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编号:10497372
IL-1β和TNF-α对培养的气道上皮细胞E钙粘着蛋白表 达的影响
http://www.100md.com 《同济大学学报(医学版)》 2000年第3期
     作者:王曦 吴人亮 郝天玲 陈芳

    单位:同济医科大学基础医学院病理学教研室,武汉 430030

    关键词:气道上皮细胞;E钙粘着蛋白;白细胞介素-1β; 肿瘤坏死因子α

    同济医科大学学报000301 摘要 应用酶消化法体外培养猪气道上皮细胞(AEC) ,加入一定浓度梯度的白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子α(TNF-α),应用 免疫细胞化学染色和原位杂交方法观测AEC中E钙粘着蛋白(ECD)表达的变化。结果发现: 正常AEC中ECD表达于相邻上皮细胞间的胞膜上,其mRNA也有一定含量。一定浓度梯度的IL- 1β和TNF-α作用24 h后,胞膜上ECD表达减弱,而胞浆内ECD表达在低浓度时升高,高浓度 时降低(P<0.01),同时ECD mRNA含量在低浓度时增多,而在高浓度时维持正常水平 (P>0.05)。结果提示,IL-1β和TNF-α在翻译或翻译后水平使膜上ECD表达下 调,参与了AEC的损伤修复反应。
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    中图法分类号 R331.1, R392.12, R730.3

    Effects of IL-1β and TNF-α on E-cadherin Expression of Cultured

    Airway Ep ithelial Cells

    Wang Xi Wu Renliang Hao Tianling et al

    (Department of Pathology, School of Basic Medical Scien ces, Tongji Medical University, Wuhan 430030)

    Abstract Pig airway epithelial cells (AEC) were cultured in vit ro by an enzyme-dispersed method. The E-cadherin (ECD) expression in AECs was detected by using immunocytochemistry and in situ hybridization after exposure t o interleukin-1β(IL-1β) and tumor necrosis factor-α(TNF-α). The results showed that ECD was distributed on the membrane at the cell junctions of normal AECs and ECD mRNA had a certain content. After exposure of AECs to IL-1β and T NF-α for 24 h, the membranous ECD expression was decreased, while the cytoplas mic ECD expression was increased at low concentration and decreased at high conc entration (P<0.01). At the same time, the ECD mRNA content was increased at low concentration, remained at normal level at high concentration (P>0.05). It was suggested that IL-1β and TNF-α might mediate the down-regulation of membranous ECD expression at translational or post-translational levels, which was responsible for the injury and repair of AECs.
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    Key words airway epithelial cell; E-cadherin; interleukin-1 β; tumor necrosis factor-α

    白细胞介素-1(interleukin-1, IL-1)和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor, TNF )是两种主要源于单核-巨噬细胞的多功能细胞因子,在免疫、造血、炎症及损伤修复等反 应中起着关键性调节作用。在生物学功能上两者既有广泛的重叠,又具有交互调节的特性 [1]。而IL-1β和TNF-α是创伤愈合反应中的两种早期调节因子,在体内对于炎症 和修复反应的产生至关重要[2]。E钙粘着蛋白(E-cadherin, ECD)是维持呼吸道 上皮细胞极性和完整性的重要粘附分子[3]。本研究在体外培养的猪气道上皮细胞 (airway epithelial cell, AEC)中加入IL-1β和TNF-α,观察这两种细胞因子对ECD表 达的影响,探讨IL-1β和TNF-α是否介导了在AEC的损伤修复反应中ECD表达的变化。
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    1 材料和方法

    1.1 猪AEC的培养及实验分组

    参照Wu氏方法[4],建立本室培养方法[5],简述如下,取新鲜屠宰的 猪肺,在无菌条件下分离其气管,至左、右主支气管,长约10 cm,用1 g/L细菌蛋白酶(Si gma公司产品)37 ℃摇床120 r/min,消化2 h,用含血清的培养液终止消化,1000 r/min离 心8 min,收集细胞,调整细胞接种密度为1×106/ml,每个25 ml培养瓶中放入4张小盖 片,加入4 ml细胞悬液,于37 ℃,50 ml/L CO2 培养箱中培养。培养液用M199,加入100 ml/L胎牛血清、5 μg/ml转铁蛋白、25 ng/ml EGF(以上为Gibco产品)、100 U/ml青霉素 、100 μg/ml链霉素。AEC培养72 h近融合后,换DMEM/F12 (1∶1) 无血清培养液(Gibco 产品)同步化16 h,实验组分别加入IL-1β和TNF-α(均为Gibco产品),浓度依次 为0.1、0.5、2、10、50 ng/ml,正常对照组仍为无血清培养液,继续培养24 h。
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    1.2 AEC中ECD表达的免疫细胞化学染色

