引用本文: 梁穎紅, 龔艷杰, 劉佳, 魏明, 涂玲, 張宜花, 楊璐. 輸血相關急性肺損傷大鼠肺組織細胞因子誘導的中性粒細胞趨化因子的表達. 中國呼吸與危重監護雜志, 2016, 15(4): 379-383. doi: 10.7507/1671-6205.2016089 復制
隨著血液采集、血制品制備過程中消毒滅菌技術的提高和操作規程的不斷完善,多數輸血相關并發癥已得到了較滿意的控制[1]。但免疫相關性輸血并發癥問題日益突出[2],輸血相關急性肺損傷(transfusion-related acute lung injury,TRALI)就是其中之一。它通常發生于輸血期間或輸血后6 h內,以急性缺氧和非心源性肺水腫為特點,因致死率高而越來越受到臨床輸血工作者關注[3-6],但發病的確切機制尚不明確。研究一般認為TRALI是由特異性抗體或生物活性脂質等因子引起中性粒細胞在受血者肺微血管內聚集和活化,導致血管內皮損傷和肺水腫等臨床癥狀[7]。而細胞因子誘導的中性粒細胞趨化因子(cytokine-induced neutrophil chemoattractant,CINC)不僅與中性粒細胞的遷移直接相關,而且可以誘導溶酶體酶的釋放并促進黏附分子的大量表達[8]。為此本研究通過“二次打擊法”[9]建立TRALI Spragu-Dawley(SD)大鼠模型,觀察CINC-1在TRALI肺組織中表達的變化,旨在探討CINC-1在TRALI發病中的作用,為防治TRALI提供實驗依據。
材料與方法
一 實驗動物
6~7周齡的雄性SD大鼠180只,體重(235±25) g,無特定病原體條件下飼養,標準顆粒飼料、飲水、墊料及一切物品均經無菌處理。
二 方法
1.動物模型制備:參考文獻[9]的方法建立TRALI SD大鼠模型。將60只SD大鼠隨機分為4組,分別為TRALI組、正常對照組、脂多糖(LPS)對照組和陽性對照組,每組15只大鼠。其中,TRALI組大鼠按2 mg/kg經腹腔注射LPS,1 min內完畢,回籠2 h,按80 mg/kg經腹腔注射氯胺酮麻醉,分離大鼠股血管并插管,內充50%肝素/生理鹽水混合液,5~10 min內移除等于大鼠10%血容量的血液約1 mL,靜脈輸注等體積的儲存28 d的同種異體血漿,輸注速度≤4 mL/h;正常對照組大鼠經腹腔注射生理鹽水2 mg/kg并移除大鼠血液后靜脈輸注等體積生理鹽水;LPS對照組大鼠按2 mg/kg經腹腔注射LPS(2 mg/kg,≤1 min完畢),2 h后靜脈輸注等體積的生理鹽水,其余實驗方法與步驟同TRALI組;陽性對照組大鼠除了移除約等于大鼠10%血容量的血液(約1 mL)后靜脈輸注等體積LPS(5 mg/kg),其余實驗方法與步驟同TRALI組。
2.血漿的制備:參考文獻[10-11]的方法,無菌條件下采集120只大鼠全血1.5 U(1 U含全血150 mL及枸櫞酸鈉、枸櫞酸、葡萄糖、腺嘌呤與磷酸二氫鈉混合制成的保存液45 mL),(4±2)℃儲存28 d后,3 000 r/min分離血漿100 mL,無菌條件下分裝100份,每份均為1 mL,-80 ℃保存備用,輸注前將血漿56 ℃水浴30 min。
3.肺組織病理評分和血標本的采集:于造模后6 h后,按0.35 mg/kg腹腔注射水合氯醛麻醉大鼠開胸,暴露心肺,右心室采血處死動物,左心室取血,進行動脈血氣分析,檢測動脈血氧分壓;右主支氣管插管行支氣管肺泡灌洗,計數支氣管肺泡灌洗液(BALF)中細胞總數及中性粒細胞百分比。取左肺稱重,計算肺系數(肺濕重/體重×100%);右肺石蠟包埋HE染色觀察肺損傷程度,并按Mikawa等[12]的方法進行肺損傷評分。記錄4項指標:(1)肺泡充血;(2)出血;(3)肺泡腔或血管壁中性粒細胞浸潤或聚集;(4)肺泡壁增厚和(或)透明膜形成。各指標分別依病變輕重進行評分:0分(無病變或非常輕微),1分(輕度病變),2分(中度病變),3分(重度病變),4分(極重度病變)。各項評定分數相加為急性肺損傷總評分。血液離心后吸取血漿,-80 ℃冰箱中保存備用。
