慢性阻塞性肺疾病小鼠肺組織中Th17/Treg細胞的變化及意義

張婧 張蘭英 歐陽瑤（通訊作者）

（遵義醫學院附屬醫院 貴州 遵義 563000）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見的可以預防和治療的呼吸系統疾病，其發病率和死亡率在全球范圍內呈逐年上升趨勢[1]。COPD的發病與長期吸煙等有害因素引起的異常炎癥反應密切相關，但其具體機制至今尚不明了。最新研究表明，CD4+T淋巴細胞介導的免疫炎癥可能與COPD的發病有關[2,3]。輔助性T細胞 17（Thelpercells 17，Th17）和調節性T細胞（regulatory T cells，Treg）是重要的CD4+T細胞亞群。Th17細胞可以促進炎癥反應的發生[4]，白細胞介素-17（interleukin-17，IL-17）是它分泌的一種關鍵性活化因子，可以促使多種細胞釋放炎性介質，從而介導炎癥反應。而Treg細胞具有免疫抑制作用，不僅能抑制炎性介質的產生，還能抑制炎性細胞的分化、增殖，叉頭狀轉錄因子3（forkhead box protein 3，Foxp3）可以控制它的生長、分化和功能，是鑒定Treg最可靠的檢測指標。在炎癥性疾病發病中兩種細胞在功能上相互拮抗。正常狀態下，Treg細胞和Th17細胞之間的相對平衡在維持免疫穩態中有決定性意義。若這種平衡被破壞，就會導致免疫炎癥性疾病發病[5,6]。

因此，本研究擬通過煙熏法建立COPD小鼠模型，流式細胞術檢測小鼠肺組織中Th17細胞和Treg細胞的變化，以期為COPD的發病機制提供新的理論依據。

1.材料

1.1 實驗動物

SPF級C57BL/6小鼠26只，雌雄不限，6～8周齡，體重20g～25g，由第三軍醫大學實驗中心提供，許可證號為SCXK（渝）2012-0005。

1.2 主要材料

黃果樹牌香煙（焦油量：11mg；煙氣煙堿量：0.9mg；煙氣一氧化碳量：13mg）（貴州中國工業有限責任公司）。Anti-Mouse CD4 FITC、Rat IgG2a K Isotype Control FITC、Anti-Mouse CD25 PE-Cyanine5、Rat IgG1 K Isotype control PE-Cyanine5、Anti-Mouse/Rat Foxp3 APC Rat IgG2a K Isotype control APC、Anti-Mouse/Rat IL-17A PE、Rat IgG2a K Isotype control PE、Flow Cytometry Staining buffer、Fixation/Permeabilization Concentrate Fixation/Permeabilization Diluent（上述試劑均來自eBioscience公司）。

2.方法

2.1 動物模型的制備和分組

將26只C57BL/6小鼠隨機分為對照組（n=10）和COPD模型組（n=16）。將16只模型組小鼠置于自制有機玻璃煙熏箱內（大小為90cm×40cm×30cm，箱蓋上有9個1.5cm×1.5cm大小的通氣孔），每日被動吸煙4次，6支煙/次，1h/次，共28天。10只對照組小鼠則暴露于空氣中，正常飼養。

2.2 肺組織病理學檢測

取小鼠右肺下葉用4% 的多聚甲醛固定 24 h ，石蠟包埋切片，組織切片進行 HE 染色。使用軟件IPWin32采集HE染色切片圖像，隨機采集多個完整氣道圖像，最后由我院病理科醫師分析圖片。

2.3 制備單細胞懸液

在RPMI 1640培養基中加入Ⅳ型膠原酶粉，配制Ⅳ型膠原酶。將肺組織剪碎，放入盛膠原酶的離心管中，置于水浴箱內（37℃），直至肺組織消化，收集消化液，過濾至第二個試管，離心，棄上清；加入2ml PBS，用吸管吹打，離心，棄上清；加入5ml紅細胞裂解液，裂解直至溶液透明，離心，棄上清；再用PBS漂洗，離心，棄上清；最后加入1ml含1%FBS的PBS及200ul 1%多聚甲醛，振蕩混勻，即為所需懸液。

2.4 流式細胞術檢測CD4+IL-17和CD4+CD25+ Foxp3的變化

CD4+IL-17檢測：在250ul單細胞懸液中加入250ul RPMI1640培養基，再加入2ul 250×PMA/Ionomycin及2ul 250×Monensin/BFA，置于5%CO2孵箱內培養5h；測定管加入4ul Anti-Mouse CD4 FITC，對照管加入4ul Rat IgG2a K Isotype Control FITC；各加入200ul培養好的單細胞懸液，孵育、固定、漂洗、溶血、破膜，再于測定管中加入2ulAnti-Mouse/Rat IL-17A PE，對照管中加入2ulRat IgG2a K IsotypecontrolPE，然后孵育、漂洗，上機檢測。

CD4+CD25+Foxp3檢測：測定管加入4ul Anti-Mouse CD4 FITC、2ul Anti-Mouse CD25 PE-Cyanine 5，對照管加入4ul Rat IgG2a K Isotype Control FITC、2ul Rat IgG1 K Isotype control PE-Cyanine 5；各加入200ul單細胞懸液，孵育、漂洗，漩渦震蕩細胞沉淀，各管中加入1ml現配制的固定/破膜工作液，再孵育、漂洗；測定管中加入5ul Anti-Mouse Foxp3 APC，對照管中加入5ul Rat IgG2a K Isotype control APC，最后孵育、漂洗，上機檢測。

