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第三种气体信号分子H2S在LPS所致大鼠ALI中的作用及其机制初探

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摘要

目的：急性肺损伤(acute lung injury，ALI)是一组除心源性因素以外，由其它各种致病因素造成的急性弥漫性肺泡上皮、肺微血管内皮和肺间质损伤，从而引起以弥漫性肺泡和间质水肿，临床表现为急性、进行性、缺氧性呼吸衰竭的肺部炎症综合征，进而可发展为急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)。肺动脉高压(pulmonaryartery hypertension，PAH)为其血流动力学特征，它是促进肺泡水肿和间质水肿的重要因素之一。临床上造成ALI的原因中，细菌内毒素占有着重要的地位，其中又以革兰氏阴性细菌内毒素为主导，而其内毒素的主要活性成份为脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是导致ALI的主要因素。而中性粒细胞(polymorphonuclear neutrophil，PMN)则可能是造成过度炎性反应的元凶。
　　 在机体遭到LPS入侵后，将会激活体内的酶系统和非酶系统产生大量的自由基，同时出现自由基清除系统的活性下降，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)则是自由基清除系统的代表，它的活性反映了机体抗氧化的能力。而产生的自由基则会攻击生物膜，使膜脂质过氧化，造成细胞损伤。在氧化与抗氧化反应中丙二醛(malondialdehyde，MDA)是脂质过氧化的产物之一，它的高低可以间接地反映细胞受自由基攻击后所致损伤的程度。
　　 同时对于组成机体的组织细胞而言，细胞的增值、分化、凋亡始终贯穿于生命的整个过程并有序的进行着。细胞内存在着抗凋亡因子[如：B细胞淋巴瘤2基因(B-cell lymphoma-2 gene，Bcl-2)等]及促凋亡因子(如Fas等)，他们相互作用制约着，维持着恰当的动态平衡。但当机体受到LPS入侵这一刺激后，两者之间适当的动态平衡被破坏，凋亡因子占据了主导地位，出现细胞凋亡加速，组织损伤加重。
　　 PMN在肺内过度募集、黏附、活化、迁移及延迟凋亡是导致过度炎性反应的关键，而血管内皮细胞表面的黏附分子[如：细胞间黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecules，ICAM-1)]及CD11b表达的上调则在其过度度募集、黏附、迁移过程中起着重要的作用。而CD11b不但可以促进髓过氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)与PMN结合以及随后的PMN脱颗粒和超氧化物的产生，而且还可以增强MPO的延迟PMN凋亡作用。
　　 尽管目前对ALI机制的认知有了很大的进步，但至今临床上对如何有效的阻止ALI进展成为ARDS或MODS，仍未找到切实有效的方法。而ARDS和MODS在全球的病死率也仍居高不下。因此，深入探讨ALI的发病机制，将ARDS消灭在萌芽状态，即如何防治ALI的发生与发展，是当今该领域亟待解决的重要课题。
　　 硫化氢(bydrogen sulfide，H2S)是新近被发现的，除了一氧化氮(nitrogen monoxide，NO)和一氧化碳(carbon monoxide，CO)外已被证实的人体能自身生成，且有着多种病理生理作用的生物学功能的第三种内源性气体信号分子。虽然现在已证实了H2S在对抗内毒素休克时的肺损伤及升高的肺动脉压中起到了一定的作用，但尚缺乏足够的认识，因此我们做了本实验，试图从以下两个方面来初步探讨其作用机制：1、H2S在LPS所致急性肺损伤中的作用；2、H2S在抗LPS所致急性肺损伤时对PMN的影响。
　　 一 H2S在LPS所致急性肺损伤中的作用
　　 方法：将210只大鼠，随机分为6组，每组35只，其中7只大鼠用于测量其mPAP，再分别取28只于给药后4h或8h进行观察(其中，14只用于支气管肺泡灌洗，另14只不行支气管肺泡灌洗)。①盐水对照组(Control组)：气管内滴注无热原生理盐水(normal saline，NS，200μl·只-1)；②LPS组：气管内滴注LPS(200μg·200μl-1·只-1)；③LPS+NaHS(H2S供体)组：气管内滴注LPS前15 min经腹腔注射0.5ml NaHS(28μmol·kg-1)：@LPS+PPG(CSE抑制剂)组：气管内滴注LPS前15 min经腹腔注射0.5ml PPG(45μmol·kg-1)；⑤NaHS组：气管内滴注NS前15 min经腹腔注射0.5ml NaHS(28μmol·kg-1)；⑥PPG组：气管内滴注NS前15 min经腹腔注射0.5ml PPG(45μmol·kg-1)。