4.肺組織勻漿髓過氧化物酶(MPO)活性和CINC-1蛋白檢測:取左肺組織,置于液氮中,-80 ℃冰箱保存。取部分左肺組織,制備10%勻漿,比色法測定MPO活性;另取部分左肺組織稱重后制備10%勻漿,離心,取上清液,ELISA法檢測CINC-1蛋白含量,均按試劑說明嚴格操作。
5.肺組織CINC-1 mRNA轉錄水平分析:采用Trizol法提取總RNA,逆轉錄合成cDNA,引物由上海博亞生物有限公司合成,內參照采用β肌動蛋白(β-actin)。引物序列如下:CINC-1(304 bp):上游5′-GCTCGCTTCTCTCTGCAGC-3′,下游5′-CCATCGG TGCAATCTATCTTC-3′;β-actin(600 bp):上游5′-AGGGTGTGATGGTGGGTATG-3′,下游5′-CATAGCT CTTCTCCAGGGAG-3′。反應參數如下:CINC-1:95 ℃變性3 min,而后94 ℃變性30 s,52 ℃復性30 s,72 ℃延伸1 min,共33個循環,最后于72 ℃延伸8 min;β-actin:95 ℃變性3 min,而后94 ℃變性30 s,58 ℃復性30 s,72 ℃延伸1 min,共33個循環,最后于72 ℃延伸8 min。PCR產物經2%瓊脂糖凝膠電泳后掃描拍照,用KODAKID型凝膠成像分析系統分析其擴增產物光密度,用β-actin為內參照對待測產物基因電泳條帶吸光光密度值進行標準校正,以各組的校正光密度值與β-actin的校正光密度值之比表示CINC-1 mRNA的表達量。
6.免疫組化法檢測肺組織CINC-1蛋白表達:CINC-1免疫組化一抗購自武漢博士德公司)。經10%甲醛固定的肺臟標本石蠟包埋后切片,厚度4 μm,二甲苯和乙醇脫蠟和水化后,行CINC-1免疫組化SP法染色,顯微鏡下以胞漿染成棕黃色為陽性細胞。
三 統計學處理
采用SPSS 17.0軟件進行統計學分析。數據采用x±s表示,多個樣本均數采用單因素方差分析(one-way ANOVA),方差齊時采用Bonferroni法進行多重比較,方差不齊時采用Welch分析。P<0.05為差異有統計學意義。
結果
一 肺組織病理學觀察
正常對照組大鼠肺組織結構清楚,肺泡壁結構完整,肺泡內未見炎性細胞滲出及肺泡萎陷,肺泡間隔均一無增寬(圖 1a)。LPS對照組大鼠肺泡間隔輕度增寬,間質輕度充血水腫,少量炎性細胞浸潤(圖 1b)。TRALI組大鼠肺泡間隔增寬,間質充血水腫并有較多炎性細胞浸潤,偶見間質出血(圖 1c)。陽性對照組大鼠肺間質及肺泡腔均有較多中性粒細胞,部分聚集成團,可見間質、肺泡腔出血及灶性肺不張(圖 1d)。

二 肺組織病理評分、肺系數和動脈氧分壓
陽性對照組和TRALI組大鼠肺組織充血水腫,病理評分、肺系數和MPO活性較正常對照組升高(P<0.01),TRALI組病理評分、肺系數和MPO活性較LPS對照組明顯升高(P<0.05)。同時陽性對照組和TRALI組大鼠伴有換氣功能的障礙,表現為氧分壓顯著降低(P<0.01或P<0.05)。結果見表 1。

三 BALF細胞總數和中性粒細胞百分比
