引用本文: 陳雪芬, 姬文婕, 胡道川, 馬永強, 周欣, 彭守春, 魏路清. 阿托伐他汀對實驗性肺纖維化的干預作用及機制. 中國呼吸與危重監護雜志, 2015, 14(3): 236-241. doi: 10.7507/1671-6205.2015060 復制
肺纖維化(PF)是間質性肺疾病終末期的一種表現形式,對于特發性肺纖維化(IPF)來說,纖維化過程病因不明,發病機制尚未闡明。他汀類藥物是一類3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶抑制劑,通過對HMG-CoA還原酶的抑制作用,使膽固醇合成減少。他汀類藥物除降脂作用外,還具有抗炎、抗氧化、抗血小板凝集、改善內皮功能等作用[1]。Krüppel樣因子4(KLF4)是一種真核轉錄因子,參與調節細胞的增殖、分化和凋亡,在腫瘤性疾病、心血管系統及肺部疾病的發生發展中起重要作用[2]。本研究擬通過阿托伐他汀干預博萊霉素致肺纖維化小鼠,探討KLF4在實驗性肺纖維化中的作用及其機制。
材料與方法
一 材料
注射用鹽酸平陽霉素(博萊霉素A5,天津太河制藥有限公司),阿托伐他汀鈣片(輝瑞制藥有限公司),TRIzol Reagent(Invitrogen公司),M-MLV反轉錄酶、dNTPs(Promega公司),SYBR Green實時定量PCR試劑盒(Roche公司),KLF4兔多克隆抗體(Abcam公司),戊巴比妥鈉(Sigma公司),兔超敏二步法免疫組化檢測試劑盒(北京中杉金橋生物有限公司),其余國產試劑均為分析純。
Nanodrop 2000c紫外/可見分光光度計(美國Thermo-Fisher),凝膠成像分析系統(美國BIO-RAD),ABI 7300熒光定量PCR儀(美國Applied Biosystems),Model 680自動酶標儀(美國BIO-RAD),切片機(德國Leica)。
二 方法
1.動物模型及處理:54只健康雄性C57BL/6小鼠,鼠齡8~10周,體重16~20 g,由中國人民解放軍軍事醫學科學院實驗動物中心提供,許可證號SCXK-(軍)2007-004。將54只小鼠隨機分為對照組、博萊霉素組和阿托伐他汀組,每組18只。輕度麻醉后,于頸部正中縱向切開,暴露氣管,博萊霉素組和阿托伐他汀組按劑量為2.5 mg/kg體重,經氣管內一次性注入博萊霉素溶液0.05 mL,對照組注入生理鹽水0.05 mL。博萊霉素干預后1 d,阿托伐他汀組開始每日1次灌胃給予阿托發他汀10 mg/kg。 3組分別于氣管內注入后第3、14及28 d,輕度麻醉后,摘眼球放血致死,每組各取6只,開胸取出小鼠肺組織,分離左肺,4%多聚甲醛溶液固定后用石蠟包埋切片,行HE、Masson染色和免疫組織化學染色,將右肺凍存于液氮,用于肺組織RNA和蛋白質的提取。
2.各組肺組織病理學變化的觀察:經固定、包埋,將肺組織切片(5 μm),按常規方法進行HE染色和Masson染色,在光學顯微鏡下觀察肺組織的炎癥反應和纖維化程度。Masson染色后組織中的膠原蛋白呈藍色,可直接觀察各組肺組織膠原蛋白的沉積情況。
3.實時定量PCR法檢測肺組織KLF4 mRNA的表達:將各組小鼠右肺組織液氮研磨,按照TRIzol說明書標準操作,提取各組肺組織的總RNA,Nanodrop 2000c紫外/可見分光光度儀定量,將總RNA反轉錄成cDNA后,用SYBR green法進行PCR擴增,同一樣本設2個復孔,實驗重復3次。各引物序列如下:KLF4正義鏈5′-CGGGAAGGGAGAAGA CACT-3′,KLF4反義鏈5′-GAGTTCCTCACGCCAAC G-3′,擴增產物長度為62 bp;β-actin正義鏈5′-CTAA GGCCAACCGTGG-3′,β-actin反義鏈5′-ACC AGAGGCATACAGGGACA-3′,擴增產物長度為104 bp。 引物均由北京三博遠志生物技術有限公司合成,用2-ΔΔCt法對擴增結果進行分析,ΔΔCt=(Ct目的基因-Ct內參基因)博萊霉素組-(Ct目的基因- Ct內參基因)對照組。
4.免疫組織化學法檢測KLF4蛋白的表達:按照試劑盒說明書操作步驟,采用鏈酶親和素-過氧化酶法(SP法)。包埋、固定、切片、脫蠟,用體積分數為3%的過氧化氫去除內源性過氧化物酶;10%山羊血清封閉后加入一抗(1∶200)于濕盒中4 ℃過夜;于次日加入生物素化的二抗孵育2 h,再用鏈酶親和素-過氧化酶復合物孵育2 h,行DAB顯色,蘇木素復染后,用二甲苯透明,中性樹膠封片。以上步驟中PBS替換一抗,做陰性對照,以胞核呈棕黃色或棕褐色為陽性表達,采用Image-pro plus(Version 6.0)圖像分析軟件進行半定量分析。
5.明膠酶譜分析法分析基質金屬蛋白酶2(MMP-2)的活性:用加有蛋白酶抑制劑cocktail和PMSF的蛋白裂解液RIPA冰上提取各組小鼠左肺總蛋白,分裝,-70 ℃保存。用BCA法計算出樣品蛋白濃度。制備10%分離膠(含明膠2 mg/mL),4%濃縮膠,樣品上樣濃度控制為30 μg,電泳100 V 3 h。經洗脫、漂洗、孵育、染色以及脫色后顯示出MMP-2條帶,為72 kDa、位于藍色背景上的透亮帶,用凝膠成像分析系統分析讀取條帶面積、寬度和灰度值,做統計分析。
三 統計學處理
采用SPSS 20.0軟件進行統計分析,計量資料以
結果
一 小鼠肺組織的病理學變化
1.HE染色結果:各時間點的對照組小鼠肺組織結構均完整,間質偶可見少量炎性細胞,肺泡壁均勻、清晰,巨噬細胞數量較少。博萊霉素組第3 d時可見大量炎癥細胞浸潤,第14 d時肺組織結構斷裂,肺泡塌陷融合,第28 d時肺組織結構較完整,炎癥程度、膠原沉積明顯減輕。阿托伐他汀組小鼠肺組織與博萊霉素組小鼠相比肺泡結構較完整,炎癥程度、膠原沉積較輕。結果見圖 1。

