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编号:10258837
小鼠肺发育中细胞增殖与凋亡及相关调控基因的表达
http://www.100md.com 《解剖学报》 2000年第4期
     作者:王樯 黄中新 夏潮涌

    单位:王樯(暨南大学医学院组织学胚胎学教研室,广州 510632);黄中新(暨南大学医学院组织学胚胎学教研室,广州 510632);夏潮涌(暨南大学医学院组织学胚胎学教研室,广州 510632)

    关键词:细胞增殖;细胞凋亡;p53;bcl-2;胎肺

    解剖学报000420 【摘要】 目的 探讨小鼠肺发育过程细胞增殖与凋亡的变化规律及凋亡相关基因p53、bcl-2在肺发育中的表达意义。 方法 不同发育天数的小鼠肺组织,采用免疫组织化学及TUNEL法,观察细胞增殖与凋亡及相关基因p53、bcl-2的表达。 结果 1.胎14和16 d肺PCNA阳性细胞数达到高峰;之后PCNA阳性率逐渐下降;生后4到14 d,又恢复低水平的细胞增殖;2.小鼠肺发育过程中出现两个细胞凋亡高峰:即胎14至16 d及生后7 d;3.bcl-2阳性表达开始于胎19 d延续至生后14 d,仅见于近端支气管上皮及血管平滑肌细胞;4.小鼠肺发育的各个时期均未见p53阳性细胞。 结论 小鼠肺发育过程中的细胞增殖与凋亡相伴存在,肺发育中的结构分化与两者的动态变化密切相关;肺发育中bcl-2的表达可能在于抑制细胞凋亡,细胞凋亡可能不依赖p53基因的调控。探讨小鼠肺发育过程细胞增殖与凋亡的变化规律及凋亡相关基因p53、bcl-2在肺发育中的表达意义。 方法 不同发育天数的小鼠肺组织,采用免疫组织化学及TUNEL法,观察细胞增殖与凋亡及相关基因p53、bcl-2的表达。 结果 1.胎14和16 d肺PCNA阳性细胞数达到高峰;之后PCNA阳性率逐渐下降;生后4到14 d,又恢复低水平的细胞增殖;2.小鼠肺发育过程中出现两个细胞凋亡高峰:即胎14至16 d及生后7 d;3.bcl-2阳性表达开始于胎19 d延续至生后14 d,仅见于近端支气管上皮及血管平滑肌细胞;4.小鼠肺发育的各个时期均未见p53阳性细胞。 结论 小鼠肺发育过程中的细胞增殖与凋亡相伴存在,肺发育中的结构分化与两者的动态变化密切相关;肺发育中bcl-2的表达可能在于抑制细胞凋亡,细胞凋亡可能不依赖p53基因的调控。
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    【中图分类号】 R730.21 【文献标识码】 A 【文章编号】 0529-1356(2000)04-372

    CELL PROLIFERATION, APOPTOSIS AND THE EXPRESSION OF

    RELATED GENES IN THE DEVELOPING LUNG OF MOUSE

    WANG Qiang HUANG Zhong-xin XIA Chao-yong

    (Department of Histology and Embryology, Medical College Jinan University, Guangzhou 510632, China)

