全氟异丁烯急性吸入性肺损伤的病理机制研究

发布时间：2018-06-10 06:22

  本文选题：急性肺损伤 + 全氟异丁烯　； 参考：《中国人民解放军军事医学科学院》2013年博士论文

【摘要】：作为重要的化工原料和副产物，全氟异丁烯（perfluoroisobutylene，PFIB）是一种常温下为气态的无色无味低分子量的高氟有机物，能穿透普通防毒面具，且无特效的防治措施，是常见的可引起急性肺损伤/急性呼吸窘迫综合征（acutelung injury，ALI/acute respiratory distress syndrome，ARDS）的有毒化学品。 目前，对PFIB所致ALI的发病机制研究认为直接氧化损伤可能是PFIB致病的重要机制之一；同时，多形核白细胞（polymorphonuclear leukocyte，PMN）介导的过度炎症反应可能是PFIB致病的另一重要机制。同时，肺泡巨噬细胞（alveolar macrophage，AM）参与PMN介导的PFIB急性吸入性肺损伤，并与PMN在肺内的扣押有关。PFIB急性吸入后可激活肺组织内多种细胞，尤其是间接激活AM内核因子κ B （nuclear factor-ha，NF-κ B），进而诱导AM表达多种致炎因子，这些致炎因子对PMN具有强烈的激活和趋化活性，但有关PFIB通过何种机制激活NF-κ B仍不清楚，PFIB急性吸入性肺损伤的机制研究仍有待完善。一、内源性血管紧张素II在PFIB急性吸入性肺损伤中的作用 近年研究发现，肾素-血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）在ALI/ARDS的发生、发展中发挥重要作用。血管紧张素II（angiotensin Ⅱ，AngⅡ）作为RAS的主要效应物质不仅是重要的体液调节因子参与调节血液循环，而且还是重要的前炎症因子，可上调NF-κB活性，增加白介素-8（Interleukin-8，IL-8）、白介素-1β（Interleukin-1beta，IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosisfactor-α，TNF-α）等炎症因子的表达释放，引发炎症反应。而血管紧张素转换酶（angiotensin convert enzyme，ACE）/血管紧张素转换酶2（angiotensin convertenzyme2，ACE2）分别作为AngⅡ的正/负性调节酶影响ALI的进程。减少AngⅡ的生成或阻断AngⅡ受体均可减轻多种原因所致的肺损伤。AngⅡ在PFIB急性吸入性肺损伤中的作用如何，它是否作为PFIB急性吸入性肺损伤的始动因素激活NF-κ B进而介导PFIB急性吸入性肺损伤，目前尚未见文献报道。本文的研究目的之一即是对上述问题进行初步探讨。 1、观察PFIB吸入染毒后，大鼠肺组织AngⅡ含量及其调节酶ACE的蛋白表达水平、酶活性与肺损伤程度的时间变化关系：大鼠PFIB急性吸入染毒后，肺系数、支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）总蛋白含量和肺组织病理学检查等指标均显示肺损伤程度逐渐加重，至染毒后16h达峰值，染毒后24h明显缓解，因此确定本实验成功复制了大鼠PFIB急性吸入染毒病理模型。在此基础上，采用放射免疫分析方法检测PFIB染毒后大鼠的血液和肺组织匀浆中AngⅡ含量随时间的变化：血浆和肺组织中AngⅡ含量均呈现先升高后降低的变化趋势，其中肺组织AngⅡ含量在染毒后16h、24h较空白对照组显著降低。血浆AngⅡ含量与肺组织中AngⅡ变化趋势基本一致，但各时间点均无统计学差异；采用紫外线吸收法检测肺组织ACE酶活性随时间的变化：PFIB染毒后肺组织ACE活性在一定范围内波动，但各时间点无统计学差异。分析结果，肺组织AngⅡ含量和ACE酶活性的变化与肺损伤程度无明显的时间关联性，提示AngⅡ在大鼠PFIB急性吸入性肺损伤的发生、发展中可能不具有重要的病理学意义。 2、针对RAS发挥病理生理作用的最关键成分AngⅡ，选择AngⅡ的AngⅡ1型受体（angiotensionⅡ type1receptor，AT1-R）阻断剂氯沙坦，从时间-效应和剂量-效应两个方面考察AngⅡ在大鼠PFIB急性肺损伤中的作用：①时间-效应关系，PFIB染毒对照组大鼠的各项肺系数和BALF总蛋白含量较溶剂对照组显著升高，说明染毒模型建立成功。