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目的:
百草枯是一种速效高效触杀型除草剂,由于其安全而对环境无害,在全世界范围内得到广泛使用。我国作为农业大国,是目前世界生产和使用百草枯最多的国家之一。临床上许多患者自杀性口服或者误服百草枯成为百草枯中毒就诊的主要原因。由于百草枯的中毒致死剂量较小,而且目前尚无特效解毒药物,在临床上病死率极高。由于肺脏中存在着多胺摄取及其转运系统,百草枯结构与其相似,可竞争性抑制聚胺类物质的摄取及聚集,故肺脏成为百草枯损伤的主要靶器官。百草枯通过肺泡上皮细胞和气管clara细胞的主动转运进入肺内并大量蓄积,通过氧化还原反应产生大量活性氧自由基以及炎性细胞因子,导致肺组织炎性细胞浸润,肺泡结构破坏,引起急性肺组织损伤,临床表现为急性呼吸窘迫综合征。
过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPAR-γ)在调节脂质和糖代谢、参与抗氧化、抗炎以及免疫调节等方面起关键作用。当PPAR-γ与特异性配体相结合,空间构象发生改变,通过与相应靶基因启动子上的PPRE结合,激活Nrf2等靶基因转录,诱导抗氧化酶——过氧化氢酶、超氧化物岐化酶(SOD)的表达,发挥抗氧化作用。PPAR-γ还直接与NF-κB、活化蛋白-1等结合形成转录抑制性复合物,阻止炎性细胞因子的表达,发挥抗炎作用。
本实验研究采用PPAR-γ激动剂罗格列酮对大鼠进行预处理,研究其对百草枯中毒致急性肺损伤所产生的生物学作用,并通过体外实验研究罗格列酮对巨噬细胞生物学功能影响,并分析其内在可能的生物学机制。
方法:
1、百草枯中毒致大鼠急性肺损伤动物模型的建立及鉴定
采用一次性腹腔注射百草枯(20 mg/kg)建立大鼠中毒模型,在4h、8h、1d、3d、5d时候在临床表现、大体形态学表现、肺脏湿/干重测定、HE染色等方面加以观察研究分析。
2、PPAR-γ激动剂对百草枯中毒致大鼠急性肺损伤保护作用
采取低剂量罗格列酮(3 mg/kg,RSGL组)和高剂量罗格列酮(10 mg/kg,RSGH组)在腹腔注射百草枯前1h对大鼠进行预处理,然后按照百草枯20 mg/kg剂量进行大鼠染毒,在4h、8h、1d和3d在临床表现、形态学表现、肺脏湿/干重测定、HE染色、血清酶学(MDA、SOD)、血清炎性细胞因子(IL-1β、TNF-α)、免疫组化染色(PPAR-γ,NF-κBp65, Nrf2)和Western-blot(PPAR-γ,NF-κ Bp65, Nrf2,IκBα,pIκBα)等方面加以观察研究分析。
3、PPAR-γ激动剂预处理对百草枯染毒的巨噬细胞RAW264.7功能影响
(1)采用MTT法检测不同浓度百草枯(1μM、5μM、10μM、50μM、100μM、500μM)对肺泡巨噬细胞增殖活性的影响。
(2)采用不同浓度罗格列酮(0.1μM、1μM、10μM、100μM)对RAW264.7巨噬细胞悬液进行预处理,1h后再用百草枯(100μM)进行染毒,在24 h后使用MTT方法检测肺泡巨噬细胞增殖活性、使用Elisa方法检测IL-1β和TNF-α浓度、使用Western-blot方法检测NF-κB、PPAR-γ、 Nrf2蛋白表达等情况。
结果:
1、成功建立百草枯中毒致大鼠急性肺损伤动物模型
一次性腹腔注射百草枯(20 mg/kg)可以建立大鼠急性肺损伤动物模型,临床表现可以出现呼吸困难、进食水差等症状,肺组织出现充血水肿,肺脏湿/干重比值明显增加。显微镜下可见肺泡结构破坏,炎性细胞浸润,肺泡内出血等变化,肺组织损伤指数明显增加。百草枯中毒1 d~3d时候损伤尤为明显,中毒5d时部分大鼠发生死亡。
2、PPAR-γ激动剂罗格列酮可以保护由于百草枯中毒所造成的大鼠肺组织损伤
百草枯中毒以后内源性PPAR-γ表达明显降低,核NF-κ Bp65蛋白表达明显增加,Nrf2蛋白表达增加,血清中抗氧化酶SOD活性下降,促氧化酶MDA水平增加,炎性细胞因子(IL-1β、TNF-α)水平增加。经过罗格列酮预处理后,无论是低剂量(3 mg/kg,RSGL组)还是高剂量(10 mg/kg,RSGH组)均可以减轻百草枯所造成的急性肺损伤,高剂量组(RSGH组)作用更为明显。罗格列酮可以减轻肺组织水肿,降低肺脏湿/干重比值以及肺损伤指数,降低血清MDA水平,增加血清SOD活力,降低血清炎性细胞因子(IL-1β、TNF-α)水平,增加PPAR-γ蛋白表达,增加Nrf2蛋白表达,使pIκ Bα发生磷酸化,降低胞浆中IκBα表达,降低核NF-κBp65蛋白表达,减轻肺组织损伤。
3、PPAR-γ激动剂罗格列酮可以抑制百草枯染毒后巨噬细胞RAW264.7分泌炎性细胞因子
百草枯可以呈剂量依赖性抑制巨噬细胞RAW264.7的增殖活性,刺激炎性细胞因子IL-1β和TNF-α浓度的分泌,诱导NF-κBp65蛋白表达明显增加,PPAR-γ蛋白表达减少,Nrf2蛋白表达增加。经过PPAR-γ激动剂罗格列酮预处理后可以呈剂量依赖性恢复其增殖活性,降低NF-κBp65蛋白表达,增加Nrf2和PPAR-γ蛋白的表达,抑制巨噬细胞RAW264.7分泌和表达炎性细胞因子IL-1β和TNF-α。
结论:
1、经过PPAR-γ激动剂罗格列酮预处理后,可以明显减轻百草枯致大鼠急性肺损伤的症状,减轻肺组织水肿和降低炎症反应,罗格列酮具有良好的抗炎和抗氧化作用。
2、PPAR-γ激动剂罗格列酮可能通过与PPAR-γ受体结合,激活Nrf2和抑制NF-κB发挥抗氧化抗炎作用,起到保护肺组织损伤的作用。
3、PPAR-γ激动剂罗格列酮可以部分恢复百草枯染毒后的巨噬细胞增殖活性,减少炎性细胞因子的表达,发挥抗炎作用。
4、PPAR-γ激动剂罗格列酮可以改善PQ染毒的巨噬细胞在氧化损伤和炎症反应过程中所引起的内源性PPAR-γ过度消耗。