黃燕,周月鵬,肖壽華,張志堅
(1.江蘇大學附屬醫(yī)院眼科,江蘇鎮(zhèn)江212001;2.江蘇大學附屬醫(yī)院檢驗科,江蘇鎮(zhèn)江212001;3.江蘇大學醫(yī)學院,江蘇鎮(zhèn)江212013)
大鼠角膜穿通傷后局部應用IL-10抑制視網(wǎng)膜炎癥和抗神經(jīng)潰變的研究
黃燕1,周月鵬2,肖壽華1,張志堅3
(1.江蘇大學附屬醫(yī)院眼科,江蘇鎮(zhèn)江212001;2.江蘇大學附屬醫(yī)院檢驗科,江蘇鎮(zhèn)江212001;3.江蘇大學醫(yī)學院,江蘇鎮(zhèn)江212013)
目的:觀察角膜穿通傷后局部應用IL-10對視網(wǎng)膜炎癥反應的抑制和對神經(jīng)潰變的保護作用。方法:將清潔級成年雌性SD大鼠50只,隨機分為對照組(8只)、損傷組和治療組,后兩組(每組21只)再分為損傷1 d、2 d和3 d組(每小組7只)。損傷組用無菌注射器刺穿眼球顳側(cè)角膜緣角膜,制作角膜穿通傷模型。治療組在角膜穿通傷后用IL-10溶液滴眼。各組2只大鼠用于制作眼球切片,免疫熒光染色觀察角膜穿通傷后炎癥因子IL-1β、IL-6和TNF-α以及神經(jīng)絲蛋白-200(neurofilament protein-200,NF-200)、血影蛋白(α-Ⅱspectrin)及鈣蛋白酶2(m-calpain)在視網(wǎng)膜中的分布特征;另5只大鼠用于提取視網(wǎng)膜蛋白,采用免疫印跡法檢測各組大鼠于角膜穿通傷24,48,72 h后,視網(wǎng)膜組織內(nèi)NF-200和血影蛋白降解產(chǎn)物以及活性鈣蛋白酶2相對含量的動態(tài)變化。結(jié)果:對照組視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)層次清楚,IL-1β、IL-6、TNF-α和m-calpain免疫熒光很弱;血影蛋白和NF-200免疫熒光染色可清晰顯示陽性神經(jīng)纖維;角膜穿通傷后,視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)層次模糊,TNF-α、IL-1β,IL-6和m-calpain免疫熒光增強,主要分布在內(nèi)層;NF-200和血影蛋白免疫熒光染色顯示陽性神經(jīng)纖維明顯減少;IL-10治療后,TNF-α、IL-1β,IL-6和m-calpain免疫熒光減弱,血影蛋白和NF-200陽性神經(jīng)纖維明顯多于損傷組。免疫印跡檢測結(jié)果表明,損傷組視網(wǎng)膜組織內(nèi)大分子的NF-200和血影蛋白含量逐漸減少,其小分子的降解產(chǎn)物以及小分子的活性m-calpain逐漸增加;在IL-10治療組,NF-200和血影蛋白的降解產(chǎn)物以及活性m-calpain的增加程度明顯減輕。結(jié)論:角膜穿通傷可刺激視網(wǎng)膜細胞高表達炎癥因子IL-1β,IL-6和TNF-α,導致組織的炎癥損傷,同時激活m-calpain,后者降解視網(wǎng)膜細胞骨架蛋白NF-200和血影蛋白,造成神經(jīng)潰變;局部應用IL-10可減輕炎癥反應,抑制m-calpain對骨架蛋白的降解,從而對視網(wǎng)膜細胞產(chǎn)生保護作用。
角膜穿通傷;視網(wǎng)膜;炎癥;神經(jīng)潰變;白介素-10;大鼠
各種組織和器官的原發(fā)性損傷均可使機體產(chǎn)生全身和局部的應激反應,刺激損傷組織細胞過度表達各種炎癥因子,引起炎癥反應,造成原發(fā)性損傷組織及其周邊組織的繼發(fā)性損傷。眼球穿通傷是一種常見的眼外傷,如果不進行有效的治療將會導致嚴重的繼發(fā)性損傷,如視網(wǎng)膜神經(jīng)潰變。我們先前的研究發(fā)現(xiàn),大鼠角膜穿通傷可刺激眼球壁組織分泌熱休克蛋白90和大量炎癥因子(IL-1β、IL-6、TNF-α),導致視網(wǎng)膜產(chǎn)生炎癥損傷,并激活鈣蛋白酶2(m-calpain),降解視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞中的骨架蛋白,如神經(jīng)絲蛋白-200(neurofilament protein-200,NF-200)和血影蛋白(α-Ⅱspectrin)等,最終導致神經(jīng)潰變[1-2]。已有文獻報道,IL-10為重要的抗炎因子,可抑制炎癥因子的產(chǎn)生,減輕組織損傷后的炎癥反應[3]。IL-10還具有神經(jīng)營養(yǎng)作用,可以防止神經(jīng)潰變和促進神經(jīng)再生[4-7]。本研究基于IL-10的上述生物學作用,在大鼠角膜穿通傷后,局部應用IL-10,觀察其抑制視網(wǎng)膜炎癥反應和抗神經(jīng)潰變的療效,為臨床應用IL-10治療角膜穿通傷導致的繼發(fā)性視網(wǎng)膜損傷提供實驗和理論依據(jù)。
