馬祥 劉洪 李群英 梁宗安
(1.成都市第一人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科,四川 成都 610041;2.四川大學(xué)華西醫(yī)院呼吸內(nèi)科, 四川 成都 610041)
·論著·
地塞米松對哮喘小鼠CD4+CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞及IL-4 TGF-β水平的影響*
馬祥1劉洪1李群英1梁宗安2
(1.成都市第一人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科,四川 成都 610041;2.四川大學(xué)華西醫(yī)院呼吸內(nèi)科, 四川 成都 610041)
【摘要】目的探討地塞米松對哮喘小鼠CD4+、CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞( regulatory T cells,Treg) 及IL-4、TGF-β水平的影響。方法30只雄性BALB/c小鼠隨機(jī)分為正常對照組、哮喘組及地塞米松組3組各10只;利用雞卵白蛋白腹腔注射、霧化吸入制備哮喘模型;使用流式細(xì)胞儀分別檢測各組小鼠脾臟單個核細(xì)胞CD4+、CD25+Treg細(xì)胞占CD4+T細(xì)胞的百分比;使用Western Blot方法分析IL-4在小鼠肺組織中的表達(dá)情況;使用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)方法檢測各組小鼠血清中TGF-β的水平。結(jié)果哮喘組小鼠脾單個核細(xì)胞CD4+、CD25+Treg細(xì)胞百分比及TGF-β水平較正常對照組降低(均P<0.05),哮喘組IL-4水平較正常對照組增高(P<0.05),地塞米松組與正常對照組比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。 結(jié)論哮喘小鼠CD4+、CD25+Treg數(shù)量的減少,功能的下降,可能參與了哮喘的發(fā)病過程,地塞米松可能通過上調(diào)CD4+、CD25+Treg比例,調(diào)節(jié)T細(xì)胞亞群失衡來發(fā)揮抗炎作用。
【關(guān)鍵詞】哮喘; CD4+、CD25+、調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞; IL-4; TGF-β; 小鼠
支氣管哮喘是一種以慢性氣道炎性為特點(diǎn)的變態(tài)反應(yīng)性疾病,其發(fā)病過程由多種炎性細(xì)胞參與。目前研究認(rèn)為,Th2細(xì)胞表達(dá)過度所致的Th1/Th2細(xì)胞失衡是哮喘發(fā)病的免疫學(xué)基礎(chǔ)[1],機(jī)體的免疫功能紊亂導(dǎo)致炎性損傷,這類炎性損傷反復(fù)進(jìn)行、發(fā)生,在哮喘的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。近年來,隨著關(guān)于哮喘發(fā)病機(jī)制的深入研究,研究者們發(fā)現(xiàn),哮喘的臨床表現(xiàn)和治療反應(yīng)并不能完全用Th1/Th2 平衡理論來解釋。調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞( regulatory T cell,Treg細(xì)胞) 是CD4+T細(xì)胞的一組亞型,主要對免疫功能起負(fù)調(diào)節(jié)作用,從而加強(qiáng)免疫耐受,以維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。CD4+、CD25+Treg是CD4+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的一種類型,構(gòu)成了大多數(shù)的Treg細(xì)胞群。研究顯示,CD4+、CD25+Treg可能參與了哮喘的發(fā)病過程,關(guān)于其如何參與、介導(dǎo)哮喘的發(fā)生,是目前研究的熱點(diǎn)。有研究認(rèn)為,分泌抑制性細(xì)胞因子TGF-β、抑制Th2 細(xì)胞活化、抑制Th2類細(xì)胞因子的產(chǎn)生可能是CD4+、CD25+Treg抑制哮喘發(fā)生的主要方式[2]。本研究以哮喘小鼠為對象,分析哮喘小鼠體內(nèi)CD4+、CD25+Treg、Th2類細(xì)胞因子IL-4、TGF-β的表達(dá)情況及地塞米松干預(yù)對其的影響。
1材料與方法
