严重烧伤后大鼠骨髓“巨核细胞被噬现象”机制的实验研究

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本室前期研究发现,单纯放射损伤、严重烧伤和烧冲复合伤的大鼠、犬骨髓巨核细胞退变,中性粒细胞进入巨核细胞胞浆内将其噬食,命名为“巨核细胞被噬现象”(megakaryocytophagia),并认为这是严重创伤时血小板数量减少、功能降低的主要原因之一。血小板数量和功能的降低是引发机体出血、感染、多器官功能衰竭的重要因素,是严重创伤救治的关键环节。但巨核细胞被噬现象的发生是中性粒细胞发挥清除机体退变细胞的功能,还是巨核细胞受损后发出某种信号吸引中性粒细胞前往,何种细胞占主导地位,未见有文献报道。关于巨核细胞体内有粒细胞或其他血细胞的现象早有文献报道,但对其性质、发生机理和意义有不同的看法。有观点认为巨核细胞体内的其它细胞与巨核细胞是共生的,两者独立存在、没有任何关系;有人认为巨核细胞体内的红细胞是两者的重叠;还有人认为巨核细胞有游移的能力,能主动将其它细胞包绕入体内等等。近年来,巨核细胞体内存在其它血细胞的现象更加引起学者们的关注。在血小板减少性紫癜的动物模型、特发性骨髓纤维化病人的骨髓活检及骨髓纤维化动物模型、转染血小板生成素(TPO)的小鼠、核转录因子GATA-1低表达的小鼠等情况均发生不同程度的进入巨核细胞的中性粒细胞数量增加;同时伴有外周血血小板数量减少的现象。巨核细胞是血小板生成的前体细胞,巨核细胞的病理改变及其机能状态直接影响到血小板的产生与补充;因此,研究巨核细胞在疾病和损伤情况的改变具有十分重要的意义。本实验首先以30%Ⅲ度烧伤大鼠为动物模型,较为系统地观察了严重烧伤后骨髓“巨核细胞被噬现象”;利用在体实验观察了严重烧伤后调控巨核细胞增殖、分化和不同成熟阶段生长因子的表达变化;同时利用体外Transwell穿膜等实验观察了正常和严重烧伤后大鼠骨髓巨核细胞与中性粒细胞的迁移、游走情况,重点观察巨核细胞特异性分泌、对中性粒细胞又有特异性趋化作用的细胞因子—中性粒细胞激活肽2(NAP-2)的变化;旨在阐明严重创伤后“骨髓巨核被噬现象”可能发生的机制。主要的方法和结果如下:(一)骨髓组织切片观察:正常大鼠骨髓中有大量有核细胞,可见处于不同成熟期的巨核细胞,很少见巨核细胞被噬食;30%Ⅲ度烧伤后24 h骨髓腔充血明显,巨核细胞退变,部分巨核细胞胞浆溶解;退变的巨核细胞被中性粒细胞包绕、食噬,呈“虫蚀样”改变。采用NAP-2和CD-15分别标记巨核细胞和中性粒细胞,可见深紫色的中性粒细胞在红色的巨核细胞体内。(二)烧伤后调控巨核细胞增殖、分化和成熟的细胞因子表达变化PF-4和NAP-2是巨核细胞分泌的特异性蛋白。正常组PF-4主要分布在较为幼稚的巨核细胞胞浆,成熟巨核细胞表达量较低;烧伤后24 h PF-4在巨核细胞的表达明显减弱;烧伤后15 d PF-4在巨核细胞的胞浆表达增加,明显高于烧伤后24 h组,但仍低于正常组。NAP-2在正常巨核细胞胞浆、胞膜表达均为阳性;烧伤24 h NAP-2表达明显减弱;烧伤后15 d表达增加,强于烧伤后24 h组,但弱于正常组的表达。TPO和IL-3是巨核细胞增殖和分化的正调节因子,TGF-β1和P-seletin是其负调控因子。TPO主要分布在较为正常成熟的巨核细胞胞浆和胞膜;烧伤后24h TPO在巨核细胞的表达降低;烧伤后15 d TPO表达仍低于正常组和烧伤后24 h组。烧伤后24 h IL-3在骨髓细胞的表达与正常对照组相比降低,15d时仍较低。正常巨核细胞胞浆和胞膜均表达TGF-β1;烧伤后24 h在巨核细胞的表达略有下降,无统计学差异;烧伤后15d表达减弱,与正常组比较有统计学意义。P-seletin在正常巨核细胞胞浆和胞膜均表达;烧伤后24 h表达下降:烧伤后15 d表达弱于正常组和24 h组。