不同器官细胞因子在多细菌感染性炎症时的基因表达和临床意义
北京医学2005年第27卷第10期
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・论著・
不同器官细胞因子在多细菌感染性炎症时的
基因表达和临床意义*
苏建荣1△
摘要】目的【
张正1△△孙东旭2
AparnaKrishan3GabrielFernandas3
探讨肝、肺细胞因子基因表达与腹腔吞噬细胞上清液、循环血中细胞因子含量的关系,为临床诊
将30只小鼠分为假手术对照组(sham组)和盲肠结扎组(CLP组)。
、CLP组的TNF"αIL!10基因表达和腹腔巨噬细胞
治多细菌感染引发的炎症提供实验依据。方法
采用RT!PCR法检测肝脏和肺脏肿瘤坏死因子α(TNF!α)和白细胞介素10(IL!10)的基因表达情况,采用ELISA法检测腹腔巨噬细胞上清液和循环血液中相应细胞因子含量。结果
上清液、循环血液中的相应细胞因子含量均高于sham组。CLP后18h组与4h组比较,TNF"α在腹腔巨噬细胞上清液、循环血液中的活性均有显著性差异(P<0.05),在肝、肺中基因表达有非常显著性差异(P<0.01);IL!10在腹腔巨噬细胞上清液和循环血液中的含量无显著性差异,而在肝、肺中基因表达有显著性差异。结论症治疗应考虑靶器官细胞因子的表达状态。
关键词】多细菌感染【
细胞因子
基因表达
发生多细菌感染性炎
症时,肝、肺参与细胞因子的表达;血液中细胞因子含量不能完全代表组织器官内的基因表达情况;多细菌感染性炎
Changesandsignificanceofcytokinegeneexpressionindifferentorganswithmultiplemicrobacterialperitonitis
SuJianrong,ZhangZheng,SunDongxu,etal
(DepartmentofClinicalLaboratory,PekingUniversityRenminHospital,Beijing100044)
【Abstract】Objective
Toinvestigatethecorrelationbetweenlevelsofcytokinesgeneexpressionintheliver,lungs
andtheconcentrationsofcytokinesinseraandthesupernatantfluidofperitonealmacrophagesinmicebycecalligationandpuncture(CLP).Methods30C57BL/6micewererandomlydividedintoshamgroup(controlgroup)andCLPgroup.RNAfromtheliverandlungswereisolatedtodeterminetheexpressionofTNF"αandIL"10mRNAbyreversetranscrip-tionpolymerasechainreaction(RT"PCR).ELISAwasusedtomeasuretheconcentrationsofTNF"αandIL"10inseraandsupernatantfluidofperitonealmacrophages.Results
TheconcentrationsofTNF"αandIL"10inseraandsupernatantflu-
idofperitonealmacrophagesandlevelsofgeneexpressioninliverandlungsweresignificantlyhigherinmicewithCLPthaninthoseofshamcontrols.TNF"αgeneexpressionwasincreasedmoresignificantfrom4hrsto18hrsbothinliverandlungs(P<0.01)thantheconcentrationsinseraandperitonealfluid(P<0.05).TheconcentrationsofIL"10inseraandsupernatantfluidofperitonealmacrophageswerenotmarkedlychangedfrom4hrsto18hrs,whiletgegeneexpressioninliverandlungswerestrongerin18hrsthanin4hrs.ConclusionsLiverandlungsareorgansthatproducecytokines,andthechangeofcytokinesinbloodcannotrepresentthatinorgansofbodiessufferedfrommultiple"microbarcterialinfection.
