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编号:10259736
温石棉和石英引起肺组织细胞因子表达的比较研究
http://www.100md.com 《中华劳动卫生职业病杂志》 1998年第5期
     作者:梅瑜 吴卫东 李潭 刘世杰

    单位:100083 北京医科大学劳动卫生学教研室(梅瑜、吴卫东、刘世杰),生理系生殖医学研究中心(李潭)

    关键词:温石棉;石英;细胞因子

    中华劳动卫生职业病杂志980505 【摘要】 目的 研究温石棉和石英对肺组织细胞因子表达的影响。 方法 用免疫组织化学法观察了温石棉和石英染尘后两个月内大鼠肺组织PDGF-B、TGF-β1、TNF-α表达水平的变化。 结果 石棉和石英均可引起这三种细胞因子的表达增加,但石棉诱导的细胞因子表达比石英更强、更持久。 结论 细胞因子,尤其是TGF-β1的过度表达可能在石棉的致肿瘤过程中起一定作用。

    Comparison of pulmonary cytokine expression in rats instilled with chrysotile and silica Mei Yu*,Wu Weidong,Li Tan,et al.*Department of Occupational Health,Beijing Medical University,Beijing 100083
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    【Abstract】 Objective To further define the effects of chrysotile and silica on pulmonary tissue cytokine expression.Methods 3 groups of male Wistar rats were intratracheally instilled with 1 ml saline,Mang-Ai chrysotile suspension(10 mg/ml),or silica suspension(10 mg/ml) per rat,respectively.Rats were sacrificed 10,30 and 60 days after adminstration,immunohistochemistry were used to show peptides of platelet-derived growth factor B(PDGF-B),transforming growth factor β(TGF-β),and lung histopathology was observed as well.Results Immunohistochemistry showed that peptides of PDGF-B,TGF-β1 and TNF-α were highly expressed after chrysotile or silica adminstration.The increased expressions of the three cytokines in chrysotile group were stronger and persisted longer than in silica group.Conclusion Both chrysotile and silica may stimulate up-regulated expression of these cytokines,especially the expression of TGF-β1,which may relate with carcinogensis caused by chrysotile.
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    【Key words】 Chrysotile Silica Cytokine

    国内外关于石棉和石英的单独研究很多,但对其进行的比较研究尚少。国内关于石棉及石英致纤维化作用及致病机制的研究较多,而对于肺细胞产生的多种细胞因子[1],如PDGF、TGF-β、TNF-α、IGF、GM-CSF、FGF等的研究则较少。我们选取温石棉、石英这两种粉尘,进行了同一剂量、不同时间染尘所致肺部细胞因子表达水平变化的比较研究,以探讨温石棉和石英所致肺部改变的早期特点及两者作用的异同。

    材料与方法

    一、材料

    1.试剂:免疫组织化学试剂盒(LSABTMPAC,DAKO公司),PDGF-B和TGF-β1兔多克隆抗体(Santa Cruz Biotechnology 公司),TNF-α羊重组人单克隆抗体(R&D Sestems公司)。
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    2.实验动物:健康雄性Wistar大鼠,初始体重约200 g(由北京医科大学实验动物中心提供),随机分为石棉组、石英组和正常对照组,每组7只。

    3.石棉粉尘混悬液:青海茫崖温石棉(石棉纤维直径<0.12 μm,其中长度<5 μm的占5%、5~ μm的占30%、10~ μm的占40%、≥20 μm的占25%),用生理盐水配成10 mg/ml的混悬液。

    4.石英粉尘混悬液:标准石英粉尘(<5 μm的占95%以上,SiO2含量>97%,由中国预防医学科学院劳动卫生与职业病研究所提供)用生理盐水配成10 mg/ml的混悬液。

    二、方法

    1.染尘方法:大鼠用乙醚麻醉后,一次性经气管向肺内注入温石棉或石英粉尘混悬液1 ml。对照组注入生理盐水1 ml。
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    2.肺组织切片处理:取出肺组织浸于10%的中性甲醛中,石蜡包埋后,以0.5 μm的厚度连续切片,HE染色。

    3.肺组织中生长因子含量测定:按免疫组织化学的ABC法[2]要求,以0.5 μm的肺组织切片常规脱蜡、水化。用3%H2O2水溶液在室温下作用15分钟。0.8%胰蛋白酶37℃消化10分钟。PDGF-B和TGF-β1用1∶20的猪正常血清作封闭剂;TNF-α用1∶15的大鼠正常血清作封闭剂,室温孵育60分钟。加入适当稀释的Ⅰ抗,湿盒内4℃过夜。加入不同浓度的连接剂,室温作用30分钟。加入1∶200稀释的链酶卵白素,室温作用30分钟。用临时配制的DAB液室温显色2~10分钟,水终止染色,苏木素复染,梯度酒精脱水,二甲苯透明,光学树胶封片。每步操作后应用1×TBS液洗3次,每次5分钟。

