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慢性哮喘小鼠气道血管生成的变化及其在气道重建中的意义

第二军医大学

硕士学位论文

慢性哮喘小鼠气道血管生成的变化及其在气道重建中的意义

姓名:郭志福

申请学位级别:硕士

专业:内科学(呼吸系病)

指导教师:李强

20040501

】r.=军置[^掣

英文缩写OVA

BALF

VBGF

ELISA

HE

PBS

TBS

DAB

NS

m1

u1

mg

Pg

i'/m

mln

斗g

rlrn

OD

英文缩写

英文全称

Ovalbumin

BronchoalveolarLavageFluid

VascularEndothelialGrowthFactor

EnzymeLinkedImmunosorbcntAssay

HematoxylinEosin

PhosphataseBufferSaline

Tris.ButteredSaline

Diaminobenzidine

NormalSaline

Millilitre

Microlitre

Milligram

Picogram

RevolutionsperMinute

Hour

Minute

Microgram

Micrometer

Nanometer

OpticalDensit

中文名称

卵白蛋白

支气管肺泡灌洗液

血管内皮生长因子

酶联免疫吸附试验

苏木素.伊红

磷酸盐缓冲液

Tris缓冲液

二氮基联苯胺

生理盐水

毫升

微升

毫克

皮克

每分钟转数

小时

分钟

微克

微米

纳米

光密度

,£=丰盛.走掣母r.七学芷趣:定

中文摘要

背景:

血管反应是炎症过程的中心环节。一些炎症反应特别是慢性炎症可刺激血管生成,新生成的血管又有助于组织的炎症反应,二者互为因果,形成恶性循环,使得局部炎症反应更为强烈和持久。哮喘的本质是气道慢性炎症性疾病,长期反复发作将导致气道结构的不可逆性改变,称为气道重建。研究证实,气道血管生成/血管重建也是哮喘的一个重要病理特征。

目的:

通过观察慢性哮喘小鼠气道血管生成的变化,初步探讨其在气道重建中的意义,为哮喘气道血管生成的深入研究提供依据。

方法:

1、慢性哮喘小鼠模型的建立

通过多次抗原致敏和反复抗原滴鼻激发建立慢性哮喘小鼠模型。24只BALB/c小鼠随机分为3组,每组8只,即正常对照组、慢性哮喘组和地塞米松治疗组。哮喘组第0、7、14天给予0.01%OVA(每10ml含OVAlmg、氢氧化铝8m1)200Izl腹腔注射致敏,第21~30、48、62、74~76天0.2%OVA抗原液50山滴鼻激发,共15次:对照组同时给予等体积NS腹腔注射和滴鼻。地塞米松治疗组每次激发前lh腹腔注射2mg/kg地塞米松;其余2组同时腹腔注射等体积NS。

末次激发后24h眼球取血处死动物并留取血清,随即行右侧肺灌洗留取BALF,左肺及气管置于10%中性福尔马林溶液固定,24h内完成石蜡包埋,常规制备病理切片行HE染色和抗Ⅷ因子免疫组化染色。

2、气道血管密度的计算及形态学参数的测量

每个标本观察5张免疫组化切片,每张切片在显微镜(×1000)下于粘膜下层、粘膜固有层处血管尽可能多的区域选lO个视野,计数50个视野(1IlⅡ112)中阳性反应的管腔样结构的总数作为血管密度(血管数/mm2)。

于HE染色病理片上,采用德国LeicaQ500MC图像分析系统,测定不含软骨的完整支气管横断面的基底膜周径Pbm(pm)、管壁面积WAt(mn2),计算WAt/Pbm(1am2/“m)。

3、BALF中VEGF、Endostatin水平的检测

ELISA法检测BALF中VEGF、Endostatin浓度。

结果:

1、气管血管密度慢性哮喘组明显高于正常对照组(203.750-a:24.330/ram2坩99.000士20.667/mm2,P<0.01)。

2、支气管管壁面积/基底膜周径(WAt/Pbm)慢性哮喘组明显高于正常对照组(17.09-士1.609m2/rtrnW12.71+1.059xn2/“rn,P<0.01)。慢性哮喘小鼠支气管上皮细胞增生,基底膜增厚,平滑肌增生以及气道内分泌物积聚。

