Penicilazaphi...is诱导哮喘炎症的机制研究_黄俊敏.pdf
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1、Hainan Med J,Apr.2023,Vol.34,No.8海南医学2023年4月第34卷第8期Penicilazaphilone C抑制NETosis诱导哮喘炎症的机制研究黄俊敏,王才春海南医学院第一附属医院呼吸内科,海南海口571199【摘要】目的探讨Penicilazaphilone C(PAC)对哮喘小鼠炎症反应的影响,以及中性粒细胞胞外诱捕网的形成(NETosis)介导哮喘发生发展的可能机制。方法在体外,采用佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯(PMA)诱导健康小鼠的中性粒细胞产生中性粒细胞胞外诱网(NETs)。设置四组PAC的不同剂量组及对照组,通过测定dsDNA的产生了解抑制效
2、果。在体内,采用脂多糖(LPS)诱导建立哮喘小鼠模型,将30只小鼠随机分成对照组、哮喘组、地塞米松组、DNase 组及PAC组。测定支气管肺泡灌洗液(BALF)中细胞因子和炎性细胞水平;对肺组织采用 HE染色、PAS染色及免疫荧光;通过Western blotting检测肺组织中的瓜氨酸化组蛋白;通过荧光镜检验证哮喘小鼠是否产生了NETs。结果在体外,1.2 mg/mL的PAC可以显著抑制NETs的形成0.3 mg/mL、0.6 mg/mL、0.9 mg/mL、1.2 mg/mLPAC组结果分别为(0.720.17)RFU、(0.350.09)RFU、(0.160.02)RFU、(0.110.
3、03)RFU),差异有统计学意义(P0.05);在体内实验中,小鼠BALF中的dsDNA与对照组(165.406.99)ng/mL相比,哮喘组(300.008.27)ng/mL的含量明显增加,差异有统计学意义(P0.05);BALF中有大量细胞因子及炎性细胞,中性粒细胞约占62%,肺组织明显受损。PAC组小鼠的中性粒细胞水平为(235.5021.03)104cells/mL,明显低于哮喘组的(796.5012.47)104cells/mL,差异有统计学意义(P0.05);PAC组小鼠肺组织病理改变较哮喘组明显减少,PAC组小鼠的炎症评分为(1.170.41)分,明显低于哮喘组的(3.170.7
4、5)分,差异有统计学意义(P0.05);与哮喘组对比,PAC组Western blotting检测出的瓜氨酸化组蛋白水平显著下降。结论利用LPS成功建立中性粒细胞型哮喘小鼠模型;PAC可以显著缓解哮喘小鼠炎症,其机制与抑制瓜氨酸化组蛋白和NETosis有关。【关键词】小鼠;哮喘;炎症;中性粒细胞;中性粒细胞胞外诱捕网;组蛋白;机制【中图分类号】R-332【文献标识码】A【文章编号】10036350(2023)08106507Mechanism of inhibition of NETosis-induced asthma inflammation by Penicilazaphilone C.
5、HUANG Jun-min,WANG Cai-chun.Department of Respiratory Medicine,the First Affiliated Hospital of Hainan Medical University,Haikou571199,Hainan,CHINA【Abstract】ObjectiveTo investigate the effect of Penicilazaphilone C(PAC)on the inflammatory response ofasthmatic mice and the possible mechanism of the f
6、ormation of Neutrophil extracellular traps(NETosis)in the develop-ment of asthma.MethodsIn vitro,NETs were induced in neutrophils of healthy mice with phorbol 12-my-ristate-13-acetate(PMA).Four groups of different doses of PAC and control groups were set up to understand inhibitoryeffect by measurin
7、g the production of dsDNA.In vivo,a asthma mouse model was established by inducing lipopolysac-charide(LPS),and 30 mice were randomly divided into 5 groups:control group,asthma group,dexamethasone group,DNaseI group,and PAC group.The levels of cytokines and inflammatory cells in bronchoalveolar lava
8、ge fluid(BALF)were measured.Lung tissues were stained with HE staining,PAS staining,and immunofluorescence.Citrullinated his-tone H3 in lung tissue was detected by western blotting.NETs production in asthmatic mice was verified by fluores-cence microscopy.ResultsIn vitro,1.2 mg/mL PAC could signific