    【Abstract】 Objective
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    This study is to explore the dynamic trends of cell proliferation, apoptosis and the expression significance of involved genes as p53 and bcl-2 in developing lungs of mouse. Methods Lung tissues were taken from different developmental phases of Kunming mouse. Immunohistochemistry and TUNEL techniques were adopted to observe the variation of cell proliferation and apoptosis and the expression characteristics of p53 and bcl-2. Results 1.From the 14th to the 16th day of gestation the positive ratio of PCNA reached its peak. After that, it descended gradually. From the 4th day to the 14th day after birth, the proliferation maintained in low level; 2.Two peaks of apoptosis emerged during the development of lungs. The first one appeared from the 14th to the 16th day of gestation; the second one appeared at the 7th day after birth; 3.The expression of bcl-2 first appeared from the 19th day of gestation to the 14th day after birth, with constant expression sites in the epithelial cells lined in the proximal bronchia and the smooth muscle cells. 4.The expression of p53 was never seen in all phases during the developmental process. Conclusion 1.During the development of mouse lungs, cell proliferation was accompanied by apoptosis. The dynamic changes of both ratios might be correlated to the different structures appearing in different developmental phases; 2.The possible function of bcl-2 during the lung developmental process might be that it prevented the main frame structures of the bronchial tree and the capillary network from being destroyed by apoptosis; 3.Apoptosis during the development of lung might be independent of the regulation of p53.
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    【Key words】 Cell proliferation; Apoptosis; p53; bcl-2l; Fetal lung

    细胞增殖和凋亡与机体众多生理及病理现象密切相关。在胚胎发育中两者的关系受各种生长因子或相关基因调控[1]。研究胚胎发育中细胞增殖与凋亡的变化、相互关系及其相关基因的表达特点,对探讨胚胎正常发育过程中的相关机制很有意义。本课题研究小鼠肺发育过程中细胞增殖与调亡出现的部位及变化趋势,并探讨两者在肺结构和功能发育中的可能意义,同时分析凋亡相关基因p53及bcl-2在肺发育中的表达意义。

    材料和方法

    体重25~28 g的雌雄昆明小鼠同笼1晚,母鼠阴道口出现阴栓定为妊娠0 d。取胎14、16、18、19 d及生后2、4、7、14 d鼠肺组织,每组8例,4%中性福尔马林固定,常规石蜡包埋切片,片厚5μm,常规免疫组织化学ABC法染色,以TBS缓冲液替代一抗作阴性对照。一抗分别为:PCNA单抗(MO879,DAKO,工作浓度1∶100);Bcl-2多抗(sc-492-G,Santa Cruz,工作浓度1∶100);p53单抗(BMO521,Santa Cruz,工作浓度1∶50);应用凋亡检测试剂盒(Apop-Tag in situ apoptosis detection kit, S7100-Kit, Onco公司)原位检测凋亡细胞。阳性对照为小鼠乳腺组织,阴性对照以TBS缓冲液代替TdT酶。每个样本高倍镜下随机选取5个视野,计算免疫组织化学阳性细胞数和视野总细胞数,原始数据经医学统计SPSS软件处理,求得实验各组细胞PCNA阳性率及凋亡率,并对其进行组与组之间卡方检验。
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    结果和讨论

    1. 肺发育进程中的细胞增殖与凋亡

    小鼠肺发育与人肺发育相似也经历4个时期,即假腺期(胎9.5~16.6 d)、小管期(胎16.6~17.4 d)、原始囊泡期(胎17.4 d至新生5 d)和肺泡期(新生5 d以后)[2]

    本实验观察到,假腺期(胎14),小鼠肺组织细胞增殖主要位于上皮细胞,此时间质细胞增殖处于较低水平(图1)。到小管期(胎16),PCNA阳性细胞在上皮和间质均大量出现,总阳性率达到肺发育过程的顶点(图2)。原始囊泡期(胎18 d至新生5 d),上皮细胞的增殖迅速减弱,间质细胞的增殖较强,间质内毛细血管增多,支气管远端逐渐分化为原始囊泡,上皮逐渐向肺泡上皮分化(图3)。肺泡期(新生5d 以后),PCNA阳性率维持在较低水平。

    肺发育在细胞增殖的同时,还必需将过度增殖或不再需要的细胞以细胞凋亡的形式加以清除。本实验发现,肺发育中细胞凋亡出现两个高峰:胎14和胎16 d的上皮及间质及生后7 d的肺泡间隔(图4~6)。静止组织的细胞凋亡率通常是0.1%~1%,而在肺发育过程中,细胞凋亡阳性率最高达到胎14 d的23.58%,说明细胞凋亡在肺发育中占有重要地位,是肺发育进程中的重要事件。
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    图1 胎14 d,腺腔的立方上皮PCNA阳性表达明显多于间质细胞。PCNA(1∶100) ×1 000

