RAS在炎症性肠病小鼠中的作用及机制研究

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目的:炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)主要包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)和克罗恩病(Crohns disease,CD),是一类病因非常复杂的慢性肠道慢性炎症性疾病。虽然目前关于IBD的确切治病机制尚不清楚,但越来越多的研究表明主要是由于肠道的免疫失衡和机体的遗传易感性共同所致,导致机体的共生菌激活肠粘膜免疫系统所致的炎症反应。肠上皮屏障主要由单层上皮细胞和细胞间的紧密连接构成。肠上皮细胞膜的双分子层结构阻止大分子物质跨膜渗入,上皮细胞之间的间隙由紧密连接结构闭合,保证肠上皮屏障的完整性,肠上皮细胞过度凋亡可能导致肠上皮屏障受损、上皮屏障开放,使得肠腔的病原菌作为抗原激活粘膜固有层的免疫细胞,继而引发肠道异常的免疫炎症反应。肠粘膜的固有免疫系统,包括树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和先天淋巴样细胞等,他们可以启动一些必要的适应性免疫反应来维持肠腔的免疫平衡。CD4+T细胞,包括辅助型T细胞1型(helperT cell type1,Th1),Th2细胞和Th17细胞等都在不同的肠道炎症类型中发挥着重要的作用。干扰素-γ(Interferon-γ,IFN-γ)和白介素(Interleukin,IL)-12是Th1细胞的主要致炎因子,参与CD的发病机制,Th2型细胞分泌的IL-4、IL-5、IL-13主要参与UC的发病机制。Th17细胞产生IL-17、IL-21、IL-22、IL-6和肿瘤坏死因子(Tumornecrosis factor-α,TNF-α)等可同时参与CD和UC的发病机制。调节性T细胞(regulatoryT cell,T-reg)能够产生抗炎因子,如IL-10,可以抑制辅助型T细胞的致炎作用。T-reg分泌的抗炎因子和Th1、Th2、Th17等分泌的致炎因子之间的免疫平衡是维持肠粘膜稳态的重要机制。肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system,RAS)是机体重要的体液调节系统。RAS既存在于循环系统中,也存在于血管壁、中枢、肾脏和肾上腺和胃肠道等组织中,共同参与对靶器官的调节。RAS系统是一个多组分共同构成的级联反应,其中肾素是这个级联反应过程中一个重要的限速酶,能够将血管紧张素原催化成血管紧张素Ⅰ,血管紧张素Ⅰ在血管紧张素转化酶1(angiotensinconverting enzyme1,ACE1)的催化下产生RAS效应分子----血管紧张素Ⅱ,通过血管紧张素Ⅱ受体1型(angiotensinⅡ type1 receptor, AT1R)和AT2R发挥作用。AT1R和AT2R在肠上皮细胞和肠粘膜免疫细胞中均有表达,但它对于炎症性肠病的具体作用机制目前尚不清楚。曾有研究报道急性炎症期的CD患者肠粘膜中血管紧张素Ⅰ和Ⅱ水平明显增高,提示RAS和IBD之间可能存在关联。转基因小鼠模型中敲除AT1R基因和血管紧张素原基因的小鼠肠炎较野生型减轻。但既往只有少量的研究提示RAS与IBD之间可能存在关联,没有深入研究RAS如何参与IBD的发病机制。本研究采用肾素基因高表达小鼠(Renin-transgenic,Ren-Tg),利用2,4,6三硝基苯磺酸钠(2,4,6-trinitrobenzene sulphonic acid, TNBS)制备肠炎模型,对比观察野生型小鼠和Ren-Tg的大体表现、组织病理观察及评分、炎症因子及凋亡蛋白检测,流式细胞仪分析CD4+T细胞的分化情况等。另一方面,我们分别采用肾素抑制剂阿利吉仑(Aliskiren)及非RAS依赖的降血压药物肼屈嗪(Hydralazine)分别干预Ren-Tg小鼠,探索抑制RAS而非降低血压对Ren-Tg小鼠肠炎的影响;最后,我们在普通的野生型小鼠体内上调或抑制内源性RAS,研究不同干预措施下的肠炎表现,从而揭示RAS在炎症性肠病中的作用机制。  方法:⑴炎症性肠病小鼠模型的建立。实验动物:本课题肾素高表达(Ren-Tg)转基因动物部分在美国芝加哥大学胃肠病研究中心完成。C57BL/6J种系的普通小鼠和Ren-Tg转基因小鼠(编号:#007853)购自美国Jackson实验室。8~12周的成年小鼠,包括:C57BL/6J种系的野生型小鼠、Ren-Tg和野生型小鼠(wild type,WT)。TNBS肠炎模型:2.5%TNBS液溶于50%乙醇中,按100 mg/kg体重灌肠造模,相当于4μl/g小鼠体重(5%TNBS原液与100%无水乙醇按1∶1体积混合,现用现配)。⑵药物干预方法。