高氧性肺损伤中MAPK信号途径的表达及其作用机制

【摘要】  目的： 探讨丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路三亚族ERK，p38，JNK在大鼠高氧性肺损伤动物模型中的表达及作用. 方法： 24只3周龄Wistar大鼠随机分成4组：空气对照组和高氧暴露3，7和14 d组，每组动物6只. 高氧暴露组置于常压高氧仓中（O2≥95％），空气对照组置于常压空气中（O2=21％）. 光镜下观察肺组织病改变，采用二步法免疫组化检测磷酸化ERK，p38，JNK在肺组织中的分布. Western Blot检测磷酸化MAPK蛋白表达变化. 结果： 高氧暴露3，7 d组出现急性肺损伤的典型病理学特征，高氧暴露14 d组肺间质及纤维细胞增生明显. 免疫组化显示空气对照组仅肺泡上皮细胞及气道上皮细胞见少量磷酸化 ERK，p38，JNK阳性表达，高氧暴露组则阳性细胞明显增多，广泛分布于肺内细胞中：肺泡上皮细胞、气道上皮细胞、胸膜间皮细胞、浸润炎细胞及间质纤维细胞, p38阳性表达尤多见于炎性细胞中. Western Blot 显示高氧暴露组较空气对照组磷酸化蛋白表达明显增强，ERK，JNK高氧暴露7 d组表达最强（P<0.05）， p38在高氧暴露14 d组表达最为明显（P<0.05）. 结论： 高浓度氧可激活MAPK信号途径，磷酸化ERK，p38，JNK在高氧损伤肺组织表达明显增加，MAPK三亚族ERK，p38，JNK活性变化在时间上并不具有同步性.

【关键词】  高氧症；急性病；肺/损伤；MAP激酶信号系统；ROS

　　氧疗是新生儿呼吸窘迫综合症的有效方法之一，但长时间暴露在高氧状态下会导致肺上皮细胞死亡、急性肺损伤甚至呼吸功能衰竭［1］. 尽管高氧介导的肺损伤机制目前尚不完全清楚，但已经证实丝裂原活化蛋白激酶 (mitogen activated protein kinases, MAPK)信号转导途径与多种氧化应激性疾病密切相关［2-3］. 我们以幼年Wistar 大鼠为研究对象，复制高氧肺损伤动物模型，观察MAPK信号通路中3个主要亚族成员细胞外信号调节蛋白激酶（extracellular?signal regulated protein kinase, ERK），c?Jun氨基末端激酶/应激激活的蛋白激酶（JNK/SAPK）,p38激酶在不同高氧暴露时间段肺组织的分布以及蛋白表达，并分析MAPK信号转导途径与高氧肺损伤的关系.

　　1材料和方法

　　1.1材料

　　3周龄Wistar大鼠24只（40~50 g），由重庆医科大学动物中心提供.  phospho?p44/p42, phospho?p38, phospho?SAPK/JNK兔多克隆抗体购自美国Cell Signaling Technology公司；GAPDH mAb为上海康成生物工程有限公司产品；powervisionTM two?step 免疫组化检测试剂盒以及HRP标记山羊抗兔IgG为北京中杉金桥生物技术有限公司产品；BCA蛋白定量检测试剂盒购自上海生工生物工程有限公司；PVDF膜为Bio?Rad产品；ECL化学发光试剂盒(Super Signal West Pico Chemiluminescentsubstrate)购自美国Pierce化学品公司.

　　1.2方法

　　1.2.1动物分组及高氧模型制备

　　采用随机图标法将24只大鼠分为4组：空气对照组，高氧暴露3,7和14 d组. 高氧暴露组置于有机玻璃氧仓中，连续行氧浓度监测，保证O2≥95%；空气对照组置于同室空气中（O2=21%）. 各组环境温度控制在21℃~25℃，湿度50%～60%, 并于每日09：00开箱10 min，清洁有机玻璃氧仓，添加饲料及饮水.

　　1.2.2标本采集

　　以35 mL/L水合氯醛（10 mL/kg）腹腔麻醉，开胸，结扎右中肺. 剪左心耳，于右心室注入含肝素的生理盐水灌洗肺循环血管，直到左心房流出的液体清亮为止，分离心、肺. 滤纸吸干水分，右中肺经40 g/L多聚甲醛固定，石蜡包埋，5 μm切片，HE染色，光镜下检查肺组织病理变化；同时行免疫组化检测肺组织磷酸化MAPK抗体的分布，其余部分置于-70℃冰箱保存，行phospho?p44/p42， p38，SAPK/JNK Western Blot 检测.
 
　　1.2.3二步法免疫组化检测

　　MAPK在肺组织中的分布切片脱蜡至水，30 mL/L H2O2 封闭内源性过氧化物酶5～10 min，热修复抗原，血清封闭20 min，滴加一抗，分别为磷酸化ERK多克隆抗体（1∶250），磷酸化p38多克隆抗体（1∶1000），磷酸化JNK多克隆抗体（1∶100），4℃过夜. 二抗为HRP标记山羊抗兔IgG（1∶1000），37℃ 20 min孵育. DAB显色，苏木素轻度复染，脱水，透明，封片.  结果判断： 胞核和/或胞质呈现棕黄色为阳性细胞.

