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编号:10227008
慢性阻塞性肺病患者肺内细胞增殖与凋亡的研究
http://www.100md.com 《中国医学杂志》 1998年第8期
     作者:陶清国 张珍祥 徐永健

    单位:430030 武汉,同济医科大学附属同济医院呼吸病研究室

    关键词:肺疾病,阻塞性;脱噬作用;基因表达

    中华医学杂志980804 【摘要】 目的 研究细胞增殖、凋亡及其调节基因在慢性阻塞性肺病(COPD)继发肺动脉高压中的作用。方法 应用免疫组化及原位缺口末端DNA碎片标记技术检测COPD患者肺内细胞增殖及凋亡,并用Northern杂交检测COPD患者肺内c-myc、bcl-2及p53基因表达。结果 COPD患者及对照组肺内(包括肺小血管壁)均存在着一定比率的增殖及凋亡细胞。两组相比,COPD组增殖指数增高而凋亡指数减少,增殖与凋亡比值显著增高,约为对照组4倍。在COPD患者肺内,增殖细胞绝大部分位于肺小血管壁,而凋亡细胞在肺小血管壁上较对照组少见。c-myc、bcl-2及蛋白表达在COPD肺内比对照组明显增高,主要在肺小血管壁。c-myc mRNA表达量约为对照组3倍,bcl-2 mRNA三条带表达量约为对照组2.5~3.5倍,p53基因mRNA表达量比对照组显著减少,约为1/3倍。结论 可能由于c-myc、bcl-2及p53基因异常表达所致的细胞增殖与凋亡异常参与了COPD时的肺血管结构改建的调节,亦即参与了COPD继发的肺动脉高压过程。
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    Apoptosis versus proliferation activities and relative mechanism in chronic obstructive pulmonary disease Tao Qingguo, Zhang Zenxiang, Xu Yongjian. Respiratory Disease Research Laboratory, Tongji Hospital, Tongji Medical University, Wuhan 430030

    【Abstract】 Objective To study the roles of apoptosis and proliferation and relative genes expression in chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and pulmonary hypertension. Methods Immunohistochemical technique was used for the detection of cell proliferation and expression of relative genes. In situ end labeling technique was used for the detection of nucleosomal DNA fragmentation of apoptotic cells, and Northern blot for the detection of expression of c-myc, bcl-2 and p53 genes in the lungs with COPD. Results Both proliferative cells and apoptotic cells were found in the lungs with COPD or without COPD. In lung tissue with COPD. The proliferation index was increased significantly, whereas the apoptosis index was decreased significantly. Compared with controls, the ratio of proliferation to apoptosis in lungs with COPD was increased by 4 folds, and the expression of c-myc or bcl-2 mRNA was significantly increased by 2.5~3 folds in lungs tissue with COPD. The expression of c-myc and bcl-2 protein was also increased significantly in lungs with COPD, the two antigen were predominantly localized in small pulmonary vessels. The expression of p53 mRNA was significantly decreased by 3 folds in lung tissue with COPD. Conclusion The abnormality of apoptosis versus proliferation activities induced by c-myc, bcl-2 and p53 genes may contribute to pulmonary vascular structural remodeling in COPD.
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    【Key words】 Lung disease,Obstructive Apoptosis Gene expression

    (Natl Med J China, 1998, 78:574-577)

    肺血管结构改建是慢性阻塞性肺病(COPD)继发肺动脉高压的最重要环节之一,它给肺动脉高压治疗带来了极大困难,已被引起高度重视。肺血管结构改建的病理特征是肺小血管壁细胞(平滑肌及纤维细胞)增殖及合成胞外基质增多[1],对其发生的细胞及分子机理的认识还很不清楚。Cho等[2]研究认为,新生羊出生后体内动脉发育(改建)过程受细胞增殖与凋亡双重调节。为探讨细胞增殖与凋亡机制是否亦参与COPD时的肺血管结构改建的调节,本研究对COPD患者肺内细胞进行增殖与凋亡综合分析,同时研究与细胞增殖、凋亡密切相关的c-myc、bcl-2及p53基因表达,以进一步明确肺血管结构改建的发生机制。
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    对象与方法

    一、对象

    14例在武汉同济医院胸外科因肺部肿瘤行肺叶切除术患者。其中COPD患者9例,男6例,女3例,年龄平均62岁。所有患者均有慢性咳嗽咳痰病史,经胸片、心电图、超声心动图检查符合COPD、肺心病诊断标准[3];肺功能检查均有不同程度的阻塞性通气功能障碍。非COPD患者5例为对照组,男4例,女1例,平均年龄55岁。检查除肺部有肿块外,余正常。