    细胞盖片用SP法进行免疫细胞化学染色。冷丙酮/乙醇(1∶1)-20 ℃固定20 min,正常羊 血清封闭20 min,1∶400抗E-cd单克隆抗体(大鼠IgG,Sigma产品)4 ℃孵育过夜,生物 素化羊抗大鼠IgG 37 ℃孵育1 h,SABC 37 ℃孵育30 min,DAB/H2O2 显色。阴性对照 为缓冲液取代一抗。

    1.3 AEC中ECD mRNA含量的原位杂交检测

    载有人ECD (386 bp) cDNA (HC61)的重组质粒(由德国Sachs博士惠赠)经扩增、鉴定、Bam HⅠ酶切回收[6],以DIG-11dUTP随机引物法标记,方法按德国Boehringer Mannh eim公司的地高辛高效标记及检测试剂盒说明。
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    细胞盖片经40 g/L多聚甲醛固定20 min,0.2 mol/L HCl室温处理20 min,2 mg/L蛋白 酶K 37 ℃消化30 min,40 g/L多聚甲醛后固定,脱水,空气干燥。预杂交42 ℃ 1 h,杂交 42 ℃ 16 h。2×SSC室温、0.2×SSC 37 ℃、0.1×SSC 42 ℃分别洗2次,每次15 min。 显色检测按试剂盒说明。阴性对照为不加探针或地高辛抗体。

    1.4 图像分析及数据处理

    细胞盖片在光镜下,取相同倍数,每组随机选取20个细胞,用TJTY-300型全自动图像分析 仪分别测定细胞内阳性产物和杂交颗粒的平均吸光度A值。结果以±s表 示,用SAS软件作方差分析。

    2 结果

    2.1 IL-1β和TNF-α对AEC中ECD表达的影响
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    正常时,ECD表达围绕上皮细胞膜,呈均匀线状(图1)。加入IL-1β 24 h后,膜上ECD表 达减弱,低浓度(0.1, 0.5 ng/ml)时,胞浆内ECD表达升高(图2),高浓度(2, 10, 5 0 ng/ml)时,胞浆内ECD表达逐渐降低。50 ng/ml IL-1β作用24 h后,胞浆内ECD表达量 仅为正常组的76.9%,差异具有显著性意义(P<0.01)。加入TNF-α 24 h后,ECD 表达变化与IL-1β作用后相似,胞膜上ECD表达减弱,胞浆内ECD表达虽有波动,但随着TNF -α浓度升高,ECD表达逐渐减少(图3)。不同浓度IL-1β和TNF-α作用AEC 24 h后,胞 内ECD表达变化见表1。

    表1 IL-1β和TNF-α对AEC中ECD表达的影响(n=20, ±s) 组别

    ECD表达的吸光度
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    0.1

    0.5

    2

    10

    50(ng/ml)

    正常对照

    0.117±0.004

    IL-1β

    0.129±0.003*

    0.135±0.010*

    0.108±0.005*

, http://www.100md.com     0.117±0.006

    0.090±0.003*

    TNF-α

    0.095±0.004*

    0.112±0.003

    0.125±0.003*

    0.112±0.006

    0.103±0.005*

    与正常对照组比较 * P<0.012.2 IL-1β和TNF-α对AEC中ECD mRNA含量的影响
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    正常时,上皮细胞内ECD mRNA既有一定量表达,杂交颗粒分布于胞浆或胞核(图4), 加入IL-1β作用24 h,低浓度(0.1, 0.5, 2 ng/ml)时,AEC中ECD mRNA含量增高(图5 ) ,而高浓度(10, 50 ng/ml)时,ECD mRNA含量虽略有增高,但与正常组比较差异无显著性( P>0.05)。加入TNF-α 24 h,ECD mRNA含量变化与IL-1β作用后相似。0.1 ng/ml T NF-α作用后,ECD mRNA含量增高,在0.5~50 ng/ml TNF-α作用后,ECD mRNA含量略有 增 高,但与正常组比较差异无显著性意义(图6)。不同浓度IL-1β、TNF-α作用24 h后AEC 中ECD mRNA含量变化见表2。

    表2 IL-1β和TNF-α对AEC中ECD mRNA含量的影响(n=20, ±s) 组别

, http://www.100md.com     ECD mRNA含量的吸光度

    0.1

    0.5

    2

    10

    1050(ng/ml)

    正常对照

    0.123±0.002

    IL-1β

    0.168±0.005*

    0.153±0.008*

    0.203±0.012*
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    0.140±0.005