1.1實(shí)驗(yàn)動物健康雄性BALB/c小鼠(體重20g左右,8周齡,清潔級2級,四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院動物實(shí)驗(yàn)中心提供)30只,隨機(jī)分成正常對照組、哮喘組及地塞米松組3組,每組分別10只。
1.2儀器與試劑主要實(shí)驗(yàn)儀器:低溫高速離心機(jī)(德國Heraeus公司);超聲霧化器(德國Boehringger Ingelhei);蛋白濃度分析儀(美國BIO-RAD公司);CYTOMICS- FC500流式細(xì)胞儀(美國 BACK MAN COULTER 公司)。主要實(shí)驗(yàn)試劑:雞卵蛋白(美國 Sigma 公司); 氫氧化鋁(天津三廠); 小鼠淋巴細(xì)胞分離液(天津TDB生物技術(shù)發(fā)展中心);Anti-Mouse CD4 PE-Cy5、Anti-Mouse CD25 PE及相應(yīng)同型對照(美國eBioscience公司);山羊抗兔IgG(購于北京中杉金橋生物公司);兔抗大鼠IgG(武漢博士德生物工程有限公司)。
1.3動物模型制備 參照J(rèn).C. Kips[4]和Matthew E等[5]提出的方法并適當(dāng)調(diào)整來制備哮喘模型。正常對照組:分別在第1、8、14天腹腔注射生理鹽水0.5ml,第15天開始將小鼠置于密閉空間內(nèi),霧化吸入生理鹽水,1天1次,1次30分鐘,連續(xù)7天;哮喘組:分別在第1、8、14天腹腔注射預(yù)先制備的抗原液0.5 ml(含20μg 卵白蛋白、2.25 mg 氫氧化鋁)以致敏,第15天開始將小鼠置于密閉空間內(nèi),予1%卵白蛋白(OVA)霧化吸入激發(fā),連續(xù)7天。地塞米松組:同樣使用腹腔注射抗原液使小鼠致敏,但在霧化吸入卵白蛋白前30分鐘腹腔注射地塞米松(2.5mg/kg)。
1.4分離脾單個核細(xì)胞在最后一次激發(fā)結(jié)束后,通過引頸的方式處死小鼠,取出脾臟,將其剪成多個小塊,放在細(xì)胞篩上進(jìn)行研磨、過濾,制備脾單個核細(xì)胞懸液,并調(diào)節(jié)細(xì)胞濃度為106個細(xì)胞/ml,最后使用流式細(xì)胞儀檢測各組CD4+、CD25+Treg占CD4+T細(xì)胞的百分率。
1.5肺病理切片的制備取出小鼠的左肺,使用10%中性甲醛固定24小時后,再進(jìn)行常規(guī)脫水、透明、浸蠟、包埋、切片,在HE染色后使用顯微鏡觀察各組小鼠肺組織形態(tài)、結(jié)構(gòu)。
1.6Western Blot分析肺組織IL-4的表達(dá)采用Western Blot方法分析IL-4在小鼠肺組織中的表達(dá)及分布情況,蛋白條帶的灰度使用Quantity One軟件測定。
1.7血清TGF-β水平測定采用ELISA雙抗體夾心法測定TGF-β,按照試劑盒操作說明書進(jìn)行檢測。
2結(jié)果
2.1各組小鼠肺組織病理檢測結(jié)果正常對照組:小鼠肺組織支氣管粘膜上皮、肌層完好,周圍無炎性細(xì)胞浸潤,支氣管管腔規(guī)則,形態(tài)基本正常(圖1);哮喘組:在小鼠肺組織血管及氣管周圍,有大量淋巴細(xì)胞、嗜酸性細(xì)胞等炎性細(xì)胞浸潤,粘膜上皮存在不同程度的壞死、脫落(圖2)。
圖1正常對照組肺組織病理切片 HE× 400
Figure 1Pathological section of lung tissue in Normal control group,HE× 400
圖2哮喘組肺組織病理切片 HE×400
Figure 2Pathological section of lung tissue in asthma group HE× 400
2.2各組小鼠脾單個核細(xì)胞CD4+、CD25+Treg百分率比較哮喘組小鼠脾單個核細(xì)CD4+、CD25+Treg百分率較正常對照組、地塞米松組降低(均P<0.05);地塞米松組CD4+、CD25+Treg百分率較哮喘組升高(均P<0.05);地塞米松組CD4+、CD25+Treg百分率低于正常對照組,但組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表1)。
Table 1The percentage of CD4+and CD25+Treg in spleen mononuclear cells of mice
組別nCD4+、CD25+/CD4+(×10-2)正常對照組105.16±0.38①哮喘組102.06±0.52地塞米松組104.98±0.67①②
注:與哮喘組比較 ①P<0.05;與正常對照組比較, ②P>0.05
2.3Western Blot分析各組小鼠肺組織IL-4表達(dá)情況哮喘組小鼠IL-4表達(dá)強(qiáng)于正常對照組及地塞米松組(P<0.05),正常對照組與地塞米松組之間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05,表2,圖3)。
