IL-1RA对COPD模型大鼠气道炎症和气道重塑的保护作用

刘菁 魏风芹 赵伟业

[摘要] 目的 探讨白细胞介素1受体拮抗剂（IL-1RA）对慢性阻塞性肺疾病（COPD）模型大鼠气道炎症和气道重塑的保护作用。 方法 采用烟熏加气管内注射脂多糖（LPS）对30只Wistar大鼠造模，并采用随机数字表法将其分为对照组、甲泼尼龙治疗组、IL-1RA治疗组，每组10只。于第20天开始对各组大鼠连续干预20 d，其中对照组注射生理盐水0.5 mg/（kg·d），甲泼尼龙治疗组注射甲泼尼龙0.5 mg/（kg·d），IL-1RA治疗组皮下注射IL-lRA 100 pg/只。观察各组大鼠外观、测量血气，进行肺组织病理学检查并计算平均肺泡数（MAN）和肺平均内衬间隔（MLI）;采用酶联免疫吸附试验检测各组大鼠支气管肺泡灌洗液（BALF）中高迁移率族蛋白B1（HMGB1）含量;采用Western blot法检测各组大鼠肺组织中HMGB1的表达。 结果 治疗后，三组大鼠MAN、MLI比较，差异有统计学意义（P < 0.05），其中IL-1RA治疗组MAN大于甲泼尼龙治疗组和对照组（P < 0.05），且其MLI明显小于甲泼尼龙治疗组和对照组（P < 0.05）。三组大鼠BALF和肺组织中HMGB1表达量比较，差异有统计学意义（P < 0.05），其中IL-1RA治疗组BALF中HMGB1表達量低于甲泼尼龙治疗组和对照组（P < 0.05）;且其肺组织中HMGB1表达量低于甲泼尼龙治疗组和对照组（P < 0.05）。 结论 IL-RA可以降低COPD大鼠模型肺组织和肺泡中HMGB1的表达，降低大鼠气道炎症，改善大鼠血气功能，对气道重塑具有保护作用。

[关键词] 慢性阻塞性肺疾病;白细胞介素1受体拮抗剂;高迁移率族蛋白B1;炎症;气道重塑

[中图分类号] R563.9          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）08（b）-0021-05

[Abstract] Objective To investigate the protective effect of interleukin-1 receptor antagonist （IL-1RA） on airway inflammation and airway remodeling in rats with chronic obstructive pulmonary disease （COPD）. Methods Thirty Wistar rats were induced by smoking and intratracheal injection of lipopolysaccharide （LPS）. They were divided into control group， methylprednisolone treatment group and IL-1RA treatment group according to random number table method， with 10 rats in each group. Rats in each group were continuously intervened for 20 days starting on the 20th day. The control group was injected with 0.5 mg/（kg·d） saline， the methylprednisolone treatment group was injected with 0.5 mg/（kg·d） methylprednisolone， and the IL-1RA treatment group was subcutaneously injected with IL-lRA l00 pg per rat. The appearance of rats in each group was observed， blood gas was measured， lung histopathological examination was carried out， and mean alveolar number （MAN） and mean lining interval （MLI） were calculated. The content of High mobility group protein B1 （HMGB1） in bronchoalveolar lavage fluid （BALF） of rats in each group was detected by enzyme-linked immunosorbent assay， and the expression of HMGB1 in lung tissue of rats in each group was detected by Western blot. Results After treatment， there were significant differences in MAN and MLI among the three groups （P < 0.05）. MAN in IL-1RA group was higher than that in methylprednisolone group and control group （P < 0.05）， and MLI in IL-1RA group was significantly lower than that in methylprednisolone group and control group （P < 0.05）. The expression of HMGB1 in BALF and lung tissue of three groups was significantly different （P < 0.05）. The expression of HMGB1 in BALF of IL-1RA group was lower than that of methylprednisolone group and control group （P < 0.05）， and the expression of HMGB1 in lung tissue was lower than that of methylprednisolone group and control group （P < 0.05）. Conclusion IL-RA can reduce the expression of HMGB1 in lung tissue and alveoli of COPD rats， reduce airway inflammation， improve blood gas function and protect airway remodeling.

[Key words] Chronic obstructive pulmonary disease; Interleukin-1 receptor antagonist; High mobility group protein B1; Inflammation; Airway remodeling

慢性阻塞性肺疾病（COPD）在40岁以上人群中发病率高达10%左右[1]。大多数COPD患者多合并其他慢性疾病，这导致COPD患者死亡率较高[2]。目前认为持续性气流受限为COPD的特征表现，而气道炎症和气道重塑是疾病发生、发展的病理生理学基础[3]。COPD发病涉及多种复杂机制，白细胞介素-1（IL-1）家族在炎症和气道重塑中发挥着重要作用[4]。白细胞介素1受体拮抗剂（IL-1RA）作为IL-1的天然拮抗剂越来越受到重视，然而IL-1RA能否改善COPD患者的气道炎症和气道重塑情况仍未完全明确[5]。高迁移率族蛋白B1（HMGB1）是巨噬细胞释放的核蛋白，已经证实其在COPD晚期炎性反应中发挥着巨大作用[6]。本研究通过观察IL-1RA治疗后COPD模型大鼠氣道的和气管中HMGB1变化探索IL-1RA的保护作用，以期明确IL-1R对大鼠气道炎症和气道重塑效果，为临床治疗和药物研发提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