3、BALF中VEGF、Endostatin水平慢性哮喘组VEGF、Endostatin浓度和VEGF/Endostatin比值均明显高于正常对照组(133.821+14.238p∥mlw58.342--i:18.478pg/ml,3024.550=}=831.917pg/mlVS1916.925士412.916pg/m1,均P<0.01)。

4、气管血管密度与WAt/Pbm及BALF中VEGF、Endostatin水平的关系慢性哮喘小鼠气道内血管密度与WAt/Pbm(,=O.738,P<0.05)、VEGF(r=0.701,尸<O.01)、VEGF/Endostatin(,=0.562,P<0,05)均呈正相关。

5、地塞米松治疗对慢性哮喘小鼠气道血管生成的影响地塞米松治疗组WAt/Pbm((14.26-a:0.99)lam2/}Jan)和血管密度(123.625:v-2.3.946/mm2)均明显低于慢性哮喘组(均P<0.01),高于正常对照组(均P<0.05)。与慢性哮喘组相比,VEGF水平明显降低(84,640-a:17.034pedma,.P<O.01),Endostatin水平(2541.450±402.662pg/m1)无明显变化,VEGF厄ndostatin比值明显降低(户<O.05)。

结论:

1、慢性哮喘小鼠气道血管生成明显增加,且与气道壁厚度呈正相关,提示血管生成可能在哮喘气道重建中具有重要意义。

2、慢性哮喘小鼠BALF中VEGF、Endosmtin、VEGF/Endostatin比值均明显升高,

与气道内血管生成促进因子和抑制因子比例失衡有关。

3、糖皮质激素能部分抑制慢性哮喘小鼠BALF中VEGF/Endostafin比值升高和气道血管生成,并进而改善慢性哮喘的气道结构重建。

关键词:

支气管哮喘。气道重建,血管生成,VEGF,Endostatin,地塞米松

司r士.,e日C女e甓

Abstract

Background

Atpresent'asthmaisthoughttobeachronicinflammatorydisorderoftheairwaysinwhichmanycells,suchaseosinophils,mastceils,TIymphocytes,neutrophils,airwayepithelialcelts,etc.,andcellularelementsplayarole.Theinteraction'betweeRthesecellsandcellular

elementswillperpetuatetheairwayinflammation.Thelongstandingandrecurrentexacerbationsoftheinflammationwillinevitablyresultinpermanentstructuralchangesofairwayssuchasdesquamafionandhyperptasiaofepithelium,basementmemhraaethickening,subepitheliat

fibrosis,hypertrophy/hyperplasiaofairwaysmoothmuscles,hyperplasia/metaplasiaofgoblet

andremodelingofairwaycells,submucusglandshyperplasiaandhypertrophy,angiogenesis

vasculatureetc.,knownasairwayremodeling,andatlastleadtoirreversibleairwayobstruction.

Vascularreactionsarecentraleventsinallkindsofinflammations.Angiogenesisand

inflammationarecodependentprocesses.Inflammationcanpromoteangiogenesis,andnew

vesselsmayenhancetissueinflammation.Someformsofinflammation,especiallychronic

inflammation,canstimulatevesselgrowth.Newvesselsmaycontributetoatissue’Saltered

severe,如ma她inflammatoryresponse.Soitislikelythattheircoexistencemayleadtomore

andpersistentinflammation.Ithasbeenconfirmedthatangiogenesisandvascularremodeling

theareprominentfeaturesofasthmaticpatients.Butthemechanismsandconsequencesof

thechangesarejustbeginningtObechangesaswellaspossibletherapeuticstrategytargeted

elucidated.

Objective

Toobservetheairwayangiogenesisandelucidateitsrelationtotheairwayremodel证舀砥mechanismsandinfluenceofglucoconicoidoniti11achronicasthmaticmousemodel.

