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编号:10271801
尼古丁对中性粒细胞活化及细胞间粘附分子基因表达的影响
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 2000年第9期
     作者:周卫辉 陈祥银 余丽君 赵青 严仪昭

    单位:(中国医学科学院 中国协和医科大学 基础医学研究所病理生理室, 北京 100005)

    关键词:烟碱;中性白细胞;细胞粘附;细胞粘着分子

    中国病理生理杂志000903

    [摘要] 目的:观察尼古丁对中性粒细胞(PMNs)的活化,PMNs与内皮细胞的粘附及内皮细胞表达ICAM-1 mRNA,有助于阐明尼古丁在慢性阻塞性肺疾患(COPD)炎症发病中的作用。方法: 测定 β-葡萄糖醛酸苷酶及溶菌酶活性,以反映PMNs的活化;培养人脐静脉内皮细胞,观察PMNs与内皮细胞的粘附;制备探针,提取总RNA,Northern杂交测细胞间粘附分子-1(ICAM-1) mRNA。结果: 尼古丁可活化PMNs,增加PMNs-内皮细胞粘附;增强ICAM-1 mRNA表达,764-3可明显抑制尼古丁的上述作用。结论: 尼古丁通过活化PMNs,促进PMNs-内皮细胞粘附,在COPD慢性炎症发病中起重要作用。而这种粘附作用的增加与粘附分子表达增强有关;抑制尼古丁的上述作用可能是764-3抗炎作用的部分机理。
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    [中图分类号] R971.+91 ; R929.2; R392.11 [文献标识码] A

    [文章编号] 1000-4718(2000)09-0779-04

    Effects of nicotine on activation of PMNs and the ICAM-1 mRNA

    expression of HUVEC

    ZHOU Wei-hui, CHEN Xiang-yin,YU Li-jun,ZHAO Qing,YAN Yi-zhao

    (Department of Pathophysiology, Institute of Basic Medical Sciences,CAMS and PUMC,Beijing 100005, China)
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    [Abstract] AIM: To investigate the effects of nicotine on activation of PMNs, adhesion of PMNs-HUVEC and expression of ICAM-1 mRNA in HUVEC. METHODS: Activation of PMNs was measured by detecting the activity of β-glucuronidase and lysozym of PMNs. Adhesion of PMNs and HUVEC was observed. Northern blot was conducted for quantitating ICAM-1 mRNA. RESULTS: Nicotine could increase the activity of β-g [(8.76±1.01) μg/107.h vs (14.87±2.00) μg/107.h, P<0.05] and Lysozym [(20.0±1.5) μg/107.h vs (36.5±4.4) μg/107.h,P<0.05], and also could promote adhesion of PMNs-HUVEC(38.5±9.8 vs 61.0±4.4,P<0.05). The expression of ICAM-1 mRNA was induced by nicotine in dose-dependent fashion (10-5-10-3mol/L).After a 2 h treatment of HUVEC with nicontine(10-4mol/L), the level of ICAM-1 mRNA is above the control(1.23 vs 1.63) and the highest level (2.03) is at a 12 h treatment. 764-3 can obviously counteract the above effect of nicotine. CONCLUSIONS: Nicotine could activate PMNs, enhance adhesion of PMNs-HUVEC and increase the expression of ICAM-1 mRNA in HUVEC.
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    [MeSH] Nicotine;Neutrophils ; Cell adhesion; Cell adhesion molecules

    炎症是最常见的病理过程之一,是许多疾病的重要组成部分,而白细胞向血管外迁移、局部聚集和活化是炎症早期的最主要病理变化,其中白细胞迁移又与血管内皮细胞的粘附分子异常表达密切相关。慢性阻塞性肺疾患(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是临床常见病,其发病机理尚未完全阐明,但其本质也是一种慢性炎症。COPD的主要病因有吸烟、空气污染和感染等,其中以吸烟最为重要[1] ,而尼古丁为吸烟烟雾中最主要的成分之一[2]。本文的目的是通过观察尼古丁对中性粒细胞的活化、中性粒细胞(polymorphonuclear neutrophils,PMNs)与内皮细胞粘附及内皮细胞表达细胞间粘附分子的影响,为阐明COPD的发病机制提供实验资料。同时观察从丹参中提取的单体764-3对尼古丁作用的影响,为阐明764-3的抗炎作用机理及寻找防治COPD的药物提供实验依据。
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    材 料 和 方 法

    一、人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)的培养

    取健康产妇的婴儿脐带(长约20 cm以上),于脐带保鲜液中,4℃存放不超过8 h。用0.1%的胶原酶注入脐静脉温育15 min,收集消化液离心1 000 r/min 10 min,弃上清,用含内皮细胞生长因子2 mg%和20%胎牛血清的M199培养液重悬细胞。依据细胞形态和Ⅷ因子相关抗原免疫组化染色确定为内皮细胞,台盼蓝拒染法检测细胞存活率>95%,计数细胞并以1×108/L的细胞密度接种到塑料培养瓶中,在37℃和5% CO2 的培养箱中培养。于细胞生长融合后用0.125%胰酶/0.02%EDTA消化细胞,传代培养至2~3代用于实验。

