阿托伐他汀对实验性自身免疫性脑脊髓炎大鼠脑组织TIM—3、TIM—1表达的影响

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  【摘要】 目的:观察阿托伐他汀对实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)Wistar大鼠的发病情况、组织病理变化及脑组织内T细胞免疫球蛋白和黏液域蛋白-3(TIM-3)、T细胞免疫球蛋白和黏液域蛋白-1(TIM-1)表达水平的影响。方法:将30只雌性Wistar大鼠随机分为佐剂组、EAE组、阿托伐他汀组,以豚鼠脊髓匀浆(GPSCH)诱发制备大鼠EAE模型,并于给予GPSCH当日开始1次/d灌服0.1% PBS溶液1.5 ml/只(佐剂组和EAE组)和含阿托伐他汀的0.1% PBS溶液,1次/d,剂量为8 mg/(kg·d),连续13 d,观察EAE症状并评分,用逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)法检测Tim-1 mRNA、Tim-3 mRNA在脑组织中的表达。结果:阿托伐他汀组发病率降低、临床症状减轻,体重下降减少(P<0.05);与佐剂组比较,EAE组TIM-3 mRNA明显上升(P<0.05),阿托伐他汀组TIM-3 mRNA较EAE组明显下降(P<0.05);与佐剂组比较,EAE组TIM-1 mRNA下降(P<0.05),阿托伐他汀组TIM-1 mRNA较EAE组上升(P<0.05)。结论:EAE大鼠TIM-3上升,TIM-1下降,提示其在EAE发病机制中发挥作用,通过下调TIM-3、上调TIM-1的表达,可能是阿托伐他汀对EAE保护作用机制之一。
  【关键词】 实验性自身免疫性脑脊髓炎; 多发性硬化; TIM-3; TIM-1; 阿托伐他汀
  实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis, EAE)是以中枢神经系统炎性脱髓鞘为特征的疾病,是研究MS的理想动物模型[1]。T细胞免疫球蛋白和黏液域蛋白(TIM)家族是一类具有免疫调节作用的蛋白,可以作为Th细胞的分化标志[2]。TIM-3是TIM家族中的一员,Monney等[3]研究发现,在体内运用TIM-3特异性抗体使EAE小鼠疾病死亡率增加,中枢神经系统炎症病灶增多,增加和激活CD11b+细胞。TIM-1最先被发现与变应性哮喘的发生有关[4]。TIM-1选择性表达于Th2细胞上,在Th1细胞及Th17细胞上没有表达[5]。目前研究提示,在人体中,TIM-1不仅与过敏性疾病和哮喘有关,在自身免疫性疾病中也起着调节作用,如在类风湿关节炎的产生与TIM-1的外显子4相关,C反应蛋白与类风湿因子的水平与TIM-1基因的启动子多态性相关[6]。在MS缓解期患者脑脊液单核细胞上可检测到TIM-1 mRNA的表达,提示TIM-1对MS的恢复具有有益作用,其机制可能与免疫耐受有关[7]。
  目前各种能够缓解EAE病情的免疫调节药物在MS的治疗作用仍在试验阶段,且存在相关的副作用及潜在的毒性作用[8]。最近发现,他汀类药物除了其调脂作用外,亦存在免疫调节作用使之用于治疗中枢神经系统脱髓鞘疾病,如MS的研究越来越多[9]。他汀类药物运用于MS以及类风湿关节炎等得临床试验也已经得到有前景的结果[10]。他汀类药物的免疫调节作用包括有保护血脑屏障的完整性[11],抑制中枢神经系统炎症细胞浸润[11],促进Th1细胞反应向Th2细胞反应偏移等[9]。最近发现除外其免疫调节作用外,他汀类药物对EAE还具有神经保护和促进神经再生的作用[12]。
  本实验从免疫诱导第1天开始予以阿托伐他汀药物治疗,根据国外文献报道,选择8 mg/(kg·d)作用治疗剂量,观察阿托伐他汀对EAE的治疗作用。并通过检测TIM-3及TIM-1 mRNA的表达情况检测阿托伐他汀是否通过影响其表达对EAE起治疗作用。
  1 材料与方法
  1.1 实验动物 Wistar大鼠30只,6~8周龄,体重(200±20)g,雌性;豚鼠10只,300~400 g,雌雄不限。购于湖南农业大学动物科技学院实验动物养殖场。在中南大学湘雅二医院动物实验中心分笼饲养,每笼5只。喂食本医院动物实验中心配置的大鼠饲料,饮自来水,保持室温(18±2)℃,相对湿度(50±10)%,人工光照时间12 h/d,自动抽风,每日上午更换食、水和垫料1次,饲养观察3 d,能正常进食和饮水者纳入实验用鼠。
