氢气通过抑制ASK1-JNK通路减轻大鼠慢性氧中毒的研究

发布时间：2018-05-15 15:40

本文选题：慢性氧中毒 + 氢气饱和生理盐水　；参考：《中国人民解放军军事医学科学院》2017年硕士论文

【摘要】：氧气是临床治疗各种疾病常用的辅助手段,广泛应用于医学领域,尤其是高压氧治疗,高压氧治疗通过提高氧气在血浆中溶解量,增加血氧分压,改善组织氧供。但是长时间吸入高浓度氧(氧分压超过50%)会导致慢性氧中毒(chronic oxygen toxicity,COT),研究表明,其发生机制主要是:高浓度氧进入机体后,产生大量的活性氧(reactive oxygen species,ROS),过量的活性氧会导致肺部发生广泛的炎性反应以及氧化应激损伤,从而使毛细血管内皮细胞以及肺泡上皮细胞发生坏死、凋亡,最终引起肺组织结构病变及肺功能障碍。有研究表明,丝裂原激活蛋白激酶(mitogen-activited protein kinase,MAPK)信号途径在慢性氧中毒所引起的肺损伤中具有重要功能,细胞凋亡信号调节激酶1(Apoptosis signal-regulating kinase 1,ASK1)是细胞丝裂原活化蛋白激酶激酶(mitogen-activited protein kinase kinase kinase,MAPKKK)家族成员之一,是连接ROS和MAPKs通路的关键分子,在慢性氧中毒中被激活,通过MKK3/6和MKK7激活下游P38和JNK蛋白激酶从而诱导细胞凋亡,导致多种应激损伤和促炎因子的释放,参与病理生理过程,有报道称,除ROS外,胞内钙离子浓度升高、内质网应激、肿瘤坏死因子均可诱导ASK1的表达。最近的研究表明,ASK1抑制剂对氧中毒肺损伤具有保护作用,ASK1敲除后,细胞IL-1β、IL-6以及TNF-a释放量降低,炎症反应减弱。在临床上治疗中,若患者发生慢性氧中毒则会出现非常令人尴尬的局面:如果不提高呼吸气体的氧浓度会引发缺氧,然而氧气本身会对肺产生损伤效应,若提高呼吸气体的氧浓度则会导致肺功能进一步恶化,因此一旦患者遇到这种紧张矛盾的局面,临床医生往往无计可施。研究发现,在救治急性呼吸衰竭病人以及早产儿时,常需长期吸氧,结果导致氧中毒肺功能损伤,部分婴儿会发生支气管肺发育不良、肺间质纤维化、肺部炎症等病理现象,重者甚至会引发严重的肺功能障碍,因此临床用氧受到了一定程度的限制。此外在潜水作业领域,为了避免发生氧中毒的现象,必须严格限定吸入气体中的氧分压以及持续吸氧时间,同时也严重影响了作业效率。因此,深入探讨研究慢性氧中毒的防治措施及其保护机制对临床和军事具有重要意义。关于慢性氧中毒主要以预防为主,患者若需常期高压氧治疗,则需要使用自由基清除剂辅助治疗,且在治疗过程中需要采用间断式的吸氧方式,防止氧中毒的发生,但是到目前为止在氧中毒的治疗上仍没有有效手段。近年来对氢气的作用机制研究进展迅速,氢气有望成为一种新型的气体信号分子发挥广泛的生物学效应。2007年有学者首次报道,吸入2%的氢气可有效地减轻大脑缺血再灌注损伤。在肺部疾病治疗方面,有报道证实氢气可显著减轻烧伤后肺损伤,同时对机械通气所造成的肺损伤以及肺的缺血再灌注损伤具有显著的治疗效果。本课题组前期研究发现:氢气饱和生理盐水可以通过降低高分压氧暴露导致的氧化应激反应进而减轻慢性氧中毒肺功能损伤,本研究基于前期工作进一步从凋亡及其信号通路转导方面探讨氢气发挥氧中毒保护效应的机制。本研究首先明确氢气对慢性氧中毒的保护作用。首先,我们建立大鼠慢性氧中毒模型(吸入98%纯氧,氧舱持续暴露60小时,每12小时进行腹腔注射生理盐水、氢气饱和生理盐水(10ml/kg)进行治疗,共4次,时间点分别为动物进舱后12、24、36、48小时,暴露共60小时后,动物出舱),以吸入常氧空气组为对照,效应学指标采用肺脏湿干比和胸膜腔渗出液含量测定,血气分析检测动脉血氧饱和度,肺组织切片HE染色观察肺脏病理改变,TUNEL染色观察肺组织细胞凋亡。我们在成功建立慢性氧中毒模型的基础上,结果发现:发现氢气治疗可以显著减轻大鼠氧中毒后肺水肿程度及炎性渗出,并且氢气治疗可以有效缓解氧中毒引起的血氧水平下降。氢气治疗组显著改善氧中毒引起的肺脏形态学破坏,抑制细胞凋亡。该部分结果提示,氢气饱和生理盐水对慢性氧中毒具有保护作用。其次,我们对保护机制进行研究,我们以ASK1为入手点,对氢气保护慢性氧中毒的机制进行探讨。建立大鼠慢性氧中毒模型后,使用相应方式进行处理,我们提取肺组织总RNA和蛋白,分别采用Real time PCR和Western Blot检测ASK1的mRNA水平和蛋白水平。结果表明,与HALI组相比,氢气干预组ASK1 mRNA水平和蛋白水平均显著降低,结果提示,氢气可通过抑制氧中毒大鼠肺脏ASK1的基因表达和蛋白水平发挥慢性氧中毒保护作用。最后,我们进一步研究ASK1下游信号通路分子JNK及P38的表达变化,深入研究氢气发挥保护作用的分子机制。我们提取肺组织总RNA和蛋白后,分别采用Real time PCR和Western Blot检测JNK及P38的mRNA和蛋白表达水平。结果发现,氧中毒后JNK和P38的表达均显著上调,与HALI组相比,氢气干预可以抑制JNK的mRNA表达,且pJNK蛋白水平显著降低,对于P38而言,与HALI组和氢气干预组其mRNA和pP38蛋白水平均无显著性差异。该结果表明,氢气通过抑制ASK1的表达,从而抑制JNK通路而非p38MAPK通路发挥慢性氧中毒保护作用。综上所述,氢气分子具有电中性、分子量小等特点,容易穿透细胞膜而进入胞内以及线粒体中,我们通过一系列实验解释了,氢气可以显著降低慢性氧中毒肺损伤,而氢气的作用机制可能与抑制ASK1-JNK信号通路密切相关,本课题初步揭示了氢气保护效应的分子机制,为氢气的临床应用提供了新的理论依据。
[Abstract]:Oxygen is one of the most commonly used auxiliary methods for treating various diseases . It is widely used in the field of medicine , especially hyperbaric oxygen therapy . In recent years , it has been reported that hydrogen saturated physiological saline can reduce oxygen partial pressure and continuous oxygen inhalation time in patients with acute respiratory failure . In addition , it is necessary to use intermittent oxygen inhalation to prevent oxygen poisoning . In recent years , it is necessary to use intermittent oxygen inhalation to prevent oxygen poisoning . The results showed that hydrogen could inhibit the expression of ASK1 mRNA and protein level in rats with chronic oxygen poisoning by inhibiting the expression of ASK1 .

【学位授予单位】：中国人民解放军军事医学科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R45

【参考文献】