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背景: 百草枯(paraquat,PQ)是一种世界范围内广泛使用的强效除草剂,在人和动物能够造成严重的肺损伤和肺纤维化,支气管、肺上皮细胞具有特征性的水肿、出血、间质炎症、增殖。百草枯具有非常高的致残致死率,目前临床尚缺乏有效的治疗措施。 百草枯中毒的机制目前尚不完全明确,研究表明氧化应激反应是百草枯中毒的一个重要机制,进而通过信号通路介导肺组织产生多种细胞炎症因子,促进白介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白介素-18(interleukin-18,IL-18)、肿瘤坏死因子α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)等的表达,加重了急性肺损伤(acutelung injury,ALI)反应,因此早期干预肺组织的炎症反应过程对改善患者病情和预后具有重要意义。近来研究表明NLRP3炎症体(NACHT-LRR-PYD-containingprotein3 inflammasome)在ALI的炎症反应和细胞凋亡发生发展的过程中发挥了重要的作用,NLRPP3炎症体可以活化半胱氨酸蛋白水解酶一1(caspase-1)以及激活炎症因子IL-1β和IL-18的成熟和分泌。姜黄素(curcumin,Cur)是首次从姜黄中分离出来的一种多酚类化合物,具有抗氧化活性和抗炎的广泛药理活性。本研究通过建立百草枯染毒大鼠模型,使用姜黄素进行干预,并观察肺组织病理变化,肺湿/干重比(W/D),肺指数,支气管肺泡灌洗液(broncho-alveolar lavagefluid,BALF)中蛋白及TNF-α的含量,各组大鼠肺组织匀浆中核苷酸结合低聚体结构样受体3(NACHT-LRR-PYD-containing protein3,NLRP3)、caspase-1的蛋白变化表达量,以及肺组织匀浆的IL-1β、IL-18表达水平变化,进而探讨姜黄素在百草枯中毒致大鼠急性肺损伤的治疗作用及分子机制。 目的: 探讨姜黄素对百草枯中毒致大鼠急性肺损伤的治疗作用及分子机制。 方法: 96只SDF级SD大鼠,重量250-300g,按照下述剂量腹腔注射给药,姜黄素由0.1%二甲基亚砜稀释成200 mg/mL,按照数字随机法分为4组,每组24只:(1)二甲基亚砜(DMSO)对照组,正常SD大鼠给予0.1%二甲基亚砜1 mL/kg腹腔注射;(2)姜黄素(溶于DMSO)组(Cur),给予Cur200 mg/kg腹腔注射;(3)百草枯中毒组(PQ),一次性PQ20mg/kg腹腔注射;(4)姜黄素治疗组(PQ+ Cur),PQ染毒后1小时给予姜黄素腹腔注射,Cur200 mg/kg,1次/天,连续7天。通过H.E染色利用光镜观察各组肺组织病理学改变,每组按照1、3、5、7天四个时段观察大鼠肺湿/干重比(W/D),肺指数,支气管肺泡灌洗液(BALF)中采用紫外分光光度法测定蛋白含量,酶联免疫吸附法(ELISA)测定BALF肿瘤坏死因子-α(TNF-α)的含量,肺组织匀浆白介素-18(IL-18)、白介素1β(IL-1β)含量变化。采用蛋白免疫印迹法(Western-blot)检测各组大鼠肺组织匀浆中NLRP3、半胱氨酸蛋白水解酶-1(caspase-1)的蛋白表达水平变化。 结果: 1)各组大鼠湿/干重比(wet/dry,W/D)以及肺指数(lung Index)变化与对照组相比较,PQ组的各个时间点W/D以及肺指数值明显升高,差异均具有统计学意义(P<0.05);与PQ组相比较,姜黄素治疗组(PQ+ Cur) W/D以及肺指数降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。 2)支气管肺泡灌洗液TNF-α变化 ELISA结果显示PQ中毒组的大鼠BALF中各时间点TNF-α含量明显高于DMSO组,二组差异具有统计学意义(P<0.05);与PQ组相比较,姜黄素治疗组(PQ+ Cur)中各时间点BALF中TNF-α含量下降,差异具有统计学意义(P<0.05)。 3)支气管肺泡灌洗液蛋白含量变化紫外分光光度法测定BALF蛋白含量,PQ组蛋白含量各个时间点明显大于DMSO对照组,差异具有统计学意义(P<0.05);与PQ组相比较,姜黄素治疗组(PQ+ Cur)中各时间点BALF蛋白含量降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。 4)肺组织病理学改变光镜观察显示与DMSO对照组比较,第三天PQ组肺泡腔内炎症渗出明显、肺间质可见明显炎症细胞浸润以及充血、水肿加重;与PQ组相比,姜黄素治疗组(PQ+ Cur)肺泡腔内渗出液、炎症细胞浸润以及充血、水肿等均明显减轻。PQ组肺病理评分明显高于DMSO组(P<0.001);姜黄素治疗组(PQ+Cur)组的病理评分明显低于PQ组(P<0.05)。 5)肺组织匀浆NLRP3,caspase-1的蛋白表达水平的变化 Western blot结果显示第三天时PQ组NLRP3,caspase-1蛋白的表达水平明显高于DMSO对照组(P<0.01);姜黄素治疗组(PQ+ Cur)中NLRP3,caspase-1蛋白的表达水平较PQ组降低(P<0.05)。见图4。 6)肺组织匀浆IL-18,IL-1β含量变化肺组织匀浆中各个时间点PQ组的IL-1β,IL-18含量明显高于DMSO对照组,差异具有统计学意义(P<0.05);与PQ组相比,姜黄素治疗组(PQ+ Cur)中IL-1β,IL-18的含量减少,差异具有统计学意义(P<0.05)。 结论: 1)姜黄素能够减轻百草枯中毒所致大鼠急性肺损伤; 2)NLRP3炎症体参与了百草枯中毒致急性肺损伤炎症的过程; 3)姜黄素是通过抑制NLRP3、caspase-1的表达从而减少其介导的下游炎症因子IL-18,IL-1β分泌,减轻PQ中毒致大鼠ALI的炎症反应。