陽性對照組和TRALI組BALF細胞總數和中性粒細胞百分比較正常對照組明顯增高(P<0.01)。陽性對照組和TRALI組BALF細胞總數和中性粒細胞百分比較LPS對照組增高(P<0.05)。陽性對照組支氣管肺泡灌洗液細胞總數和中性粒細胞百分比與TRALI組比較差異無統計學意義(P>0.05)。結果見表 2。

四 肺組織CINC-1蛋白和mRNA表達
陽性對照組和TRALI組大鼠肺組織CINC-1蛋白含量和CINC-1 mRNA表達較正常對照組明顯升高(P<0.01);TRALI組大鼠肺組織CINC-1蛋白含量和CINC-1 mRNA表達較LPS對照組升高(P<0.05)。結果見表 2和圖 2。

1:正常對照組;2:LPS對照組;3:TRALI組;
4:陽性對照組;M:分子量標準五 免疫組化法檢測肺組織CINC-1蛋白表達
正常對照組肺泡隔毛細血管內皮細胞幾乎沒有或只有輕度染色,呈淺棕色細顆粒。LPS對照組肺泡隔毛細血管內皮細胞有輕度CINC-1蛋白表達,呈淺棕色細顆粒。陽性對照組肺泡隔毛細血管內皮細胞CINC-1蛋白表達明顯增多,呈深棕色顆粒。TRALI組肺泡隔毛細血管內皮細胞內CINC-1蛋白表達較正常對照組和LPS對照組明顯增加,呈棕色顆粒。結果見圖 3。

討論
本實驗研究結果顯示,經LPS腹腔注射為第一事件,輸注儲存28 d的同種異體血漿(小于6 h),大鼠TRALI模型出現了急性肺損傷的癥狀和臨床過程,病理檢查也證實了其肺組織出現了肺間質彌漫性中性粒細胞浸潤、肺間隔增厚、纖維蛋白滲出、肺泡內出血等表現,且肺組織病理血評分及肺組織濕干重比與正常對照組和LPS對照組比較差異均具有統計學意義,這表明TRALI模型成功建立。
關于TRALI的發病機制有多種學說,“二次打擊學說”對TRALI發病機制的解釋較為合理。第一次打擊是患者輸血當時的臨床病理狀態(如膿毒血癥、近期外科手術、大量輸血或應用細胞因子),這種狀態導致循環中的中性粒細胞被激活并隱蔽在肺內[13-15];第二次打擊是輸入含白細胞抗體血液(或血液制品)和/或含生物活性脂質的庫存血,供體血中白細胞抗體或儲血中生物活性脂質與受者白細胞發生反應并激活補體,肺微血管內皮細胞Fcγ受體引起中性粒細胞在肺微血管內粘附、聚集和滯留[16-17]。中性粒細胞的脫粒產物如過氧化物酶和蛋白酶可導致肺微血管內皮損傷和通透性增加,肺微血管滲漏使液體和蛋白質滲入肺泡及間質中,發生滲透性肺水腫,從而影響氣體交換,出現低氧血癥,最終引起TRALI的臨床表現[18]。有關動物實驗也證實TRALI依賴于機體基本情況的嚴重程度以及所輸注的血液制品[19]。臨床危重患者往往存在可能激活中性粒細胞的基礎條件,“二次打擊學說”可能能夠解釋TRALI在這類人群中的高發病率[20-21]。
中性粒細胞浸潤和激活在一定程度上決定了急性肺損傷的嚴重程度[22]。MPO是中性粒細胞的特異性酶,其活性高低可反映組織中中性粒細胞的聚集程度,大量中性粒細胞粘附聚集于肺組織毛細血管內,與血管內皮細胞相互作用,造成肺損傷。CINC是中性粒細胞的特異性趨化因子,CINC-1可促進粒細胞與血管內皮細胞粘附并趨化粒細胞到組織中[23]。本研究結果顯示,TRALI組大鼠肺組織CINC-1蛋白含量和CINC-1 mRNA表達較正常對照組和LPS對照組升高,病理評分、肺系數和MPO活性較正常對照組和LPS對照組也顯著升高,提示CINC-1可能參與了TRALI的發病過程。
總之,通過“二次打擊法”成功建立TRALI大鼠模型,提示TRALI的發病機制可能是在某種臨床狀態下,輸注含有生物反應介質的血液制品作用于肺血管的內皮細胞,誘導肺血管內皮細胞CINC-1表達,引起中性粒細胞在肺組織內粘附、聚集和激活,導致肺血管內皮細胞受損和肺泡毛細血管膜通透性增加,發生非心源性肺水腫。因此,推測肺微血管內皮細胞損傷和中性粒細胞激活在TRALI發生過程中發揮重要作用,但其確切發病機制有待進一步深入研究。