    免疫组织化学片用Opton图像自动分析仪进行灰度扫描分析。每张切片随机选取5个不相重叠的视野,测定肺组织的吸光度。
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    4.统计分析:用SPSS of PC+软件进行方差分析。

    结 果

    一、肺组织细胞因子的表达

    1.PDGF-B:石棉组在染尘后10天时,PDGF虽然低于对照及石英组,但以后则逐渐升高,到60天时已与石英组持平,明显高于对照组,并呈持续升高的趋势;而石英组在染尘后30天时虽稍有升高,但60天又下降,其纵向变动基本与正常组趋势相似(表1)。

    2.TGF-β1:石棉组在染尘后10天时和PDGF-B同样明显低于对照及石英组,但到30天和60天时均明显高于对照和石英组;石英组虽亦有逐渐升高趋势,但到60天仍未超过对照组水平(表2)。

    3.TNF-α:石棉组在染尘后10天时,TNF-α明显高于对照和石英组,其后下降,到30天和60天时仍略高于对照组;石英组虽然略有升降,但与对照组无明显差异(表3)。
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    表1 染尘后大鼠肺组织PDGF-B免疫组织化学染色结果

    Table 1 Level of PDGF-B expression in pulmonary tissue of rats after exposure 组 别

    Group

    吸光度

    A(±s)

    占对照组百分比

    % of control

    10 d

    30 d
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    60 d

    10 d

    30 d

    60 d

    温石棉

    Chrysotile

    0.243±0.027(11)△△

    0.290±0.037(10)

    0.243±0.018(13)**

    92.3

    105.0
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    110.8

    石英

    Silica

    0.289±0.032(5)

    0.314±0.037(13)**

    0.239±0.011(9)**

    109.9

    113.8

    109.3

    对照

    Control

, http://www.100md.com     0.263±0.018(5)

    0.276±0.019(10)

    0.219±0.016(10)

    100.0

    100.0

    100.0

    与对照组比,** P<0.01;与石英组比,△△ P<0.01;()内为观察的肺数

    ** P<0.01 vs. control;△△ P<0.01 vs. silica;() indicates the number of observed lungs表2 染尘后大鼠肺组织TGF-β1免疫组织化学染色结果
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    Table 2 Level of TGF-β1 expression in pulmonary tissue of rats after exposure 组 别

    Group

    吸光度

    A(±s)

    占对照组百分比

    % of control

    10 d

    30 d

    60 d

    10 d
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    30 d

    60 d

    温石棉

    Chrysotile

    0.173±0.026(8)**△△

    0.319±0.021(11)**△△

    0.303±0.020(13)**△△

    60.1

    113.0

    129.7

    石英
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    Silica

    0.231±0.034(9)**

    0.269±0.032(9)

    0.238±0.020(15)

    80.4

    95.2

    101.9

    对照

    Control

    0.288±0.025(7)

    0.283±0.026(8)
, 百拇医药
    0.234±0.022(10)

    100.0

    100.0

    100.0

    与对照组比,** P<0.01;与石英组比,△△ P<0.01;()内为观察的肺数

    ** P<0.01 vs. control;△△ P<0.01 vs. silica;() indicates the number of observed lungs表3 染尘后大鼠肺组织TNF-α免疫组织化学染色结果

    Table 3 Level of TNF-α expression in pulmonary tissue of rats after exposure 组 别
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    Group

    吸光度

    A(±s)

    占对照组百分比

    % of control

    10 d

    30 d

    60 d

    10 d

    30 d

    60 d

, 百拇医药     温石棉

    Chrysotile

    0.292±0.028(7)**△△

    0.296±0.038(10)

    0.240±0.020(9)

    118.2

    104.9

    105.3

    石英

    Silica

    0.240±0.03810)

    0.302±0.042(10)
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    0.231±0.015(9)

    97.0

    107.2

    101.2

    对照

    Control

    0.247±0.018(7)

    0.282±0.014(8)

    0.228±0.017(7)

    100.0

    100.0

    100.0
, 百拇医药
    与对照组比,** P<0.01;与石英组比,△△ P<0.01;()内为观察的肺数

    ** P<0.01 vs. control;△△ P<0.01 vs. silica;() indicates the number of observed lungs

    二、肺组织病理形态学观察和免疫组织化学染色观察

    1.病理观察:3个组在10天时,肺泡壁均见有大量的炎细胞浸润,主要是单核和(或)巨噬细胞,毛细血管充血;第30天时炎症依然明显,但石棉和石英组开始出现细胞团,呈纤维化的早期变化;到60天时炎症仍很明显,而石棉和石英组的细胞团增大、数目增加,细胞成分减少,胶原纤维增加,纤维化更加明显。

