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研究背景: 轮状病毒(rotavirus,RV)是引起世界范围内<5岁儿童腹泻的最重要病原体之一。以不同的动物实验对RV肠炎致泻的发病机制进行了广泛的研究,但仍未完全明确。我们研究组前期动物实验表明:回肠上皮细胞水通道蛋白(Aquaporin,AQP)AQP1mRNA的表达降低与肠腔内水的转运功能障碍、对水的吸收减少而导致的腹泻相关。而AQP家族中的哪些成员、如何参与轮状病毒肠炎的致泻过程,则有待进一步深入研究。 研究目的: 建立RV肠炎乳鼠动物模型;研究RV感染前后乳鼠肠道AQP1,AQP3,AQP4,AQP8蛋白的表达情况,探讨AQP是否参与RV肠炎致泻的发病机制。 材料与方法: 1.研究对象 3-4日龄SPF级昆明乳鼠74只(许可证号:CXK(粤)12009-001),购自中山大学实验动物中心。 2. RV病毒培养 LLC-MK2细胞生长于含10%胎牛血清、200U/ml青霉素、200ug/ml链霉素的1640培养液中。 接种病毒前,猴RV SAll用胰酶(终浓度为lOug/m1)按1:1的量混匀后放入37℃培养箱孵育1小时。吸附1小时后,加入含lug/ml胰酶的病毒维持液继续培养,接种病毒后第5天LLC-MK2细胞全部脱落,收获病毒冻存。TCID50法测定病毒滴度为1×107。 3. RV肠炎动物模型的建立 3-4日龄SPF级昆明乳鼠74只随机分成实验组与对照组各37只,实验组每只乳鼠予300μl TCID50为1×107的轮状病毒液灌胃,对照组每只乳鼠予300μl不含轮状病毒的细胞培养液灌胃。RV灌胃24h后评估腹泻状况,评分方法[1]:没有收集到大便不计分,正常大便1分,稀烂便2分,黄绿色稀烂便3分,水样便4分,≥2分表示有腹泻。 4.大便RV抗原检测 根据轮状病毒检测试剂盒操作,胶体金法检测大便RV抗原。 5.标本采集及处理 处死乳鼠,迅速各取对照组与模型组(RV肠炎组)在造模后腹泻高峰期第3天乳鼠1cm空肠、回肠组织,用10%甲醛固定后苏木精—伊红染色光镜下观察小肠粘膜的病理学改变;用2.5%戊二醛—锇酸固定、乙醇梯度脱水、环氧丙烷浸透、环氧树脂包埋、1um超薄切片、醋酸铀—枸椽酸铅染色后电镜下观察小肠上皮超微结构改变。 取对照组与模型组造模后连续7天乳鼠2cm空肠、回肠、结肠组织,冰盐水冲洗干净后-80℃冰箱保存,western blot技术检测肠道AQP1、AQP3、AQP4和AQP8蛋白的表达。 6.统计学分析 统计数据以x±s表示,采用两独立样本t检验,P<0.05表示有统计学意义。 结果: 1.实验动物的临床表现及解剖结果 RV肠炎组乳鼠病毒灌胃24小时后出现腹泻症状,表现为食欲不振、脱水、腹胀、水样便,3-4天症状最为严重,其中4只乳鼠RV灌胃后的第3-4天出现嗜睡,其余乳鼠仍能活动、饮食;腹泻对乳鼠体重无影响。对照组所有乳鼠均无腹泻症状,体重平均每天增加0.09g。 处死乳鼠,剖开腹腔,RV肠炎组乳鼠肠粘膜见轻度充血、水肿,其中RV灌胃后第3-4天肠粘膜见有出血点;个别乳鼠肠管内见黄白色、黄褐色、褐绿色水样粪便堆积,含有未消化完全的凝乳状残渣。对照组乳鼠肠粘膜未见损伤。 2.光镜下观察肠黏膜组织的病理学改变 RV肠炎组病理改变为肠粘膜充血,绒毛轻度萎缩、坏死,小肠成熟绒毛上皮细胞空泡样变性,杯状细胞轻度增生,见有炎症细胞轻度浸润,粘膜下层水肿,绒毛轴心的血管扩张。对照组未见任何病理变化。 3.电镜下观察肠道超微结构变化 RV肠炎组电镜下小肠成熟绒毛上皮细胞空泡样变性,微绒毛排列稍紊乱或部分脱落,杯状细胞增生,上皮细胞顶部可见脂滴样结构,线粒体肿胀、溶酶体增多,而细胞间紧密连接未见结构改变。对照组小肠上皮未见任何改变。 4. western blot检测肠道AQP1,AQP3,AQP4,AQP8蛋白的表达 ①对照组与 RV肠炎组乳鼠空肠、回肠、结肠黏膜均有AQP1、AQP3、AQP4、AQP8蛋白表达。 ②RV肠炎组回肠、结肠 AQP1蛋白表达量显著低于对照组(回肠:t=3.87,P<0.01;结肠:t=2.55,P<0.05)。 ③RV肠炎组结肠 AQP4、AQP8蛋白表达量低于对照组(AQP4:t=4.76,P<0.01;AQP8:t=3.37,P<0.05)。 ④RV肠炎组结肠AQP3蛋白表达量显著高于对照组(t=-4.83,P<0.01)。 结论: 1.猴SA11株可成功感染昆明乳鼠,建立乳鼠RV肠炎模型。 2. RV感染乳鼠后小肠组织出现轻微的病理改变,主要感染成熟绒毛上皮细胞。 3. RV肠炎组乳鼠回肠AQP1、结肠AQP1、AQP4及AQP8表达下降,导致肠腔内转运水的功能发生障碍,对水重吸收减少,粪便稀薄而致腹泻,可能是轮状病毒肠炎致泻病理机制之一。 4. RV肠炎组乳鼠结肠AQP3表达上升,通过反馈机制代偿性表达增加,AQP3参与肠道水分的重吸收适应性过程,减轻乳鼠腹泻、脱水症状。