不同烟熏暴露强度对大鼠膈肌和骨骼肌萎缩以及纤维类型转变的影响及机制研究

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慢性阻塞性肺疾病(COPD)病人除气促等肺部症状外,常伴随膈肌和骨骼肌功能障碍。膈肌和骨骼肌功能障碍与COPD病人预后相关,然而在COPD形成以及病程进展过程中膈肌和骨骼肌的形态和功能改变以及牵涉的机制尚未明确。吸烟是COPD最重要、最常见的致病因素,本实验旨在探究香烟烟雾暴露对膈肌和骨骼肌纤维形态以及类型分布的影响以及潜在机制。在本次实验中,大鼠被随机分成四组,分别接受正常空气或3个不同周期的香烟烟雾暴露(分别是4周、8周、12周)。肺组织苏木素-伊红(H&E)染色和膈肌、骨骼肌的电镜检查分别用来评估烟熏诱发的肺泡破坏以及内质网(ER)损害和自噬小体含量。使用碱性ATP酶组织化学染色对烟熏大鼠肌肉进行肌纤维分型以及纤维直径的测量。使用Western blot、Real-time PCR检测大鼠肌肉内质网应激(ERS)分子标志、caspase12、Gadd45a可能的上下游分子的表达情况,TUNEL检测肌肉凋亡改变。HE病理染色观察到烟熏暴露造成的炎症浸润以及肺气肿改变。肌肉电镜观察发现香烟烟雾暴露后内质网出现肿胀、扩张,以及自噬小体数量的增加。ATP酶染色分析显示香烟烟雾暴露诱发膈肌和外周骨骼肌的萎缩改变,膈肌和骨骼肌(伸趾长肌、腓肠肌)分别出现Ⅰ型纤维百分比的增加和减少。随着烟熏暴露时间的增加,在大鼠膈肌和伸趾长肌观察到GRP78出现先增高后降低的表达水平的改变,CHOP、caspase12表达水平以及凋亡细胞百分比持续上升,并在烟熏暴露12周后达到最高。通过烟熏暴露在大鼠的伸趾长肌观察到Gadd45a推测的上游分子(Akt、Foxo3a)的磷酸化蛋白与总蛋白的比值明显下调,下游分子(LC3B、Bnip3、caspase3)的转录水平持续上调,Bnip3、caspase3、p21蛋白表达和LC3Ⅱ/Ⅰ蛋白比值明显上调,PGC-1α的表达量以及m TOR的磷酸化与总蛋白比值明显下调。所以,ERS诱发的凋亡可能参与香烟烟雾暴露诱发的膈肌和骨骼肌的萎缩改变,Gadd45a可能与香烟烟雾暴露诱发的骨骼肌萎缩与纤维类型转变有关,从而为COPD病人骨骼肌和膈肌功能障碍的临床治疗提供了干预的靶点。
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