    2.免疫组织化学染色:(1)PDGF-B:3个组在不同时间,其肺泡上皮细胞、毛细血管周围的间质细胞均有不同程度的着色。肺泡巨噬细胞在早期成簇出现于粉尘沉着处,至30天已较少见,一般染色较深,视野中间质巨噬细胞着色较深,而阴性对照则不着色。(2)TGF-β1:3个组在不同时间,肺泡上皮细胞有不同程度的着色。早期成簇出现在粉尘沉着处的肺泡巨噬细胞,至30天则较少见,一般染色较深,间质巨噬细胞着色较深,而阴性对照不着色。(3)TNF-α:3个组在不同时间,肺泡上皮细胞、毛细血管周围的间质细胞均有不同程度的着色,而肺泡巨噬细胞并不多见,但一般染色较深,而阴性对照则不着色。
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    讨 论

    细胞因子由效应细胞分泌,通过与靶细胞膜上的特异性受体结合而发挥作用。细胞因子具有多效性,多种细胞因子通过不同的途径连接成一个网络系统,调节肺组织的正常生长发育[3]。既往的研究表明:石棉和石英粉尘不但可使肺组织细胞分泌细胞因子增加,而且其受体表达也可出现异常,这在肺组织的细胞增殖和间质增生过程中起着重要作用[4]

    PDGF是一种首先在血小板α颗粒中发现的重要趋化介质和生长因子,能刺激成纤维细胞增殖,在纤维化过程中起重要作用[5]。我们发现:染石棉和石英粉尘大鼠PDGF-B的表达增加,而且主要局限于肺泡巨噬细胞和上皮细胞中。对比来看,石英诱导PDGF-B升高出现较早,石棉引起PDGF-B升高稍晚,但有持续升高趋势,而石英则无这种趋势。提示石棉与石英的表现及作用方式均有所不同。

    TGF-β是一种较强的免疫抑制物质,对细胞分化起多种作用。TGF-β能刺激纤维粘连蛋白和前胶原基因Ⅰ、Ⅲ和Ⅴ的表达;同时TGF-β可使细胞外基质降解的蛋白酶合成减少[6]。我们的研究结果发现:染尘组的肺泡巨噬细胞单个或成簇散在于终末支气管或接近第一级肺泡管分叉处,更多见的是与分叉处的上皮细胞粘附在一起,着色很深;分叉处和肺泡壁顶的上皮细胞则有中度着色,而且多局限在细胞表面。
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    一系列证据表明:TNF-α在粉尘所致的肺疾病中均起着重要作用,其主要表现有:(1)不论在体内还是体外,经石棉染尘后,肺泡巨噬细胞都能分泌TNF-α;(2)从石棉肺患者或有长期石棉接触史的工人收集的肺泡巨噬细胞,TNF-α的产生和分泌均增加;(3)TNF-α在体内可引起与石棉有关的很多反应,如局部成纤维细胞产生胶原沉积、支气管反应增强、促使炎症细胞浸润;(4)给予TNF-α的抗体后,几乎可以完全阻断石棉或石英所诱导的胶原纤维沉积。因为TNF-α是一种早期细胞因子,可以诱导其它细胞因子的表达[7,8]

    细胞因子对正常细胞生长和分化都是必需的,而它们的过度表达与肿瘤的发生与发展密切相关。以前的研究表明:在远未到肿瘤出现时,石棉即可引起多种细胞因子和癌基因的过度表达[9]。这些研究均提示:细胞因子的过度表达不但在石棉和石英所引起的肺纤维化过程中具有重要作用,还有可能参与石棉所致的肿瘤的发生与发展过程,有待今后进一步探讨。
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    本研究受国家自然科学基金资助

    参考文献

    1 Kelley J.Cytokine of the lung.New York:Marcel Ekker,1992.1~256.

    2 杨景山.免疫组织化学.见:医学细胞化学与细胞生物技术.北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社,1990.72~114.

    3 Brandes ME,Finkelstein JN.The production of alveolar macrophage-derived growth regulating protein in response to lung injury.Toxicol Lett,1990,54:3~22.

    4 Brody AR.Asbestos-induced lung disease.Environ Health Perspect,1993,100:21~30.
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    5 Antoniades HN,Bravo MA,Avila RE,et al .Platelet-derived growth factor in idiopathic pulmonary fibrosis.J Clin Invest,1990,86:1055~1064.

    6 陈伯义,侯显明.肺泡巨噬细胞源性细胞因子与肺纤维化.国外医学呼吸系统分册,1994,14:185~187.

    7 Simneonova PP,Luster MI.Iron and reductive oxgyen species in the asbestos-induced tumor necrosis factor-α response from alveolar macrophages.Am J Respir Cell Mol Biol,1995,12:676~683.

    8 Piguet PF,Collart MA,Grau GE,et al.Requirement of TNF for development of silica induced pulmonary fibrosis.Nature,1990,344:245~247.

    9 Shaw RJ,Benedict SH,Clark RA,et al.Pathogenesis of pulmonary fibrosis in interstitial lung disease:alveolar macrophage PDGF-B gene activition and up-regulation by interferon gamma.Am Rev Respir Dis,1991,143:167~173.

    (收稿:1997-08-20 修回:1997-11-12), 百拇医药