【Keywords】Poly"microbialinfection
CytokineGeneexpression
多细菌感染性炎症是临床常见的感染性疾病。炎症感染后引起机体炎症反应,释放大量细胞因子。反应的失调可导致组织细胞损伤,包括肺、肝、肾在内的多器官功能衰竭。细胞因子是联系细胞间相
[1]
此,多细菌感染性炎症时,循环血液中的细胞因子含量能否代表器官中细胞因子的基因表达有待研究。
*本课题为北京市自然科学基金资助项目(编号:7992017)1.北京大学人民医院检验科(邮编100044)2.首都医科大学附属北京友谊医院检验科
3.UniversityofTexasHealthScienceCenter,DepartmentofMedicine,TX78229-3900,USA
△作者现在北京友谊医院△△本文通讯作者
互作用的一种化学物质,在多细菌感染性炎症的临床诊治中起重要作用。但由于细胞因子由旁分泌或自分泌方式释放,在少数细胞范围内发挥作用,而不像激素等物质可通过血流迅速到达全身靶器官,因
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2003年至2005年,我们采用多细菌感染性小鼠模
型,对肝、肺细胞因子基因表达与腹腔吞噬细胞上清液、循环血中细胞因子含量的关系进行探讨,以求找出规律,为临床诊治多细菌感染性炎症提供可靠的实验依据。
材料与方法
一、材料
、ELISA试剂:荧光标记单克隆抗体TNF!αIL-10,生物素标记的辣根过氧化物酶为Pharmingen公司产品。RNA提取试剂为Trizol试剂,购自Gibco公司。RT-PCR试剂购自Promega公司。PCR引物设计依据MEDLINE提供的基因序列,TNF!α引物:上游:5’!ctgggacagtgacctggact!3’,下游:5’!gcac-
;IL!10引物:上游:5’!at-ctcagggaagagtctg!3’
,下游:5’!atttcggacagag-gcaggactttaaggcttacttgggtt!3’
;GAPDH引物:上游:5’!accacagtc-gtacaaacgaggttt!3’
,下游:5’。catgccatcac!3’!tccaccaccctgttgctgta!3’
二、方法
冰浴5min,以灭活逆转录酶并防止cDNA相互结
合。②PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳和产物分析:用在100μDEPCH2O稀释cDNA至100μl。lPCR扩增
管中,加入10μl稀释好的cDNA,1.8μl的10mmol/L
l的25mmol/LMgCl2,9.8μl的dNTP混合液,7.5μ
逆转录缓冲液,50pmol的上游引物,50pmol的10×
下游引物,2.5U的TaqDNA聚合酶和DEPCH2O,终容量为50μl。TNF!α和IL!10的PCR反应退火温度分别为59℃和58℃,38个循环。上载10μlPCR产物于1.5%琼脂糖凝胶板上,电泳。
7.细胞因子mRNA表达分析:使用AlphaImager2000分析系统分别检测内对照GAPDH和细胞因子
、TNF!αIL!10含量,定量分析PCR产物。
结
果
一、腹腔巨噬细胞上清液中TNF!α和IL!10含量变化
1.多细菌感染性炎症模型:C57BL/6小鼠(购于首都医科大学实验动物中心)30只,分为两组,每组
实验组采用盲肠结扎法(CLP)[2]。假手术对照15只。
组(sham组)同时切开腹壁但不结扎和穿孔盲肠。
肺做细胞因子基因术后4h和18h分别取小鼠肝脏、
表达分析,取血液做细胞因子含量测定。
CLP后4h和18h组与相应sham组TNF!α和
IL!10比较,均有显著性差异,P<0.05;CLP后4h与18h比较,TNF!α有显著性差异,P<0.05,见表1。
表1
多细菌感染性炎症腹腔巨噬细胞上清液中细胞因子
的含量(n=30)(x!±s,pg/ml)
细胞因子
CLP后4hsham组400±46435±42
实验组
CLP后18hsham组635±55445±52
实验组
TNF!αIL!10
820±58*768±80*
1210±106*#748±102*
2.腹腔巨噬细胞上清液的采集:分别向sham组
和实验组小鼠腹腔注入2mlPBS溶液,吸取小鼠腹
腔液,其中含有巨噬细胞。测定上清液中细胞因子的含量。
与sham组比较*P<0.05;与CLP后4h比较#P<0.05
二、循环血液中TNF!α和IL!10含量变化在腹腔巨噬细胞上清液和循环血液中,实验组
3.细胞因子含量免疫分析:采用ELISA法测定细胞因子TNF!α和IL!10含量。
肺脏总RNA的提取:采用Trizol法[2]。4.肝脏、
5.RNA完整性的检测:制备变性胶后,50V电泳约1.5h后,将胶块置紫外灯下,观察RNA的完整性,记录18S、28S条带的位置。