9、antly inhibit the formation of NETs:the levels ofNETs in the 0.3 mg/mL,0.6 mg/mL,0.9 mg/mL,1.2 mg/mL PAC group were(0.720.17)RFU,(0.350.09)RFU,(0.160.02)RFU,(0.110.03)RFU,respectively,with statistically significant differences(P0.05).In vivo,the dsDNAof BALF in the asthma group was significantly hig
10、her than that of the control group:(300.008.27)ng/mL vs(165.406.99)ng/mL(P0.05).There were a large number of cytokines and inflammatory cells in BALF,and neutrophils account-ed for about 62%.In addition,lung tissue was obviously damaged.The level of neutrophils in PAC group was signifi-cantly lower
11、than that in asthma group:(235.5021.03)104cells/mL vs(796.5012.47)104cells/mL(P0.05).The in-flammation score was(1.170.41)points in the PAC group,significantly lower than(3.170.75)points in the asthmagroup(P0.05).The expression level of citrullinated histone H3 was significantly decreased in the PAC
12、 group com-pared to the asthma group.ConclusionThe neutrophilic asthma mouse model was successfully established by LPS.PAC can significantly alleviate inflammation in asthmatic mice,and the mechanism is related to the inhibition of citrulli-nated histone H3 and NETosis.【Key words】Mice;Asthma;Inflamm
13、ation;Neutrophil;Neutrophil extracellular traps;Histone;Mechanism 论著 doi:10.3969/j.issn.1003-6350.2023.08.001基金项目:国家自然科学基金(编号:81660004)。第一作者:黄俊敏(1996),女,住院医师,硕士,主要研究方向为呼吸系统疾病。通讯作者:王才春(1966),男,主任医师,研究生导师,主要研究方向为呼吸系统疾病,E-mail:S。哮喘是一类常见的慢性呼吸道疾病,全球约有3.34亿哮喘患者1。中性粒细胞胞外诱捕网(neutro-phil extracellular traps,
14、NETs)是中性粒细胞衍生的胞外支架,由颗粒蛋白装饰的解聚染色质组成。NETs不1065海南医学2023年4月第34卷第8期Hainan Med J,Apr.2023,Vol.34,No.8仅有抗感染的作用,而且对非感染性疾病也有重要影响2。Toussaint等3发现NETs释放的DNA促进鼻病毒诱导的过敏性哮喘的恶化。Pham等4指出NETs通过损伤气道的上皮细胞,从而导致多种细胞(包括中性粒细胞、肥大细胞等)参与炎症的发生,加快哮喘的进展。多数研究表明NETs与哮喘的炎症进程相关。但针对NETosis诱发哮喘的详细机制及治疗研究较少。Penicilazaphilone C是从中国海南省海口
15、市海岸的腐烂树叶中生长的真菌Penicillium sclerotiorum分离并进行结构鉴定为新的嗜氮酮类化合物。由于该类化合物的基本结构和文献报道的Penicilazaphilone A和B相同5-6,故将其命名为 Penicilazaphilone C(PAC)。PAC对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌等细菌有较强的抑制作用7。PAC具有很多生物活性,包括抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗炎、抗氧化、细胞毒作用等8。在目前的国内外文献中,针对PAC的研究为数不多。本研究在PAC抗氧化及抗炎作用的基础上推测PAC通过抑制中性粒细胞胞外诱捕网形成(NETosis)的产生来达到其预防或治疗哮
16、喘的作用。1材料与方法1.1材料Penicilazaphilone C由本课题研究团队提供,化学结构见图1。BCA蛋白定量检测试剂盒、脂多糖、DNase 均购自 Servicebio(货号分别为:G2026-200T、G5032-10MG、G3342-200U)。ELISA试剂盒、Triton X-100、DAPI均购自Sigma(货号分别为:RAB0263-1KT、T8787-50ML、D9542-1MG)。1.2实验方法1.2.1小鼠体外诱导NETs所有实验均严格按照申请内容进行。实验所用的30只68周龄健康雄性BALB/c小鼠从广州市赛柏诺生物科技公司购买,提前送到海南医学院实验室进行饲
17、养。取健康小鼠新鲜外周血,用10 nmol/L的PMA刺激中性粒细胞。4%甲醛固定细胞,0.1%Triton X-100 通透,再用 5%BSA 阻断 1 h,细胞与抗髓过氧化物酶(Myeloperoxi-dase,MPO)抗体孵育,接着与Alexa Fluor 488标记的山羊抗兔抗体孵育。对中性粒细胞培养上清液中的双链DNA(dsDNA)的水平进行定量,用酶标仪来测定dsDNA的荧光强度。PAC 由本课题研究团队提供。设置四组PAC的不同剂量组(0.3 mg/mL、0.6 mg/mL、0.9 mg/mL、1.2 mg/mL),了解抑制效果,最终确定最佳有效剂量,以便进行下一步的体内实验。1
