制中存在着必然的联系。 Maines等[2]认为HO系统是产生内源性CO的唯一途径,血红素经HO系统降解生成胆红素和CO,而经其它方式降解的血红素不生成CO。因此,哮喘时体内内源性CO水平升高与HO-1活性增加密切相关。

    已证明CO与NO一样具有第二信使分子样作用,它作为可溶性鸟苷酸环化酶(sGC)分子血红素部分的配体,与其结合而激活sGC[2],间接介导cGMP生成增加。哮喘时细胞内增多的CO可能弥散到临近的细胞内,激活局部和临近的细胞内的sGC,能使cGMP大量地生成,介导哮喘的病理生理功能改变。
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    另一方面,HO-1、CO和cGMP又能促进肺巨噬细胞、肥大细胞、嗜酸粒细胞等合成和释放炎症介子,如组织胺、白细胞三烯、血小板活化因子、前列腺素等,分泌炎性细胞因子如IL-1、IL-4、IL-5和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等,从而参与哮喘气道的变应性炎症和上皮等肺组织的损伤过程,进而又导致气道平滑肌收缩、增生肥大,使气道阻力增加而增强哮喘的气道高反应性。因此,HO-1、CO和cGMP在哮喘中的双重作用需进一步探讨。

    参考文献

    1 Zayasu K,Sekizawa K,Okinaga S,et al. Increased carbon monoxide in exhaled air of asthmatic patients. Am J Respir Crit Care Med, 1997,156:1140-1143.

    2 Maines MD. The heme oxygenase system : a regulation of second messenger gases. Annu Rev Pharmacol Toxicol, 1997,37:517-554.
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    3 Huston PA, Church MK, Clay TP, et al. Early and late phase bronchocontriction after allergen challenge of nonanesthetized guinea pigs. Am Rev Respir Dis,1988,137:548-557.

    4 乐宏元,宋小兴,刘和平.一氧化碳血红蛋白双波长定量测定.临床检验杂志,1996,14:87-88.

    5 Yet SF,Pellacani A,Patterson C,et al. Induction of heme oxygenase-1 expression in vascular smooth muscle cell. J Biol Chem, 1997,272:4295-4301.

    6 McCoubrey WK, Huang JTJ, Maines MD. Isolation and characterization of a cDNA from the rat brain that encodes hemoprotein heme oxygense-3.Eur J Biochem, 1997,247: 725-732.

    (收稿:1998-05-13 修回:1999-06-02), http://www.100md.com