    二、PMNs活化的测定
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    按本室以往报道的方法[3],给大鼠腹腔注入糖原,收集大鼠腹腔PMNs,调至1010/L备用。实验分为4组,即对照组、尼古丁250 mg/L刺激组、尼古丁500 mg/L刺激组和尼古丁500 mg/L加764-3 20 mg/L治疗组。将不同剂量的尼古丁加入PMNs细胞悬液中,37℃孵育30 min或先加入764-3孵育30 min再加入尼古丁,离心取上清测定β-葡萄糖醛酸苷酶(β-g) 及溶菌酶活性,以反映PMNs的活化。

    三、中性粒细胞与血管内皮细胞粘附的测定[4]

    将脐静脉内皮细胞传代接种于24孔板(105个/孔),培养至近融合后加入PMNs 1×106/孔,37 ℃孵育60 min,吸去上清并用培养液洗孔两次,合并清洗液与上清,计数未粘附的细胞数以求出粘附的细胞数。

, 百拇医药     四、内皮细胞细胞间粘附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1) mRNA的测定

    (一) cDNA探针片段的制备和鉴定 含编码人ICAM-1片段的pGEM 4Z重组质粒由美国Shaun Sparacio博士惠赠,cDNA片段长度为489 bp,酶切位点为Sac I和Kpn I。含编码人三磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase ,GAPDH)片段的PTRI重组质粒酶切位点为Sac I和 BamH I,cDNA片段长度为316 bp。重组质粒转化受体菌,扩增及提取质粒,酶切和PEG8000法回收并纯化cDNA片段,最后进行琼脂糖凝胶电泳鉴定ICAM-1和GAPDH cDNA。

    (二) 总RNA提取 用TRIZOL试剂(LTI公司)一步法提取内皮细胞的总RNA,溶于适量DEPC处理的水中,紫外分光光度计测定OD260/OD280值在1.6~1.8,符合TRIZOL说明书的要求。经1%琼脂糖甲醛变性凝胶电泳分离总RNA,可见28S和18S条带清晰,表明RNA未被降解。
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    (三) Northern 印迹杂交 总RNA 变性后上样,每道上样量为12 μg。1%琼脂糖甲醛变性凝胶电泳4 h,用20×SSC将RNA转移至阳离子尼龙膜上,紫外交联。用[α-32P] dCTP随机引物法标记cDNA探针,用Clontech公司的expresshyb hybrization solution进行预杂交和杂交,再经洗膜和放射自显影得到杂交图象。用标记的GAPDH cDNA片段探针在同一张膜上进行2次杂交。最后用激光光密度仪进行灰度扫描确定杂交区带的光密度积分面积值以代表mRNA水平,并用GAPDH校正ICAM-1 mRNA 的灰度。

    五、数据分析方法

    实验数据以均数±标准差(±s)表示,均数差别显著性测定用t检验。

    结 果
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    一、尼古丁对中性粒细胞活化的作用

    结果见表1,由表可见尼古丁可活化PMNs,且有剂量依赖作用。764-3可抑制尼古丁对PMNs的活化。

    表1 尼古丁对PMNs活化的影响

    Tab 1 Effects of nicotine on activation of PMNs(n=6) Group

    β-g activity

    (μg/107*h)

    Lysozym activity

    (μg/107*h)

    Control
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    8.76±1.01

    20.00±1.50

    Nicotine 250 mg/L

    14.87±2.00*

    36.50±4.40*

    Nicotine 500 mg/L

    26.01±3.87*

    47.00±5.80*

    Nicotine 500+764-3

    17.62±4.10
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    38.90±6.60

    *P<0.05 vs control group;P<0.05 vs nicotine 500 mg/L group.

    二、尼古丁对中性粒细胞和内皮细胞粘附的作用

    结果见表2,由表可见尼古丁可促进PMNs与内皮细胞的粘附,而764-3可抑制尼古丁的作用。表2 尼古丁对PMNs和HUVEC粘附的影响

    Tab 2 Effects of nicotine on adhesion of PMNs

    and HUVEC(n=13) Group

    Adhesive PMNs×104
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    Control

    38.5±9.8

    Nicotine 500 mg/L

    61.0±4.4*

    764-3 20 mg/L

    36.5±5.4

    Nicotine 500 +764-3

    31.5±7.8

    *P<0.05 vs control group;P<0.05 vs nicotine 500 mg/L group.
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    三、尼古丁对内皮细胞表达ICAM-1的影响