　　1.2.4肺组织胞浆蛋白提取和定量

　　滴加液氮于研钵粉碎组织块，加入改良RIPA缓冲液（Tris? HCl 50 mmol/L，NaCl 150 mmol/L, EDTA 1 mmol/L, NaF50 mmol/L, Na4P2O7 2.5 mmol/L，Na3VO4 1 mmol/L，Triton X?100 10 mL/L，甘油 100 mL/L，SDS 1 g/L，脱氧胆酸钠5 g/L，leupetin 100 umol/L，PMSF 1 mmol/L. 每100 mg组织加入0.5 mL RIPA裂解液，充分匀浆，冰浴作用30 min, 4℃ 12 879 g离心30 min. 此操作过程均在冰上进行以防止蛋白降解. 取上层液体-20℃保存. 用BCA比色法测定蛋白质浓度.

　　1.2.5磷酸化ERK，p38，JNK蛋白含量检测

　　用Western Blot 方法，制备12%分离胶以及5％积层胶，取待测蛋白50 μg加样，SDS?PAGE电泳后100 V  4℃转移至PVDF膜上，50 g/L脱脂牛奶常温下封闭1 h，分别滴加一抗phospho?p44/p42，phospho?p38，phospho?SAPK/JNK（均1∶1000 ）4℃孵育过夜，辣根过氧化酶标记的二抗（1∶2500）常温孵育1 h，ECL 化学发光曝光5 min，用Quantity one ChemiDocXRS图像采集系统及分析软件（美国Bio?Rad公司）对蛋白条带进行分析处理,蛋白含量用目的条带校正容积（ Adj volume）/GAPDH校正容积（Adj volume）表示.

　　统计学处理： 计量数据以x±s表示，采用SPSS 11.5 分析软件多组间比较用单因素方差分析，两两组间差别比较采用LSD?t检验，P＜0.05为差异有统计学意义.

　　2结果

　　2.1肺组织病理学观察

　　空气对照组肺组织肉眼观无明显异常. 高氧暴露3和7 d组肺组织体积增大，表面点状或斑片状出血，切面见液体流出，呈充血水肿状；光镜见肺泡上皮细胞肿胀，肺泡腔和肺间质水肿，炎性细胞浸润，肺泡结构紊乱，尤以高氧暴露7 d组更明显. 高氧暴露14 d组肺组织体积较3 和7 d组略小，肺表面见斑片状改变，光镜下肺泡上皮水肿减轻，炎性渗出减少，肺间质及纤维细胞增生明显.

　　2.2磷酸化MAPK蛋白在肺组织的分布

　　空气对照组偶有少量磷酸化 ERK，p38，JNK阳性表达，主要见于肺泡上皮细胞及气道上皮细胞，高氧暴露组则阳性细胞明显增多，广泛分布肺泡上皮细胞、气道上皮细胞、胸膜间皮细胞以及浸润炎症细胞、支气管黏膜下水肿间质的纤维细胞. p38尤其高表达于大量浸润炎性细胞. 三种MAPK蛋白表达的细胞类型基本相同(图1).

　　2.3肺组织磷酸化ERK/p38/JNK蛋白含量变化

　　与空气对照组比较，各高氧暴露组ERK/p38/JNK蛋白表达明显增强. phospho?ERK，phospho?SAPK/JNK在高氧暴露7 d组表达最为明显（P﹤0.05）， phospho?p38在高氧暴露14 d组表达最为明显（P<0.05，图2，表1）. 表1各组肺组织MAPK 蛋白含量相对变化（/GAPDH）（略）

　　3讨论

　　MAPK是一类丝－苏氨酸激酶家族，能介导大量细胞外应激的细胞反应，如炎症细胞因子、热休克、紫外线照射、机械牵张刺激、渗透压应激等［4-6］.  MAPK家族最重要的3个亚族中，p38和JNK属于“应激诱导” 的MAPK，而ERK被认为是与细胞增殖、转化和分化相关的MAPK.

　　免疫组化显示ERK，JNK，p38在空气对照组仅少量表达于肺泡上皮细胞及气道黏膜上皮，高氧刺激后上述MAPK家族成员被激活，且肺内多类细胞参与了此种过程，除肺泡上皮、气道上皮外，还包括浸润炎症细胞、胸膜间皮细胞、间质纤维细胞，尤其p38阳性表达显著见于单核细胞、内皮细胞和中性粒细胞等炎性细胞内，这与之前研究发现p38的激活主要见于炎症反应相吻合，进一步提示了p38是MAPK家族参与炎症反应最重要的成员［7-9］.

 　　近年发现在许多细胞体系中，活性氧自由基（reactive oxygen species, ROS）能激活MAPK通路而调控细胞的增殖、分化、生存及凋亡［10-11］，但是在不同的细胞，不同的刺激模型，氧化应激激活MAPK的报道不尽相同. Han等［12］从高氧暴露的大鼠肺组织悬液收集培养肺泡Ⅱ型上皮细胞，发现ERK被激活而p38，JNK活性却无明显改变. 而用于生成胞内超氧阴离子的吩嗪硫酸甲酯能激活仓鼠肺成纤维细胞（V79）JNK以及p38,却对ERK1/2无活化作用［13］.

　　本研究发现，在高氧暴露3 d时，即可检测到有明显的JNK活性增加；在发生急性肺水肿最显著的高氧暴露7 d组，ERK及JNK的活性表达最强，而p38最强表达则在有纤维化表现的高氧暴露14 d组. Carvalho等［14］给予原代肺泡Ⅱ型上皮细胞H2O2刺激，ERK，JNK，p38亚族均被激活，也发现它们激活的时间显著不一致，说明ROS激活MAPK三亚族活性变化在时间上并不具有同步性,至于高氧刺激通过何种机制导致MAPK信号亚族激活的不同步性，尚需更深入的研究.

【】
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