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目的:
支气管肺发育不良(BPD)是胎龄小于28周的早产儿最常见和严重的并发症,特别好发于极低出生体重儿。相关报道显示极低出生体重儿(出生体重<1,500 g)BPD发病率高达43%,大约50%的BPD患儿在儿童早期会因为呼吸窘迫再次入院,特别是发生呼吸道合胞体病毒感染时。BPD患儿常伴有长期的呼吸系统和神经系统发育不良性疾病,可持续致青少年期甚至成年期,严重影响早产儿生存质量,大大的增加了医疗负担。
临床研究已证实多种危险因素均可导致早产儿BPD的发生,包括高氧症、机械通气性肺损伤和出生前感染。这些因素以积累和协作的方式引起肺部炎症反应和肺损伤,从而导致肺泡及肺血管发育障碍。目前为止,BPD的发生机制仍不清楚。但大量研究证实,氧化应激在BPD的发生、发展中起到关键性作用。我们先前的研究已证实在高氧致新生鼠BPD的发生过程中存在氧化应激性肺损伤,其它研究也有相关报道。
ROS攻击DNA可造成多种类型的氧化性DNA损伤,从而危害细胞正常的活力和生理功能,甚至导致癌症的发生。目前认为,氧化性DNA损伤主要由碱基切除修复(BER)途径修复。在哺乳动物细胞,8-羟基鸟嘌呤 DNA转葡糖基酶1(OGG1)在碱基切除修复途径中发挥重要作用。研究发现,肺动脉内皮细胞过表达OGG1可以减轻黄嘌呤氧化酶诱导的线粒体DNA损伤和细胞凋亡。另有研究显示,转染siRNA到肺动脉内皮细胞致OGG1活性表达显著降低,可使黄嘌呤氧化酶诱导的线粒体DNA损伤修复延迟,同时增加细胞凋亡。
研究已发现,OGG1在对抗氧化性DNA损伤中起到重要作用。然而,高氧致新生鼠BPD的发生过程中是否存在肺上皮的DNA损伤,以及该损伤是否与OGG1基因有关?相关研究少有报道。本研究就以上问题展开探索,从而阐明DNA损伤与BPD的关系,试图为BPD的防治寻找新的思路和途径。
材料与方法:
一、实验模型与分组
1、动物模型及分组
健康成年Wistar大鼠(250 g),雌雄交配(4∶1),雌鼠孕21-23d自然分娩的新生鼠160只,生后12h内(0d)随机分成实验组(高氧组,FiO2=0.9)和对照组(空气组,FiO2=0.21),每组均为80只,雌雄不限。
实验组(高氧组)将新生Wistar大鼠(连同母鼠)生后置于氧箱(有机玻璃箱)中,持续输入氧气,氧浓度维持为90%,用测氧仪持续监测(美国OM-25ME),CO2浓度<0.5%(钠石灰吸收CO2),温度25~27℃,湿度60%~70%(变色硅胶吸收水蒸气),每24h定时开箱20 min,添加水、饲料及清理氧箱,并与空气组交换母鼠以避免因氧中毒而致代母鼠喂养能力下降。对照组(空气组)置于正常空气环境中,氧浓度为21%,饲养条件及实验控制因素同实验组。
二、标本采集及处理
每组分别于实验后1,2,3,5,7d随机抽取16只,10%水合氯醛(0.3ml/100 g)腹腔注射麻醉,腹主动脉放血后,分离肺组织,左肺至于4%多聚甲醛中固定,其中8只用于冰冻切片制备(免疫荧光检测肺上皮OGG1蛋白),另8只用于石蜡切片制备(观察肺组织形态学改变),右肺立即置于液氮中,后于-80℃冻存,用于基因及蛋白等检测。
三、AECⅡ细胞的分离、纯化、培养及鉴定
新生Wistar大鼠经10%水合氯醛(0.3ml/100 g)腹腔麻醉处死,无菌条件下取肺组织,分别采用胰酶和胶原酶消化、分离AECⅡ细胞,分离纯化后的AECⅡ细胞于DMEM培养基中培养,经倒置显微镜、透射电子显微镜及SP-C免疫荧光共聚焦显微镜鉴定后用于实验。
四、实验方法及检测指标
1、原代培养新生鼠AECⅡ细胞鉴定:(1)倒置显微镜;(2)透射电子显微镜;(3) SP-C免疫荧光共聚焦显微镜。
2、HE染色法观察新生鼠肺组织形态学改变。
3、竞争ELISA测定新生鼠肺组织和AECⅡ细胞中8-OHdG含量。
4、彗星实验检测新生鼠AECⅡ细胞中DNA丝条断裂。
5、免疫荧光检测新生鼠肺组织中OGG1蛋白表达及定位。
6、Western blot检测新生鼠肺组织和AECⅡ细胞中OGG1蛋白表达。
7、real-time PCR检测新生鼠肺组织和AECⅡ细胞中OGG1 mRNA表达。