2.5 統計學處理

3.結果

3.1 兩組小鼠的一般情況

對照組：小鼠全身皮毛光澤，精神活動正常自如，呼吸平穩，食欲正常，體重增加，體型飽滿，實驗期間小鼠無死亡。

COPD模型組：小鼠全身皮毛干枯、灰暗，精神倦怠，雙眼微閉，活動減少，呼吸急促，食欲減退，體重下降，且上述癥狀呈逐漸加重趨勢，煙熏期間小鼠無死亡。

3.2 光鏡觀察小鼠肺組織病理特征

對照組：肺泡結構清晰，肺泡壁完整且連續，肺泡間隔可見少量炎癥細胞浸潤（見圖1A）。

COPD模型組：肺泡結構破壞，多數肺泡相互融合形成較大的肺泡腔，肺泡間隔有明顯的炎癥細胞浸潤（見圖1B）。

圖1 實驗第28天兩組小鼠肺組織HE染色（×200倍）

3.3 小鼠肺組織中Th17和Treg的百分比含量

將收集的肺組織標本予以處理后，采用流式細胞術檢測Th17和Treg的變化，結果顯示：與對照組（0.66±0.28）相比，Th17的百分比含量在模型組小鼠肺組織中（2.41±0.33）增高，差異有統計學意義（P＜0.05）（見表1）。模型組小鼠肺組織中Treg的百分比含量（0.37±0.11）較對照組（0.93±0.30）降低，差異有統計學意義（P＜0.05）（見表1）。

表1 兩組小鼠肺組織中Th17和Treg的百分比含量（±s）

表1 兩組小鼠肺組織中Th17和Treg的百分比含量（±s）

注：與對照組（Th17）相比，*P＜0.05；與對照組（Treg）相比，ΔP＜0.05。

組別（例數） Th17（%） Treg（%）對照組（n=10） 0.66±0.28 0.93±0.30 CODP 模型組（n=16） 2.41±0.33* 0.37±0.11Δ

3.4 小鼠肺組織中Th17/Treg的比值

模型組小鼠肺組織中Th17/Treg的比值（7.26±2.97）高于對照組（0.50±0.24），差異有統計學意義（P＜0.05）（見表2）。

表2 兩組小鼠肺組織中Th17/Treg的比值（±s）

表2 兩組小鼠肺組織中Th17/Treg的比值（±s）

注：與對照組相比，*P＜0.05。

組別（例數） Th17/Treg對照組（n=10） 0.50±0.24 COPD模型組（n=16） 7.26±2.97*

4.討論

COPD是一個嚴重危害公眾健康的全球性問題。吸煙被公認為COPD發病最關鍵的誘發因素，然而，COPD患者戒煙后肺組織及氣道炎癥仍持續存在，這表明COPD的發病機制可能與自身免疫炎癥有關。香煙煙霧可能導致T細胞啟動一個“異?！钡拿庖邞穑瑢е聶C體免疫失調，使COPD患者易患呼吸道感染[7]。

本研究采用煙熏法建立COPD小鼠模型，煙熏第28天取小鼠肺組織行HE染色，觀察肺組織病理形態變化，結果顯示：與健康對照組相比，COPD模型組小鼠有明顯的肺部炎癥及肺氣腫改變，符合人類COPD的特征性病理變化，提示COPD小鼠模型建立成功。

迄今為止，在COPD的發病機制中香煙煙霧對初始T細胞的作用尚不明確。因此，本實驗觀察香煙煙霧誘導的COPD小鼠模型肺組織中Th17細胞和Treg細胞的變化，結果表明COPD模型組小鼠肺組織中Th17的百分比含量高于對照組，而Treg的百分比含量則低于對照組。香煙煙霧是Th17細胞的一種有效佐劑，它能夠誘導IL-1β、IL-6等效應性細胞因子的產生[8]，這一類細胞因子又能夠抑制Foxp3的表達和Treg細胞的分化，并且使Treg細胞向Th17細胞轉化，這可能是COPD中存在Th17/Treg失衡的原因之一。有研究者發現在慢性過敏性氣道炎癥中Th17細胞可以抑制Treg細胞介導的免疫應答[9]。也有研究發現在肺炎支原體抗原誘導的炎癥模型中Treg細胞又可通過減少IL-17的產生抑制Th17細胞介導的免疫激活[10]。Th17/Treg 失衡與COPD患者的肺功能惡化和疾病進展有關[11]。上述結果均提示Th17細胞和Treg細胞介導的免疫失衡在COPD的發病過程中可能具有重要的作用。

為了評估COPD模型組小鼠體內Th17/Treg失衡的程度，本研究計算每一個實驗標本中Th17與Treg的比值，結果顯示與對照組相比，COPD模型組小鼠肺組織中Th17與Treg的比值增高，提示香煙煙霧打破Th17/Treg的相對平衡，偏向于Th17細胞介導的免疫炎癥反應，同時抑制Treg細胞的免疫調節作用，從而使COPD的炎癥反應持續存在且不斷放大，因此，有效調節Th17/Treg失衡可能是延緩COPD病情進展的關鍵關節。

總之，本研究結果提示香煙煙霧可能導致Th17細胞和Treg細胞介導的免疫失衡，提示肺組織中Th17/Treg失衡可能參與COPD的發病機制。為了提供COPD患者更好的臨床治療方案，我們仍需進一步研究如何調節其免疫失衡。