M[ethods

1.Thedevelopmentofchronicasthmaticmice

Wedevelopedachronicasthmaticmousemodelbyrepeatedlysensitizedtoallergen(OVA)withadjuvantintraperitoneallyinwhichchronicairwayinflammationismaintainedby

withOVAwithoutadjuvantintratracheally.Twenty-fourBALB/crepeatedlychallenged

miceweredividedintothreegroupsequally:normalcontrolgroup,chronicasthmaticgroup,

石=车匿^学

dexamethasone仃eatedchromeasthmaticgroup,Miceinchronicasthmaticgroupweregiven200¨IO.01%OVA(1mgOVAand8mlAI(OH)3perlOrnl)intraperitoneallyondays0,

7,14.Subsequently,theywerechallengedrepetitively谢m50山0.2%OVAwithoutadjuvantintranasallyondays21~30、49.62and74~76.Miceinnormalcontrolgroup、Veresensitizedandchallengedwi也equalvolumeofNSonthesamedays.Chronicasthmaticmiceindexarnethasonetreatedgroupreceived2mg/kgdexamethasone

miceinnormalcontrolgroupintraperitoneallylhbeforeeachchallengrespectively,while

andchronicasthmaticgroupweregivenequalvolumeofNSintrapedtoneallyontheSame

time.

Twenty—fourhoursafterthelastchallengethemicewerekilledbyfighteyeremoval.Blood

werecentrifugedandserf.R/iswerestoredat-20"C.RightlungswerelavagedandBALF

wcrcreservedsimilarly.Leftlungsandtracheaeweref政edwith10%bufferedformalinandembeddedinpamffmin24h.Pathologicalslidesweremadefromleftlungsandtracheaeandstainedwithhematoxylin-eosin.Alsoanti-FactorⅧAgantibodyswereusedtodetectvessels.

2.Countofdensityofvesselsintracheaeandmeasurementofmorphometricparametersofairwaywall

Thenumberofvesselsinlaminapropriaandsubmucosaoftracheaeinimmunohistochemistryslideswerecountedmicmscopically(xlooo).Foreachmousefive

numberofvesselswasasmostslidesandtennob?overlappinghighpowerfieldswherethe

aspossibleineachslideassessed.nleresultswereaddedtogetherexpressedasthedensityofvessels(numberofvessels/mm2).

Bronchialwallswithoutcartilageinhaematoxylin-eosinstainedsectionswereexaminedusingaLeicaQ500MCimageanalysissystem.neairwaywallbasementmembraneperimeter(Pbm)andtotalbronchialwallarea(WAt)weremeasuredandPbm/WAtwerecalculated.

3.MeasurementofconcentrationofVEGFandEndostatininBALF

TheconcentrationofVEGFandEndostatininBALFoflefllungsweredetectedbyELISA.

Results

1.ThedensityofvesselsintracheallaminapropriaandsubmucosaThedensityof

thenormaicontrol(203.750-圭24.330vesselsdmm2VS99.000±20.667vcsscldmm2.P<O.01).

2.WAt,PbmofbronchialwaIlsnleWAt/Pbmofthechronicasthnlaticmicewere(17.09士I。60)lam2/mrnandtherewaSasignificantincreaseinchronicasthmaticmicegroupcomparedwith(12.71士1.05)岫竹岬inthenormalcontrol(P<O.01).Hypcrplasiaofairwayepithelium,basementmembranethickening,hyperplasiaofairwaysmoothmusclesandaccumulationofsecretionsinairwaylumenswerealsoseeninchronicasthmaticmice.3.TheconcentrationofVEGFandEndostatininBALFTheconcentrationofVEGFinBALFofthenormalcontrolmiceandchronicasthmaticmicewere58.342土18.478pg/ml,133.821士14.238pg/mlandtheconcentrationofEndostatinwe,re1916.925士412.916pg/rrd,3024.550士831.917pg/mlrespectively.ThereweresignificantincreasesofVEGF,EndostatinandVEGF/EndostatininBALFinchronicaathmatiemicegroupcomparedwiththatinthenormalcontrolgroup(allP<0.01).

4.CorrelationbetweenthedensityofvesselsandWAt/Pbm,VEGFandEndostatininBALFTheanalysisofcorrelationshowedthattherewasasignificantpositivecorrelationbetweenthedensityofvesselsandWAt/Pbminthechronicasthmaticmice(r=O.738,尸<0.05).ThecorrelationbetweentheVEGFinBALFandthedensityofvesselswassimilar(,=0.701.P<0.01).TherealsoWasapositivecorrelationbetweentheVEOF/Endostatinandthedensityofvessels(,=O.562,尸<O.05).

