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编号:10220830
过氧亚硝基阴离子致豚鼠气道反应性增高的实验研究
http://www.100md.com 《河北医科大学学报》 2000年第1期
     作者:朱铁年 凌亦凌 赵瑞景 王殿华 刘满英 谷振勇

    单位:河北医科大学基础医学院病理生理学教研室(石家庄050017)

    关键词:哮喘/病理生理学;气道高反应性/化学诱导;硝酸盐类/代谢;豚鼠

    河北医科大学学报000101摘 要:目的 探讨过氧亚硝基阴离子(ONOO-)在气道上皮细胞损伤致气道高反应性中的作用。方法 以离体豚鼠气管条建立组织胺累积-浓度反应曲线,电镜观察气道上皮细胞的形态学变化。结果 豚鼠气管条与ONOO-孵育后,气管条的反应性增高,同时电镜观察有气道上皮细胞损伤脱落。结论 ONOO-参与了气道上皮细胞的损伤,并导致了气道高反应性的形成。

    分类号:R363.2

    PEROXYNITRITE ANION INDUCES HYPERREACTIVITY OF GUINEA-PIG TRACHEAS IN VITRO
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    Zhu Tienian Ling Yiling Zhao Ruijing Wang Dianhua Liu Manying Gu Zhenyong

    (Department of Pathophysiology ,the School of Basic Medical Sciences,Hebei Medical University(Shijiazhuang 050017))

    ABSTRACT:Objective To investigate the effect of peroxynitrite anion(ONOO-) on airway hyperreactivity.Methods Concentration-response curves of histamine on contraction of tracheal strips of the guinea-pig were constructed and the morphological changes of tracheal epithelial cells were observed with electron microscopy after incubation with peroxynitrite.Results The exposure of tracheal strips to peroxynitrite led to epithelial damage and hyperreactivity to histamine.Conclusion Peroxynitrite may be involved in the tracheal epithelial damage and airway hyperreactivity.
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    KEYWORDS:asthma/physiopathol;airway hyperreactivity/chem ind;nitrates/metab; grinea-pig▲

    研究表明,在体内一氧化氮(NO)与超氧阴离子()可快速反应形成氧化作用更强的过氧亚硝基阴离子(peroxynitrite anion,ONOO-),其生物学作用可介导多种细胞损伤,是NO产生病理性损伤的主要发病环节[1]。应用免疫组织化学技术证实在急性肺损伤、内毒素血症、肺缺血再灌注损伤等多种与NO和过量产生有关的病理过程中肺组织均有ONOO-产生[2]。哮喘发病过程中气道上皮细胞及多种炎细胞如嗜酸性粒细胞、中性粒细胞、巨噬细胞等活化可诱生大量NO和[3],已有报道哮喘发病过程中气道上皮细胞及其周围炎细胞均有ONOO- 产生[4]。ONOO-是否引起气道上皮细胞损伤、参与哮喘气道高反应性的形成国内外均无报道。本研究从ONOO-对离体豚鼠气管条反应性及形态学变化,探讨ONOO-介导气道上皮细胞损伤在哮喘气道高反应性形成中的可能作用。
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    1 材料和方法

    1.1 实验动物:健康Dunkin-Hartly豚鼠18只,体质量350~450 g,雌雄不拘,由河北省实验动物中心提供。

    1.2 ONOO-的合成:参照Beckman等[1]方法通过淬灭流动反应器(Quenched-Flow reactor)合成ONOO-,应用岛津UV-2201紫外分光光度计测定波长302 nm时的ONOO-浓度,-80 ℃冰箱储存备用。将ONOO-储存液于100 ℃加热5 min,制备分解的ONOO-(dec ONOO-)

    1.3 气管平滑肌条的制作:将豚鼠击头处死后,剖取气管,沿前正中线纵行切开,以每3个软骨环为一组横切制成气管条。
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    1.4 实验分组(n=9):共分6组。①ONOO-0.10 mmol/L组,②ONOO-0.25 mmol/L组,③ONOO-0.50 mmol/L组,④ONOO-1.00 mmol/L组,⑤ONOO-(1.00 mmol/L)分解产物组,⑥溶剂对照组:溶剂为与④组等pH的生理盐水。