表2 各組小鼠肺組織IL-4表達(dá)情況比較±s)
注:與哮喘組比較,①P<0.05
圖3IL-4及β-actin的蛋白表達(dá)情況
Figure 3Expression of IL-4 and β-actin protein
注:A.正常對照組;B.哮喘組;C.地塞米松組
2.4血清TGF-β水平情況哮喘組TGF-β水平較正常對照組、地塞米松組減少(均P<0.05);地塞米松組TGF-β水平較正常對照組稍低,但組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
2.5相關(guān)性分析CD4+、CD25+/CD4+與血清TGF-β水平呈明顯正相關(guān)(r為0.526,P<0.05);CD4+、CD25+/CD4+與IL-4水平呈負(fù)相關(guān)(r為-0.258,P<0.05);IL-4水平與TGF-β呈負(fù)相關(guān)(r為-0.316,P<0.05)。
3討論
CD4+輔助性 T細(xì)胞(CD4 helper cells,Th)在機(jī)體適應(yīng)性免疫應(yīng)答中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,它是機(jī)體T細(xì)胞的重要功能群體。Th細(xì)胞分為Th1和Th2細(xì)胞兩大類。Th1 細(xì)胞主要介導(dǎo)細(xì)胞免疫,分泌INF-γ、TNF-β和IL-2等細(xì)胞因子。Th2細(xì)胞可以分泌IL-4、IL-5、IL-13等細(xì)胞因子,誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞募集和激活,并促進(jìn)黏液的大量分泌、氣道高反應(yīng)( airway hyperreactivity,AHR),從而促使炎癥發(fā)生發(fā)展。研究表明,Th1 細(xì)胞和 Th2 細(xì)胞都是重要的效應(yīng)細(xì)胞,同時二者又相互抑制[5]。在關(guān)于哮喘的發(fā)病機(jī)制研究中,多年來的研究認(rèn)為,在哮喘的發(fā)病過程中,Th1/Th2 功能失調(diào)扮演著重要角色。研究顯示,在哮喘患者體內(nèi)存在Th細(xì)胞亞群之間的失衡狀態(tài),表現(xiàn)為在哮喘急性發(fā)作期患者,其外周血中Th1 細(xì)胞數(shù)量顯著降低,而同時Th2細(xì)胞數(shù)量顯著增高,Th1/ Th2 比值明顯下降。Th2細(xì)胞在哮喘發(fā)生中發(fā)揮重要作用,與其產(chǎn)生的細(xì)胞因子IL-4是密不可分的[6]。IL-4主要由Th2細(xì)胞產(chǎn)生,能刺激和活化B細(xì)胞,因此又稱為B細(xì)胞刺激因子。IL-4 是具有多種功能的、強(qiáng)大的炎性介質(zhì),它在機(jī)體免疫反應(yīng)中起著非常重要的作用。臨床研究顯示,IL-4對哮喘具有正向調(diào)節(jié)作用,可導(dǎo)致呼吸道炎癥的發(fā)生,在兒童哮喘的發(fā)生中發(fā)揮重要作用。在本研究中,哮喘組小鼠肺組織中IL-4表達(dá)水平較正常對照組顯著增加,該結(jié)果與國內(nèi)外大多數(shù)研究結(jié)果相一致,支持在哮喘的發(fā)生過程中存在著Th2類細(xì)胞的增多、IL-4細(xì)胞因子的過度表達(dá),從而促進(jìn)炎癥的發(fā)生。在糖皮質(zhì)激素與IL-4的相關(guān)性研究中,研究發(fā)現(xiàn)糖皮質(zhì)激素能降低外周T的活化及IL-4的表達(dá)[7];也有人認(rèn)為糖皮質(zhì)激素對IL-4的表達(dá)沒有影響,甚至出現(xiàn)IL-4表達(dá)的增加[8]。在本研究中,地塞米松干預(yù)后的小鼠IL-4水平較哮喘組明顯降低,提示地塞米松可能抑制Th2類細(xì)胞及其細(xì)胞因子的產(chǎn)生,從而實(shí)現(xiàn)抗炎的作用。
盡管多數(shù)研究認(rèn)為,Th2細(xì)胞的增多、比例占優(yōu)勢與哮喘發(fā)生密切相關(guān),但是也有研究顯示,Th1 型免疫反應(yīng)同樣能誘導(dǎo)、加重哮喘,一些以Th2細(xì)胞反應(yīng)為主的感染也并沒有加重過敏性炎癥,甚至呈現(xiàn)相反的作用。因此,研究者們推測,Th1/Th2 細(xì)胞失衡可能只是哮喘的表面現(xiàn)象,在其發(fā)生、發(fā)展的過程中可能還有其他機(jī)制參與進(jìn)來。有研究發(fā)現(xiàn),其它的CD4+T細(xì)胞(包括 Th1 細(xì)胞、Th17 細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞等)及其細(xì)胞因子,在哮喘發(fā)病中也發(fā)揮了重要作用。