1.1 主要試劑
兔抗m-calpain抗體、小鼠抗NF-200單克隆抗體、小鼠抗血影蛋白單克隆抗體及小鼠抗β-肌動蛋白單克隆抗體均為Santa Cruz公司產(chǎn)品;兔抗小鼠IgG-cy3、羊抗兔IgG-cy3為Sigma公司產(chǎn)品;羊抗兔IgG-HRP、兔抗小鼠IgG-HRP購自武漢博士德生物工程有限公司。
1.2 實驗動物及分組
清潔級成年雌性SD大鼠50只(100眼),由江蘇大學實驗動物中心提供,體質(zhì)量為250 g左右。所有大鼠均健康、無眼疾,飼養(yǎng)與使用均遵照視覺與眼科研究協(xié)會制定的科研動物使用規(guī)范。將大鼠隨機分為正常對照組(8只),角膜穿通傷組(損傷組)和IL-10治療組,后兩組(每組21只)再分為損傷1 d、2 d和3 d組。
1.3 動物模型的制作方法
制作模型前24 h大鼠眼部涂抹紅霉素眼膏預防感染。經(jīng)0.3%戊巴比妥鈉(30 mg/kg)腹腔注射麻醉,雙側(cè)眼眶周圍采用碘伏消毒,用75%的乙醇脫碘,0.4%鹽酸奧布卡因滴眼液結(jié)膜囊表面麻醉,無菌生理鹽水沖洗雙眼結(jié)膜囊。在雙眼顳側(cè)(左眼3點鐘方向,右眼9點鐘方向)角膜緣前2 mm處用1 mL無菌注射器迅速刺穿角膜,針尖指向鼻側(cè),進針約0.5 mm,眼球內(nèi)無出血、有房水外溢為造模成功,術(shù)后眼部涂抹紅霉素眼膏預防感染。IL-10治療組于角膜穿通傷后立即給予球旁注射質(zhì)量濃度為10μg/mL的IL-10液體10μL(凈含量為100 ng),并每隔12 h用微量注射器給予傷眼上述濃度液體20μL滴眼,滴眼后眼浴1 min。對照組用生理鹽水代替IL-10治療。
1.4 眼球的取材、切片制作及免疫熒光染色
正常組、角膜穿通傷組和IL-10治療組大鼠按預定時間,以0.3%戊巴比妥鈉(30 mg/kg)麻醉,經(jīng)左心室-主動脈弓依次灌注生理鹽水400 mL和4℃的4%低聚甲醛溶液400 mL后摘取眼球,并置入4%低聚甲醛溶液中,4℃固定24 h。將固定后的眼球取出置入30%蔗糖磷酸鹽緩沖液中4℃浸泡12 h,至眼球下沉后取出。經(jīng)OCT包埋后在恒冷箱切片機(Leica公司)中沿瞳孔視神經(jīng)軸進行切片,片厚20μm,貼片、晾干6 h后將眼球組織切片置入4℃的4%低聚甲醛溶液中固定2 h,按以下步驟進行免疫熒光染色:磷酸鹽緩沖液(PBS)漂洗切片5 min,0.25%TritonX-100溶液37℃孵育1 h,PBS漂洗5 min;用3%牛血清白蛋白溶液37℃封閉1 h。分別用抗炎癥因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)、抗細胞骨架蛋白NF-200、血影蛋白和抗m-calpain的抗體4℃孵育過夜,再37℃孵育1 h,PBS漂洗5 min后分別用Cy3標記的相應第二抗體(1∶300稀釋度)孵育1 h,PBS漂洗5 min,用Hochest33342復染細胞核,PBS漂洗5 min,中性甘油封片。陰性對照用PBS代替第一抗體,其余步驟同上。染色后切片用Leica熒光顯微鏡觀察上述蛋白在視網(wǎng)膜的分布。
1.5 視網(wǎng)膜組織蛋白的提取和免疫印跡檢測
各組大鼠分別用0.3%戊巴比妥鈉腹腔麻醉,摘取眼球,切開眼球壁,剝離視網(wǎng)膜組織,放入含100μL 4℃裂解液的EP管,用超聲粉碎儀于冰浴中粉碎組織,將裂解后的視網(wǎng)膜組織勻漿于4℃離心后吸取上清,與等體積2×電泳上樣緩沖液混勻后煮沸5 min,使蛋白變性,-70℃凍存?zhèn)溆?。常?guī)配置8%聚丙烯酰胺凝膠,以每泳道10μL等體積上樣,電泳并轉(zhuǎn)膜。用脫脂奶粉溶液封閉已轉(zhuǎn)印蛋白的PVDF膜1 h。分別用抗NF-200、血影蛋白和抗m-calpain抗體(1∶200)室溫孵育2 h,同時用GAPDH抗體(1∶200)孵育,以顯示內(nèi)參條帶;再用HRP標記的相應第二抗體(1∶5 000),室溫孵育1 h,用ECL增強發(fā)光劑顯示蛋白條帶,用Typhoon 9400分子成像系統(tǒng)(美國通用公司)掃描,保存圖片。測定目的蛋白免疫印跡條帶的光密度值。NF-200和血影蛋白降解產(chǎn)物以及活性m-calpain的相對含量用小分子質(zhì)量蛋白條帶的光密度值與大分子質(zhì)量蛋白條帶的光密度值比值的均數(shù)表示。