    0.129±0.006

    TNF-α

    0.166±0.018*

    0.140±0.013

    0.142±0.006

    0.203±0.006*

    0.135±0.008

    与正常对照组比较 * P<0.013 讨论

    在肺部的炎症反应中,活化巨噬细胞不断释放的IL-1β和TNF-α可以上调粘附分子ICA M-1和E选择素的表达,这些血管粘附分子与血中中性粒细胞上相应配体结合导致白细胞粘 附于内皮上,并聚集于炎症灶,介导了由中性粒细胞和肺巨噬细胞释放的氧化剂和蛋白酶造 成肺损伤[7]。IL-1β和TNF-α又称为促炎因子,它们不仅对炎症的产生至关重 要,而且也是创伤愈合反应中的早期调节因子[2]。ECD是维持呼吸道上皮细胞极性 和完整性的重要粘附分子,它通过连环蛋白α、β、γ与细胞骨架蛋白相连锚定于细胞膜上 ,介导同型上皮细胞间的粘附[3] 。我们在研究吸烟小鼠呼吸道上皮细胞ECD表达 [8]以及香烟烟雾提取物对小鼠气管环和培养AEC表达的影响[5]中发现, 吸烟导致呼吸道上皮细胞的损伤修复过程中,AEC膜上ECD表达下降,同时胞浆内ECD升高。 本实验是在此基础上,进一步探讨细胞因子IL-1β和TNF-α是否介导了吸烟时ECD表达的 变化。
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    本实验在培养的猪AEC中加入不同浓度的IL-1β和TNF-α作用24 h后发现,膜上ECD表 达下降,胞浆内ECD表达在低浓度时略有升高,随着细胞因子作用浓度增高,胞浆内ECD表达 逐渐降低。与此同时,ECD mRNA含量在低浓度细胞因子作用时略有升高,但随着作用浓度增 加,ECD mRNA含量并无明显变化。由此可见,局部少量的IL-1β和TNF-α就可以引起AEC 膜上ECD表达下降,使上皮细胞间连接松散,便于细胞游走和增殖。虽然此时ECD mRNA含量 增加,但ECD是以无活性的可溶形式存在于胞浆中,不能介导相邻上皮细胞间的粘附。随着I L-1β和TNF-α浓度增加,ECD mRNA含量维持于正常水平,胞浆内ECD也随之减少。因此, IL-1β和TNF-α可以通过翻译或翻译后水平调节ECD表达及分布,影响其功能,这与我们 以往研究结果相似。提示,IL-1β和TNF-α可能介导了吸烟时ECD表达的变化,并参与了 呼吸道上 皮的损伤与修复过程。
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    图1 正常对照组,ECD表达于细胞膜上, 均匀线状。 SP ×400

    图2 0.5 ng/ml IL-1β作用24 h后,E CD胞浆内表达增多。 SP ×400

    图3 50 ng/ml TNF-α作用24 h后,胞 浆内ECD表达减少。 SP ×400

    图4 正常对照组,ECD mRNA存在于胞内。 原位杂交 ×400

    图5 0.5 ng/ml IL-1β作用24 h后,E CD mRNA含量增多。 原位杂交 ×400
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    图6 50 ng/ml TNF-α作用24 h后,ECD mRNA含量无明显变化。 原位杂交 ×400

    国家自然科学基金资助项目(No.39570288)

    王曦,女,1971年生,博士研究生

    参 考 文 献

    1,Dinarello C A. Macrophage-derived regulatory factors. Basel: Basel Karger, 1989. 105~154

    2,Chesney J, Metz C, Stavitsky A B et al. Regulated Production of type 1 collagen and inflammatory cytokines by peripheral blood fibrocytes. J Immunol , 1998, 160: 419
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    3,王 曦, 李 军, 吴人亮. 上皮钙粘附素-连环素复合体功能调控的研究进展 . 国外医学分子生物学分册,1998, 20(1): 42

    4,Wu R, Nolan E, Turner C. Expression of tracheal differentiated funct ion in serum-free hormone-supplemented medium. J Cell Physiol, 1985, 125: 167

    5,王 曦,郝天玲,吴人亮等. 香烟烟雾提取物对气道上皮细胞E钙粘着蛋白表 达的影响. 中华结核和呼吸杂志,1999,22(7):412

    6,金冬雁, 黎孟枫译. 分子克隆实验指南. 第2版. 北京: 科学出版社,1993. 16~60, 309~325

    7,Lentsch A B, Czermak B J, Bless N M et al. NF-κB activation du ring IgG immune complex -induced lung injury. Am J Pathol, 1998, 152: 1327

    8,王 曦, 吴人亮,郝春荣等. 吸烟小鼠呼吸道上皮细胞上皮钙粘附素表达的研 究. 中国组织化学与细胞化学杂志, 1998,7(3):302

    (1999-11-05 收稿), 百拇医药