2.Masson染色結果:對照組中鮮有藍色,博萊霉素組第14 d可見肺組織中藍色部分明顯增多,第28 d較第14 d有所減輕,阿托伐他汀組的藍色部分較博萊霉素組明顯減少。結果見圖 2。

二 小鼠肺組織中KLF4的表達水平
1.KLF4的mRNA表達水平:與博萊霉素組比較,阿托伐他汀組KLF4 mRNA表達水平于第3 d上調(0.502±0.261比0.326±0.164),第14 d(0.348±0.067比1.499±0.266)和第28 d(1.527±0.207比2.717±0.471)下調,差異有統計學意義P<0.05)。結果見圖 3。

與對照組比較,*
2. KLF4的蛋白表達水平:免疫反應陽性產物呈棕黃色,主要定位于胞核(圖 4)。與博萊霉素組相比,阿托伐他汀組各時間點KLF4蛋白的表達水平均下調,且阿托伐他汀組KLF4的蛋白表達水平均低于對照組,差異有統計學意義(P<0.05)。結果見表 1。


三 各組小鼠肺組織MMP-2的蛋白表達水平
明膠酶譜分析結果顯示博萊霉素干預后第3 d (3.136±1.321)、第14 d(3.449±0.356),博萊霉素組小鼠肺組織MMP-2表達活性較對照組(0.983±0.147)明顯升高,而阿托伐他汀干預后,MMP-2表達活性(2.191±0.800比2.506±0.761)明顯降低,差異有統計學意義(P<0.05)。結果見圖 5。