　　 各组均于4h或8h时经颈总动脉放血处死动物，再行支气管肺泡灌洗(bronchoalveolar lavage，BAL)，而后收集支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)。没有进行BAL的动物摘取全肺称重后，留取肺组织。采用生化方法检测肺组织SOD活性和MDA含量；免疫组织化学技术检测肺组织Bcl-2、Fas蛋白表达变化；光镜下观察肺组织形态学变化并计算肺泡损伤数比值作为肺损伤的组织学定量评价指标(index of quantitative assessment，IQA)，右心导管法测定平均肺动脉压。
　　 数据用均数±标准差(x±s)表示，用SPSS13.0软件进行分析。对PMN数量采用多样本均数比较的秩和检验及两两比较的秩和检验，在各时间点所有变量的差异用单因素方差分析(one-way ANOVA)来检验，先进行正态分布和方差齐性检验，满足方差齐性要求时组间比较采用LSD法，不满足方差齐性要求时组间比较采用Dunnett's T3法。双变量的相关分析用直线相关分析法分析。以P<0.05为有统计学意义。
　　 结果：LPS组与对照组相比，大鼠的肺系数、BALF中的蛋白含量、IQA均增大，MDA含量显著增加，SOD活性降低，光镜下可见肺组织出现损伤。PPG+LPS组与LPS组相比，大鼠的肺系数、肺组织和BALF中的蛋白含量、IQA增大的更为显著，MDA含量明显增加，SOD活性降低，光镜下可见肺组织损伤也更重；NaHS+LPS组与上述两组(PPG+LPS组和LPS组)相比大鼠的肺系数、肺组织和BALF中的蛋白含量、IQA均明显减小，MDA含量减少，SOD活性升高，光镜下见肺组织损伤较上两组也明显减轻。与对照组相比，LPS组大鼠肺组织中Bcl-2蛋白表达下调，(P均<0.01)；Fas蛋白表达的阳性信号明显增多，(P均<0.01)。与LPS组相比，LPS+NaHS组大鼠肺组织Bcl-2蛋白表达上调，(P均<0.01)，LPS+NaHS组大鼠肺组织Fas蛋白表达明显减少，(P均<0.01)；LPS+PPG组大鼠肺组织Bcl-2蛋白表达下调，(P均<0.01)，LPS+PPG组大鼠肺组织Fas蛋白表达显著增多，(P均<0.01)。PPG+LPS组大鼠mPAP>LPS组>NaHS+LPS组>对照组，NaHS组和PPG组大鼠的mPAP与对照组相比，无显著性差异(P均>0.05)
　　 以上结果表明：H2S具有抗LPS所致的急性肺损伤的作用；并且是通过降低升高的肺动脉压、抗氧化、下调肺组织Fas蛋白表达、上调Bcl-2蛋白表达来抗LPS所致的急性肺损伤。
　　 二 H2S在抗LPS所致急性肺损伤时对PMN的影响
　　 方法：将112只大鼠，随机分为4组，每组28只(其中，14只用于支气管肺泡灌洗，另14只不行支气管肺泡灌洗)，分别于给药4h或8h后进行观察。①盐水对照组(Control组)：气管内滴注无热原生理盐水(normal saline，NS，200μl·只-1)；②LPS组：气管内滴注LPS(200μg·200μl-1·只-1)；③LPS+NaHS(H2S供体)组：气管内滴注LPS前15 min经腹腔注射0.5ml NaHS(28μmol·kg-1)；④LPS+PPG(CSE抑制剂)组：气管内滴注LPS前15 min经腹腔注射0.5ml PPG(45μmol·kg-1)。动物模型的复制同第一部分。采用生化方法检测肺组织髓过氧化物酶(MPO)活性；光镜下计数BALF中PMN数目；免疫组织化学染色观察肺组织ICAM-1蛋白表达的变化；流式细胞学方法检测血PMN CD11b。
　　 数据用均数±标准差(x±s)表示，用SPSS13.0软件进行分析。对PMN数量采用多样本均数比较的秩和检验及两两比较的秩和检验，在各时间点所有变量的差异用单因素方差分析(one-way ANOVA)来检验，先进行正态分布和方差齐性检验，满足方差齐性要求时组间比较采用LSD法，不满足方差齐性要求时组间比较采用Dunnett's T3法。双变量的相关分析用直线相关分析法分析。以P<0.05为有统计学意义。
　　 结果：在同一测定时间点，大鼠BALF中PMN的数目，LPS+PPG组>LPS组>LPS+NaHS组>对照组相，且有统计学意义；血PMN CD11b与BALF中PMN计数的相关性分析结果显示，两者存在显著正相关(r=0.789，P<0.01)；肺组织中MPO活性也与血PMN CD11b表达的变化出现了同趋势的改变。与对照组相比，LPS组大鼠肺组织中ICAM-1蛋白含量及表达均表现为上调；NaHS治疗组大鼠肺组织中的ICAM-1蛋白含量及表达则出现了降低，而LPS+PPG组大鼠肺组织中ICAM-1阳性信号表达较LPS治疗组增多。
　　 以上结果表明：H2S对LPS诱导的PMN在肺组织内聚集、黏附、激活及延迟凋亡的抑制作用是通过减少ICAM-1、CD11b、MPO活性的表达来降低PMN与血管内皮细胞间的相互作用，从而发挥其抗氧化、抑制PMN在肺内的大量聚集、黏附，改善了肺微血管的通透性、减少了肺间质及肺泡内的渗出等，起到了保护肺组织的作用。
　　 结论：1、H2S具有抗LPS所致的急性肺损伤的作用。
　　 2、H2S可通过降低升高的肺动脉压、抗氧化、下调肺组织Fas蛋白表达、上调Bcl-2蛋白表达来抗LPS所致的急性肺损伤。
　　 3、LPS所致ALI时，肺内有大量PMN募集，H2S对LPS诱导的PMN在肺组织内聚集、黏附、激活、迁移及延迟凋亡具有抑制作用。该作用与其下调ICAM-1、CD11b的表达及降低MPO活性有关。

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