陳旭林 孫 立 郭 峰 王 飛 劉 晟 梁 勛 王仁素 王永杰 孫業(yè)祥
(安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院燒傷科,安徽 合肥 230022)
高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein,HMGB1)作為一個重要的促炎性細胞因子,被認為既是炎癥早期的啟動者,又是炎癥晚期的促進者[1],介導(dǎo)了嚴(yán)重?zé)齻娜硌装Y反應(yīng)過程,參與了燒傷后全身多臟器損傷的發(fā)生[2],但其在促進燒傷后肝臟枯否細胞(Kupffer cells, KCs)表達促炎因子中的具體機制尚不清楚。HMGB1主要通過Toll樣受體(TLRs)信號途徑(特別是TLR2和TLR4)起到引起炎癥反應(yīng)的作用[3]。本文探討TLRs在HMGB1誘導(dǎo)的嚴(yán)重?zé)齻笫驥Cs分泌促炎性細胞因子中的作用,以了解HMGB1促炎作用的受體機制。
1.1 動物分組與燒傷模型的制備 健康成年雄性SD大鼠32只,體重200~250 g,購自安徽醫(yī)科大學(xué)動物中心。常溫下飼養(yǎng)1周,隨機分為燙傷組(n=24)和假燙組(n=8)。燙傷組大鼠以戊巴比妥鈉(30 mg/kg)腹腔注射麻醉后,背部置于98 ℃水中12 s,造成30%TBSA Ⅲ度燒傷,燒傷后立即給予乳酸林格液(30 ml/kg)腹腔注射進行液體復(fù)蘇。假燙組大鼠進行相同的麻醉,但給予室溫水浴,不行液體復(fù)蘇。各組大鼠于燙傷或假燙后24 h心臟取血處死,分離肝臟KCs。
1.2 KCs的分離與培養(yǎng) KCs的分離采用肝臟原位灌注,Nycodenz不連續(xù)密度梯度離心和選擇性黏附法[4]。KCs活性的判斷和鑒定分別采用臺盼藍染色和乳膠微粒吞噬試驗,活性和純度均大于95%。分離后的KCs以每孔1×106的密度接種于24孔板中。為觀察HMGB1對燒傷后KCs促炎性細胞因子產(chǎn)生的影響,燙傷組和假燙組大鼠的KCs分別采用不同濃度HMGB1(0、50、100、200 ng/ml,美國Sigma公司)刺激48 h,然后測定細胞培養(yǎng)上清液中TNF-α和IL-1β的含量。為了解HMGB1燒傷后促炎作用的受體機制,另將燙傷組大鼠的KCs分離后隨機分為4組:①對照組,RPMI-1640培養(yǎng)液中培養(yǎng)48 h;②HMGB1組,100 ng/ml HMGB1 刺激48 h;③HMGB1+TLR2抗體組,20 μg/ml TLR2抗體(美國Invivogen公司)培養(yǎng)2 h后加入100 ng/ml HMGB1 刺激48 h;④HMGB1+TLR4抗體組, 20μg/ml TLR4抗體(美國Invivogen公司)培養(yǎng)2 h后加入100 ng/ml HMGB1 刺激48 h。檢測各組KCs中TNF -α和IL-1β mRNA的表達。
1.3 ELISA法測定KCs上清液中的TNF-α和IL-1β含量 收集細胞培養(yǎng)上清液,使用大鼠TNF-α和IL-1β酶聯(lián)免疫吸附試劑盒(美國Bio Source公司)檢測TNF-α和IL-1β含量,相關(guān)操作按照生產(chǎn)商提供的說明書進行。
1.4 Northern blot法檢測KCs中TNF -α和 IL-1β mRNA的表達 使用 Trizol法提取KCs的總RNA,測定260和280 nm處 吸光度值以反映RNA 含量和純度。采用文獻[5]的方法將提取的10 μg RNA電泳后,轉(zhuǎn)移到尼龍膜(Hybond-N+,美國Amersham公司),得到的印記分別與(α-32P)d CTP(3000 Ci/mmol,美國Amersha公司)標(biāo)記的大鼠TNF-α和IL-1β的c DNA探針相雜交,采用GAPDH作為內(nèi)參照。雜交膜使用Phosphor-Imager成像系統(tǒng)進行吸光度分析。