  1.2 主要试剂 阿托伐他汀购自大连辉瑞制药有限公司,卡介苗(BCG)冻干粉购自北京生物制品研究所,医用羊毛脂购自重庆化学试剂厂,罗可沙尔坚牢蓝购自Sigma公司,RT-PCR试剂盒由Fermentas公司生产,EDTA、Tris购自Sigma公司,引物由上海生物工程技术有限公司生产。
  1.3 抗原制备 完全福氏佐剂(CFA)的配制:取医用的石蜡油40 ml,医用羊毛脂10 g,于三角瓶内充分混合,高温灭菌30 min,制成不完全福氏佐剂。将失活的卡介苗冻干粉60 mg用少量生理盐水溶解加入不完全福氏佐剂中充分混合均匀,制成含卡介苗为6 mg/ml的完全福氏佐剂,置于4 ℃冰箱保存。豚鼠脊髓匀浆(guinea pig spinal cord homogenate, GPSCH)提取和免疫抗原制作:用10%水合氯醛(3 ml/kg)腹腔注射麻醉豚鼠处死后,剥出脊髓,去掉马尾与脊膜并称重,加入少量无菌冰生理盐水,用手动匀浆器将其制成50%(质量浓度)的豚鼠脊髓匀浆。取等体积的GPSCH与CFA混匀制成稳定的油包水型乳剂,置于4 ℃的冰箱保存并于12 h内用于诱发EAE。
  1.4 实验动物分组及干预处理 将30只雌性Wistar大鼠随机分为三组:佐剂组(CFA)(n=10),用生理盐水代替免疫抗原,常规饲养,即日开始灌服0.1% PBS溶液,每次灌服液体量1.5 ml/只,1次/d;EAE组(n=10),无菌操作下,在Wistar大鼠双后肢足垫皮下注射GPSCH-CFA乳剂(0.2 ml/100 g),EAE模型建立后,常规饲养,即日开始灌服0.1% PBS溶液,每次灌服液体量1.5 ml/只,1/d次。阿托伐他汀组(n=10),EAE模型建立后常规饲养,即日开始灌服含阿托伐他汀的0.1% PBS溶液,1次/d,剂量为8 mg/(kg·d)。   1.5 动物行为观察和神经功能障碍评分 将免疫抗原注射日定为第0天,每日称体重观察病情并进行神经功能障碍评分。从出现临床症状开始至实验终止每天按照Benson评分标准进行评分(如下),2次/d。1级:尾部无力或跋踞步态伴尾部有力;2级:蹒跚步态伴尾部无力(共济失调);2.5级:共济失调伴部分单肢麻痹;3级:单肢完全麻痹;3.5级:单肢完全麻痹伴另一肢体部分麻痹;4级:双肢完全麻痹;4.5级;四肢麻痹;5级:死亡。
  1.6 动物处死时间和标本处理 于大鼠免疫后第13天(相当于EAE组发病高峰期)终止实验,处死所有大鼠,无菌条件下迅速取出完整脑,留左脑后放入RNase-free的冻存管于液氮环境下保存,以作为提取RNA用。右脑标本放入4%多聚甲醛固定,进行HE染色和LFB染色。
  1.7 RT-PCR法检测Tim-3 mRNA、Tim-1 mRNA表达 取保存液氮中的脑组织采取Trizol法提取各样本总RNA,紫外分光光度计测定浓度并定量后逆转录,逆转录产物进行PCR反应。根据GenBank中目的基因所对应的cDNA表达序列和提供的相关资料,利用软件Primer Premier 5.0设计上下游引物:TIM-3:上游引物:5′-CAATTCCCTGGCCCAATGAATGA-3′,下游引物:5′-ACTTCCCTCAGTGGTTAGGGTTCT-3′ Tm 60 ℃,产物长度为150 bp。TIM-1:上游引物5′-TGGTTGTCACCAGGTACATCA
  TTATA-3′,下游引物:5′-TGCGTTCTGCAAAGCTCTACTC-3′ Tm 56 ℃,产物长度为170 bp。GAPDH:上游引物:5′-TCCTCTGACTTCAACAGCGACACC-3′,下游引物:5′-GTCTCTCTCTTCCTCTTGTGCTCTTGC-3′ Tm 58 ℃,产物长度为450 bp。PCR反应条件见表1。
  通过PCR最后确定TIM-3、TIM-1退火温度(Tm)分别为60 ℃、56 ℃,最后按照此条件进行所有样品的PCR扩展。产物于1%琼脂凝胶电泳;凝胶成像系统下观察。
  1.8 数据分析 将图片采集,并用Quality one软件对图像进行灰度分析。
