1,25-二羟基维生素D3对慢性实验性结肠炎小鼠Th1、Th17活化的影响

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溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)是炎症性肠病(inflammatorybowel disease, IBD)的一种,其发病机制尚不十分明确,一般认为是由包括感染在内的环境因素作用于易感倾向个体,诱发异常免疫反应所致。大量研究表明,免疫因素是其最基本的发病机制。CD4+T细胞的T辅助(T helper, Th)1/Th17细胞具有促炎症生成的特点,在UC肠道免疫反应过程中的作用越来越得到重视。在各种抗原的刺激下,Th1/Th17细胞的特异转录因子被激活,介导其发生免疫应答,继而分泌相关的细胞因子,如干扰素(interferon-γ, IFN-γ),白介素-6(interleukin-6, IL-6)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor-α, TNF-α),白介素-17(interleukin-17, IL-17)等,这些细胞因子具有强大的募集和激活嗜中性粒细胞、调节细胞免疫应答、清除细胞内的病原体和诱导T细胞活化等功能,进而诱导并促进炎症的发生,最终启动UC的发病。1,25-二羟基维生素D3(1,25-dihydroxyvitamin D3,1,25(OH)2D3)是维生素D(Vitamin D, VitD)的活性代谢产物,属于开环甾类化合物激素。1,25(OH)2D3除了调节钙和骨的代谢外,因免疫细胞中存在其受体(vitamine D receptor, VDR),故具有其相关的生物活性。维生素D通过与单个核细胞、巨噬细胞及致敏淋巴细胞等免疫细胞表面的VDR结合调节Th细胞,尤其是Th1/Th17细胞的功能,进而抑制自身免疫性疾病的发展。VitD产生和/或作用不足参与粘膜损伤的发生,使消化道感染的风险增高,增加UC发病的危险。大量研究表明,VitD缺乏与UC的发病有关,补充VitD可以降低UC的发病率。目的:探讨VitD对右旋葡聚糖硫酸钠(dextran sodium sulfate,DSS)诱导的慢性实验性结肠炎的治疗作用及其作用机制,以期为临床UC的维持治疗提供一种新的有效药物。方法:①30只雄性C57BL/6小鼠按随机数字表随机分入Control组、DSS组和DSS+VD组,每组10只。Control组一直饮用蒸馏水;DSS组和DSS+VD组间断饮用2%DSS,时间段为分别为第1~5天、第8~12天、第15~19天、第22~26天、第27和第28天,其余时间饮用蒸馏水。造模第14天起开始治疗:DSS+VD组给予1,25(OH)2D3(0.2μg/25g/天)灌胃,治疗14天;Control组与DSS组给予等体积PBS灌胃14天作为对照,第29天处死小鼠。②每天观察小鼠精神状态、体重变化、活动情况、毛发光泽度、进食以及大便性状,并评估疾病活动指数(disease activity index,DAI)。③观察结肠形态学变化,测量结肠长度,并计算结肠的形态学和病理学评分。④检测结肠组织髓过氧化物酶(myeloperoxidase, MPO)的含量。⑤检测各组小鼠血清钙的水平。⑥提取肠系膜淋巴结(mesenteric lymphnodes, MLN)中的单个核细胞并计数,应用ELISA检测其上清液中的IL-17、TNF-α、IL-6和IFN-γ的水平。⑦应用HE染色观察结肠组织的病理学改变。⑦应用免疫组织化学染色、Western blot技术和real-time Q-PCR技术分别检测结肠组织中IL-17、TNF-α、IL-6和IFN-γ蛋白及mRNA的表达水平。结果:①在慢性实验性结肠炎小鼠模型中,与Control组相比较,DSS组小鼠体重明显下降(15.5%±1.50%vs0.0%±0.0%, P<0.05),而DSS+VD组小鼠体重较DSS组显著回升(5.2%±0.53%vs19.6%±1.82%,P<0.05);与Control组相比,DSS组动物DAI评分显著增加(3.77±0.36vs0.00±0.00, P<0.05),经过治疗后,DSS+VD组DAI评分显著降低(1.79±0.19vs3.77±0.36, P<0.05)。②与Control组相比,DSS组小鼠结肠长度显著缩短(4.35cm±0.48cm vs5.98cm±0.44cm, P<0.05),结肠壁充血、水肿明显,形态学评分升高(2.50±0.58vs0.00±0.00, P<0.05),结肠病理学观察显示黏膜上皮缺损,浅溃疡生成,腺体破坏或消失,可见黏膜层、黏膜下层甚至肌层有大量炎症细胞浸润,病理评分显著增加(9.80±1.26vs0.00±0.00, P<0.05);而经过治疗后,DSS+VD组结肠长度显著增加(3.78cm±0.89cm vs4.35cm±0.48cm, P<0.01),病理评分较DSS组显著降低(7.00±0.82vs9.80±1.26, P<0.05),结肠壁充血、水肿明显减轻(1.50±0.58vs2.50±0.58, P<0.05),结肠组织病理切片结果提示黏膜上皮相对完整,无溃疡生成,炎症细胞浸润明显减少。③与Control组相比,DSS组结肠MPO活性升高(1.30U/g±0.09U/g vs0.18U/g±0.01U/g, P<0.05),而经过治疗后,DSS+VD组MPO活性显著降低(0.41U/g±0.03U/g vs1.30U/g±0.09U/g,P<0.05)。④血钙检测结果显示,Control组、DSS组和DSS+VD组血钙的浓度分别为2.50±0.03mmol/L,2.33±0.06mmol/L,3.33±0.32mmol/L,各组间比较均无统计学意义,P>0.05。