6.逆转录反应获得cDNA、PCR扩增和琼脂糖凝胶电泳和产物分析[2]:①逆转录反应获取cDNA的方法:取1μg总RNA于微量离心管中,置70℃温育5min,离心后冰浴5min。离心管中加入混合液
逆转录缓冲液;RNA酶抑制[MgCl2,25mmol/L;10×
剂;逆转录酶;Oligo(dT)15Primer;DEPCH2O],终容量为20μl。置于42℃反应15min,95℃加热5min后,
TNF!α和IL!10含量均高于sham组。CLP后18h与
4h比较,TNF!α变化有显著性差异(P<0.05);而IL!10变化无显著性差异,见表2。
表2
多细菌感染性炎症循环血液中细胞因子含量(n=30)
(x!±s,pg/ml)
细胞因子
CLP后4hsham组450±62606±58
实验组
CLP后18hsham组490±95745±72
实验组
TNF!αIL!10
1501±88*1152±81*
2108±106*#1109±106*
与sham组比较*P<0.05;与CLP后4h比较#P<0.05
三、提取的肝、肺组织的RNA结果
18S、28S条带清晰,RNA完整。
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之一,在全身性感染的发病机制中发挥作用。我们建议临床医师在诊治多细菌感染性炎症时,要考虑靶器官细胞因子的表达状态。
临床上,多细菌感染可以诱发严重脓毒症、脓毒性休克或多器官功能障碍综合征(MODS)等并发症,病死率高达50%~70%。目前对严重脓毒症或MODS尚缺乏切实有效的预警指标和监测方法。尽管许多学者探讨了众多细胞因子或炎症介质的预警价值,但结果大多并不理想[7]。临床上经常将血液中细胞因子含量作为诊断炎症反应的指标,而血液中细胞因子主要来源于血液淋巴细胞、单核细胞、白细
IL!100.09±0.02
*
4.肝、肺组织细胞因子TNF!α和IL!10的
mRNA表达
以GAPDH为内对照,实验组与sham组比较,实验组TNF!α和IL!10的mRNA表达高于sham组。CLP后18h,肝、肺TNF!α的mRNA基因表达非常显著地高于4h时的表达(P<0.01),IL!10在两个时间段的变化相对较弱,见表3。
表3
CLP时间
CLP后4h多细菌感染性炎症细胞因子的
肝脏
肺脏
基因表达情况(目的基因/GAPDH)(x!±s)
组别
TNF!α0.06±0.020.21±0.090.08±0.02
*
IL!100.07±0.010.20±0.05
*
TNF!α0.07±0.020.20±0.050.07±0.02
胞和血管内皮细胞等。肝、肺等组织分泌的细胞因子则以“旁分泌”方式分泌,作用于局域细胞。本研究肺细胞因子的基因表达与循环血液中结果提示,肝、
细胞因子的变化程度不完全相同,说明在发生多细菌感染性炎症时,组织器官细胞因子的基因表达状况与血液中不完全一致,实验室检测的血液中细胞因子含量不能完全代表组织器官内发生的情况。这一结果为临床医师选择更具有价值的实验室诊断指标提供了一种思路。
参
考
文
献
*
4h18h
sham组实验组
0.17±0.01
sham组实验组
0.04±0.020.03±0.02
0.52±0.08*△0.38±0.03*#0.48±0.04*△0.26±0.07*#
与sham组比较*P<0.05;与CLP后4h比较#P<0.05,△P<0.01
讨论
细胞因子是调节细胞功能的、分子质量为80kD以下的糖蛋白。一般认为,细胞因子由免疫细胞分巨噬细胞泌,但在对炎症反应的启动者细菌内毒素、等炎症效应细胞进行了大量研究之后,内皮细胞等相关细胞作为炎症反应的重要参与者,近年来颇受重视
。一些病原体可以刺激巨噬细胞生成IL!10
等,以抑制感染早期的免疫应答[4]。本研究中,多种
[3]
1.陈德昌.严重感染与免疫应答.基础医学与临床,2004,24:12-15.
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3.吴荣谦,徐迎新,宋旭华,等.脓毒症小鼠肝窦内皮细胞细胞因子的基因表达.中国普通外科杂志,2000,1:32-34.
细菌感染引起了严重炎症反应,细胞因子出现一系列变化。促炎细胞因子TNF!α和抗炎细胞因子IL!
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10均高于sham组。CLP后4h至18h,促炎细胞因子
肺基因表达的增高程度高于血液,这种TNF!α在肝、
变化比抗炎细胞因子IL!10的变化更显著,说明肝、
肺不仅参与了细胞因子的基因表达,而且在促炎细胞因子与抗炎细胞因子的失衡加重过程中起重要作用。
一般认为少数细胞因子就可以激活核转录因子-κB(NF!κB),通过连锁反应带动很多其他细胞
[5]
肺细胞均参与了细胞因因子的产生。本研究中,肝、
肺促炎细胞子TNF!α的分泌,且随时间的延长,肝、
因子TNF!α的基因表达增高明显,因此,肝、肺产生
[6]
的因素的细胞因子有可能是诱发这种“级联反应”
(收稿:2005-04-30)