    1.5 实验方法:将制备好的气管条悬挂于盛有6 ml Krebs液(mmol/L:NaCl 118,KCl 4.7,CaCl2 2.5,MgSO4 1.2,KH2PO4 1.2,NaHCO3 25, 葡萄糖11.1)浴槽中,37 ℃恒温,持续通95 % O2和5 %CO2混和气体。MS-302多媒体化生物信号记录分析系统记录气管条张力变化。以0.1 mmol/L组织胺预收缩气管条,于气管条恢复基础张力后,在浴槽中加入ONOO-避光孵育15 min,更换Krebs液,至肌条稳定后,用累积方法建立组织胺累积浓度-反应曲线。
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    1.6 电镜标本的留取:以同样实验条件将豚鼠离体气管条放入浴槽中,取ONOO-0.50 mmol/L组和溶剂对照组部分气管条,2.5 %戊二醛固定制片,进行扫描电镜观察。

    1.7 统计学处理:气管条的反应性以其占气管条对0.1 mmol/L组织胺预收缩反应的百分比表示,Emax为气管条的最大收缩反应;气管条反应的敏感性以pD2(-logEC50)表示,即气管条收缩达到50 %时组织胺浓度的负对数。所有数据以均数±标准差(±s)表示,用t检验判定组间的差异显著性。

    2 结 果

    2.1 ONOO-对豚鼠离体气管条反应性的影响:分解产物组与溶剂对照组比较,气管条对各浓度组织胺的反应性及敏感性(pD2)均无显著性差异(P>0.05)(图1A),见表1;结果表明ONOO-分解产物对气管条的反应性无影响,0.10 mmol/L ONOO-组未引起气管条对组织胺反应性明显增高(图1A)。ONOO-从0.25 mmol/L浓度开始与溶剂对照组比较气管条对各浓度组织胺(10-8 mmol/L,10-7 mmol/L除外)的反应性及敏感性均明显提高(P<0.05或P<0.001)(图1B),见表1。ONOO-浓度增至0.50 mmol/L时,气管条对组织胺的反应性及敏感性亦进一步增高,与溶剂对照组相比对各浓度组织胺(10-8 mmol/L除外)的反应性及敏感性均有显著性差异(P<0.05或P<0.001)(图1C),见表1。 ONOO-浓度增至1.00 mmol/L时,气管条对各浓度组织胺的反应性及敏感性较ONOO-0.50 mmol/L组增高不明显,但与溶剂对照组相比对各浓度组织胺的反应性及敏感性仍明显增高(P<0.05~P<0.001)(图1D),见表1。
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    图1 ONOO-对离体豚鼠气管反应性的影响

    Figur 1 Effect of peroxynitrite on cumulative concentration-response curve to histamine in guinea-pig tracheal strips (n=9)

    *P<0.05 **P<0.01 ***P<0.001 vs vehicle by t test

    表1 ONOO-对离体豚鼠气管条pD2和Emax反应性的影

    Table 1 Effect of ONOO- on pD2 and Emax of histamine
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    on grinea-pig tracheal strips

    (n=9,±s) Groups

    pD2(-logmol/L)

    Emax(%)

    ONOO-(0.10 mmol/L)

    5.32±0.08*

    101.4±5.9

    ONOO-(0.25 mmol/L)
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    5.33±0.13*

    121.2±11.9*

    ONOO-(0.50 mmol/L)

    5.45±0.11**

    127.3±11.1**

    ONOO-(1.00 mmol/L)

    5.55±0.10**

    128.9±11.7**

    Dec ONOO-
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    5.26±0.12

    10.17±5.8

    Vehicle

    5.22±0.08

    100.1±4.5

    * P<0.05 ** P<0.01 vs vehicle group by t test

    2.2 ONOO-对豚鼠气管上皮细胞损伤的电镜观察:气管粘膜面扫描电镜显示:溶剂对照组气管粘膜面纤毛细胞规整,且其间夹有杯状细胞,纤毛细胞游离面纤毛及杯状细胞表面微绒毛排列整齐(图2A);ONOO-组气管粘膜上皮细胞脱落,脱落的细胞可见细胞膜破裂,细胞核、细胞器及分泌颗粒等暴露(图2B)。
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    图2 过氧亚硝基阴离子对豚鼠气道上皮细胞的损伤作用

    Figure 2 Damaging effect of peroxynitrite on tracheal epithelial cells guinea-pig