Ren-Tg干预实验:Aliskiren预处理组:20 mg/kg/d,腹腔注射,共2周;Hydralazine预处理组:20 mg/kg/d,腹腔注射,共2周;安慰剂组:相同体积的无菌PBS,腹腔注射,共2周。内源性RAS的调节:内源性RAS上调:血管紧张素Ⅱ微注射组:0.7mg/kg/d(溶于无菌PBS中),提前1周皮下植入渗透性微注射泵,直至肠炎造模取材结束;对照组:相同体积的无菌PBS,提前1周皮下植入渗透性微注射泵,直至肠炎造模取材结束。抑制内源性RAS:氯沙坦组:按10 mg/kg/d的剂量,溶于普通饮用水中;对照组:普通饮用水。⑶标本采集:分别于TNBS肠炎造模后的不同时间点采集血清、收集结肠粘膜组织,提取RNA、蛋白质,留取1 em结肠组织制备切片,部分实验于造模后24小时分离肠粘膜固有层细胞。⑷实验方法及观察指标:Renin基因型鉴定:鼠尾DNA的提取、常规PCR及基因型鉴定;一般情况:体重下降百分比及生存曲线;HE染色:观察肠腔结构的病理损伤程度;Real-time PCR:检测肠粘膜RAS各组分及炎症因子的mRNA表达;Western blot:检测肠道粘膜Renin蛋白及凋亡蛋白的表达;TUNEL染色:观察肠上皮细胞的凋亡程度;ELISA:检测血清中血管紧张素Ⅱ的含量;FD4检测肠上皮屏障的通透性:检测血清中FITC-标记的4kD葡聚糖(FITC-conjugated4kD dextran,FD4)的浓度评估肠上皮屏障的通透性;流式细胞仪(Fluorescence Activating Cell Sorter,FACS):检测肠粘膜固有层CD4+T细胞的分化;血压测量:采用颈动脉插管法,采用Millar Mikro-tip导管传导系统测量右室压力。采用SPSS21.0和Graphpad Prism6.0软件进行统计分析。计量资料采用均数±标准差((x)±s)表示,变量资料采用Student t检验或one-wayANOVA检验,分级资料采用Wilcoxin秩和检验,P<0.05表示差异具有统计学意义。  结果:①TNBS肠炎小鼠的RAS表达:Real-time PCR检测RAS各组分的mRNA水平,可见RAS各组分mRNA水平均有不同程度的增高,其中肾素和AT1R的mRNA上升最为明显;C57BL6小鼠的肠粘膜组织可检测到肾素蛋白的表达,TNBS肠炎小鼠肠粘膜的肾素蛋白表达明显升高;普通小鼠血清内可检测到少量血管紧张素Ⅱ,肠炎小鼠血清中血管紧张素Ⅱ的含量明显增加。②肾素高表达小鼠加重TNBS诱导的肠炎:TNBS诱导的肠炎模型中,Ren-Tg小鼠的体重下降程度和死亡率均明显大于WT组(P<0.001); Ren-Tg小鼠TNBS肠炎的结肠大体损伤较WT组严重,大体评分明显高于WT组(P<0.001);同时,HE染色组织病理学损伤评分Ren-Tg也显著高于WT组(P<0.001);TNBS肠炎时各炎症因子表达均明显上升,且Ren-Tg小鼠的炎症因子上升较WT小鼠更加显著(P<0.01);TUNEL染色显示:与野生型小鼠相比,Ren-Tg小鼠肠上皮细胞凋亡明显增多,Ren-Tg小鼠肠粘膜组织凋亡蛋白(PUMA、Caspase-3)表达更多。两组肠炎小鼠的肠上皮屏障通透性增加,且Ren-Tg小鼠肠上皮屏障通透性增加较野生型小鼠增加更显著(P<0.01);FACS检测结肠粘膜固有层CD4+T细胞的分化显示:Ren-Tg小鼠中IFN-γ阳性的CD4+T细胞未见增多,IL-17阳性的CD4+T细胞明显增多(P<0.001),IFN-γ和IL-17双阳性的细胞明显增多(P<0.001),T-reg细胞比例则没有明显变化。③Aliskiren和Hydralazine预处理对Ren-Tg小鼠肠炎的影响:Aliskiren和Hydralazine预处理都可以降低Ren-Tg小鼠的血压水平。Aliskiren预处理可以减轻Ren-Tg小鼠的肠炎,表现为:减缓体重下降,改善肠炎小鼠的外观及肠腔结构损伤,抑制炎症因子和凋亡蛋白的表达;而Hydralazine预处理对Ren-Tg小鼠肠炎没有影响:不能减缓小鼠的体重下降,不能改善肠炎小鼠的外观及肠腔结构损伤。④内源性RAS上调及下调对TNBS肠炎的影响:RAS上调----血管紧张素Ⅱ处理的肠炎小鼠的体重下降更加明显,小鼠的肠腔结构损伤更加严重;RAS下调----氯沙坦处理的肠炎小鼠的体重下降趋缓,小鼠的肠腔结构损伤有所改善;血管紧张素Ⅱ处理小鼠的肠粘膜炎症因子表达较未处理组增多,而氯沙坦肠炎小鼠肠粘膜的炎症因子表达较未处理组减少;血管紧张素Ⅱ处理肠炎小鼠的粘膜凋亡蛋白表达明显增加,而氯沙坦可以减轻肠炎小鼠粘膜凋亡蛋白的表达。  结论:⑴RAS活化导致肠上皮细胞过度凋亡及肠粘膜固有层Th1/Th17免疫反应激活,可能是IBD的重要发病机制之一,这种作用与机体的血压水平无关;⑵内源性RAS水平的上调加重肠炎,抑制内源性RAS水平减轻肠炎,提示机体RAS水平的调控可能作为将来IBD的一个重要防治靶点。
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