2.1 HMGB1刺激后燒傷大鼠KCs 上清液TNF-α和IL-1β含量的變化 燙傷組和假燙組大鼠的KCs在HMGB1刺激后,上清液中的TNF-α 和IL-1β含量均明顯升高,其升高幅度與HMGB1均呈現(xiàn)劑量依賴性關(guān)系。統(tǒng)計學(xué)結(jié)果顯示:HMGB1刺激后,燙傷組大鼠KCs分泌的TNF-α和IL-1β水平顯著高于假燙組大鼠的KCs(P<0.05或P <0.01),這種差異在使用100 ng/ml或者更高濃度HMGB1刺激后更為明顯。見表1。
2.2 Toll樣受體在HMGB1刺激致KCs培養(yǎng)上清液中TNF-α和IL-1β含量變化中的作用100 ng/ml HMGB1刺激后燒傷大鼠KCs分泌TNF-α和IL-1β顯著增加,TLR2/4抗體預(yù)培養(yǎng)KCs都可以明顯減弱HMGB1誘導(dǎo)TNF-α和IL-1β上調(diào)的作用(P <0.01)。TLR4抗體抑制HMGB1誘導(dǎo)TNF-α表達的作用比TLR2抗體更明顯(73%對53%,P <0.05),加入TLR4抗體預(yù)培養(yǎng)的KCs培養(yǎng)液上清中TNF-α水平與對照組之間差異無顯著性(P >0.05)。TLR2抗體較TLR4抗體更顯著地抑制了HMGB1誘導(dǎo)的IL-1β表達(79%對51%,P <0.05),HMGB1+TLR2組的KCs培養(yǎng)液上清中的IL-1β水平與對照組之間差異無顯著性(P >0.05)。見表2。
表1 HMGB1刺激嚴(yán)重燙傷大鼠KCs后培養(yǎng)上清液中TNF-α 和IL-1β含量的變化(±s, n =8)
表1 HMGB1刺激嚴(yán)重燙傷大鼠KCs后培養(yǎng)上清液中TNF-α 和IL-1β含量的變化(±s, n =8)
注:與假燙組比較:* P <0.05,** P <0.01
HMGB 1 (ng/ml) TNF-α (ng/ml) IL-1β (ng/ml)假燙組 燙傷組 假燙組 燙傷組0 0.91±0.06 2.68±0.130 0.18±0.01 0.434±0.05000 50 1.75±0.16 4.41±0.43* 0.35±0.03 0.82±0.08*0 100 4.59±0.45 10.59±1.39** 0.85±0.09 2.49±0.33**200 8.04±0.76 18.69±1.98** 1.40±0.14 3.94±0.45**
表2 ELISA法檢測各組大鼠KCs培養(yǎng)上清中TNF-α和IL-1β的含量(±s, n =8)
表2 ELISA法檢測各組大鼠KCs培養(yǎng)上清中TNF-α和IL-1β的含量(±s, n =8)
注:與對照組比較:* P <0.05,** P <0.01;與 HMGB1 組比較 :#P <0.05,##P <0.01
組 別 TNF-α (ng/ml) IL-1β (ng/ml)對照組 2.69±0.140 0.43±0.0500 HMGB1組 10.59±1.39** 2.49±0.33**HMGB1+TLR2 抗體組 4.956±0.36*## 0.52±0.08##HMGB 1+TLR4 抗體組 2.88±0.36## 1.21±0.21*##
2.3 TLRs在HMGB1誘導(dǎo)嚴(yán)重?zé)齻笫驥Cs TNF-α和 IL-1β mRNA 表 達 中 的 作 用Northern blot結(jié)果表明,100 ng/ml HMGB1刺 激 KCs 48 h后, 細 胞 內(nèi) TNF-α和 IL-1β m RNA水平均較對照組明顯升高(P <0.01)。與HMGB1單獨刺激組比較,使用TLR2/4抗體預(yù)培養(yǎng)嚴(yán)重?zé)齻笫驥Cs明顯抑制HMGB1誘導(dǎo)的 TNF-α 和 IL-1β mRNA 表 達(P <0.01)。TLR2抗體抑制IL-1β m RNA表達的作用更為明顯,而TLR4抗體抑制TNF-α mRNA表達的作用更為顯著。