隨著血液采集、血制品制備過程中消毒滅菌技術的提高和操作規程的不斷完善,多數輸血相關并發癥已得到了較滿意的控制[1]。但免疫相關性輸血并發癥問題日益突出[2],輸血相關急性肺損傷(transfusion-related acute lung injury,TRALI)就是其中之一。它通常發生于輸血期間或輸血后6 h內,以急性缺氧和非心源性肺水腫為特點,因致死率高而越來越受到臨床輸血工作者關注[3-6],但發病的確切機制尚不明確。研究一般認為TRALI是由特異性抗體或生物活性脂質等因子引起中性粒細胞在受血者肺微血管內聚集和活化,導致血管內皮損傷和肺水腫等臨床癥狀[7]。而細胞因子誘導的中性粒細胞趨化因子(cytokine-induced neutrophil chemoattractant,CINC)不僅與中性粒細胞的遷移直接相關,而且可以誘導溶酶體酶的釋放并促進黏附分子的大量表達[8]。為此本研究通過“二次打擊法”[9]建立TRALI Spragu-Dawley(SD)大鼠模型,觀察CINC-1在TRALI肺組織中表達的變化,旨在探討CINC-1在TRALI發病中的作用,為防治TRALI提供實驗依據。
材料與方法
一 實驗動物
6~7周齡的雄性SD大鼠180只,體重(235±25) g,無特定病原體條件下飼養,標準顆粒飼料、飲水、墊料及一切物品均經無菌處理。
二 方法
1.動物模型制備:參考文獻[9]的方法建立TRALI SD大鼠模型。將60只SD大鼠隨機分為4組,分別為TRALI組、正常對照組、脂多糖(LPS)對照組和陽性對照組,每組15只大鼠。其中,TRALI組大鼠按2 mg/kg經腹腔注射LPS,1 min內完畢,回籠2 h,按80 mg/kg經腹腔注射氯胺酮麻醉,分離大鼠股血管并插管,內充50%肝素/生理鹽水混合液,5~10 min內移除等于大鼠10%血容量的血液約1 mL,靜脈輸注等體積的儲存28 d的同種異體血漿,輸注速度≤4 mL/h;正常對照組大鼠經腹腔注射生理鹽水2 mg/kg并移除大鼠血液后靜脈輸注等體積生理鹽水;LPS對照組大鼠按2 mg/kg經腹腔注射LPS(2 mg/kg,≤1 min完畢),2 h后靜脈輸注等體積的生理鹽水,其余實驗方法與步驟同TRALI組;陽性對照組大鼠除了移除約等于大鼠10%血容量的血液(約1 mL)后靜脈輸注等體積LPS(5 mg/kg),其余實驗方法與步驟同TRALI組。
2.血漿的制備:參考文獻[10-11]的方法,無菌條件下采集120只大鼠全血1.5 U(1 U含全血150 mL及枸櫞酸鈉、枸櫞酸、葡萄糖、腺嘌呤與磷酸二氫鈉混合制成的保存液45 mL),(4±2)℃儲存28 d后,3 000 r/min分離血漿100 mL,無菌條件下分裝100份,每份均為1 mL,-80 ℃保存備用,輸注前將血漿56 ℃水浴30 min。
3.肺組織病理評分和血標本的采集:于造模后6 h后,按0.35 mg/kg腹腔注射水合氯醛麻醉大鼠開胸,暴露心肺,右心室采血處死動物,左心室取血,進行動脈血氣分析,檢測動脈血氧分壓;右主支氣管插管行支氣管肺泡灌洗,計數支氣管肺泡灌洗液(BALF)中細胞總數及中性粒細胞百分比。取左肺稱重,計算肺系數(肺濕重/體重×100%);右肺石蠟包埋HE染色觀察肺損傷程度,并按Mikawa等[12]的方法進行肺損傷評分。記錄4項指標:(1)肺泡充血;(2)出血;(3)肺泡腔或血管壁中性粒細胞浸潤或聚集;(4)肺泡壁增厚和(或)透明膜形成。各指標分別依病變輕重進行評分:0分(無病變或非常輕微),1分(輕度病變),2分(中度病變),3分(重度病變),4分(極重度病變)。各項評定分數相加為急性肺損傷總評分。血液離心后吸取血漿,-80 ℃冰箱中保存備用。