Treg是一類以免疫無能性、免疫抑制性為主要特征[9]的T細(xì)胞亞群。Treg細(xì)胞對高水平的IL-2 單獨(dú)刺激無反應(yīng),也不分泌IL-2,對抗CD3單抗、抗CD3 單抗和抗CD28 單抗的聯(lián)合作用也呈現(xiàn)無應(yīng)答的狀態(tài),表現(xiàn)為免疫無能性。同時CD4+、CD25+Treg一旦被激活以后,它可以抑制CD4+、CD25+T、CD8+T、Th1、Th2等細(xì)胞的增殖與活化,這種現(xiàn)象被定義為免疫抑制性。Treg細(xì)胞的免疫抑制活性是非特異性的,可通過多種方式實(shí)現(xiàn):通過細(xì)胞之間直接接觸產(chǎn)生抑制;通過分泌IL-10、TGF-β對局部免疫反應(yīng)產(chǎn)生抑制。目前研究認(rèn)為,Treg細(xì)胞能發(fā)揮其免疫抑制功能,與細(xì)胞因子IL-2、IL-10、TGF-β的產(chǎn)生密不可分;一方面,Treg細(xì)胞會分泌IL-10、TGF-β細(xì)胞因子,這些細(xì)胞因子是抑制性細(xì)胞因子,能幫助Treg細(xì)胞發(fā)揮其抑制功能;另一方面,Treg細(xì)胞的擴(kuò)增、免疫抑制功能發(fā)揮,與TGF-β信號密切相關(guān)。有研究顯示,如果用抗IL-10、抗TGF-β單抗去封閉IL-10、TGF-β,那么CD4+、CD25+Treg細(xì)胞的抑制功能將會明顯降低[10]。
一些動物實(shí)驗(yàn)及臨床研究顯示,在一些嚴(yán)重的超敏反應(yīng)、自身免疫疾病,如哮喘、過敏反應(yīng)等[11],CD4+、CD25+Treg細(xì)胞數(shù)量的變化、功能的異常常常會參與其中,并且可能是導(dǎo)致疾病發(fā)生的重要原因。有研究表明[12],哮喘患者的支氣管肺泡灌洗液、外周血單核細(xì)胞中,CD4+、CD25+Treg的比率明顯低于對照組,從而認(rèn)為,哮喘患者Treg受損。然而也有研究表示,哮喘等過敏性疾病患者體內(nèi)CD4+、CD25+Treg的數(shù)量正常,甚至顯著增加,但是這些Treg不能發(fā)揮其免疫抑制功能,存在功能缺陷。近年來的研究也發(fā)現(xiàn),Treg可能會抑制Th2 反應(yīng),實(shí)現(xiàn)維持氣道內(nèi)的免疫耐受[13]。Taylor等[14]推測 Treg 細(xì)胞可能通過分泌IL-10及TGF-β,抑制 Th2 細(xì)胞產(chǎn)生IL- 4、IL-5和IL-13,抑制嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞以及肥大細(xì)胞的致炎作用,從而實(shí)現(xiàn)其免疫抑制性,抑制變態(tài)反應(yīng)性疾病的發(fā)生、發(fā)展。隨著對哮喘發(fā)病機(jī)制的深入研究,Treg 細(xì)胞和Th2細(xì)胞二者的關(guān)系成為了研究者們關(guān)注的熱點(diǎn)。近年來有研究者發(fā)現(xiàn),在哮喘發(fā)病過程中,可能存在著Treg/Th2比例失衡的機(jī)制[15,16]。一方面,在炎癥反應(yīng)中,Treg 細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為Th2促炎癥細(xì)胞;另一方面,在過敏性炎癥中,大量活化增殖的Th2 細(xì)胞,競爭性地與IL-2結(jié)合,使得Treg 細(xì)胞不能與IL-2有效結(jié)合,從而誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞的凋亡[17]。 在本研究中,哮喘組小鼠CD4+、CD25+Treg占CD4+百分率及TGF-β明顯降低,提示哮喘組小鼠體內(nèi)CD4+、CD25+Treg數(shù)量及其分泌的細(xì)胞因子減少,同時TGF-β的減少可能會減弱CD4+、CD25+Treg對Th2細(xì)胞抑制作用的減弱,致Th2類細(xì)胞因子IL-4表達(dá)的明顯增加,導(dǎo)致Treg/Th2 比例失衡,從而促進(jìn)炎癥的發(fā)生,導(dǎo)致哮喘的發(fā)作。而地塞米松干預(yù)后,CD4+、CD25+Treg百分率及TGF-β增加、IL-4表達(dá)降低,促進(jìn)Treg/Th2平衡,減輕炎癥,提示地塞米松可能通過上調(diào)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞、促進(jìn)Treg/Th2平衡以實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)大的抗炎作用。