枯否細胞存在于肝血竇中,是組成機體單核-巨噬細胞系統(tǒng)最大的群體,占單核-巨噬細胞總數(shù)的80%~90%。KCs是重度燒傷早期炎癥因子TNF-α和IL-1β釋放的重要來源,并且導(dǎo)致了燒傷后的肝損傷,抑制KCs的活化可以減輕燒傷后全身炎癥反應(yīng)的發(fā)生。
圖1 Northern blot法檢測各組大鼠KCs中TNF -α和IL-1β mRNA的表達
HMGB1是一種高度保守的非組蛋白染色體蛋白質(zhì),最初認為它是一種參與維護核小體結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的DNA結(jié)合蛋白。HMGB1可由燒傷后損傷的細胞被動釋放,也可由應(yīng)激狀態(tài)下的單核細胞和巨噬細胞主動分泌,是一種引起燒傷后組織損傷和炎癥反應(yīng)的介質(zhì)。大面積燒傷患者血漿中HMGB1水平明顯升高[6-7]。最新研究發(fā)現(xiàn),HMGB1作為一種強有力的促炎性細胞因子和“晚期”炎癥介質(zhì)參與了全身炎癥反應(yīng)的進程[1]。在本研究中,雖然HMGB1能誘導(dǎo)各實驗組KCs中TNF-α和IL-1β表達增高,但是嚴(yán)重?zé)齻笫髞碓吹腒Cs對于HMGB1誘導(dǎo)的TNF-α和IL-1β表達比假燙組更敏感。HMGB1上調(diào)嚴(yán)重?zé)齻笫驥Cs表達TNF-α和IL-1β呈劑量依賴性的關(guān)系。這些結(jié)果表明HMGB1可能在燒傷后炎癥反應(yīng)級聯(lián)放大過程中起到非常重要的作用。
由于100 ng/ml HMGB1上調(diào)嚴(yán)重?zé)齻笫驥Cs 分泌TNF-α和IL-1β的作用最為顯著,故在探討TLRs在HMGB1誘導(dǎo)嚴(yán)重?zé)齻驥Cs促炎性細胞因子產(chǎn)生中的作用時,采用100 ng/ml HMGB1刺激KCs。
Toll樣受體是一組高度保守的蛋白,接受各種內(nèi)源性和外源性刺激后激活固有免疫細胞,在機體免疫應(yīng)答中發(fā)揮著重要作用[8]。HMGB1主要通過Toll樣受體信號途徑(特別是TLR2和TLR4)起到引起炎癥反應(yīng)的作用[9-10]。本實驗中用特異性阻斷劑分別阻斷TLR2和TLR4的表達,發(fā)現(xiàn)阻斷TLR4的表達較阻斷TLR2的表達能更有效地抑制HMGB1誘導(dǎo)KCs表達TNF-α。另一方面,阻斷TLR2的表達比阻斷TLR4的表達更顯著地抑制了HMGB1誘導(dǎo)KCs表達IL-1β。本研究結(jié)果表明,HMGB1通過TLR2和TLR4介導(dǎo)KCs表 達 TNF-α和 IL-1β; TLR4在 HMGB1誘導(dǎo)KCs表達TNF-α的過程中起到更加重要的作用,而HMGB1誘導(dǎo)KCs表達IL-1β主要依靠TLR2介導(dǎo)。TLR2和TLR4在HMGB1誘導(dǎo)燒傷后KCs產(chǎn)生和釋放炎性細胞因子的過程中發(fā)揮著不同作用。
除TLR2及TLR4外,Toll樣受體家族中的TLR9和晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)同樣可以被HMGB1激活[9,11],但其激活在燒傷后HMGB1誘導(dǎo)的KCs活化及炎性細胞因子釋放中的作用尚不明確。我們之前的研究發(fā)現(xiàn)使用RAGE抗體預(yù)培養(yǎng)的KCs并不能降低HMGB1誘導(dǎo)的TNF-α和IL-1β分泌,這意味著絕大多數(shù)HMGB1引起的燒傷KCs活化并不依賴RAGE。有關(guān)TLR9在嚴(yán)重?zé)齻驢MGB1介導(dǎo)的KCs激活及炎性細胞因子釋放中的作用還有待于進一步研究。
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