但不同时间给予氯沙坦（分别在PFIB染毒前1h、染毒前0.5h、染毒后0.5h、染毒后1h、染毒后2h、染毒后4h和染毒后8h腹腔注射氯沙坦10mg/kg）阻断AngⅡ受体进行预防或治疗，各组大鼠肺系数和BALF总蛋白含量与染毒对照组比较没有显著性差异。②剂量-效应关系，PFIB染毒对照组大鼠的各项肺系数和BALF总蛋白含量显著高于溶剂对照组，说明染毒模型建立成功。但给予不同剂量氯沙坦（分别在PFIB染毒前1h腹腔注射氯沙坦1.25、2.5、5、10和15mg/kg）阻断AngⅡ受体进行预防，各组大鼠肺系数和BALF总蛋白含量与染毒对照组比较没有显著性差异。以上结果表明，不同给药时间和不同给药剂量给予氯沙坦阻断AT1-R对PFIB急性肺损伤的影响微弱，进一步提示AngⅡ在PFIB急性吸入性肺损伤中可能不具有重要意义。 3、比较两种来源不同的AngⅡ受体阻断剂对PFIB急性吸入性肺损伤的防治效果：采用大样本量的小鼠为实验对象，观察国产和进口两种不同来源的氯沙坦对小鼠全身暴露吸入PFIB染毒后24h肺系数和72h死亡率的影响，实验结果表明染毒对照组和各个时间给药组（染毒前0.5h、染毒后0.5h和染毒后1h给药40mg/kg）比较均无显著性差异。这说明国产和进口来源的氯沙坦对小鼠PFIB急性吸入性肺损伤均无明显的防治作用。结果提示，AngⅡ在PFIB急性吸入性肺损伤中病理学意义有限。 综合分析，大鼠PFIB急性吸入性肺损伤过程中肺组织AngⅡ及其调节酶ACE与肺损伤程度无明显的时间相关性。时间-效应和剂量-效应关系研究揭示AT1-R阻断剂氯沙坦对大鼠PFIB急性肺损伤无明显影响。选择多个时间点腹腔注射两种不同来源的氯沙坦对小鼠PFIB急性吸入性肺损伤均无明显的改善作用。结果表明，AngⅡ在PFIB急性吸入性肺损伤中的病理作用微弱，RAS在PFIB急性肺损伤的发生、发展过程中可能不发挥主要作用，PFIB通过AngⅡ激活NF-κB启动炎症级联的通路可能并不存在。以上结果可能与不同ALI模型对RAS的影响不同有关，也可能与RAS复杂的生物学作用有关，其具体机理有待进一步研究。 二、PFIB对PMVEC功能的影响 肺气血屏障（blood-gas barrier）的结构和功能受损在各种原因所致ALI中居中心地位。其中，肺毛细血管内皮细胞（pulmonary microvascular endothelialcell，PMVEC）作为各种致病因素作用的靶细胞首先受到攻击，也是PMN扣押和游出血管时首先接触的细胞，所以PMVEC在ALI时的结构和功能变化受到越来越多的学者关注。 研究表明，肺损伤时气血屏障的细胞连接破坏、细胞骨架重排是炎性细胞渗出的关键环节，结果导致液体、蛋白、炎性介质等进入肺泡，这些构成了ALI的主要病理基础。PFIB染毒除了引起肺气血屏障主要细胞的结构发生病理改变，还影响细胞的分泌功能。一般情况下，血管内皮细胞受到炎症刺激时其胞内转录因子NF-κB被激活，促使多种炎性介质mRNA表达，进而诱发合成并释放肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），同时诱导细胞间粘附分子-1（intercellular adhension molecular-1，ICAM-1）、血管细胞粘附分子-1（vascular celladhesion molecule-1，VCAM-1）、E-选择素等粘附分子的表达，促进PMN趋化和聚集，分泌基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）如基质金属蛋白酶-2（matrix metalloproteinase-2，MMP-2）、基质金属蛋白酶-9（matrixmetalloproteinase-9，MMP-9）等降解基底膜、破坏正常肺泡结构，并引发更多的炎性细胞聚集和活化。 本课题的研究目的是，拟在前期PFIB染毒对肺气血屏障形态学研究的基础上，观察体外培养的PMVEC经PFIB染毒后分泌功能的变化特点，重点观察细胞因子（TNF-α、IL-1β）、粘附分子（ICAM-1）和基质金属蛋白酶（MMP-2、MMP-9）的表达情况，探讨PMVEC在PFIB急性吸入性肺损伤过程中形态结构改变与功能变化的关联性，以丰富对PFIB染毒后气血屏障结构和功能的变化规律及PFIB急性吸入性肺损伤发病机制的认识，为更有效和针对性地防治PFIB急性吸入性肺损伤提供重要依据。 