4.肺組織勻漿髓過氧化物酶(MPO)活性和CINC-1蛋白檢測:取左肺組織,置于液氮中,-80 ℃冰箱保存。取部分左肺組織,制備10%勻漿,比色法測定MPO活性;另取部分左肺組織稱重后制備10%勻漿,離心,取上清液,ELISA法檢測CINC-1蛋白含量,均按試劑說明嚴格操作。
5.肺組織CINC-1 mRNA轉錄水平分析:采用Trizol法提取總RNA,逆轉錄合成cDNA,引物由上海博亞生物有限公司合成,內參照采用β肌動蛋白(β-actin)。引物序列如下:CINC-1(304 bp):上游5′-GCTCGCTTCTCTCTGCAGC-3′,下游5′-CCATCGG TGCAATCTATCTTC-3′;β-actin(600 bp):上游5′-AGGGTGTGATGGTGGGTATG-3′,下游5′-CATAGCT CTTCTCCAGGGAG-3′。反應參數如下:CINC-1:95 ℃變性3 min,而后94 ℃變性30 s,52 ℃復性30 s,72 ℃延伸1 min,共33個循環,最后于72 ℃延伸8 min;β-actin:95 ℃變性3 min,而后94 ℃變性30 s,58 ℃復性30 s,72 ℃延伸1 min,共33個循環,最后于72 ℃延伸8 min。PCR產物經2%瓊脂糖凝膠電泳后掃描拍照,用KODAKID型凝膠成像分析系統分析其擴增產物光密度,用β-actin為內參照對待測產物基因電泳條帶吸光光密度值進行標準校正,以各組的校正光密度值與β-actin的校正光密度值之比表示CINC-1 mRNA的表達量。
6.免疫組化法檢測肺組織CINC-1蛋白表達:CINC-1免疫組化一抗購自武漢博士德公司)。經10%甲醛固定的肺臟標本石蠟包埋后切片,厚度4 μm,二甲苯和乙醇脫蠟和水化后,行CINC-1免疫組化SP法染色,顯微鏡下以胞漿染成棕黃色為陽性細胞。
三 統計學處理
采用SPSS 17.0軟件進行統計學分析。數據采用x±s表示,多個樣本均數采用單因素方差分析(one-way ANOVA),方差齊時采用Bonferroni法進行多重比較,方差不齊時采用Welch分析。P<0.05為差異有統計學意義。
結果
一 肺組織病理學觀察
正常對照組大鼠肺組織結構清楚,肺泡壁結構完整,肺泡內未見炎性細胞滲出及肺泡萎陷,肺泡間隔均一無增寬(圖 1a)。LPS對照組大鼠肺泡間隔輕度增寬,間質輕度充血水腫,少量炎性細胞浸潤(圖 1b)。TRALI組大鼠肺泡間隔增寬,間質充血水腫并有較多炎性細胞浸潤,偶見間質出血(圖 1c)。陽性對照組大鼠肺間質及肺泡腔均有較多中性粒細胞,部分聚集成團,可見間質、肺泡腔出血及灶性肺不張(圖 1d)。

二 肺組織病理評分、肺系數和動脈氧分壓
陽性對照組和TRALI組大鼠肺組織充血水腫,病理評分、肺系數和MPO活性較正常對照組升高(P<0.01),TRALI組病理評分、肺系數和MPO活性較LPS對照組明顯升高(P<0.05)。同時陽性對照組和TRALI組大鼠伴有換氣功能的障礙,表現為氧分壓顯著降低(P<0.01或P<0.05)。結果見表 1。

三 BALF細胞總數和中性粒細胞百分比
陽性對照組和TRALI組BALF細胞總數和中性粒細胞百分比較正常對照組明顯增高(P<0.01)。陽性對照組和TRALI組BALF細胞總數和中性粒細胞百分比較LPS對照組增高(P<0.05)。陽性對照組支氣管肺泡灌洗液細胞總數和中性粒細胞百分比與TRALI組比較差異無統計學意義(P>0.05)。結果見表 2。