1.6 統(tǒng)計學處理
采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件,對各組大鼠視網(wǎng)膜組織內(nèi)目的蛋白的小分子質(zhì)量蛋白條帶的光密度值與大分子質(zhì)量蛋白條帶的光密度值比值進行配對t檢驗,分析各組間、組內(nèi)的NF-200和血影蛋白降解產(chǎn)物以及活性m-calpain的相對含量差異,以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
2.1 視網(wǎng)膜組織切片的免疫熒光染色結(jié)果
正常對照組視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)層次清楚,IL-1β、IL-6和TNF-α免疫熒光很弱。角膜穿通傷后24、48和72 h組的視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)免疫熒光表達存在差異,其中變化明顯的時間段為損傷后48 h。角膜穿通傷后48 h,IL-1β、IL-6和TNF-α免疫熒光明顯增強,主要分布在雙極細胞層、節(jié)細胞層和視神經(jīng)纖維層;IL-10治療后,IL-1β、IL-6和TNF-α免疫熒光明顯減弱(圖1)。在正常對照組,NF-200和血影蛋白免疫熒光染色可清晰顯示視神經(jīng)纖維層的陽性神經(jīng)纖維,m-calpain免疫熒光很弱;角膜穿通傷后48 h,NF-200和血影蛋白免疫熒光染色顯示陽性神經(jīng)纖維明顯減少,m-calpain免疫熒光明顯增強;IL-10治療后,NF-200和血影蛋白陽性神經(jīng)纖維明顯多于損傷組,m-calpain免疫熒光較損傷組減弱(圖2)。
2.2 免疫印跡檢測結(jié)果
在損傷組,視網(wǎng)膜組織內(nèi)大分子質(zhì)量的NF-200和血影蛋白含量逐漸減少,其小分子質(zhì)量的降解產(chǎn)物以及小分子質(zhì)量的活性m-calpain逐漸增加;在IL-10治療組,NF-200和血影蛋白的降解產(chǎn)物以及活性m-calpain的增加程度明顯減輕(圖3)。
統(tǒng)計學處理結(jié)果表明,IL-10治療組的小分子NF-200(表1)和血影蛋白(表2)降解產(chǎn)物以及活性m-calpain(表3)的相對含量明顯低于損傷組(P<0.05)。我們前期的實驗已觀察過對照組與損傷組間的蛋白表達存在差異[2],故本文只列出損傷組與治療組間蛋白表達差異。
表1 大鼠視網(wǎng)膜NF-200降解產(chǎn)物的相對含量n=5±s
24 h 48 h 72 h損傷組組別1.35±0.15 1.57±0.18 5.17±0.53治療組 0.75±0.07 1.15±0.13 1.87±0.18 t值8.10 4.23 13.18 P值 <0.05 <0.05 <0.05
表2 血影蛋白降解產(chǎn)物的相對含量 n=5,±s
24 h 48 h 72 h損傷組5.15±0.65 8.71±0.85 13.57±1.35治療組 1.95±0.21 5.15±0.47 7.19±0.75 t值10.40 8.19 9.24 P值 <0.05 <0.05 <0.05組別
表3 大鼠視網(wǎng)膜活性鈣蛋白酶2相對含量n=5,±s
24 h 48 h 72 h損傷組組別2.15±0.15 2.75±0.19 3.55±0.33治療組 1.35±0.11 1.73±0.18 2.19±0.23 t值9.62 8.71 7.56 P值 <0.05 <0.05 <0.05
已有研究結(jié)果表明,角膜穿通傷可引起眼球組織的應激反應,刺激組織細胞產(chǎn)生多種炎癥因子,如IL-1β、IL-6和TNF-α等[1]。上述炎癥因子可損傷細胞膜,導致細胞內(nèi)Ca2+超載,激活鈣依賴性蛋白酶m-calpain[8-9]。激活的m-calpain亦可以促進上述因子的過度表達,從而形成惡性循環(huán),加重組織損傷[10]。此外,激活的m-calpain可降解神經(jīng)細胞中NF-200和血影蛋白等骨架蛋白,造成神經(jīng)細胞的壞死和神經(jīng)纖維的潰變[11-15]。因此,應用藥物抑制眼球損傷后的眼球壁組織炎癥因子的表達,減輕細胞內(nèi)Ca2+超載,將可降低m-calpain的活性,減輕NF-200和血影蛋白等骨架蛋白的降解,對視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞和神經(jīng)纖維起到保護作用。