实验结果如下：①PFIB刺激PMVEC染毒后0.5h即迅速合成大量TNF-α，至2h达峰值。PMVEC合成大量TNF-α的同时缓慢释放到细胞外，，至染毒后4h培养上清液中TNF-α含量才达峰值。②PFIB染毒后2h内刺激PMVEC合成大量的IL-1β，至2h达峰值，2h后伴随着PMVEC细胞凋亡数的增多合成的IL-1β也慢慢减少，但合成的IL-1β始终未释放到细胞外。③PFIB染毒后迅速促进PMVEC大量合成ICAM-1，但始终未有ICAM-1大量释放到细胞外。④染毒后PMVEC的培养上清液中MMP-2含量渐升高，至染毒后2h显著性增高，然后渐降低。PFIB染毒刺激PMVEC培养上清液中MMP-2迅速表达生物学活性。⑤PFIB染毒并未刺激PMVEC生成和释放大量MMP-9，提示PFIB急性吸入性肺损伤时PMVEC可能不是MMP-9的主要来源。 综合前期研究结果分析，一方面PFIB染毒促进PMVEC大量凋亡，使肺气血屏障的完整性遭到破坏；另一方面刺激存活的PMVEC合成并释放大量TNF-α，表达ICAM-1。在上述因子与其它因素的综合作用下，PMN激活并粘附于PMVEC，释放活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）与蛋白酶类，对PMVEC及其基底膜造成进一步损伤。此外，PFIB染毒刺激PMVEC迅速释放大量MMP-2，后者可加速肺泡微血管内皮细胞连接的破坏、细胞骨架的重排，并破坏细胞外基质。以上因素综合作用的结果是肺气血屏障完整性受到破坏，失去对大分子的屏障作用，血浆蛋白漏出形成渗透梯度，血浆水分也随之进入血管外造成水肿，炎症介质等进入肺泡内，这些也是ALI主要的病理基础。
[Abstract]:As an important chemical raw material and by - product , perfluoroisobutylene ( PFIB ) is a colorless , odorless , odorless , odorless , odorless , odorless , odorless , odorless , odorless , odorless , odorless , low - molecular weight high - fluorine organic substance that can penetrate conventional gas masks and has no special effect . It is a common toxic chemical that can cause acute lung injury / acute respiratory distress syndrome ( ARDS ) .

At present , the pathogenesis of ALI caused by PFIB is considered to be one of the important mechanisms of PFIB .
At the same time , the hyperinflammatory response mediated by multiple leukocyte ( PMN ) may be another important mechanism for the pathogenesis of PFIB . At the same time , alveolar macrophage ( AM ) is involved in PMN - mediated acute lung injury of PFIB and is related to the arrest of PMN in the lung .

Angiotensin converting enzyme ( ACE ) / angiotensin - converting enzyme ( ACE ) / angiotensin - converting enzyme 2 ( ACE2 ) plays an important role in the pathogenesis and development of ALI / ARDS .

1 . After the inhalation of PFIB inhalation , the level of Ang 鈪

本文编号：2002269