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编号:10208846
实验性过敏性脑脊髓炎中细胞因子的免疫组化研究
http://www.100md.com 《北京医学》 1999年第5期
     作者:于国平 朱克 田东华 周湘军

    单位:

    于国平(解放军总医院神经内科 邮政编码 100853);朱 克(解放军总医院神经内科 邮政编码 100853);田东华(解放军总医院神经内科 邮政编码 100853);周湘军(解放军总医院神经内科 邮政编码 100853)

    关键词:过敏性脑脊髓炎;白细胞介素-1β;肿瘤坏死因子-α;干扰素-γ

    摘 要摘 要:本研究采用免疫组化方法对牛脊髓髓鞘碱性蛋白诱发的豚鼠实验性过敏性脑脊髓炎(EAE)中枢神经系统中IL-1β、TNF-α和IFN-γ的蛋白水平表达进行了研究。结果发现在EAE临床症状出现前3天,胸腰段脊髓中的血管周围浸润细胞和小胶质细胞样细胞开始表达这三种细胞因子,当临床症状出现时这种表达达高峰,并一直持续至临床高峰期。在恢复后期,活化的星形胶质细胞开始表达IL-β和TNF-α。它提示中枢神经系统中浸润细胞和小胶质细胞分泌的致炎性细胞因子如IL-1β、TNF-α和IFN-γ在EAE的发病中起作用。而在EAE的恢复期星形胶质细胞表达IL-1β可能与损伤的组织修复有关。
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    Study on IL-1β,TNF-α and IFN-γ in the CNS of experimental allergic

    encephalomyelitis using immunohistochemistry

    Yu Guoping

    (Department of Neurology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853)

    Zhu Ke

    (Department of Neurology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853)

    Tian Donghua, et al
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    (Department of Neurology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853)

    Abstract:Experimental allergic encephalomyelitis (EAE) is T cell mediated auto-immunological demyelinating disease and an animal model of multiple sclerosis. In present study, we induced EAE in guinea pigs using MBP and used immuohistochemical method to investigate the expression of IL-1β,TNF-α and IFN-γ in the central nervous system of EAE. The result showed that infiltrating cells and active microglia-like cells in the white matter of spinal cord expressed IL-1β, TNF-α and IFN-γ three days before the appearance of clinical symptoms. At the initial stage and the peak stage, this expression of cytokines became obviously and showed positive in the periventricular with matter of brain. At the recovery stage, this sxpression of cytokines decreased in infiltrating cells and microglia-like cells and astrocytes showed IL-1β and TNF-α positive. The results suggested that these proinflammatory cytokines participate in the pathogenesis and development on demyelinating diseases.
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    Key word:Allergic encephalomyelitis Interleukin-1β Tumor necrosis factor-α Interferon-γ▲

    实验性过敏性脑脊髓炎(experimental allergic encephalomyelitis,EAE)是T细胞介导的中枢神经自身免疫性疾病,在病理改变方面与多发性硬化有很多相似之处,是研究多发性硬化症的经典性动物模型,而致炎性细胞因子作为免疫介导性物质在神经系统炎性脱髓鞘病的发病及病程进展中发挥重要作用。尽管目前对EAE血液中的细胞因子研究较多,但蛋白水平的表达研究较少,本研究采用免疫组化方法对EAE发病过程中脑和脊髓中部分致炎性细胞因子进行了动态研究,目的在于探索致炎性细胞因子在神经系统脱髓鞘病中的作用。

    材料和方法

    一、实验动物

, 百拇医药     二级实验用雌性Hartley豚鼠30只(购于中国医学科学院实验动物中心),6周龄左右,体重180~230g,随机分为6组,分别为对照组和实验1~5组,每组5只。

    二、EAE的诱发

    动物购回3天适应后,采用自提牛脊髓髓鞘碱性蛋白(myelinbasic protein, MBP)加等量完全福氏佐剂进行免疫,MBP和佐剂充分乳化后注射于右后足蹼皮下,每只注射MBP100μg。对照组用等量完全福氏佐剂加生理盐水免疫。

    三、抗体

    采用抗蓖麻凝集素RCA-1(VECTOR)标记小胶质细胞,抗体稀释度1∶300;抗胶质纤维酸性蛋白(GFAP)多克隆抗体(DAKO)标记星形胶质细胞,抗白细胞介素(interleukin,IL)-1β、抗肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α(T5)和干扰素(interferon,IFN)-γ单克隆抗体均为军事医学科学院产品(购于邦定公司),抗体稀释度均为1∶300。
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    四、实验方法