與對照組比較,*
討論
特發性肺纖維化是一種不明原因的慢性間質性肺疾病,以彌漫性肺泡炎和肺泡結構紊亂而最終導致肺纖維化為特征。他汀類藥物除具有降脂作用外,還具有抗炎、抗氧化、抗血小板凝集、改善內皮功能等作用,研究表明他汀類藥物的多效性可改善肺臟、肝臟、腎臟等的纖維化[3-5],但其作用機制尚不明確。
KLF4是Krüppel樣因子家族成員之一,KLF4在炎癥反應中的作用主要表現為KLF4對單核巨噬細胞表型轉換的調節。Feinberg等[6]指出KLF4作為一種重要的信號通路調節因子,促進巨噬細胞向M1表型轉換,同時有研究表明KLF4可以促進單核細胞的分化,進而促進炎癥的發生[7]。我們前期的研究結果表明,應用RNA干擾技術穩定沉默KLF4,明顯抑制小鼠RAW264.7巨噬細胞細胞增殖,促進細胞凋亡[8],與以上研究相符。近年來研究發現單核巨噬細胞的表型轉換與肺纖維化的發生發展密切相關[9]。 因此,KLF4可能通過調節單核巨噬細胞的表型轉換在肺纖維化的發病過程中起一定的作用。
本次研究中,病理染色結果顯示小鼠肺纖維化形成過程中第3 d表現為明顯的炎性浸潤,第14 d肺泡結構塌陷、膠原沉積明顯,第28 d膠原沉積較第14 d有所減少,結果與文獻報道的博萊霉素致小鼠肺纖維化的發病過程及其自限性相符[10]。國內外研究表明,他汀類可抑制轉化生長因子β1(TGF-β1)誘導的上皮細胞向間充質細胞轉換[11],改善實驗性肺纖維化的發生[12-14]。我們對博萊霉素處理的小鼠給予阿托伐他汀處理后,炎性程度降低,膠原蛋白的沉積量減少,肺纖維化程度有所減輕,與上述結論一致。肺纖維化最終是由細胞外基質過度沉積導致的進行性纖維化,MMP是分解細胞外基質的主要酶類,在肺纖維化的發病過程中起重要作用[15]。明膠酶譜結果顯示博萊霉素處理后小鼠肺組織MMP-2表達水平明顯上調,而阿托伐他汀干預后其表達水平明顯下調,與文獻報道結果一致[15-16]。以上結果表明阿托伐他汀可改善博萊霉素誘導的小鼠肺纖維化。
我們先前的實驗結果已表明在實驗性肺纖維化的發生發展過程中,KLF4呈現明顯的動態變化,博萊霉素處理后先上升,隨著炎癥程度的升高呈現下調的趨勢,而隨著纖維化程度的升高呈現上調的趨勢[17]。通過灌胃給予阿托伐他汀,KLF4 mRNA和蛋白的表達水平明顯下調,雖然第3 d阿托伐他汀組KLF4 mRNA表達水平較博萊霉素組有所上調,但是相同時間點KLF4的蛋白水平表達下調,這說明阿托伐他汀可能對KLF4蛋白的翻譯有一定的抑制作用。另外,韓國的一項臨床試驗表明,阿托伐他汀干預后,46名韓國健康志愿者外周血中KLF4基因表達下調[18]。
綜上所述,阿托伐他汀可能通過抑制KLF4的表達來發揮其抗炎、抗纖維化的作用,但其相關信號傳導通路及作用機制還有待于進一步研究。
肺纖維化(PF)是間質性肺疾病終末期的一種表現形式,對于特發性肺纖維化(IPF)來說,纖維化過程病因不明,發病機制尚未闡明。他汀類藥物是一類3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶抑制劑,通過對HMG-CoA還原酶的抑制作用,使膽固醇合成減少。他汀類藥物除降脂作用外,還具有抗炎、抗氧化、抗血小板凝集、改善內皮功能等作用[1]。Krüppel樣因子4(KLF4)是一種真核轉錄因子,參與調節細胞的增殖、分化和凋亡,在腫瘤性疾病、心血管系統及肺部疾病的發生發展中起重要作用[2]。本研究擬通過阿托伐他汀干預博萊霉素致肺纖維化小鼠,探討KLF4在實驗性肺纖維化中的作用及其機制。
材料與方法
一 材料
注射用鹽酸平陽霉素(博萊霉素A5,天津太河制藥有限公司),阿托伐他汀鈣片(輝瑞制藥有限公司),TRIzol Reagent(Invitrogen公司),M-MLV反轉錄酶、dNTPs(Promega公司),SYBR Green實時定量PCR試劑盒(Roche公司),KLF4兔多克隆抗體(Abcam公司),戊巴比妥鈉(Sigma公司),兔超敏二步法免疫組化檢測試劑盒(北京中杉金橋生物有限公司),其余國產試劑均為分析純。