IL-10是一重要的抗炎因子,可抑制促炎因子的產(chǎn)生,發(fā)揮下調(diào)炎癥反應的生物學作用[3]。新近的研究表明,IL-10除了抑制炎癥反應以外,還具有抑制組織損傷后細胞內(nèi)Ca2+超載的作用,應用IL-10可通過降低鈣蛋白酶和caspases活性,減輕腦缺氧導致的神經(jīng)細胞凋亡[16-18]。IL-10還具有直接的神經(jīng)營養(yǎng)作用和促進神經(jīng)細胞分化和突觸形成的作用[19-20]。本研究利用IL-10的上述抗炎和對神經(jīng)細胞損傷的保護作用,在角膜穿通傷后局部應用IL-10藥液滴眼,以評價其對角膜穿通傷后視網(wǎng)膜炎癥損傷和神經(jīng)潰變的治療效果。實驗結(jié)果表明,角膜穿通傷后,視網(wǎng)膜細胞廣泛表達炎癥因子TNF-α、IL-1β,IL-6和鈣蛋白酶m-calpain,同時NF-200和血影蛋白免疫熒光染色顯示視網(wǎng)膜的陽性神經(jīng)纖維明顯減少,說明角膜穿通傷可導致視網(wǎng)膜炎癥損傷和神經(jīng)纖維的潰變;IL-10治療后,上述炎癥因子和mcalpain免疫熒光明顯減弱,血影蛋白和NF200陽性神經(jīng)纖維明顯多于損傷組。免疫印跡檢測結(jié)果亦顯示IL-10治療后,視網(wǎng)膜組織內(nèi)NF-200和血影蛋白的降解產(chǎn)物以及活性m-calpain相對含量減少。
綜上所述,IL-10可抑制角膜穿通傷導致的視網(wǎng)膜炎癥因子的表達,降低m-calpain的活性,減輕NF-200和血影蛋白的降解,防止視網(wǎng)膜神經(jīng)細胞的壞死和神經(jīng)纖維的潰變。本研究結(jié)果為臨床應用IL-10治療角膜穿通傷導致的繼發(fā)性視網(wǎng)膜損傷提供了實驗和理論依據(jù)。
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Topical application of IL-10 inhibits inflammation and reduces neural degeneration of the retina after corneal penetrating injury in rats
HUANG Yan1,ZHOU Yue-peng2,XIAO Shou-hua1,ZHANG Zhi-jian3
(1.Department of Ophthalmology,2.Department of Laboratory,the Affiliated Hospital of Jiangsu University,Zhenjiang Jiangsu 212001;3.School of Medicine,Jiangsu University,Zhenjiang Jiangsu 212013,China)
Objective:To investigate the mechanisms of that IL-10 inhibits inflammation and reduces neural degeneration of the retina after corneal penetrating injury in rats.M ethods:A total of 50 adult female ratswere randomly divided into three groups:A,the normal control group(8 rats);B,the corneal penetrating injury group(21 rats);and C,the IL-10 treated group(21 rats).B and C groupswere subdivided into the subgroups suffered from corneal penetrating injury for 24 hours,48 hours and 72 hours,respectively.The animals of C group suffered from corneal penetrating injury and then were treated with topical application of IL-10.Two