    Fig.1 On the 14th day of gestation, the positive expression of PCNA in the cuboidal epithelial cells was apparently more than in the mesenchyma. PCNA(1∶100) ×1 000

    图2 胎16 d,PCNA阳性表达广泛出现在各级支气管上皮及间质细胞。 PCNA(1∶100) ×1 000

    Fig.2 On the 16th day of gestation, the positive expression of PCNA appeared extensively in bronchial epithelial cells and mesenchyma. PCNA(1∶100) ×1 000
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    图3 生后7 d,肺泡间隔内有散在分布的PCNA阳性细胞。 PCNA(1∶100) ×1 000

    Fig.3 On the 7th day after birth, PCNA positive cells scattered in the septums of alveoli. PCNA(1∶100) ×1 000

    图4 胎14 d,凋亡细胞广泛出现在腺管上皮及间质中。 TUNEL检测 ×400

    Fig.4 On the 14th day of gestation, apoptotic cells appeared extensively both in the epithelium and in mesenchyma. TUNEL stain ×400
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    图5 胎16 d,凋亡细胞大量出现于各级支气管上皮及间质。 TUNEL检测 ×1 000

    Fig.5 On the 16th day of gestation, apoptotic cells appeared largely in bronchial epithelial cells and mesenchyma. TUNEL stain ×1 000

    图6 生后7 d,肺泡间隔见大量凋亡细胞。 TUNEL检测 ×1 000

    Fig.6 On the 7th day after birth, a large amount of apoptotic cells appeared in the septums of alveoli. TUNEL stain ×1 000
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    小鼠肺发育过程中细胞增殖与凋亡在数量及发生部位上关系十分密切(附表,图7),这与我们在人胎肺发育中观察到的现象相一致[3]。两者可同时出现在上皮管或间质内;小鼠肺发育的胎14和胎16 d,PCNA阳性率分别为28.61%和48.70%,而凋亡率分别为23.58%和23.15%,PCNA阳性率高于凋亡率。此时的胎肺以支气管上皮增殖形成支气管树并分支延伸为主,构成光镜下假腺期及小管期。胎18、19 d,PCNA阳性率稍高于凋亡率,镜下表现为原始囊泡期间质毛细血管增多及各级支气管上皮分化。而到新生7 d,PCNA阳性率为3.47%,凋亡率高达17.91%,此时的肺泡间隔内大量细胞凋亡而变薄,镜下表现为肺泡之间紧密相邻,中间隔以薄的肺泡间隔。因此可以认为肺不同发育阶段形态结构的明显差异与细胞增殖、凋亡两者之间的动态变化直接相关。

    附表 小鼠胎肺及生后肺发育不同时期的

    PCNA阳性率及凋亡率(±s)
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    Table The ratios of PCNA and apoptosis in

    different phases of fetal lungs and lungs after birth 天数

    phase(d)

    PCNA阳性率

    ratio of PCNA

    凋亡率

    ratio of apoptosis

    胎14 d(E14)

    0.2 861±0.0 749

    0.2 358±0.0 724
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    胎16 d(E16)

    0.4 870±0.0 729

    0.2 315±0.0 577

    胎18 d(E18)

    0.1 717±0.0 179

    0.0 057±0.0 054

    胎19 d(E19)

    0.0 894±0.0 379

    0.0 058±0.0 078

    新生2 d(N2)

    0.0 000±0.0 000
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    0.0 000±0.0 000

    新生4 d(N4)

    0.0 282±0.0 178

    0.0 136±0.0 105

    新生7 d(N7)

    0.0 347±0.0 191

    0.1 791±0.0 497

    新生14 d(N14)

    0.0 000±0.0 000

    0.0 291±0.0 154

    注:经组与组之间卡方检验,除新生4 d与新生7 d PCNA阳性率无显著性差异,其余各组PCNA阳性率相互之间均有显著性差异(P<0.001)。胎14和胎16 d、胎18和胎19d及新生7d凋亡率与其余各组凋亡率有显著性差异(P<0.001)。
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    Note:By Chi-square test, there is no significant difference between the positive ratio of PCNA of N4 and that of N7, the positive ratios of PCNA of the remained groups have significant differences from each other(P<0.001). The ratios of apoptosis of F14,F16,F18,F19, and N7 have significant differences with the remained groups(P<0.001).