Nanodrop 2000c紫外/可見分光光度計(美國Thermo-Fisher),凝膠成像分析系統(美國BIO-RAD),ABI 7300熒光定量PCR儀(美國Applied Biosystems),Model 680自動酶標儀(美國BIO-RAD),切片機(德國Leica)。
二 方法
1.動物模型及處理:54只健康雄性C57BL/6小鼠,鼠齡8~10周,體重16~20 g,由中國人民解放軍軍事醫學科學院實驗動物中心提供,許可證號SCXK-(軍)2007-004。將54只小鼠隨機分為對照組、博萊霉素組和阿托伐他汀組,每組18只。輕度麻醉后,于頸部正中縱向切開,暴露氣管,博萊霉素組和阿托伐他汀組按劑量為2.5 mg/kg體重,經氣管內一次性注入博萊霉素溶液0.05 mL,對照組注入生理鹽水0.05 mL。博萊霉素干預后1 d,阿托伐他汀組開始每日1次灌胃給予阿托發他汀10 mg/kg。 3組分別于氣管內注入后第3、14及28 d,輕度麻醉后,摘眼球放血致死,每組各取6只,開胸取出小鼠肺組織,分離左肺,4%多聚甲醛溶液固定后用石蠟包埋切片,行HE、Masson染色和免疫組織化學染色,將右肺凍存于液氮,用于肺組織RNA和蛋白質的提取。
2.各組肺組織病理學變化的觀察:經固定、包埋,將肺組織切片(5 μm),按常規方法進行HE染色和Masson染色,在光學顯微鏡下觀察肺組織的炎癥反應和纖維化程度。Masson染色后組織中的膠原蛋白呈藍色,可直接觀察各組肺組織膠原蛋白的沉積情況。
3.實時定量PCR法檢測肺組織KLF4 mRNA的表達:將各組小鼠右肺組織液氮研磨,按照TRIzol說明書標準操作,提取各組肺組織的總RNA,Nanodrop 2000c紫外/可見分光光度儀定量,將總RNA反轉錄成cDNA后,用SYBR green法進行PCR擴增,同一樣本設2個復孔,實驗重復3次。各引物序列如下:KLF4正義鏈5′-CGGGAAGGGAGAAGA CACT-3′,KLF4反義鏈5′-GAGTTCCTCACGCCAAC G-3′,擴增產物長度為62 bp;β-actin正義鏈5′-CTAA GGCCAACCGTGG-3′,β-actin反義鏈5′-ACC AGAGGCATACAGGGACA-3′,擴增產物長度為104 bp。 引物均由北京三博遠志生物技術有限公司合成,用2-ΔΔCt法對擴增結果進行分析,ΔΔCt=(Ct目的基因-Ct內參基因)博萊霉素組-(Ct目的基因- Ct內參基因)對照組。
4.免疫組織化學法檢測KLF4蛋白的表達:按照試劑盒說明書操作步驟,采用鏈酶親和素-過氧化酶法(SP法)。包埋、固定、切片、脫蠟,用體積分數為3%的過氧化氫去除內源性過氧化物酶;10%山羊血清封閉后加入一抗(1∶200)于濕盒中4 ℃過夜;于次日加入生物素化的二抗孵育2 h,再用鏈酶親和素-過氧化酶復合物孵育2 h,行DAB顯色,蘇木素復染后,用二甲苯透明,中性樹膠封片。以上步驟中PBS替換一抗,做陰性對照,以胞核呈棕黃色或棕褐色為陽性表達,采用Image-pro plus(Version 6.0)圖像分析軟件進行半定量分析。
5.明膠酶譜分析法分析基質金屬蛋白酶2(MMP-2)的活性:用加有蛋白酶抑制劑cocktail和PMSF的蛋白裂解液RIPA冰上提取各組小鼠左肺總蛋白,分裝,-70 ℃保存。用BCA法計算出樣品蛋白濃度。制備10%分離膠(含明膠2 mg/mL),4%濃縮膠,樣品上樣濃度控制為30 μg,電泳100 V 3 h。經洗脫、漂洗、孵育、染色以及脫色后顯示出MMP-2條帶,為72 kDa、位于藍色背景上的透亮帶,用凝膠成像分析系統分析讀取條帶面積、寬度和灰度值,做統計分析。
三 統計學處理
采用SPSS 20.0軟件進行統計分析,計量資料以
結果
一 小鼠肺組織的病理學變化
1.HE染色結果:各時間點的對照組小鼠肺組織結構均完整,間質偶可見少量炎性細胞,肺泡壁均勻、清晰,巨噬細胞數量較少。博萊霉素組第3 d時可見大量炎癥細胞浸潤,第14 d時肺組織結構斷裂,肺泡塌陷融合,第28 d時肺組織結構較完整,炎癥程度、膠原沉積明顯減輕。阿托伐他汀組小鼠肺組織與博萊霉素組小鼠相比肺泡結構較完整,炎癥程度、膠原沉積較輕。結果見圖 1。

