钙激活钾通道在石英致大鼠肺泡巨噬细胞损伤中的作用

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近年,研究认为石英所致的炎性反应是肺部慢性阻塞性疾病、肺纤维化甚至肺癌的关键效应。石英可以通过K+外流激活NLRP3炎性体(NLRP3 inflammasome)从而介导炎性反应的发生。在K+外流过程中K+通道是否发挥作用?若是,是何种亚型的K+通道?有研究表明,石英作用后,肺泡巨噬细胞的外向延迟整流K+通道(Outwardly rectifying potassium(Kor) channel)开放增加,胞内Ca2+浓度增高。然而,阻断K+通道使得Ca2+浓度下降,炎性细胞因子分泌减少。鉴于此,本研究以钙激活钾通道(Calcium activated-potassium(KCa) channel)作为研究对象,探讨其在石英致肺泡巨噬细胞损伤中的作用。  目的:验证大鼠肺泡巨噬细胞是否表达钙激活钾通道(KCa),并探讨 KCa通道在石英致大鼠肺泡巨噬细胞损伤中的作用。  方法:第一部分:运用全细胞膜片钳技术测定正常培养3h的大鼠肺泡巨噬细胞的KCa通道电流,即时加入BK通道阻断剂Paxilline(1.00μmol/L)、IK通道阻断剂Tram-34(0.25μmol/L)、SK通道阻断剂Apamin(1.00μmol/L)并测定通道的电生理反应,以验证这3种亚型通道。以100μg/ml晶体石英和无定形石英分别染尘,为晶体石英组和无定形石英组。前者共培养3h、6h、12h、24h后,后者共培养3 h、24 h后进行电流记录,从刚破膜(0min)至破膜后20 min每隔2 min依次记录。第二部分:培养大鼠肺泡巨噬细胞(NR8383)作为体外受试系统。阴性对照组未施加任何处理。晶体石英组含100μg/ml晶体石英。无定形石英组含100μg/ml无定形石英。首先比较两种石英各自的作用,然后在100μg/ml晶体石英的基础上添加不同KCa通道阻断剂(BK通道阻断剂Paxilline0.04、0.20、1.00μmol/L,IK通道阻断剂Tram-340.01、0.05、0.25μmol/L和SK通道阻断剂Apamin0.25、0.50、1.00μmol/L),观察通道的作用。测定细胞存活率、乳酸脱氢酶(LDH)活力、白介素-1β(IL-1β)以及肿瘤坏死因子-α(TNF-α)释放量。  结果:通过全细胞膜片钳模式记录到NR8383细胞膜上存在BK、IK和SK通道电流,在-120~+60 mV范围内BK和IK通道电流呈现外向整流性,而SK通道电流却兼有内向整流性和外向整流性。三者在+60mV达到最大电流密度,分别为(8.7±2.5) pA/pF、(8.3±3.0) pA/pF和(5.2±1.8) pA/pF,平均翻转电位分别为(59.2±5.1) mV、(-65.0±5.5)mV和(-60.3±5.3)mV。通道动力学分析发现,只有BK通道能用Boltzmann方程拟合出稳态激活曲线,半数激活电压V1/2=(9.6±2.8) mV,斜率因子k=22.6±2.5。1μmol/L Paxilline和1μmol/L Apamin能分别将BK和SK通道破膜后最大电流降至刚破膜时电流大小,而0.25μmol/L Tram-34却不能。  与阴性对照组比较,晶体石英和无定形石英均可引起细胞存活率下降、LDH漏出增多、IL-1β和TNF-α释放增加,差异均有统计学意义(P<0.01)。并且,晶体石英致细胞存活率下降和LDH漏出、IL-1β和TNF-α分泌增多较无定形石英更严重,差异均有统计学意义(P<0.01)。与晶体石英组比较,IK通道阻断剂组细胞存活率增高,差异有统计学意义(P<0.01),BK和SK通道阻断剂组细胞存活率与之比较无统计学差异(P>0.05)。BK、IK和SK通道阻断剂组细胞LDH漏出和IL-1β释放都减少,差异有统计学意义(P<0.05)。BK和IK通道阻断剂组TNF-α分泌减少,差异有统计学意义(P<0.05),而SK通道阻断剂对晶体石英致TNF-α释放的影响不明显(P>0.05)。Tram-34降低IL-1β和TNF-α释放量呈剂量—效应关系,其他类型阻断剂则否。  晶体石英共培养各时长组电流比较,以3h组电流增大最为明显。与刚破膜时(0 min)相比,各时长组破膜后电流均增大,20 min内电流未出现明显衰减。3h晶体石英组、3h无定形石英组和正常对照组三者的平均翻转电位分别为(-58.6±1.7)mV、(-61.6±4.9)mV和(-62.4±5.6) mV,差异无统计学意义(P>0.05)。最大外向K+通道电流分别为(13.5±1.6)pA/pF、(5.6±1.4) pA/pF和(7.6±2.9)pA/pF,无定形石英组、正常组与晶体石英组比较电流差异具有统计学意义(P<0.01)。最大外向K+通道电流=刚破膜部分+破膜后增加部分(Ca2+敏感K+通道电流),三组刚破膜部分两两比较电流差异无统计学意义(P>0.05),破膜后增加部分电流差异结果与最大外向K+通道电流一致。  结论:全细胞膜片钳实验证实大鼠肺泡巨噬细胞表达BK、IK和SK通道。阻断大鼠肺泡巨噬细胞KCa通道可降低石英所致细胞膜破坏,减少炎性因子IL-1β和TNF-α的释放。晶体石英作用后细胞外向K+通道电流和Ca2+敏感性K+通道电流明显增大,而无定形石英无此效应。KCa通道可能在石英诱导巨噬细胞损伤中发挥一定作用。
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