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目的: 本实验通过观察百草枯(Paraquat,PQ)中毒后Sprague-Dawley(SD)大鼠肺组织结构、胶原沉积的改变,肺泡灌洗液中III型胶原的改变,大鼠血气检测的变化,肺组织HIF-1α、TGF-β1、β-catenin、Snail、α-SMA等上皮细胞间质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)相关蛋白的变化及其之间的相关性,探讨EMT在百草枯致肺纤维化中的作用、HIF-1α与EMT的关系以及寻找HIF-1α激活EMT导致肺纤维化的可能信号通路,进一步明确PQ中毒后肺组织发生纤维化的起始时间,为下一步研究百草枯中毒致肺纤维化的分子机制打下基础。 方法: 1.动物分组及动物模型的建立 将96只健康雄性SD大鼠随机分为对照组(12只)和中毒组(84只):对照组大鼠予生理盐水1ml一次性灌胃,中毒组按照50mg/kg将20%浓度的百草枯原液用生理盐水稀释至1ml后一次性灌胃,按灌胃后2h、6h、12h、24h、48h、72h及120h分为7个亚组,每组12只。 2.观察中毒组大鼠一般情况的改变 观察百草枯中毒后大鼠体重、活动、饮食、竖毛、呼吸、反应的改变,记录每组死亡只数以及建模失败只数。 3.检测中毒后大鼠动脉血氧分压、二氧化碳分压的变化 中毒后大鼠按照对照组、2h、6h、12h、24h、48h、72h及120h采集颈动脉血,检测血气中动脉血氧分压、二氧化碳分压变化。 4.检测中毒后大鼠肺泡灌洗液中III型胶原的含量变化 中毒后大鼠按照对照组、2h、6h、12h、24h、48h、72h及120h采集肺泡灌洗液,采用ELISA法检测肺泡灌洗液中III型胶原含量的变化。 5.中毒后大鼠肺组织病理学的改变 中毒后大鼠按照对照组、2h、6h、12h、24h、48h、72h及120h采集肺组织标本行HE及Masson染色,分别评价肺部炎症和纤维化程度,评估百草枯中毒后肺组织病理学改变。 6.中毒后大鼠肺组织HIF-1α蛋白的表达变化 中毒后大鼠按照对照组、2h、6h、12h、24h、48h、72h及120h采集肺组织标本,采用Western Blot法以及免疫荧光染色法检测HIF-1α蛋白的表达。 7.中毒后大鼠肺组织TGF-β1、β-catenin、Snail等EMT相关蛋白表达变化 中毒后大鼠按照对照组、2h、6h、12h、24h、48h、72h及120h采集肺组织标本,采用Western Blot法检测α-SMA、TGF-β1、β-catenin、Snail、GSK-3β、E-Cadherin蛋白的表达。 结果: 1.大鼠百草枯中毒2小时后即可见肺组织急性弥漫性损害,炎性细胞浸润,增厚。中毒后6小时肺泡炎症达到顶峰,到中毒后48小时肺泡炎症基本消退。 2.中毒后2小时开始有胶原的沉积,随着时间的延长而进一步加重。5天时见肺泡组织明显破坏,大片纤维结缔组织沉积。 3.在中毒早期(2h),肺泡灌洗液中III型胶原含量增多,在以后的每个时间点,III型胶原的含量一直维持在相对稳定的高水平。 4.百草枯中毒大鼠中毒后6小时出现血中氧分压下降,之后维持在相对稳定的平台期(6h-72h),中毒后72小时后氧分压进一步下降,同时大鼠二氧化碳分压开始升高,出现高碳酸血症,提示此时大鼠出现严重呼吸困难。 5. West Blot检测发现HIF-1α表达水平从中毒后2小时开始持续升高,免疫荧光检测发现在中毒后2小时的大鼠肺组织中开始出现部分HIF-1α荧光染色。对HIF-1α的荧光染色经行半定量评分,我们发现与Western Blot的检测结果一致,HIF-1α表达水平从2小时开始持续升高。 6.β-catenin,Snail和α-SMA表达在中毒后2小时开始升高,无功能的磷酸化GSK-3β在中毒后6小时开始升高,对β-catenin和Snail有抑制作用GSK-3β的表达在中毒后24小时后开始下降,作为上皮细胞标记的E-钙粘蛋白(E-Cadherin)表达在中毒后48小时开始降低,而TGF-β1蛋白表达水平在中毒后12小时开始升高。 7. HIF-1α表达水平与β-catenin(r=0.761,p=0.018)和Snail(r=0.935,p=0.005)的表达水平呈正相关。HIF-1α表达水平与α-SMA的表达水平无相关(r=0.633,p=0.519)。HIF-1α表达水平与TGF-β1的表达水平无相关(r=0.682,p=0.534)。HIF-1α表达水平与GSK-3β的表达水平无相关(r=0.686,p=0.155) 结论: 1.百草枯中毒后肺上皮细胞间质转变参与肺纤维化的形成。 2.百草枯中毒后HIF-1α的升高并不是由低氧调节的。 3.百草枯中毒后HIF-1α可能是通过不依赖GSK-3β的通路调节β-catenin或Snail,从而进一步引起EMT。 4.百草枯诱导的肺纤维化在中毒后2小时已经开始。肺纤维化在百草枯中毒后炎症早期即启动。 5.百草枯中毒后存在一个病理生理状态相对稳定的阶段(6h-72h),在此时间窗或更早针对HIF-1α及下游通路的潜在靶点进行干预可能减轻EMT的发生,部分逆转肺纤维化的发生。