rats in each group were used tomake tissue sections of eyeball.The sections were immunofluorescence stained with antibodies against IL-1β,IL-6,TNF-α,neurofilament protein-200(NF200),α-Ⅱspectrin and m-calpain.The relative contents of activated m-calpain and the degradationproducts of NF200 andα-Ⅱspectrin of the retina tissueswere detected by western blotting.Results:The immunofluorescence staining of IL-1β,IL-6,TNF-αand m-calpain in normal retina were very weak,and became stronger in the retina of corneal penetrating injury groups.After treated with IL-10,the intensity of immunofluorescence staining of IL-1β,IL-6,TNF-αand m-calpain reduced.The immunofluorescence staining of NF200 andα-Ⅱspectrin wereweaker in the corneal penetrating injury group than those in the normal group;after treated with IL-10,the intensity of immunofluorescence staining of NF200 andα-Ⅱspectrin became stronger than those in the corneal penetrating injury group.Western blotting showed that the relative contents of activated m-calpain and the degradation products of NF200 andα-Ⅱspectrin of the retina tissues in IL-10 treated group were lower than those in the corneal penetrating injury group.Conclusion:The expressions of IL-1β,IL-6 and TNF-αwere up-regulated after corneal penetrating injury and then activate them-calpain localized in retinal tissues.The activatem-calpian could degrade the cytoskeleton proteins NF200 andα-Ⅱspectrin leading to nerve degeneration of retina;treatmentwith topical application of IL-10 could reduce the expressions of IL-1β,IL-6 and TNF-αand inhibit the activity ofm-calpian,which protect the animals from nerve degeneration of the retina after corneal penetrating injury.
corneal penetrating injury;retina;inflammation;neural degeneration;IL-10;rat
R774.1
A
1671-7783(2014)06-0461-05
10.13312/j.issn.1671-7783.y140269
江蘇大學臨床醫(yī)學科技發(fā)展基金資助項目(JLY2010146)
黃燕(1972—),女,江蘇鎮(zhèn)江人,主治醫(yī)師,主要從事眼科疾病臨床研究;肖壽華(通訊作者),主任醫(yī)師,E-mail:0511syj@163.com
2014-09-21 [編輯] 陳海林