四 肺組織CINC-1蛋白和mRNA表達
陽性對照組和TRALI組大鼠肺組織CINC-1蛋白含量和CINC-1 mRNA表達較正常對照組明顯升高(P<0.01);TRALI組大鼠肺組織CINC-1蛋白含量和CINC-1 mRNA表達較LPS對照組升高(P<0.05)。結果見表 2和圖 2。

1:正常對照組;2:LPS對照組;3:TRALI組;
4:陽性對照組;M:分子量標準五 免疫組化法檢測肺組織CINC-1蛋白表達
正常對照組肺泡隔毛細血管內皮細胞幾乎沒有或只有輕度染色,呈淺棕色細顆粒。LPS對照組肺泡隔毛細血管內皮細胞有輕度CINC-1蛋白表達,呈淺棕色細顆粒。陽性對照組肺泡隔毛細血管內皮細胞CINC-1蛋白表達明顯增多,呈深棕色顆粒。TRALI組肺泡隔毛細血管內皮細胞內CINC-1蛋白表達較正常對照組和LPS對照組明顯增加,呈棕色顆粒。結果見圖 3。

討論
本實驗研究結果顯示,經LPS腹腔注射為第一事件,輸注儲存28 d的同種異體血漿(小于6 h),大鼠TRALI模型出現了急性肺損傷的癥狀和臨床過程,病理檢查也證實了其肺組織出現了肺間質彌漫性中性粒細胞浸潤、肺間隔增厚、纖維蛋白滲出、肺泡內出血等表現,且肺組織病理血評分及肺組織濕干重比與正常對照組和LPS對照組比較差異均具有統計學意義,這表明TRALI模型成功建立。
關于TRALI的發病機制有多種學說,“二次打擊學說”對TRALI發病機制的解釋較為合理。第一次打擊是患者輸血當時的臨床病理狀態(如膿毒血癥、近期外科手術、大量輸血或應用細胞因子),這種狀態導致循環中的中性粒細胞被激活并隱蔽在肺內[13-15];第二次打擊是輸入含白細胞抗體血液(或血液制品)和/或含生物活性脂質的庫存血,供體血中白細胞抗體或儲血中生物活性脂質與受者白細胞發生反應并激活補體,肺微血管內皮細胞Fcγ受體引起中性粒細胞在肺微血管內粘附、聚集和滯留[16-17]。中性粒細胞的脫粒產物如過氧化物酶和蛋白酶可導致肺微血管內皮損傷和通透性增加,肺微血管滲漏使液體和蛋白質滲入肺泡及間質中,發生滲透性肺水腫,從而影響氣體交換,出現低氧血癥,最終引起TRALI的臨床表現[18]。有關動物實驗也證實TRALI依賴于機體基本情況的嚴重程度以及所輸注的血液制品[19]。臨床危重患者往往存在可能激活中性粒細胞的基礎條件,“二次打擊學說”可能能夠解釋TRALI在這類人群中的高發病率[20-21]。
中性粒細胞浸潤和激活在一定程度上決定了急性肺損傷的嚴重程度[22]。MPO是中性粒細胞的特異性酶,其活性高低可反映組織中中性粒細胞的聚集程度,大量中性粒細胞粘附聚集于肺組織毛細血管內,與血管內皮細胞相互作用,造成肺損傷。CINC是中性粒細胞的特異性趨化因子,CINC-1可促進粒細胞與血管內皮細胞粘附并趨化粒細胞到組織中[23]。本研究結果顯示,TRALI組大鼠肺組織CINC-1蛋白含量和CINC-1 mRNA表達較正常對照組和LPS對照組升高,病理評分、肺系數和MPO活性較正常對照組和LPS對照組也顯著升高,提示CINC-1可能參與了TRALI的發病過程。
總之,通過“二次打擊法”成功建立TRALI大鼠模型,提示TRALI的發病機制可能是在某種臨床狀態下,輸注含有生物反應介質的血液制品作用于肺血管的內皮細胞,誘導肺血管內皮細胞CINC-1表達,引起中性粒細胞在肺組織內粘附、聚集和激活,導致肺血管內皮細胞受損和肺泡毛細血管膜通透性增加,發生非心源性肺水腫。因此,推測肺微血管內皮細胞損傷和中性粒細胞激活在TRALI發生過程中發揮重要作用,但其確切發病機制有待進一步深入研究。