GATA-1和NF-E2分别参与了巨核细胞早期增殖和晚期分化成熟。GATA-1在正常骨髓幼稚和成熟巨核细胞的胞浆和胞核表达;烧伤后24 h GATA-1在较幼稚的巨核细胞表达明显减弱,而在体积较大形态易于辨认的成熟巨核细胞表达阳性,主要分布在胞浆和胞核;烧伤后15 dGATA-1在幼稚和成熟巨核细胞的表达均减弱。与正常对照组相比,烧伤后24 h NF-E2表达减弱,烧伤后15 d表达仍弱于前两者。(三)烧伤后巨核细胞超微结构的改变扫描电镜观察:正常大鼠骨髓巨核细胞呈圆形,表面光滑,烧伤后24 h巨核细胞呈不规则形状,表面不平整,呈现出“珊瑚样”改变。透射电镜观察:正常大鼠骨髓巨核细胞胞浆有丰富的线粒体、内质网和成熟颗粒,胞核呈分叶,染色质呈细颗粒状弥散分布,烧伤后24 h巨核细胞胞浆细胞器减少,有局灶样坏死,并可见中性粒细胞伸出“伪足”进入到巨核细胞的胞浆中,核皱缩,染色质浓缩边集。(四)烧伤后中性粒细胞的形态和功能的变化扫描电镜观察中性粒细胞表面形态改变:正常大鼠中性粒细胞表面较光滑,呈圆形或椭圆形,烧伤后24 h的中性粒细胞表面呈不规则状,有伪足样突起形成。墨汁吞噬实验显示烧伤后24 h的中性粒细胞吞噬比率(64.35%)明显高于正常对照组(15.17%)。(五)Transwell双室培养系统体外观察中性粒细胞向巨核细胞的趋化游走现象分离正常组和烧伤后24 h大鼠骨髓巨核细胞和外周血中性粒细胞,在Transwell双室内进行交叉培养(上室为中性粒细胞,下室为巨核细胞,微孔滤膜孔径为5μm)。分为:正常中性粒细胞+正常巨核细胞共培养组;烧伤中性粒细胞+烧伤巨核细胞共培养组;正常中性粒细胞+烧伤巨核细胞共培养组;烧伤中性粒细胞+正常巨核细胞共培养组;上室中性粒细胞下室仅有IMDM培养基为阴性对照组。37℃孵育2-6 h后,固定、HE染色、计数穿过微孔到达膜底面的中性粒细胞数,每例10个视野,结果以细胞数/视野表示。结果显示:阴性对照组未见有中性粒细胞穿过;烧伤中性粒细胞+烧伤巨核细胞共培养组则有大量中性粒细胞穿过;与各组均有显著性差异(P<0.01)。同时可见,正常中性粒细胞+烧伤巨核细胞共培养组也有大量中性粒细胞穿过,与正常中性粒细胞+正常巨核细胞共培养组、烧伤中性粒细胞+正常巨核细胞共培养组,以及阴性对照组相比,也有显著性差异(P<0.01)。体外培养的巨核细胞表达中性粒细胞趋化因子NAP-2较正常组的减弱。上室内加入NAP-2抗体,对中性粒细胞穿膜无明显的影响;而上室内加入Ca2+通道抑制剂异搏定后可以明显抑制中性细胞穿膜。结论:30%Ⅲ度烧伤后大鼠骨髓腔内充血明显,巨核细胞退变并被中性粒细胞包绕噬食,发生骨髓“巨核细胞被噬现象”。烧伤对巨核细胞的影响广泛而严重,可以导致巨核细胞分泌的特异性蛋白NAP-2、PF-4的表达降低;正性调控因子TPO、IL-3表达减弱,而负调节因子TGF-β1,P-seletin也减少,调控巨核细胞的核转录因子GATA-1、NF-E2表达也降低。提示烧伤因素可以影响调控巨核细胞增殖分化各阶段细胞因子的表达。烧伤还可以导致巨核细胞超微结构发生改变,形态不规则,呈珊瑚样改变,有利于中性粒细胞进入。体外Transwell双室培养提示烧伤后的巨核细胞可以明显趋化中性粒细胞穿膜,中性粒细胞处于功能活跃状态;体外阻断实验提示中性粒细胞向巨核细胞趋化游走,与巨核细胞分泌的中性粒细胞趋化因子NAP-2表达无明显关系,而与Ca2+通道相关。因此,我们提出烧伤后“巨核细胞被噬现象”的发生与巨核细胞发生退变和中性粒细胞的吞噬功能增强都相关,是机体损伤后的一种转归机制,也说明中性粒细胞具有清除机体自身退变细胞的功能。
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