    二、方法

    1.免疫组织化学分析:手术切除肺叶后,立即切取一小块尽量远离肿瘤部位的肺组织,放入PBS缓冲液中快速漂洗数次以去掉组织块中的血液。其中1块立即置于液氮中快速冷冻,用OCT包埋后行冰冻切片,再置于10%中性甲醛液中固定30分钟,吹干,置冰箱中备用。另一小块立即固定后行常规石蜡切片。
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    2.凋亡检测:采用细胞凋亡原位缺口末端DNA碎片标记技术(TUNEL)。原理为凋亡细胞核内DNA断裂为含3'-OH末端的碎片,通过缺口末端转移酶催化连上带荧光标记的脱氧核苷酸,再用过氧化物酶标记的抗荧光抗体作二抗通过底物显色而检出[4]。具体步骤,石蜡切片脱蜡至水、37℃下蛋白酶K消化15分钟(浓度10 μg/ml,pH7.4)、0.3%H2O2甲醇液灭活内源酶、PBS洗、加末端转移酶与荧光标记的核苷酸反应混合液(37 ℃,1小时)、PBS洗、过氧化物标记的抗荧光抗体(37 ℃,30分钟)、PBS洗、DAB显色、苏木素核复染、脱水透明封片。

    3.组织化学染色:c-myc及bcl-2抗原分析因石蜡切片效果差,选用冰冻切片。Ki-67染色选用石蜡切片。切片经胰蛋白酶消化或微波抗原修复预处理后,按常规SABC法进行染色。c-myc及bcl-2、Ki-67鼠或兔抗人单克隆抗体及SABC试剂盒购自北京中山生物技术公司。
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    4.阴性对照:凋亡染色加反应混合液,一步混合液中不含末端转移酶,组织化学染色用PBS代替一抗。

    5.细胞增殖及凋亡指数统计:每例标本取4张切片,每张切片任取5个视野进行细胞计数,至少计数1 000个细胞。增殖指标是以与细胞增殖密切相关的Ki-67抗原染色表示。增殖或凋亡指数是以明显的增殖或凋亡阳性染色细胞占同一视野细胞总数

    图1 COPD患者肺内凋亡细胞原位末端标记染色,示肺小血管壁上凋亡阳性染色细胞 TUNEL ×300 图2 COPD患者肺内Ki-67抗原染色,示肺小血管壁上阳性染色细胞 ABC ×300 图3 COPD患者肺内c-myc抗原染色,可见肺内(主要在肺小血管壁上)大量阳性染色细胞(未复染核)ABC ×150 图4 COPD患者肺内bcl-2抗原染色,示肺小血管壁上阳性染色 ABC ×300
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    的百分比表示,为排除细胞固定不及时造成的早期细胞自溶及非特异着色形成的弱阳性染色,凋亡细胞只计数核深棕色染色者。

    6.Northern杂交:取新鲜的肺组织(尽量远离肿瘤部位),用异硫氰酸-酚-氯仿一步提取法提取组织中总RNA。杂交参照“分子克隆”第二版:取每样品20 μg RNA,在1%琼脂糖甲醛凝胶中电泳后转移至硝酸纤维素膜上烤干。经预杂交后,与32P标记的c-myc的探针(1.4 kb,人cDNA片段,内切酶EcoRI/CLaI),或bcl-2探针(0.8 kb,人cDNA片段,BamHI/SacI),或p53(野生型)探针(1.8 kb,人cDNA片段,BamHI),或β-actin探针杂交,洗膜后放射自显影,用图像分析系统测定各杂交带总吸光度值。实验内参照以同一样品的β-actin mRNA杂交量显示。c-myc、bcl-2或p53 mRNA相对表达量是以每个杂交带总吸光度值除以相应的β-actin mRNA杂交带的总吸光度值而得。
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    、7.统计学处理:实验数据以±s表示,采用t检验分析

    结 果

    一、细胞增殖与凋亡分析

    COPD组及对照组肺内均存在着一定比率的增殖或凋亡细胞,增殖或凋亡阳性染色细胞在肺组织中呈散在分布,有些区域相对集中。在COPD肺内,增殖阳性细胞绝大部分位于肺小血管壁(图1),凋亡阳性染色细胞肺小血管壁上较对照组少(图2)。增殖指数COPD(5.3±1.7)%比对照组(2.3±0.8)%,显著增多(P<0.01)。凋亡指数COPD(1.6±0.7)%比对照组(2.7±0.7)%,显著减少(P<0.05)。增殖与凋亡比值COPD为对照组的4倍。