重组大鼠白介素1受体拮抗剂（ProSpec-Tany公司，批号：CYT-152）;HMGB1检测试剂盒（Mabtech公司），泰山（宏图）软包香烟（山东中烟工业公司）。其他试剂来自市售分析纯。

有机玻璃熏箱（北京呼吸病研究所）;ZS-2型板式酶标仪（南昌高腾科技有限公司）;OLYMPUS-CH显微镜;OLYMPUS-BH2显微照相仪;OLYMPUS图像分析仪。

1.2 分组及干预方法

选取Wistar雄性大鼠30只[购自青岛大学医学院（以下简称“我院”）实验动物中心，实验动物使用许可证号：SYXK（鲁）20150003]。适应喂养7 d，采用随机数字表法将其分为对照组、甲泼尼龙治疗组、IL-1RA治疗组，每组10只。模型构建：于第1、14天向大鼠气管内分2次滴注0.1%的脂多糖溶液200 μL;于第2～13天、第15～40天给与大鼠被动吸烟方法：有机玻璃箱内同时熏香烟2支，自然熄灭后再换2支，每次10支，保持箱内气压与外界相等，间隔4 h后再重复上述烟熏1次[7]。本研究经我院实验动物伦理委员会审核。

于第20天开始对各组大鼠采用下列干预方法：①对照组注射生理盐水0.5 mg/（kg·d），连续20 d;②甲泼尼龙治疗组注射甲泼尼龙0.5 mg/（kg·d），连续20 d;③IL-1RA治疗组皮下注射IL-1RA l00 pg/只，连续20 d。完成上述干预后，次日观察各组动物的一般情况。

1.3 血气和支气管肺泡灌洗液检查

大鼠腹腔注射麻醉后，抽取0.5 mL动脉血检测血气。后暴露心肺，生理盐水分3次注入大鼠左肺组织，每次注入量分别为4、3、2 mL，于气道内反复注入回抽3次，灌洗后立即回收，回收率>85%，将支气管肺泡灌洗液（BALF）置离心管中，4℃贮存，1 h内离心。

1.4 肺组织病理学检测

分离大鼠肺脏组织，冲洗后取左肺中叶组织，HE染色。应用显微-微机图像处理系统，10倍物镜下沿切片最大横径和最大纵径，测量平均肺泡数（MAN）和肺泡平均内衬间隔（MLI）。其中，MAN=视野内肺泡数÷视野面积;MLI=视野正中划“+”字交叉线长度÷与“+”字相交肺泡隔数，以MLI反映肺泡的平均直径。

1.5 HMGB1检测

采用Western blot法检测各组大鼠肺组织中HMGBl的表达，使用Image J软件分析其差异。按酶联免疫吸附试验（ELSIA）检测试剂盒操作说明对BALF中HMGB1进行检测。

1.6 统计学方法

采用SPSS 22.0统计学软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（x±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，两组间比较采用LSD检验，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组大鼠外观及肺组织病理学比较

造模后，IL-1RA治疗组大鼠体重（193.73±6.52）g、甲泼尼龙治疗组大鼠体重（192.57±8.72）g、对照组（189.64±7.25）g，三组大鼠体重比较，差异无统计学意义（F = 2.714，P > 0.05）。此外，对照组大鼠较其他两组毛发更灰暗，自发活动减少。

对照组大鼠支气管黏膜上皮细胞紊乱、减少，纤毛粘连，杯状细胞增生，可见支气管血管平滑肌增生，周围见中性粒细胞和淋巴细胞浸润，肺泡壁变薄，部分存在断裂、融合，肺泡直径增大，肺大泡显而易见，肺泡内存在红细胞、渗出物和坏死上皮，存在COPD特征性病理学特征，提示造模成功。IL-1RA治疗组和甲泼尼龙治疗组中大鼠镜下仍有上述COPD特征病理改变，但两组大鼠的支气管黏膜坏死、杯状细胞增生、炎症细胞浸润、肺泡腔内脱落坏死渗出物较对照组明显减少。见图1。

2.2 各组大鼠内平均肺泡数和肺平均内衬间隔比较

三组MAN、MLI比较，差异有统计学意义（P < 0.05）。其中IL-1RA治疗组MAN大于甲泼尼龙治疗组和对照组（P < 0.05），甲泼尼龙治疗组大于对照组（P < 0.05）;IL-1RA治疗组MLI明显小于甲泼尼龙治疗组和对照组（P < 0.05），甲泼尼龙治疗组小于对照组（P < 0.05）。见表1。

2.3 各组大鼠动脉血气结果比较

三组pH、PaO2、PaCO2比较，差异有统计学意义（P < 0.05）。其中，各组pH两两比较，差异均无统计学意义（P > 0.05）;IL-1RA治疗组PaO2高于甲泼尼龙治疗组和对照组（P < 0.05），甲泼尼龙治疗组高于对照组（P < 0.05）;IL-1RA治疗组PaCO2低于甲泼尼龙治疗组和对照组（P < 0.05），甲泼尼龙治疗组低于对照组（P < 0.05）。见表2。

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（收稿日期：2019-01-21  本文編辑：王   蕾）