    图7 不同发育阶段小鼠肺PCNA阳性率与凋亡率的比较

    Fig.7 The comparation of ratios of PCNA and apoptosis
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    in idfferent developmental phases of lungs.

    图8 生后7 d,Bcl-2阳性表达位于近端支气管上皮及血管平滑肌。Bcl-2(1∶100)×400

    Fig.8 On the 7th day after birth, Bcl-2 expressed in the high column epithelial cells lined in the proximal bronchia and the smooth muscle cells of blood vessels. Bcl-2(1∶100) ×400

    2. 胎肺发育中bcl-2和p53的表达和意义

    bcl-2基因被看作是1种存活基因,基因产物Bcl-2蛋白仅存在于长寿及增生的细胞[4]。本实验bcl-2阳性细胞在胎19 d肺组织中才出现,且定位于近端支气管的上皮细胞及血管平滑肌细胞(图8),而大支气管以下的各级小支气管及间质均未见其阳性表达。推测大支气管及大血管网一经形成,即注定是长寿细胞,它们构成肺的主体支架,抑制外来凋亡信号对大支气管及其供应血管形态的破坏。而各级小支气管及间质细胞必需对外来的增殖及凋亡信号特别敏感,通过活跃的细胞增殖、分化与凋亡的综合活动,以适应肺微细结构调整的需要,而bcl-2是凋亡抑制基因故在小支气管及间质不表达。
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    bcl-2基因表达于胎肺发育较晚期,且表达的部位与细胞种类都较恒定,不能完全解释凋亡在小鼠肺发育过程中数量及部位的变化,我们认为早期肺形态发育过程中出现的细胞增殖与凋亡的调控还有bcl-2基因家族其他成员或其他的调控基因共同参与。

    小鼠肺发育的任何阶段均未见p53的阳性表达。对不同发育阶段的人胎肺组织的检测也出现同一结果。大量文献表明p53基因虽可诱导细胞凋亡,但并非所有细胞的凋亡过程均必需[5]。以上实验提示在胎肺形态发生过程中出现的凋亡可能不是受p53基因调控,很可能还有其他基因或因子参与胎肺发育中凋亡的调控。

    本文图1~6,8见插图第19页

    【基金项目】 国家自然科学基金资助项目(39770300)

    【作者简介】 王樯(1973—),女(汉族),海南省人,硕士,助教
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    参考文献

    [1]董为人,李进,郭坤元,等.胚胎发育中的编程性细胞死亡[J].国外医学,生理病理科学与临床分册,1998,18(2):179~184.

    [2]Ten Have-opbroek A A. The development of the lung in mammals:an analysis of concepts and findings[J]. Am J Anat,1981,162(3):201-219.

    [3]王樯,黄中新.人胎肺细胞增殖与凋亡及其与发育分化的关系[J].广东解剖学通报,1998,20(2):5~8.

    [4]Amling M, Posl M, Basler I, et al.凋落:Bcl-2是程序性细胞死亡的关键蛋白[J].德国医学,1996,13(1):58~60.

    [5]Hayashi H, Miyamoto H, Ito T, et al. Analysis of p21Waf1/CIP1 expression in normal, premalignant, and malignant cells during the development of human lung adenocarcinoma[J]. Am J Pathol, 1997,151(2):461-470.

    【收稿日期】 1999-07-20

    【修回日期】 2000-01-18, 百拇医药