    1.观察时间:为了观察小胶质细胞和星形胶质细胞在EAE临床发病前的变化,根据EAE模型注射MBP至发病的平均潜伏期(8天),将实验1组和实验2组的观察时间分别定为动物免疫后第3天(发病前5天)和第5 天(发病前3天);实验3组为发病第1天(发病初期);实验4组为发病第5天(发病高峰期);实验5组为发病后2周(恢复期)。

    2.标本采集:动物用10%的水合氯醛400mg/kg麻醉后,立即暴露心脏,经左心室插管至升主动脉,然后快速灌注肝素化生理盐水150ml,随后灌注4%多聚甲醛(0.1mol/LPB)800ml,灌注时间约1小时。最后取脑和脊髓置20%蔗糖(0.1mol/L PB)中保存。

    五、免疫组化染色

    全脑及胸腰段脊髓标本采用Leica冷冻切片,厚度50μm,每隔250μm切片1张。采用免疫组化漂染法染色,标本先置3%过氧化氢PBS溶液5分钟,以消除内源性过氧化物酶,然后用0.01mol/L PBS洗净;置0.3%的Triton-100 PBS 40分钟,以消化细胞膜暴露抗原;0.01mol/LPBS洗涤后,加5%山羊血清封闭无关抗原;加适当稀释的一抗,4℃48小时;0.01mol/L PBS洗涤3×5分钟后,加1∶300生物素标记的抗鼠或抗兔IgG(Santa Cruz),室温2小时(抗RCA-1染色不经过此步骤);0.01mol/L PBS洗涤3×5分钟后,加1∶300 HRP标记卵白素(Santa Cruz),室温2小时;0.01mol/L PBS,洗涤3×5分钟后,用Ni-DAB-葡萄糖氧化酶显示系统显色;用1%的明胶贴片,晾干后梯度酒精脱水、二甲苯透明,封片观察。
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    显色液配制:0.1mol/L pH5.8醋酸缓冲液100ml加入硫酸镍胺4g、葡萄糖200mg、氯化氨40mg、DAB 50mg(Sigma),过滤后,加葡萄糖氧化酶0.8mg(Sigma)。

    结果

    用生理盐水加完全福氏佐剂的对照组无一发病,实验3~5组每组至少有4只豚鼠发病。发病前1~2天出现食欲减退,潜伏期8天左右,潜伏期短者,病情较重。多数动物遵循以下发病规律:发病第1天出现双后肢轻度无力、行动迟缓;发病第2、3天后肢无力明显加重,并出现双前肢无力尿失禁;发病4~6天病情达高峰,此时动物四肢瘫痪、进食困难、体重明显下降,部分出现全身震颤或意识障碍;发病第7天后,动物开始逐渐恢复。

    对照组和实验1组(发病前5天)动物的脑和脊髓白质中,三种抗体的免疫组化染色,未见免疫反应阳性,仅灰质中部分神经元呈现IFN-γ免疫反应阳性,实验2组(临床症状出现前3天),腰段脊髓白质中的血管周围浸润细胞和部分类似早期活化的小胶质细胞(抗RCA-1阳性)样细胞呈现IL-1β、TNF-α和IFN-γ免疫反应阳性;实验3组(发病初期),这三种细胞因子的表达达高峰,除了腰段脊髓白质中的血管周围浸润细胞和小胶质细胞样细胞外,颈、胸脊髓和脑白质中的血管周围浸润细胞和小胶质细胞样细胞,亦表达这三种细胞因子;实验4组(EAE的临床高峰期),除了发病初期的表达外,星形胶质细胞(抗GFAP阳性)样细胞出现IL-1β和TNF-α免疫反应阳性;实验5组(EAE的恢复期),这三种细胞因子在血管周围浸润细胞和小胶质细胞样细胞中的表达明显减弱,而星形胶质细胞样细胞对IL-1β和TNF-α的免疫反应明显增强。
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    讨论