五、统计学分析
应用SPSS17.0软件进行统计学分析。组内及组间数据分析采用单因素方差分析(ANOVA)和Bonferroni,显著性检验水平为0.05。
实验结果:
一、原代培养新生鼠AECⅡ细胞鉴定
1、倒置显微镜鉴定
呈岛状贴壁生长,细胞圆形、立方形或多边形,胞浆内有反差明显的颗粒。
2、透射电子显微镜鉴定
胞质内可见AECⅡ细胞特异性结构板层小体,细胞表面有短小微绒毛。
3、SP-C免疫荧光共聚焦显微镜鉴定
表面活性蛋白C(SP-C)特异表达于AECⅡ细胞,可见红色荧光定位于胞浆。
二、HE染色观察新生鼠肺组织形态学
空气组:Ⅰd至7d,肺泡结构逐渐规则,肺泡腔大小逐渐均匀,肺泡间隔逐渐变薄。高氧组:1d,与空气1d无明显差别;3d,肺泡间隔变厚,肺间质可见少量中性粒细胞和巨噬细胞浸润;5d,肺泡间隔进一步变厚,肺间质中性粒细胞和巨噬细胞浸润增加,且肺泡腔内可见少量中性粒细胞和巨噬细胞浸润;7d,肺泡上皮结构破坏增加,肺间质和肺泡腔大量炎性细胞浸润,肺泡腔可见纤维蛋白沉淀。
三、新生鼠肺组织及AECⅡ细胞中8-OHdG含量
1、竞争ELISA测定肺组织中8-OHdG含量
与空气组相比:高氧1d,8-OHdG含量无明显差别(p>0.05);高氧2,3,5,7d,8-OHdG含量显著增加(高氧2d,p<0.05;高氧3,5,7d,p<0.01)。总的来说,8-OHdG含量随高氧暴露时间延长而逐渐增加。
2、竞争ELISA测定AECⅡ细胞中8-OHdG含量
与空气组相比:高氧12,24,48,72h,8-OHdG含量显著增加(高氧12,24,48,72h,P<0.01)。总的来说,8-OHdG含量随高氧暴露时间延长而逐渐增加。
四、高氧暴露诱导新生鼠AECⅡ细胞DNA丝条断裂
利用碱性彗星实验检测AECⅡ细胞DNA丝条断裂情况。空气对照组48h,只有极少量的DNA发生迁移;高氧48h,可见DNA从细胞核显著迁移,形成“彗星尾”;彗星尾长和Olive尾矩是国际公认的评估DNA丝条断裂的指标。与空气组相比,高氧暴露组各时间点的尾长(12h,p<0.05;24,48,72h,p<0.01)和Olive尾矩(12,24,48,72h,p<0.01)均显著增加,且随高氧暴露时间延长而逐渐增加。
五、新生鼠肺组织及AECⅡ细胞中OGG1蛋白表达及定位
1、免疫荧光检测肺组织OGG1蛋白表达及定位
空气组1d及3d和高氧组1d,OGG1蛋白主要定位细胞质,且OGG1蛋白表达无明显差异;高氧3d,5d和7d,细胞核和细胞质中OGG1蛋白荧光信号均显著增加,且细胞质增加更明显。高氧3,5d,OGG1蛋白表达最高;高氧7d,OGG1蛋白表达较高氧5d减少,但较高氧1d增多。
2、Western blot检测肺组织OGG1蛋白表达
在肺组织中,我们检测到分子量大约在47 kDa的优势条带。与空气组相比,高氧1d,OGG1蛋白表达无明显改变(p>0.05);高氧2,3,5,7d,OGG1蛋白表达显著增加(2,3,5d,p<0.01;7d,p>0.05)。总的来说,肺组织OGG1蛋白表达于高氧2d开始升高,高氧3d和5d达高峰,高氧7d开始下降。
3、Western blot检测AECⅡ细胞OGG1蛋白表达
在AECⅡ细胞中,我们检测到分子量大约在47 kDa的优势条带。与空气组相比,高氧12,24,48h,OGG1蛋白表达显著增加(12h,p<0.05;24,48h,p<0.01);高氧72h,OGG1蛋白表达无明显改变(p>0.05)。总的来说,AECⅡ细胞OGG1蛋白表达于高氧12h开始升高,高氧24h达高峰,高氧48h开始下降,高氧72h进一步下降。
六、新生鼠肺组织及AECⅡ细胞OGG1 mRNA表达
利用实时荧光定量PCR检测肺组织及AECⅡ细胞中OGG1 mRNA相对表达量。肺组织(p>0.05)和AECⅡ细胞(p>0.05) OGG1 mRNA表达在高氧组和空气组各时间点均无明显差异。
结论:
本研究分别通过体内和体外的高氧暴露实验,证实了在BPD发生早期肺上皮细胞存在氧化性DNA损伤,且随高氧暴露时间的延长而逐渐增加。此外,DNA损伤修复基因OGG1表达上调可能在此过程中发挥重要作用。