⑤DSS组MLN中的单个核细胞数显著多于Control组(6.56×106±0.06×106/mL vs1.63×106±0.27×106/mL,P<0.01),经过治疗后, DSS+VD组细胞数显著下降(3.51×106/mL±0.18×106/mL vs6.56×106±0.06×106/mL, P<0.01)。ELISA检测MLN单个核细胞上清液中IL-17、TNF-α、IFN-γ和IL-6的水平显示:Control组MLN单个核细胞未经刺激前IL-17、TNF-α、IFN-γ和IL-6的分泌水平为(IL-17:0.22ng/mL±0.04ng/mL, TNF-α:0.046ng/mL±0.004ng/mL, IFN-γ:0.02ng/mL±0.01ng/mL, IL-6:0.012ng/mL±0.01ng/mL),经CD3/CD28刺激后上述因子的水平都显著增高(IL-17:1.85ng/mL±0.14ng/mL, TNF-α:0.068ng/mL±0.006ng/mL, IFN-γ:1.43ng/mL±0.15ng/mL,IL-6:0.15ng/mL±0.01ng/mL, P<0.01),与Control组相比,DSS组小鼠MLN单个核细胞刺激前IL-17、TNF-α、IFN-γ和IL-6分泌水平(IL-17:0.58ng/mL±0.10ng/mL, TNF-α:0.17ng/mL±0.02ng/mL, IFN-γ:0.61ng/mL±0.12ng/mL, IL-6:0.14ng/mL±0.01ng/mL, P<0.01)与CD3/CD28刺激后的分泌水平(IL-17:12.23ng/mL±1.03ng/mL, TNF-α:0.35ng/mL±0.04ng/mL, IFN-γ:6.67ng/mL±0.46ng/mL, IL-6:0.47ng/mL±0.06ng/mL, P<0.01)均显著高于Control组,给予1,25(OH)2D3治疗后,未刺激的DSS+VD组小鼠MLN单个核细胞分泌的细胞因子水平较DSS组明显降低(IL-17:0.38ng/mL±0.04ng/mL vs0.58ng/mL±0.10ng/mL, TNF-α:0.13ng/mL±0.01ng/mL vs0.17ng/mL±0.02ng/mL, IFN-γ:0.41ng/mL±0.13ng/mL vs0.61ng/mL±0.12ng/mL, IL-6:0.07ng/mL±0.01ng/mL vs0.14ng/mL±0.01ng/mL, P<0.01),同样CD3/CD28刺激后IL-17、TNF-α、IFN-γ和IL-6的分泌水平较DSS组也明显降低(IL-17:6.35ng/mL±0.34ng/mL vs12.23ng/mL±1.03ng/mL, TNF-α:0.24ng/mL±0.02ng/mL vs0.35ng/mL±0.04ng/mL, IFN-γ:4.45ng/mL±0.41ng/mL vs6.67ng/mL±0.46ng/mL, IL-6:0.43ng/mL±0.04ng/mL vs0.47ng/mL±0.06ng/mL, P<0.01)。⑥免疫组织化学染色可见:在Control组,炎症因子IFN-γ、TNF-α、IL-17和IL-6仅有少量表达,DSS组小鼠结肠组织中上述4中蛋白表达水平较Control组显著增加(IL-17:0.70±0.10vs0.17±0.05, P<0.05; TNF-α:0.85±0.10vs0.25±0.05, P<0.05; IL-6:0.65±0.07vs0.10±0.01, P<0.05; IFN-γ:0.90±0.10vs0.20±0.05, P<0.05),经过治疗后,DSS+VD组的表达水平较DSS组显著下降(IL-17:0.40±0.08vs0.70±0.10, P<0.05; TNF-α:0.35±0.08vs0.85±0.10, P<0.05; IL-6:0.30±0.02vs0.65±0.07, P<0.05; IFN-γ:0.45±0.07vs0.90±0.10, P<0.05)。⑦Western blot和real-time Q-PCR检测结果显示,与Control组比较,DSS组结肠组织中IL-17、TNF-α、IL-6和IFN-γ蛋白(IL-17:1.81±0.10vs1.21±0.05; TNF-α:1.79±0.10vs1.04±0.05, P<0.05;IL-6:1.75±0.13vs1.00±0.05, P<0.05; IFN-γ:2.06±0.10vs1.32±0.05, P<0.05)及mRNA的表达水平显著升高(IL-17mRNA:1.91±0.86vs1.00±0.00,P<0.05; TNF-α mRNA:1.94±0.64vs1.00±0.00, P<0.05; IL-6mRNA:2.04±0.02vs1.00±0.00, P<0.05; IFN-γ mRNA:2.11±0.11vs1.00±0.00,P<0.05)。经过治疗之后,IL-17、TNF-α、IL-6和IFN-γ蛋白(IL-17:1.48±0.08vs1.81±0.10, P<0.05; TNF-α:1.44±0.08vs1.79±0.10, P<0.05; IL-6:1.34±0.11vs1.75±0.13, P<0.05; IFN-γ:1.73±0.07vs2.06±0.10, P<0.05)及mRNA的表达均显著下降(IL-17mRNA:1.56±0.30vs1.91±0.86, P<0.05;TNF-α mRNA:1.39±0.67vs1.94±0.64, P<0.05; IL-6mRNA:1.33±0.01vs2.04±0.02, P<0.05; IFN-γ mRNA:1.72±0.40vs2.11±0.11, P<0.05)。结论:1,25(OH)2D3对慢性实验性结肠炎小鼠具有保护作用,其机制可能是抑制了Th1/Th17细胞的活化,下调了相关炎症因子的表达。
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