4結(jié)論
哮喘小鼠CD4+、CD25+Treg數(shù)量及相關(guān)細(xì)胞因子TGF-β水平明顯降低,TH2類細(xì)胞因子IL-4水平明顯升高,提示CD4+、CD25+Treg及Treg/Th2可能參與了哮喘的發(fā)生、發(fā)展過程;地塞米松可能通過調(diào)節(jié)哮喘患者體內(nèi)CD4+、CD25+Treg數(shù)量及調(diào)節(jié)Treg/Th2平衡發(fā)揮抗炎作用。但是CD4+、CD25+Treg介導(dǎo)哮喘發(fā)生的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。隨著對哮喘發(fā)病機(jī)制的深入研究,相信會有更多的細(xì)胞群和細(xì)胞因子被揭示,這將為哮喘的預(yù)防及治療提供新的方向。
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Effect of dexamethasone on CD4+CD25+regulatory T cells and the expression of IL-4 and TGF-βin asthmatic mice
MA Xiang1,LIU Hong1,LI Qun ying1,et al
(1.DepartmentofRespiratory,TheFirstPeople′sHospitalofChengdu,Chengdu610041,China; 2.DepartmentofRespiratorydiseases,WestChinaHospital,SichuanUniversity,Chengdu610041,China)
【Abstract】ObjectiveTo discuss the effect of dexamethasone on CD4+CD25+ regulatory T cells(Treg) and the expression of IL-4 and TGF-βin asthmatic mice. MethodsThirty male BALB/c mice were randomly assigned to the control group,the asthma group and the dexamethasone group.Tissues of left lung were obtained from mice to observe pathological changes.Flow cytometry was used to detect the percentage of CD4+CD25+Treg in CD4+T cells.The expression of IL-4 from lungs were detected by Western Blot. The levels of serum TGF-β were detected by ELISA. ResultsThe percentage of CD4+CD25+Treg and TGF-β in asthma group decreased significantly(P<0.05) .The expression of IL-4 in asthma group increased significantly(P<0.05). Difference was not significant be-tween the control group and the dexamethasone group(P>0.05) . ConclusionThe number of CD4+CD25+Treg in asthmatic mice reduced and the function also declined. They are involved in the pathogenesis of asthma. Dexamethasone may had anti-inflammatory effect through the up regulation of CD4+CD25+Treg and regulatory T cell subsets imbalance.
【Key words】Asthma; CD4+CD25+regulatory T cells; IL-4; TGF-β; Mice
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(30871119)
【中圖分類號】R-33
【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A
doi:10.3969/j.issn.1672-3511.2016.07.
(收稿日期:2015-12-02; 編輯: 母存培)