5.EffectofdexamethasoneOilchronicasthmaticmiceTheWAt/Pbm【(14.26t:0.99)“rn2/grn]anddensityofvessels[(123.625土23.946)vessels/ram2]indexamethasonetreatedchronicasthmaticmicegroupwerebothsignificantlyincreasedcomparedwiththatinchronicasthmaticmicegroupreceivedNSintmperitoneally(bothP<0.01).butstillmorethanthatinnormalcontrolgroup(both尸<O.05).VEGF(84.640士17.034pg/m1.P<O.01)butnotEndostatinWasdecreasedintheBALFofdexamethasonetreatedchronicasthmaticmicegroupcomparedwiththatinchronicasthmaticmiceandSOWaStheVEGF/Endostatin伊<0.05).

Conclusions

1.Airwayangiogenesisinthechronicasthmaticmiceissignificantlyincreasedandthereisasignificantpositivecorrelationbetweenthedensityofvesselsandthethickeningofairway

苎!兰竺L一曼唑苎塑-●__-__-________-_—__-__-—●-_—__●●________-_——-___———_——_--__-__-__-●—————一一

’’。’一…一’2?VEGEEndostafinandVEGF/Endostatina∞sigtlificanflyincreasedinBALFinch咖lic

asthmaticmiceandtherearcsignificantpositivecorrelationbetweenthe

densityofvessels

andtheVEGLVEGF/EndostatininBALEItseemsthatthe

airwayangiogenesismightbc

theresultoftheimbalancebetweentheangiogenicand

antiangiogenicfactorsinthechronicasthmaticairway.

3-Glucocorticoidcarlrevei-seVEGF/EndostatininBALFpardyandattenuatetheairwayangiogenesisinchronicasthmaticmice,andSOleadstotherestoreofappropriatestructureofairwaywell.

Keywords:Bronchialasthma,

Angiogenesis,

Endostatin,Airwayremodeling,

VascularEndothelialGrowthFactor,Dexamethasone

第=年霉^掌司r.士.掌芷铡=戈

日U吾

支气管哮喘,简称哮喘,是呼吸系统常见病、多发病之一,世界范围内平均发病率约10%,某些地区高达30%。在我国,哮喘的发病率为l%~4%。虽然对哮喘的基础和临床研究已取得很大进展,但目前的状况仍不令人满意。在过去的10~20年中,许多地区哮喘的患病率、死亡率呈逐年增高趋势,部分地区增加近l倍,对人类健康构成了极大威胁。因此对哮喘进行进一步研究具有深远的意义【‘‘21。

目前认为哮喘是由多种细胞(如嗜酸性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、气道上皮细胞等)和细胞组份参与的气道慢性炎症性疾病。这些细胞和细胞组份相互作用形成恶性循环,使气道炎症持续存在,成为哮喘的基本病理改变和反复发作的主要病理生理机制。在病程早期,解剖学上很少发生器质性改变;长期反复发作将导致气道结构发生改变,包括气道上皮细胞脱落/增生、基底膜增厚、上皮下纤维化、平滑肌增生/月巴大、杯状细胞增生/化生、粘液腺增生,月巴大、血管生成/血管重建等,称为气道重建(图1),最终导致持续地气道高反应性和不可逆性气道阻塞【卜6】。虽然以吸入性糖皮质激素和B。受体激动剂为基础的治疗可以使哮喘发作得到较好的控制,但即使在疾病的早期使用亦不能有效阻止气道重建的进展【4-5】。因此近几年其重要性受到广泛重视,逐渐成为哮喘研究中的热点。