18、.2.2哮喘小鼠模型的建立小鼠适应性喂养1周后,根据相关研究方案9-10建立LPS诱导的小鼠哮喘模型(图2),采用LPS腹腔注射和雾化吸入的方法建立小鼠哮喘模型。把30只雄性小鼠依照数字表随机分成五组,每组6只,即对照组、哮喘组、地塞米松组、DNase I组及PAC组。用1 mg/mL的LPS与氢氧化铝Al(OH)3凝胶制成混合溶液。除对照组外其他4组在第1天、第7天用其腹腔注射致敏小鼠。第1421天,持续7 d以 1 mg/mL 的 LPS 气雾剂雾化激发哮喘,30 min/d。对照组在致敏及激发阶段用0.9%NaCl溶液雾化。对于DNase 组,雾化激发暴露前和雾化后8 h分别雾化吸入DN
19、ase 溶液(120 U DNase I溶于5 mL 0.9%NaCl溶液)30 min。第2148天,对照组和哮喘组的小鼠只接受腹腔注射0.9%NaCl溶液。在致敏及致激后,地塞米松组小鼠在第2148天连续4周予2 mg/kg地塞米松灌胃。PAC 组小鼠按照 PAC 的有效剂量进行灌胃。造模结束24 h后统一处理小鼠。1.2.3Western blotting肺组织块用磷酸盐缓冲液(PBS)冲洗,清洗后将肺组织分成小块进行匀浆。裂解后收集上清。取蛋白溶液,用BCA蛋白浓度 测 定 试 剂 盒 测 蛋 白 浓 度,上 样、电 泳。用SDS-PAGE分离细胞总蛋白提取物,并转移到PVDF膜上,加
20、上脱脂牛奶封闭 30 min,加入配置好的一抗,4孵育摇床过夜。回收一抗,洗膜后加入TBST快速洗脱,将二抗用TBST按照15 000的比例进行稀释,室温下孵育 30 min 后洗脱。依照说明书对CitH3及组蛋白进行化学修饰,并使用修饰的抗CitH3抗体和抗组蛋白抗体进行检测。1.2.4组织学肺组织用10%甲醛溶液固定,石蜡包埋切片,进行HE染色、PAS染色及免疫荧光。HE和PAS染色在显微镜下观察上皮细胞、炎性细胞的浸润及黏液分泌等,并使用先前研究描述的方法对支气管以及血管周围的病变程度进行评分10。观察到的每个支气管评分从0到4分,总共评分10个区域。评分图1Penicilazaphil
21、one C的化学结构Figure 1Chemical structure of Penicilazaphilone C图2LPS诱导小鼠哮喘模型实验流程图Figure 2Flow chart of mouse asthma model induced by LPS注:ip,腹腔注射;inh,雾化吸入;ig,灌胃;NS,0.9%NaCl溶液;DEX,地塞米松。Note:ip,intraperitoneal injection;inh,aerosol inhalation;ig,intragastricadministration;NS,0.9%NaCl solution;DEX,dexameth
22、asone.1066Hainan Med J,Apr.2023,Vol.34,No.8海南医学2023年4月第34卷第8期标准:0分,没有细胞浸润;1分,有少许细胞浸润;2分,有1层细胞浸润;3分,有2至4层细胞浸润;4分,有大量细胞(超过4层细胞)浸润。肺组织的整体炎症表现以支气管周围和血管周围炎症评分的平均数来表示。肺组织切片同时进行MPO 和瓜氨酸化组蛋白H3(citrullination of histone H3,CitH3)等NETs标志物染色。进行抗原修复及封闭。玻片上依次放入一抗及二抗,室温孵育50 min。加DAB显色液,苏木素复染细胞核。使用共聚焦显微镜从每个切片中随机选择
23、5个区域,使用荧光显微镜进行成像。1.2.5支气管肺泡灌洗液对BALF当中的相关炎性细胞及细胞因子进行检测。麻醉小鼠后,气管插管后用PBS冲洗肺组织3次来获取BALF。BALF在4下离心,上清液分离,在-80下保存。采用ELISA 检测白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-17(IL-17)和肿瘤坏死因子-(TNF-)。将BALF离心沉淀,重悬于PBS中,细胞计数器测定总细胞数。对于细胞比例测量,细胞悬液移至薄片机的收集孔中,并通过离心将细胞移到玻片上进行Wright/Giemsa染色。根据细胞大小、形态和细胞核形态鉴定各类细胞,计算嗜酸性粒细胞、巨噬细胞、中性粒
24、细胞在BALF中的数量。1.2.6NETs各组小鼠腹主动脉采血,细胞悬液加入24孔板中,并刺激3 h以鉴定NETs结构。4%多聚甲醛固定,0.5%TritonX-100 通透,室温下在 5%BSA内封闭。加入一抗混合物(小鼠抗MPO抗体),加入二抗混合物(兔抗 CitH3 抗体),在室温下孵育。DNA用DAPI染色。用 Fisher Science的抗褪色荧光贴装介质清洗并贴装玻片。用荧光显微镜观察图像。为了检测肺组织中产生的 NETs,使用抗MPO和抗组蛋白H3抗体开展免疫荧光染色。组织放置在含有甲醛的PBS中,石蜡包埋。将切片进行脱蜡和再水化。进行抗原修复及封闭。切片依次与兔抗MPO抗体和
25、小鼠抗组蛋白H3抗体一同孵育。洗涤后将样品与可识别CitH3(驴抗小鼠 IgG)和 MPO 的二抗一同孵育(驴抗兔 IgG)。切片及 DAPI 溶液在室温下孵育 20 min,拿抗荧光衰减封片试剂来封片。用载玻片扫描仪获得免疫荧光图像。1.2.7NETs的定量在体外实验中,PMA刺激中性粒细胞4 h后,收集底层离心,收集富含dsDNA的上清液。将上清液离心,丢弃上清液,再用PBS重悬颗粒。用SYTOX绿板阅读器分析NETosis。NETs的重要成分是释放到细胞外空间的dsDNA。PicoGreen试剂盒可以特异性地测量细胞外dsDNA,以准确反映NETs的生成。从BALF上清液中提取的dsDN
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