阿奇霉素通过PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α/VEGF途径对哮喘气道重塑的影响研究

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哮喘是严重危害人民健康最常见的慢性气道疾病,近年来国内外流行病学调查显示哮喘患病率呈逐年上升趋势,据资料统计全球哮喘患者目前约有至少2.35亿,中国城市14岁以下儿童哮喘患病率较10年前显著增加(43.4%),较20年前增加更多(147.9%)。哮喘发生机制至今尚不清楚,治疗尚不能达到满意效果。为此,探索更深入的哮喘发生机制,寻找更新的治疗方法,目前仍是呼吸科专业持续关注的热点问题。  大环内酯类药物如阿奇霉素、红霉素、克拉霉素等,在发挥抗菌作用同时,还可通过影响白细胞、巨噬细胞和T淋巴细胞的细胞因子分泌,或者直接作用于多种细胞因子来抑制炎症介质的释放、降低气道反应性、进行免疫调节。本课题选用阿奇霉素作为干预药物,是因为阿奇霉素与其他大环内酯类药物相比,具有良好的胃肠耐受性、组织渗透力和半衰期长,并且依从性和药效均较好。阿奇霉素具有广谱抗菌作用,可抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的活性,通过干扰23S核糖体RNA和特异性核糖体蛋白而抑制细菌蛋白质的合成,并且对于细菌的毒力因子和毒素的产生也具有一定的调节作用。  本论文分三部分对阿奇霉素干预哮喘进行研究,第一部分进行临床研究,对照组选用布地奈德雾化治疗,治疗组在布地奈德雾化治疗基础上,采用阿奇霉素口服,通过检测外周血单个核细胞NF-κB和STAT1的表达,寻找阿奇霉素治疗哮喘的可能机制,证实阿奇霉素临床有效。第二部分采用哮喘小鼠急性期模型,通过组织病理学、Wnt/β-catenin信号通路及MUC5AC的蛋白表达等方式,探讨阿奇霉素通过对哮喘小鼠上皮屏障的修复作用,揭示阿奇霉素对哮喘急性期的治疗作用。第三部分通过建立哮喘小鼠气道重塑模型,拟完整确认PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α/VEGF通路在哮喘中的变化,以及阿奇霉素对此信号通路的干预。本研究从儿科哮喘临床、哮喘急性期小鼠模型、哮喘气道重塑模型三个层次对阿奇霉素干预进行研究,旨在挖掘阿奇霉素的免疫治疗作用,寻找更有效的哮喘控制手段,提高小儿哮喘的控制率。  第一部分 阿奇霉素联合布地奈德对哮喘患儿外周血单个核细胞NF-κB和STAT1表达的影响  目的:本研究选取儿童哮喘发作患儿,测定NF-kB和STAT1等指标在外周血中的表达,并测定哮喘肺功能指标情况,并观察采用阿奇霉素,结合糖皮质激素对哮喘患儿进行干预后,上述指标变化情况。  方法:急性发作期患儿60例。37例作为阿奇霉素联合布地奈德治疗组,23例设为对照组。对照组患儿给予布地奈德雾化治疗,治疗组患儿在布地奈德雾化治疗的基础上给予阿奇霉素干混悬剂治疗(每天1次,每个疗程3天,共用3个疗程,每个疗程间隔4天),两组患儿均连续治疗3个疗程。采集空腹静脉血3mL,采用Ficoll密度梯度离心法提取外周血单个核细胞(PBMC)。RT-qPCR检测NF-κB和STAT1mRNA表达,Western blot检测NF-κB和STAT1蛋白表达,并对两组患儿进行肺功能检测。  结果:本研究结果发现,两组哮喘患儿在NF-kB和STAT1的mRNA相对表达量方面,以及NF-kB和STAT1的蛋白表达水平方面相比较,差异有显著性,说明联合阿奇霉素治疗,可提高哮喘患儿的治疗效果。同时,两组患儿的肺功能指标,较对照组明显升高,差异有显著性。  结论:1.哮喘患儿NF-kB和STAT1的mRNA、蛋白表达增高,肺功能指标降低;  2.采用布地奈德联合阿奇霉素治疗,可明显降低NF-kB和STAT1的mRNA、蛋白表达量;  3.阿奇霉素联合糖皮质激素进行治疗,可明显改善哮喘患儿的肺功能,提高小儿哮喘疗效。  第二部分 阿奇霉素通过Wnt/β-catenin信号通路对哮喘小鼠气道上皮屏障修复作用的研究  目的:本研究首先建立哮喘小鼠模型,采用阿奇霉素进行干预,观察哮喘小鼠气道结构,以及Wnt/β-catenin、MUC5AC表达在干预前后的变化,研究阿奇霉素对哮喘小鼠气道屏障的修复作用。  方法:选取BALB/C清洁级雄性小鼠30只,4~6周,体重18~22g,按照随机数字表分为对照组、哮喘组和阿奇霉素组,每组10只。哮喘组在实验1、8、15d腹腔注射OVA及氢氧化铝凝胶佐剂的生理盐水致敏,在15~28d,每天给予OVA雾化,激发建立哮喘小鼠模型。阿奇霉素组在雾化OVA溶液2h前,按照公式推算出0.09mg/g的剂量灌胃给药。对照组小鼠采用生理盐水替代进行灌胃及雾化处理,其余处理相同,28d后用于实验。