2.Masson染色結果:對照組中鮮有藍色,博萊霉素組第14 d可見肺組織中藍色部分明顯增多,第28 d較第14 d有所減輕,阿托伐他汀組的藍色部分較博萊霉素組明顯減少。結果見圖 2。

二 小鼠肺組織中KLF4的表達水平
1.KLF4的mRNA表達水平:與博萊霉素組比較,阿托伐他汀組KLF4 mRNA表達水平于第3 d上調(0.502±0.261比0.326±0.164),第14 d(0.348±0.067比1.499±0.266)和第28 d(1.527±0.207比2.717±0.471)下調,差異有統計學意義P<0.05)。結果見圖 3。

與對照組比較,*
2. KLF4的蛋白表達水平:免疫反應陽性產物呈棕黃色,主要定位于胞核(圖 4)。與博萊霉素組相比,阿托伐他汀組各時間點KLF4蛋白的表達水平均下調,且阿托伐他汀組KLF4的蛋白表達水平均低于對照組,差異有統計學意義(P<0.05)。結果見表 1。


三 各組小鼠肺組織MMP-2的蛋白表達水平
明膠酶譜分析結果顯示博萊霉素干預后第3 d (3.136±1.321)、第14 d(3.449±0.356),博萊霉素組小鼠肺組織MMP-2表達活性較對照組(0.983±0.147)明顯升高,而阿托伐他汀干預后,MMP-2表達活性(2.191±0.800比2.506±0.761)明顯降低,差異有統計學意義(P<0.05)。結果見圖 5。

與對照組比較,*
討論
特發性肺纖維化是一種不明原因的慢性間質性肺疾病,以彌漫性肺泡炎和肺泡結構紊亂而最終導致肺纖維化為特征。他汀類藥物除具有降脂作用外,還具有抗炎、抗氧化、抗血小板凝集、改善內皮功能等作用,研究表明他汀類藥物的多效性可改善肺臟、肝臟、腎臟等的纖維化[3-5],但其作用機制尚不明確。
KLF4是Krüppel樣因子家族成員之一,KLF4在炎癥反應中的作用主要表現為KLF4對單核巨噬細胞表型轉換的調節。Feinberg等[6]指出KLF4作為一種重要的信號通路調節因子,促進巨噬細胞向M1表型轉換,同時有研究表明KLF4可以促進單核細胞的分化,進而促進炎癥的發生[7]。我們前期的研究結果表明,應用RNA干擾技術穩定沉默KLF4,明顯抑制小鼠RAW264.7巨噬細胞細胞增殖,促進細胞凋亡[8],與以上研究相符。近年來研究發現單核巨噬細胞的表型轉換與肺纖維化的發生發展密切相關[9]。 因此,KLF4可能通過調節單核巨噬細胞的表型轉換在肺纖維化的發病過程中起一定的作用。
本次研究中,病理染色結果顯示小鼠肺纖維化形成過程中第3 d表現為明顯的炎性浸潤,第14 d肺泡結構塌陷、膠原沉積明顯,第28 d膠原沉積較第14 d有所減少,結果與文獻報道的博萊霉素致小鼠肺纖維化的發病過程及其自限性相符[10]。國內外研究表明,他汀類可抑制轉化生長因子β1(TGF-β1)誘導的上皮細胞向間充質細胞轉換[11],改善實驗性肺纖維化的發生[12-14]。我們對博萊霉素處理的小鼠給予阿托伐他汀處理后,炎性程度降低,膠原蛋白的沉積量減少,肺纖維化程度有所減輕,與上述結論一致。肺纖維化最終是由細胞外基質過度沉積導致的進行性纖維化,MMP是分解細胞外基質的主要酶類,在肺纖維化的發病過程中起重要作用[15]。明膠酶譜結果顯示博萊霉素處理后小鼠肺組織MMP-2表達水平明顯上調,而阿托伐他汀干預后其表達水平明顯下調,與文獻報道結果一致[15-16]。以上結果表明阿托伐他汀可改善博萊霉素誘導的小鼠肺纖維化。
我們先前的實驗結果已表明在實驗性肺纖維化的發生發展過程中,KLF4呈現明顯的動態變化,博萊霉素處理后先上升,隨著炎癥程度的升高呈現下調的趨勢,而隨著纖維化程度的升高呈現上調的趨勢[17]。通過灌胃給予阿托伐他汀,KLF4 mRNA和蛋白的表達水平明顯下調,雖然第3 d阿托伐他汀組KLF4 mRNA表達水平較博萊霉素組有所上調,但是相同時間點KLF4的蛋白水平表達下調,這說明阿托伐他汀可能對KLF4蛋白的翻譯有一定的抑制作用。另外,韓國的一項臨床試驗表明,阿托伐他汀干預后,46名韓國健康志愿者外周血中KLF4基因表達下調[18]。
綜上所述,阿托伐他汀可能通過抑制KLF4的表達來發揮其抗炎、抗纖維化的作用,但其相關信號傳導通路及作用機制還有待于進一步研究。