    二、c-myc、bcl-2免疫组织化学染色
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    c-myc抗原阳性染色为胞核棕黄色,对照组肺内仅少许弱阳性表达,COPD组肺内可见大量阳性或强阳性表达,阳性细胞主要定位于肺小血管壁(图3)。bcl-2阳性染色为棕黄色,主要分布于肺小血管壁上,对照组肺内仅少许弱阳性表达或不表达,COPD肺内可见绕肺小血管壁全层的强阳性或阳性表达(图4)。

    三、Northern杂交

    c-myc mRNA表达检出2.2 kb条带,表达量显著高于对照组,约为对照组3倍;bcl-2 mRNA检出3.5、6.5、8.5 kb三条带(因bcl-2基因转录产物剪切修饰后为三条mRNA),三条带COPD表达量分别约为对照组2.5~3.5倍。p53表达检出2.2 kb条带(图5),COPD组较对照组表达量显著减少,约为对照组1/3倍。

    图5 c-myc、bcl-2和p53 mRNA基因表达
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    讨 论

    细胞凋亡即程序性细胞死亡是普遍存在的一种细胞死亡的生理形式。与坏死不同,它不引起机体局部或全身的炎症反应,是细胞悄悄进行的“自杀”。与细胞增殖一样,它也可以调节组织结构的改建[5]。诱导细胞凋亡可作为各种增殖疾病的治疗手段。COPD时发生的肺血管结构改建(PVSR)实质上是肺小血管壁的一种增殖性疾病。本研究结果表明,在非COPD患者,肺血管壁发生较低的增殖水平可被同时发生的相应的自发性凋亡水平所平衡,以保持血管壁细胞数的相对稳定。而在COPD组,肺血管壁细胞由于增殖加强而凋亡相应减少,造成细胞增殖凋亡失衡,无法维持细胞数稳定,这种失衡长期进行,最终造成细胞累积而形成PVSR。

    细胞增殖与凋亡的调节与相关基因的表达密切相关。c-myc基因产物是决定细胞命运即增殖、静止、分化、凋亡的中心调节子[6],bcl-2表达产物是细胞凋亡的强力抑制剂。p53基因产物是一种细胞凋亡促进剂。Bissonnette等[7]研究发现,用c-myc及bcl-2基因转染的细胞表现出极强的增殖活性。Bennett等[8]报道,c-myc基因诱导的大鼠动脉血管平滑肌细胞发生的凋亡依赖p53基因表达的增强。本研究结果显示,c-myc及bcl-2基因在COPD肺内表达显著增多,而p53基因表达显著减少。可以推测在COPD患者,由于慢性缺氧等刺激,引起肺血管壁细胞c-myc基因表达增强,c-myc本身都有促进细胞增殖与凋亡两种互相矛盾的趋势[6],但由于同时bcl-2基因表达增加及p53表达减少,凋亡趋势被抑制,细胞生长总体上表现出增殖效应,因而促进了肺血管结构改建的进程。
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    由于COPD缺氧等病理因素刺激,肺血管壁细胞c-myc、bcl-2及p53基因表达异常,细胞增殖与凋亡比增高,引起了PVSR,促进了肺动脉高压进程。

    参考文献

    1 Vender RL. Chronic hypoxic pulmonary hypertension: cell biology to pathophysiology. Chest, 1994, 106:236-243.

    2 Cho A, Courtman DW, Langille BL, et al. Apoptosis (programmed cell death) in arteries of the neonatal lamb. Circ Res, 1995, 76:168-175.

    3 蔡如升.慢性肺原性心脏病.见:朱贵卿主编.呼吸内科学.北京:人民卫生出版社,1984,406-408.
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    4 Wijsman JH, Jonker RR, Kerjzer R, et al. A new method to delect apoptosis in paraffin sections: In situ end-labeling of fragmented DNA. J Histochem Cytochem, 1993, 41:7-12.

    5 Wyllie AH. Apoptosis and the regulation of cell numbers in normal and neoplastic tissue: an overview. Cancer Metastasis Rev, 1992, 11:95-103.

    6 Evan GI, Wyllie AH, Gilbert CS, et al. Induction of Apoptosis in fibroblasts by c-myc protein. Cell, 1992, 69:199-128.
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    7 Bissonnette RP, Echeverri F, Mahboubi A, et al. Apoptotic cell death induced by c-myc is inhibited by bcl-2. Nature, 1992, 359:552-556.

    8 Bennett MR, Evan GI, Schwartz SM. Apoptosis of rat vascular smooth muscle cells is regulated by p53-dependent and-independent pathway. Circ Res, 1995, 77:266-273.

    (收稿:1997-07-28 修回:1998-05-21), 百拇医药