标本处理后,给予HE染色、支气管壁厚度和平滑肌厚度检测、ELISA法检测血清OVA-sIgE的表达,Western blot检测肺组织提取蛋白中Wnt7b、β-catenin含量,RT-qPCR法检测Wnt7b、β-catenin及MUC5AC mRNA表达。  结果:1.哮喘组小鼠气道损伤明显,上皮细胞紊乱、脱落,支气管壁增厚狭窄,粘膜充血水肿,基底膜增厚断裂,大量炎症细胞浸润;阿奇霉素组小鼠支气管黏膜充血水肿,基底膜增厚及炎症细胞浸润程度均较哮喘组轻。  2.各组小鼠ELISA检测结果比较结果显示,哮喘组小鼠血清OVA-sIgE明显高于对照组(P<0.05),提示造模成功。阿奇霉素组血清OVA-sIgE水平低于哮喘组但仍高于对照组(P<0.05)。  结论:1.在OVA致敏的哮喘模型中,Wnt7b、β-catenin和MUC5AC表达量明显增高,与哮喘发病相关。  2.阿奇霉素可降OVA致敏哮喘小鼠肺组织NF-kB和STAT1的mRNA、MUC5AC的表达,修复哮喘小鼠气道上皮屏障,缓解哮喘症状;  2.阿奇霉素通过抑制Wnt7b/β-catenin信号通路和MUC5AC的表达,可阻止炎症的进一步扩散,并有修复哮喘小鼠气道屏障的作用。  第三部分 阿奇霉素通过PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α/VEGF途径对哮喘小鼠气道重塑的影响研究  目的:本研究建立小鼠哮喘气道重塑模型,拟再次验证PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α/VEGF信号通路,并用阿奇霉素进行干预。通过阿奇霉素抗炎、调节免疫的双重作用,降低哮喘患者的气道重塑程度,增进哮喘的治疗手段,提高哮喘的控制率。  方法:选用BALB/C清洁级雄性小鼠60只,4~6周,体重18~22g,按照随机数字表分为正常对照组(12只)、模型组(12只)、阿奇霉素短疗程组(12只)、阿奇霉素长疗程组(12只)、布地奈德组(12只)。建立哮喘气道重塑模型,并分别对阿奇霉素长短疗程组、布地奈德组进行干预。应用动物肺功能仪,测定小鼠气道反应性;取新鲜肺组织,做HE染色。分别取各组小鼠只数的另一半,尾静脉采血,行血清IgE测定;行插管后用PBS灌洗,回收灌洗液做ELISA。采用RT-qPCR测定肺组织HIF-1α及VEGF mRNA水平。采用ELISA测定肺组织VEGF蛋白含量。Western Blot法检测PI3K、Akt、mTOR、HIF-1α水平。  结果:1.小鼠哮喘模型成功建立的表现:模型组小鼠在造模过程中出现明显的活动频繁,呼吸急促,腹肌抽搐,大小便失禁,毛发竖起,部分小鼠出现反应迟钝,动作迟缓等表现。模型组小鼠气道反应性要明显高于对照组。显微镜下可见模型组小鼠气道周围有大量的炎症细胞浸润,对照组小鼠肺泡壁结构完整,气道上皮无增厚,气道周围无明显的炎症细胞浸润。  2.小鼠肺组织中,模型组PI3K、Akt、mTOR、HIF-1α蛋白的表达均明显高于对照组。  3.应用阿奇霉素干预对哮喘小鼠气道炎症的影响:镜下可见阿奇霉素组短疗程组、布地奈德组、阿奇霉素长疗程组与模型组相比,炎细胞浸润有明显减轻;阿奇霉素短疗程组和布地奈德组之间差异不明显;阿奇霉素长疗程组与阿奇霉素短疗程组、布地奈德组相比,炎细胞浸润减轻更明显。  4.使用阿奇霉素短疗程、布地奈德、阿奇霉素长疗程,可降低PI3K、Akt、mTOR、HIF-1α、VEGF水平;阿奇霉素短疗程组和布地奈德组之间在减少上述指标方面,差异不明显;阿奇霉素长疗程与阿奇霉素短疗程、布地奈德相比,减少上述指标的表达水平更为明显,差异有显著性。  结论:1.PI3K、Akt、mTOR、HIF-1α、VEGF在哮喘小鼠的肺中高表达;  2.阿奇霉素可通过调控PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α/VEGF信号通路,达到抑制哮喘小鼠免疫反应的目的,从而减轻哮喘气道重塑。  全文结论:  1.PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α/VEGF、Wnt7b/β-catenin通路与NF-κB通路及JAK/STAT通路共同参与了哮喘的发生发展。  2.阿奇霉素可以通过抑制PI3K/Akt/mTOR/HIF-1α/VEGF、Wnt7b/β-catenin通路与NF-κB通路及JAK/STAT信号通路减少气道炎症细胞浸润,改善哮喘气道重塑。  3.阿奇霉素与布地奈德在治疗哮喘时具有同等的效力,适当延长阿奇霉素治疗时间能更好的抑制气道炎症和气道重塑。
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