图1.慢性哮喘的病理改变

第9页

.膏=埠最^掌司r-士学地寅墩

材料和方法

(一)材料

1、动物

清洁级4~6周龄雌性BALB/c小鼠24只,有限责任公司提供。饲养于空调房间(25"C±)/12h无光照。

2、主要仪器

FAl004N型电子天平

TlGL-16G型高速低温离心机

T℃L.16G型台式低温离心机

LeieaRM2145型石蜡切片机

LeicaEGl140石蜡包埋机

OlympusCH光学显微镜

MulfiskanAscentV1.23型酶标仪

可调式微量移液器

上菱BCD--230WD型冰箱

WTB.BinderBD型精密恒温箱

眼科手术器械

3、主要试剂

卵白蛋(GradeV,98%1

氢氧化铝(PH5.7,1.62%)

生理盐水注射液

地塞米松注射液(5mg/mt/支)

小鼠VEGFELISA试剂盒体质量159~219,

,无卵蛋白饮食,

上海斯莱克实验动物

每天12h自然光光照

上海精密科学仪器有限公司

上海安亭科学仪器厂

上海医用分析仪器厂

德国Leica公司

德国Leiea公司

日本Olympus公司

美国Labsystems公司

美国Labsystems公司

上海上菱电器股份有限公司

德国Binder公司

上海手术器械厂

美国Sigma公司

上海生物制品研究所

上海百特医疗药品有限公司

上海信谊制药厂深圳市晶美生物工程有限公司

|仁卓皇E大学习r.士学盥:程-艾

小鼠EndostatinELISA试剂盒

兔抗小鼠Ⅷ因子多克隆抗体

Envision试剂(即用型)

3’,3’.二氨基联苯胺(DAB)染色剂无水乙醇

PBS(0.01mol/l,PH7.41

TBS(0.01mol/1,PH7.8)

Harris苏木素染液

酸化伊红醇液

二甲苯

中性树胶

去离子水

(二)实验方法

1、动物处理

1‘l动物分组

美mCytimmune公司

丹麦Dako公司

丹麦Dako公司

美[]Sigma公司

上海化学试剂四厂上海长海医院病理科惠赠

上海长海医院病理科惠赠

上海长海医院病理科惠赠

上海长海医院病理科惠赠

上海长海医院病理科惠赠

上海长海医院病理科惠赠上海长海医院中心实验室自制

24只BALB/c小鼠,按随机数字表法随机分为3组:正常对照组、慢性哮喘组、地塞米松治疗组,每组8只。

1.2建立慢性哮喘动物模型

参考Temelkovski、Kumar、商艳等口4t6】,建立慢性哮喘小鼠模型,见图2。慢性哮喘组、地塞米松治疗组于第0、7、14天腹腔注射0.01%OVA(每10ml含OVAlmg、氢氧化铝8m1)200¨1致敏,于第21~30、48、62、74~76天滴鼻激发共15次;正常对照组同时给予相同体积NS腹腔注射及滴鼻。地塞米松治疗组于激发前1h腹腔注射2mg/kg地塞米松;其余2组于激发前1h腹腔注射同等体积NS。小鼠出现烦躁不安、呼吸急促、腹肌痉挛为阳性反应。

※※强盍,A-★★

,__^。-、二

ITt4zl31●●‘214T‘

※致敏★激发

l-3标本采集

末次激发后24h摘右眼球取血处死动物,血标本1800r/min离心30min.取血清分装,.20"(2保存。眼科剪剖开胸腔,暴露气管、双肺:靠近左肺门处结扎左主支气管。于气管靠近头端剪一斜行切口,钝头l酽注射器针头行气管插管,0.5mlNS灌洗右肺,回收灌洗液,反复3次,收集BALF1.0mltI.2ml,1500r/min室温下离心5min,取上清分装,.20"(2保存。另取左肺和气管置于10%中性福尔马林固定,24h内完成石蜡包埋。

2、病理切片的处理

左肺和气管石蜡包埋,41am连续切片,常规制备病理切片(每个标本至少获取7~8张理想切片),分别行旺染色和抗Ⅷ因子免疫组化染色(>t5张),计算气管内血管密度并测量气道形态学参数。

2.1HE染色

石蜡切片常规脱蜡至水

自来水洗2min

蒸馏水洗2min

Harris苏木素液5rain_+

自来水洗lmin

75%盐酸乙醇分化30秒

自来水洗lmin

温水(50℃-4-)5min

蒸馏水lmin

95%乙醇1min

酸化伊红醇液1min~2min

95%乙醇lmin

无水乙醇lmin

二甲苯一石碳酸液(3:1)lmin

二甲苯lminX2次

中性树胶封固、烤片

2.2抗Ⅷ因子免疫组化染色(Envision法)