  1.9 统计学处理 所有统计分析均用SPSS 17.0统计软件包完成,计量资料以(x±s)表示,多组计量资料均数比较用单因素完全随机方差分析(ANOVA),并做多组间两两均数比较(LSD-t检验法)。P<0.05为差异有统计学意义。
  2 结果
  2.1 实验大鼠的发病率、体重及神经功能评分变化 佐剂组无大鼠发病。EAE组共有8只大鼠发病,发病率为80%,有1只大鼠死亡。阿托伐他汀组共有3只大鼠发病,发病率为30%。佐剂组大鼠体重逐步增加。EAE组各亚组大鼠的体重损失随病情加重而增加,在发病高峰时体重损失达到最高值。阿托伐他汀组大鼠体重损失较EAE组减少,比较差异有统计学意义(P<0.05)。佐剂组神经功能评分0。EAE组神经功能评分高于阿托伐他汀组(P<0.05)。见表2。
  2.2 实验大鼠脑组织的病理学变化 佐剂组大鼠CNS HE染色结构清晰,无炎性细胞浸润(图3)。EAE组大鼠脑实质内可见血管“袖套”样改变,亦可见胶质细胞及一定数量的巨噬细胞(图4)。阿托伐他汀组大鼠脑组织炎性细胞浸润的程度较EAE组减少(图5)。LFB染色EAE组可见大片或融合的脱髓鞘灶,甚至轴索染色亦缺失,呈空泡样改变(图2)。阿托伐他汀组未见明显髓鞘脱失。
  图5 阿托伐他汀组大鼠侧脑室周围组织未见炎性细胞浸润×400
  2.3 RT-PCR结果 与佐剂组比较,EAE组TIM-3 mRNA上升(P<0.05),阿托伐他汀组TIM-3 mRNA较EAE组下降(P<0.05)。与佐剂组比较,EAE组TIM-1 mRNA下降(P<0.05),阿托伐他汀组TIM-1 mRNA较EAE组上升(P<0.05)。见表3。
  3 讨论
  以往EAE被认为是针对自身髓鞘的Th1型反应为主的自身免疫性疾病。近年来越来越多的证据提示,Th17细胞亦参与该疾病的病理过程。最初认为,CD4+效应T细胞分为Th1和Th2细胞两类。Th1/Th2平衡在EAE的发病机制中起着重要的作用。大多数学者认为,Th1/Th2平衡的偏移导致Th1细胞增多是造成MS发病的关键。TIM家族是一类具有免疫调节作用的蛋白,因为其在T细胞上表达情况的不同可以作为Th细胞的分化标志。TIM-3被发现特异性的表达于Th1细胞上,而在Th2细胞上无表达。TIM-1选择性表达与Th2细胞上,在Th1细胞及Th17细胞上没有表达。在MS缓解期患者脑脊液单核细胞上可检测到TIM-1mRNA的表达,提示TIM-1对MS的恢复具有有益作用,其机制可能与免疫耐受有关。综上所述,TIM-3可作为Th1细胞的分化标志,而TIM-1可作为Th2细胞的分化标志。本实验通过检测上述两个指标间接反应EAE大鼠中Th1细胞和Th2细胞的变化。在EAE大鼠中TIM-3 mRNA上升,TIM-1 mRNA下降,符合EAE发病过程中Th1型反应增多,同时Th2型反应有所下降,与文献报道结果一致。
  目前大量研究发现,他汀类药物在体内抑制胆固醇生物合成同时,还具有免疫调节、抗炎及神经保护作用,对某些神经系统自身免疫性疾病如MS,EAE等有治疗作用。本实验中笔者使用阿托伐他汀干预EAE,结果发现,干预后的EAE大鼠发病率、神经功能损伤评分、体重变化等较佐剂组和EAE组大鼠明显减轻或延迟,病理方面炎性细胞浸润及脱髓鞘病变亦较EAE组明显减少。以上结果均证实阿托伐他汀对EAE大鼠的治疗作用。HE染色显示炎性细胞明显减少,推测其与抑制抑制T淋巴细胞向中枢神经系统迁移,保护BBB完整性,从而减少CNS系统炎性细胞浸润有关。LFB染色结果脱髓鞘病变少见,证实了阿托伐他汀的神经保护作用,推测其机制可能与抑制促炎性细胞因子诱导的细胞毒素释放,增强少突胶质干细胞的存活和分化,抑制反应性神经胶质增生,形成有利于髓鞘再生的环境。本实验还通过测定TIM-3及TIM-1mRNA发现,与EAE比较阿托伐他汀干预后TIM-3表达下降,TIM-1表达上升,提示其能通过减少Th1型反应减少EAE中枢神经系统炎症反应,并使之向Th2型反应转化,从而使EAE病情缓解,对EAE产生治疗作用。   综上所述,阿托伐他汀可能是一种有前景的多发性硬化治疗药物。
  参考文献
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  (收稿日期:2012-11-14) (本文编辑:王宇)
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