    分别观察了尼古丁不同浓度和作用不同时间对脐静脉内皮细胞ICAM-1 mRNA 表达的影响。结果见表3和表4,由表3可见尼古丁作用2 h ICAM-1 mRNA的表达即开始增加,至12 h达高峰,24 h与48 h仍在较高水平。由表4可见随着尼古丁剂量的增加ICAM-1 mRNA的表达也增加,有剂量依赖的趋势。

    表3 尼古丁作用不同时间对HUVEC ICAM-1 mRNA 表达的影响

    Tab 3 Effect of nicotine in different time on the expression of ICAM-1 mRNA of HUVEC

    Control

    2h
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    6h

    12 h

    24h

    48h

    ICAM-1/GAPDH

    1.23

    1.63

    1.44

    2.03

    1.45

    1.48

    ICAM-1

    2.68
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    5.76

    4.68

    6.33

    4.88

    4.21

    GAPDH

    2.18

    3.35

    3.25

    3.12

    3.16

    2.84

    Concentration of nicotine is 10-4 mol/L.表4 不同浓度的尼古丁对HUVEC ICAM-1
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    mRNA 表达的影响

    Tab 4 Effect of different concentration of nicotine

    on the expression of ICAM-1 mRNA of HUVEC

    Control

    nicotine

    10-5mol/L

    nicotine

    10-4mol/L

    nicotine

    10-3mol/L
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    ICAM-1/GAPDH

    1.23

    1.09

    2.03

    2.33

    ICAM-1

    2.68

    3.42

    6.33

    6.04

    GAPDH

    2.18

    3.14
, 百拇医药
    3.12

    2.59

    Cell was incubated with nicotine for 12 h.讨 论

    COPD是慢性炎症性疾病,吸烟是重要病因。有资料表明,炎性细胞活化、聚集以及炎性细胞-内皮细胞粘附在其发病中起重要作用。尼古丁是烟草中的主要有害物质之一,观察它对PMNs活化及PMNs-内皮细胞粘附的影响,有助于阐明COPD的发病机理。

    本实验观察到尼古丁可促进PMNS和内皮细胞粘附。提示尼古丁可能具有促使中性粒细胞由血管内向血管外迁移的作用,从而引起大量的PMNs在特定的部位聚集。β-g和溶菌酶是PMN内溶酶体所包含的两种酶,其活性的高低可反映PMNs的活化程度。本文观察到尼古丁引起β-g和溶菌酶活性增强,说明尼古丁可活化PMNs。已有不少资料表明活化的PMNs可通过释放溶酶体酶、花生四烯酸以及活性氧而作用于弹性蛋白、胶原蛋白等引起组织损伤。因此本实验结果表明尼古丁可能通过促进中性粒细胞浸润、活化和释放各种炎症介质,而在COPD慢性炎症发病中起重要作用。
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    细胞-细胞间的粘附依赖于细胞表面多种粘附分子的作用,细胞类型不同起主要作用的粘附分子也不同,在中性粒细胞与内皮细胞的粘附过程中起主要作用的是ICAM-1和其配体LFA-1(淋巴细胞相关抗原-1)[5],在正常情况下内皮细胞只低表达ICAM-1。本实验观察到尼古丁可增加ICAM-1 mRNA表达,且呈时间与剂量依赖的趋势,提示尼古丁促进PMNs与内皮细胞粘附的机制可能与尼古丁增加ICAM-1表达有关。

    764-3是从中药丹参中提取出的单体,以往的资料表明764-3具有显著的抗炎作用[6]。本文的结果表明764-3可对抗尼古丁引起的PMNs与内皮细胞粘附,以及PMNs的活化,提示上述作用可能是其抗炎作用的部分机制。因此764-3可能对吸烟引起的COPD具有一定的防治作用。

    [基金项目] 九五国家攻关项目 (No.96-906-02-03)

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    [1] Higgins M. Risk factors associated with COPD[J]. Ann N Y Acad Sci,1991,624:7-17.

    [2] Suzuli N, Ishii Y, Kitamura S ,et al. Effects of Nicotine on Production of Endothelin and Eicosanoid by Bovine Pulmonary Artery Endothelial Cells[J]. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids, 1994,50:193-197.

    [3] 陈祥银,严仪昭,西品香,等. 多形核白细胞释放溶酶体酶的实验研究[J]. 中国医学科学院学报, 1986,8:13-18.
, 百拇医药
    [4] 钱冠清,刘会齐,赵永革. ICAM-1在缺氧与再氧化引起的白细胞与内皮细胞粘附中的作用[J].中国医学科学院学报, 1999,21:130-134.

    [5] Clayton Aled, Evans RA, Pettit E, et al. Cellular activation through the ligation of intercellular adhesion molecule-1[J]. J Cell Sci, 1998,111:443-453.

    [6] 陈祥银,刘其光,西品香,等.764-3对实验性炎症的保护作用[J].中国医学科学院学报, 1992,14:95-100.

    [收稿日期] 1999-09-22 [修回日期] 2000-01-05, http://www.100md.com