    本研究对EAE豚鼠中枢神经系统IL-1β的免疫组化染色显示,在临床症状出现前3天病变白质中的血管周围细胞、炎性浸润细胞和小胶质细胞呈现免疫反应阳性,并一直持续至临床高峰期,而在临床恢复期则主要为星形胶质细胞呈现免疫反应阳性。IL-1β作为一种致炎性细胞因子在EAE的发病和病程进展中发挥重要作用,一方面通过以下两种途径促进疾病的进展:①通过提高脑血管内皮细胞细胞间粘附分子-1(ICAM-1)的表达,促进淋巴细胞进入脑组织[1];②作为小胶质细胞分泌的主要的细胞因子,IL-1通过抑制少突胶质细胞的增生和分化而发挥小胶质细胞的细胞毒性作用[2]。另一方面又能诱导星形胶质细胞活化和增生,并能促进新生血管形成[3,4],有利于疾病的恢复。增生、活化的星形胶质细胞在EAE的临床高峰期围绕在病灶周围,似乎能避免小胶质细胞与炎细胞相互作用,同时分泌TGF-β等抑制性细胞因子,以下调浸润的炎细胞功能。

, 百拇医药     与Bauer等[5]的研究结果不同,本实验结果还显示,在EAE的高峰期星形胶质细胞开始呈现IL-1β免疫活性,恢复期这种活性更明显。星形胶质细胞表达IL-1β可能与损伤组织的修复有关。

    IL-1除了上述免疫调节作用外,还发挥其它生物学功能,如能促进下丘脑产生促肾上腺皮质激素释放激素,使血浆中的糖皮质激素水平升高,这对EAE的自然恢复起重要作用[6]

    对IFN-γ的免疫组化研究结果显示,在EAE豚鼠的脑和脊髓中,IFN-γ主要在浸润的炎细胞、小胶质细胞中表达。IFN-γ在神经系统脱髓鞘疾病的发病中同样起着重要作用,它主要通过刺激MHC-Ⅱ抗原在巨噬细胞、星形胶质细胞和血管内皮细胞中的表达,并可以激活小胶质细胞和巨噬细胞产生TNF-α、细胞毒性氧基团等而引起组织损害[7,8]。注射IFN-γ到大鼠的蛛网膜下腔明显加重抗体介导的脱髓鞘[9],临床用IFN-γ治疗MS病人,可导致病情加重[10]
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    我们的研究结果还显示,在EAE急性期主要为浸润的炎细胞、小胶质细胞呈现TNF-α免疫反应阳性,而恢复期则主要在星形胶质细胞中表达。有实验显示,EAE急性期的体重、血脑屏障的破坏程度与血中的TNF-α水平呈正相关[11]。脑组织中注射TNF-α可以引起血脑屏障的破坏以及典型的EAE病灶样改变[12]。TNF-α在EAE的发病过程中还可以破坏髓鞘性少突胶质细胞。恢复期星形胶质细胞表达TNF-α的作用,目前还不清楚。所以TNF-α同IL-1和TNF-γ一样,在EAE的发病中也发挥重要作用。

    总之,中枢神经系统中的浸润细胞和小胶质细胞分泌的致炎性细胞因子如IL-1β、IFN-α和IFN-γ在EAE的发病及进展中发挥重要作用。在EAE的恢复期星形胶质细胞表达IL-1β可能与损伤的组织修复有关。■

    参考文献

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    [2]Merrill JE. Tumor necrosis factor-α,interleukin-1 and related cytokines in brain development: normal and pathlogical. Dev Neurosci,1992,14:1.

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    [5]Bauer J,Berkenbosch F,VanDam AM, et al.Demonstration of interleukin-1 β in lewis rat brain during experimental allergic encephalomyelitis by immunocytochemistry at the light and ultrastructural level.J Neuroimmunol,1993,48:13.

    [6]MacPhee IA,Antoni FA,Mason DW.Spontaneous recovery of rats from experimental allergic encephalomyelitis is dependent on regulation of the immune system by endogenous adrenal corticosteroids.J Exp Med,1989,169:431.
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    [8]Collart MA,Belin D,Vassali JD, et al.γ-interferon enhances macrophage transcription of the tumor necrosis factor/cachectin, interleukin 1,and urokinase genes, which are controlled by short live drepressors.J Exp Med,1986,164:2113.

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    [10]Panitch HS, Hirsch RL, Schindler J, et al.Treatment of multiple sclerosis with gamma interferon:exacerbations associated with activation of the immune system. Neurology,1987,37:1097.

    [11]Sharief MK,Thompson EJ. In vivo relationship of tumor necrosis factor-α to blood brain barrier damage in patients with multiple sclerosis.J Neuroimmunol,1992,38:27.

    [12]Simmons RD, Willenborg D O. Direct injection of cytokines into the spinal cord causes autoimmune encephalomyelitis-like inflammation.J Neurol Sci,1990,100:37.

    收稿日期:1997-05-23, 百拇医药