石蜡切片常规脱蜡至水

PBS冲洗3minx3次

0.3%H202浸泡20min,抑制内源性过氧化物酶

PBS冲洗3min×3次

兔抗小鼠Ⅷ因子多抗(1:200)50/.d,37'(2,60min

PBS冲洗3minX3次

审r蕾.掌矗}寓域

Envision试剂50山,37℃,30rain

PBS冲洗3min×3次

O.05%DAB显色8ram-12min

~一

苏木素衬染,热水蓝化

吹干,中性树胶封固,烤片

2.3气管内血管密度计算

免疫组化以血管内壁出现棕黄色或黄色颗粒状物为阳性反应。PBS代替一抗作阴性对照。每个标本观察5张切片,每张切片在显微镜(x1000)下于粘膜下层、粘膜固有层血管尽可能多的区域选10个视野,计数50个视野中(1mm2)阳性反应的管腔样结构的总数。计数采取盲法,由两位不知实验分组的医师于不同日独立完成,并经一致性检验分析观察者之间的结果有无差异。

2.4气道形态学参数测量

参照文献‘”’2钔,于髓染色病理片上,采用德国LeicaQ500MC图像分析系统。测定完整的无软骨支气管横断面的基底膜周径Pbm(gra)、管壁面积WAr(gin2),计算wA卯bm(岫2/岬)表示气道壁厚度。

3、BALF中Endos诅tin、VEGF含量检测

3.1BALF中Endosmtin含量检测

采用EUSA方法,按照试剂盒说明书进行操作,简述如下:

准备试剂、标本置于室温

1:19去离子水稀释浓缩洗涤液,样品稀释液溶解标准品冻干粉、生物素化鼠Endo蛐

多抗及碱性磷酸酶偶联链霉素亲和素复合物

J窿军压^掌司r.士学芷碰:定

加样品及待测样本100¨l/孔

加入25叫孔生物素化的鼠Endostatin多抗,封板,室温孵育3h

显色剂A、B置于室温

250皿,孔洗板6次,第6次以洗涤液浸泡10rain

加入50州孔稀释的碱性磷酸酶偶联链霉素亲和素复合物,封板,室温45min

洗板同上

加200山/孔显色剂,室温避光20min至标准孔第2孔OD值为1.“1.8,加终止液50州孔

置于490nm测吸光值

根据标准品测定结果,绘制标准曲线,推导回归方程;计算被测标本Endostatin含量3.2BALF中VEGF含量检测

采用ELISA方法,按照试剂盒说明书进行操作,筒述如下:

准备试剂、标本,倍比稀释标准品,加标准品及样品同上

封板,37"C孵育90min;配制生物素化抗体工作液

250肚l,孔洗涤液洗板6次

除空白孔,加生物素化抗体工作液100肛l/孔,封板,37"C孵育60rain

司L士学盘‘摧:定

洗板同上

除空白孔,加酶结合物工作液100ptqL,封板,37℃孵育30min

洗板同上

加入底物显色剂100ul/孔,37"C避光孵育15min~20min

终止液lOOpV孔,混匀

置于450nm测吸光值

根据标准品测定结果,绘制标准曲线,推导回归方程;计算每个标本VEGF含量(三)统计学处理

采用SPSSll.0统计软件包进行分析。数据以均数4-标准差(王虹)表示,正态分布及方差齐性时,组间均数比较采用单因素方差分析(oneway.ANOVA),两两比较采用LSD法(LeastSignificantDifference);否则采用秩和检验。不同观察者的血管计数采用Kappa统计量进行一致性检验。相关分析采用Pearson法。P<0.05时认为差异有统计学意义,P<0.01时认为差异有显著统计学意义。

屯正常对照组:13.慢性哮喘组,与A相比,血管数目明显增多;c地塞米松治疗组,与B相比血

管数明显减少Envision法x1000

圈4.各组小鼠气管血管生成改变

第19页

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