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背景:失血性休克可导致急性肺损伤(acute lung injury,ALI),甚至引起多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome,MODS)。Toll样受体是一组具有重要免疫活性的跨膜蛋白,通过其结构域TIR.(Toll-IL-1R)激活细胞内信号传导通路,诱导细胞激活,调控细胞因子表达。有研究认为Toll样受体4(toll-likereceptor 4,TL,R4)与失血性休克的发生发展及转归有一定的关系。TLR4基因突变小鼠(C3H/HeJ品系)与野生型小鼠(CBA)是两种除TLR4基因外,遗传背景相同的小鼠;我们通过复制TLR4基因遗传背景不同小鼠的失血性休克模型,研究不同TLR4基因遗传背景小鼠急性肺损伤的差异,探讨TLR4与ALI发病机制之间的关系,为临床预测及治疗ALI提供理论依据。
材料与方法:TLR4基因突变小鼠与CBA小鼠(均由中科院上海实验动物中心提供)40只,2~3周龄,体重18~20 g。动物依TLR4基因遗传背景不同分为TLR4基因突变组和野生型(CBA)两组,每组20只。各组再按观察点分为0、1、2、4及6 h 5个亚组,每个亚组4只动物。小鼠失血性休克模型参照文献改进。小鼠称重后,按100 mL,/kg吸人异氟醚(RHONE POULENC CHEMICALS公司)麻醉1 min。待小鼠四肢完全松弛后,用肝素抗凝的0.45×16型号皮试针通过心腔穿刺,在60s采取30%全血容量,使平均动脉压从80 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)降至40 mmHg,并能维持2h以上,且死亡率<10%。动物模型复制成功后,按0、1、2、4及6h相继处死,组织病理标本取材后用4%多聚甲醛固定,石蜡包埋。每例蜡块连续切片3张,厚5 μ m,HE染色;显微镜下双盲观察。肺组织NF—k B的水平采用凝胶电迁移法(EMSA)测定,试剂盒由Promega公司提供,应用Bandlead软件对电泳条带进行半定量分析。肺组织TLR4 mRNA的表达水平通过逆转录—聚合酶链反应(RT-PCR)半定量方法检测;试剂盒由Promega公司提供,并严格按说明书进行操作。TLR4上游引物:5-GGTCAAGGAACAGAAGCAGTTCTTG-3,下游引物:5-FCAAGGACAATGAAGATGATGCCAG-3;内参物(GAPDH)上游引物:5-CCATGTTCGTCATGGGTGFGAACCA-3,下游引物:5-GCCAGTAGAGGCAGGGATGATGTTC-3扩增后的片段长度分别为540 bp和251 bp。
结果:病理学变化:基因突变小鼠肺组织未见明显病理改变,仅在6小时有少量中性粒细胞浸润、红细胞渗出,未见明显肺间质水肿;而野生型小鼠肺组织在6小时有较多中性粒细胞浸润、红细胞渗出,伴有肺间质水肿增宽,间质毛细血管扩张,血管内可见大量中性粒细胞滞留,肺组织损伤较基因突变小鼠明显加重。TLR4 mRNA的表达:基因突变型小鼠TLR4 mRNA在失血性休克后0、1、2、4和6小时表达未见明显变化;野生型小鼠TLR4 mRNA在失血性休克后2、4和6小时表达增加,4小时达到高峰,6小时略有下降。基因突变型和野生型小鼠TLR4mgNA在2、4和6小时表达之间有显著性差异。
NF-κB的活性水平:基因突变型小鼠NF-κ B在失血性休克后0、1、2、4和6小时活性水平未见明显变化。野生型小鼠NF-κ B在失血性休克后1和2小时活性显著增加,1小时达到高峰,2小时略有下降。基因突变型和野生型小鼠NF-κ B活性水平在1和2小时之间有显著性差异。
结论:通过比较野生型小鼠和TLR4基因突变小鼠肺组织中TLR4 mRNA的表达、NF-κ B的活性和病理学改变,我们发现TLR4在单纯性失血性休克所致急性炎症反应这一病理过程中可能起关键作用,为临床研究急性肺损伤的发病机制及制定与之相应的防治策略提供理论依据。虽然本实验结果显示TLR4可能是介导失血性休克所致急性炎症反应损伤的重要扳机点,但并不一定是决定急性肺损伤的唯一因素。我们只观察了失血性休克6小时内肺TLR4表达的变化,尚不清楚更长时间后TLR4的变化规律。单纯性失血性休克刺激后TLR4升高增强了机体的天然免疫力,提高了机体对急性炎症的应激能力,对机体具有保护作用,但过度表达的TLR4可能导致组织、器官结构和功能的损害。而且野生型小鼠在失血性休克后TLR4 mRNA表达增高,这样可以较好地解释临床工作中失血性休克患者对草兰氏阴性杆菌易感性增加的原因。