    A 正常豚鼠气道上皮细胞 扫描电镜 ×5000

    Tracheal epithelial cells in vehicle group ×50000

    B ONOO-处理后气道上皮细胞 扫描电镜 ×2000

    Tracheal epithelial cells treated with peroxynitrite ×2000

    3 讨 论
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    早在本世纪50年代,Halfpenny等就对ONOO-做了较系统的纯化学研究。ONOO-是NO和迅速结合生成的,具有极强的氧化作用和明显的跨膜扩散能力,ONOO-与其质子化共轭酸ONOOH处于动态平衡,二者可泛称过氧亚硝基,并能衍生多种氧化剂。1990年Beckman等首次提出ONOO-具有生物学作用[1]。随着对NO研究的逐步深入,已有不少研究发现ONOO-是NO产生病理损伤作用的主要环节。体外研究表明,ONOO-可调节血小板的功能[5],削弱大鼠离体血管的舒张功能[6],抑制Ⅱ型肺泡上皮细胞的代谢[7],破坏并减少肺泡表面活性物质的产生[8]。在休克、缺血-再灌注损伤、败血症、肺纤维化及感染性炎症等病理过程中,均证明有ONOO-的产生,其作用也愈来愈受到重视。Saleh等新近报道,在支气管哮喘患者气道上皮及周围炎症细胞内有ONOO-的生成,并证明ONOO-生成量与哮喘患者的气道反应性成正相关[4]。作者应用豚鼠哮喘模型也证实哮喘发病过程中,气道上皮细胞及其周围炎细胞有ONOO-过量生成。
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    气道高反应性是哮喘发病的重要特征,作为气道结构细胞的气道上皮细胞既可作为效应细胞,产生和分泌各种炎症介质、细胞因子和氧自由基等,又是炎症介质的主要靶细胞[3],气道上皮细胞损伤是哮喘气道高反应性形成的主要原因。本实验研究发现,用ONOO-与离体豚鼠气管条共同孵育后,气管条的反应性及敏感性均增高,同时电镜观察有气道上皮细胞损伤、脱落,表明ONOO-所引起的气道反应性增高可能与ONOO-所介导的气道上皮细胞损伤有关。因为气道上皮细胞受损后,其屏障功能丧失,气道粘膜下神经末梢暴露,使气道易于受刺激引起气道平滑肌收缩;气道上皮细胞功能受损妨碍其生成舒张气道平滑肌的介质和降解收缩气道平滑肌的介质,使气道反应性增高。据此推测在哮喘发病过程中,过量产生的NO与炎细胞产生的快速生成ONOO-,可能通过介导气道上皮细胞的损伤参与哮喘气道高反应性的形成。提示从防止NO、和ONOO-的大量生成入手,以及应用相应的清除剂,将为哮喘的防治提供新的对策。关于ONOO-通过何种机制介导气道上皮细胞损伤参与哮喘气道高反应的形成,有待于进一步研究。■
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    参考文献:

    [1]Beckmann JS,Beckmann TW,Chen J,et al.Apparent hydroxyl radial production by peroxynitrite: implications for endothelial injury from nitric oxide and superoxide. Proc Natl Acad Sci USA,1990,87(4):1620

    [2]Muijsers RBR,Folkerts G, Henricks PAJ,et al.Peroxynitrite:a two-faced metabolite of nitric oxide. Life Sciences,1997,60(21):1833

    [3]Polito AJ,Proud D.Epithelial cells as regulators of airway inflammation.J Allergy Clin Immunol,1998,102(5):714
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    [4]Saleh D,Ernst P,Lim S,et al.Increased formation of the potent oxidant peroxynitrite in the airways of asthmatic patients is associated with induction of nitric oxide synthase:effect of inhaled glucocorticoid. FASEB J,1998,12(11):929

    [5]Angeles-Moro MA, Darley-Usmar VM,Goodwin DA,et al.Paradoxical fate and biological action of peroxynitrite on human platelets.Proc Natl Acad Sci USA,1994,91:(14)6702

    [6]Villa LM,Salas E,Darley-Usmar VM,et al. Peroxynitrite induces both vasodilation and impaired vascular relaxation in the isolated perfused rat heart.Proc Natl Acad Sci USA,1994,91(26):12383
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    [7]Matalon S,Hu P,Ischiropoulos H,et al.Peroxynitrite inhibition of oxygen consumption and ion transport in alveolar type Ⅱ pneumocytes.Chest,1994,105(suppl):74s

    [8]Haddad IY, Ischiropoulos H, Holm BA, et al. Mechanisms of peroxynitrite-indued injury to pulmonary surfactants.Am J Physiol,1993,265(6ptl):L555

    收稿日期:1999-04-08, 百拇医药