研究成果：運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練在減輕矽肺小鼠肺纖維化方面的治療潛力

客戶(hù)論文發(fā)表 | 運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練抑制巨噬細(xì)胞來(lái)源的IL-17A-CXCL5-CXCR2炎癥軸以減輕暴露于二氧化硅的小鼠的肺纖維化

文獻(xiàn)信息
華北理工大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院、華北理工大學(xué)醫(yī)學(xué)部等單位的研究成果《Exercise training inhibits macrophage-derived IL-17A-CXCL5-CXCR2 inflammatory axis to attenuate pulmonary fibrosis in mice exposed to silica》(運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練抑制巨噬細(xì)胞來(lái)源的IL-17A-CXCL5-CXCR2炎癥軸以減輕暴露于二氧化硅的小鼠肺纖維化) 在雜志《Science of the Total Environment》 (IF:8.7) 上發(fā)表。平生公司的離活一體CT (NEMO) 在論文中提供了小鼠肺部圖像和定量分析。

 該研究的通訊作者為劉和亮教授、蔡文臣講師和徐洪研究員，第一作者是靳馥宇。

文獻(xiàn)摘要
接觸結(jié)晶二氧化硅會(huì)導(dǎo)致職業(yè)性矽肺病以外的健康影響。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)肺部疾病的潛在益處產(chǎn)生了不一致的結(jié)果。在這項(xiàng)研究中，作者利用實(shí)驗(yàn)性矽肺小鼠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和藥物干預(yù)，包括白細(xì)胞介素-17A(IL-17A)中和抗體或氯膦酸鹽脂質(zhì)體以清除巨噬細(xì)胞。研究結(jié)果表明，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練能夠通過(guò)抑制清道夫受體B(SRB)/NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NLRP3)和TOll樣受體4(TLR4)途徑，減緩小鼠矽肺進(jìn)展。巨噬細(xì)胞來(lái)源的IL-17A是二氧化硅誘導(dǎo)的肺部炎癥和纖維化的觸發(fā)因素。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有效抑制矽肺小鼠IL-17A-CXC基序趨化因子配體5(CXCL5)-趨化因子(C-X-C基序)受體2(CXCR2)軸。研究表明，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練通過(guò)抑制巨噬細(xì)胞來(lái)源的IL-17A-CXCL5-CXCR2軸，具有減少膠原蛋白沉積、保護(hù)彈性纖維、減緩肺纖維化進(jìn)展和增強(qiáng)二氧化硅暴露后肺功能的潛力。

實(shí)驗(yàn)方法
小鼠模型的建立
在本研究中，通過(guò)氣管內(nèi)注入50μL二氧化硅懸濁液(10mg/小鼠)誘導(dǎo)矽肺4周，并用0.9%生理鹽水作為對(duì)照。在開(kāi)始實(shí)驗(yàn)方案之前，指定為運(yùn)動(dòng)組和運(yùn)動(dòng)加矽肺組的小鼠進(jìn)行了為期3天的跑步機(jī)適應(yīng)(15分鐘/天，25^◦傾斜度，0.2km/h)。在適應(yīng)階段之后，小鼠進(jìn)行了身體測(cè)試，速度每2.5分鐘增加0.1km/h，直到小鼠無(wú)法繼續(xù)跑步（即小鼠接觸10次機(jī)械刺激。在體能測(cè)試之后，小鼠進(jìn)入了一個(gè)為期4周的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練計(jì)劃，其中包括每周五次60分鐘的訓(xùn)練，以初步體能測(cè)試中達(dá)到的最大速度的60%進(jìn)行。將40只小鼠隨機(jī)分為4組(每組10只):(1)對(duì)照組，(2)運(yùn)動(dòng)組:運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練4周，(3)二氧化硅組，(4)二氧化硅+運(yùn)動(dòng)組。

對(duì)于巨噬細(xì)胞清除，另外30只小鼠隨機(jī)分為三組(每組n=10):生理鹽水加對(duì)照脂質(zhì)體，二氧化硅加對(duì)照脂質(zhì)體，二氧化硅加氯膦酸鹽脂質(zhì)體。對(duì)于二氧化硅加氯膦酸鹽組，通過(guò)尾靜脈注射200μL 5mg/mL氯膦酸鹽脂質(zhì)體，每隔7天進(jìn)行4周的巨噬細(xì)胞清除。對(duì)照組和二氧化硅加對(duì)照脂質(zhì)體組采用相同體積的對(duì)照脂質(zhì)體處理。

為了在體內(nèi)抑制IL-17A，將40只小鼠分為4組(每組10只):(1)IgG組，(2)IL-17A中和抗體組，(3)二氧化硅+IgG組，(4)二氧化硅+IL-17A中和抗體組。在二氧化硅或 0.9生理鹽水處理兩周后，每周兩次腹膜內(nèi)注射對(duì)照IgG或IL-17A中和抗體(100μg/只)，共4周。

Micro CT分析
使用NEMO-II NMC-200機(jī)器(平生醫(yī)療科技昆山有限公司)按照制造商的方案獲得小鼠肺部的高分辨率CT圖像。為了確保小鼠在圖像采集過(guò)程中保持俯臥姿勢(shì)，持續(xù)使用異氟醚麻醉。隨后，使用AVATAR 1.5.0軟件對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理，生成肺組織的三維圖像。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果
第14天和第28天的Micro CT掃描顯示，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練可以減少二氧化硅引起的高密度陰影和矽結(jié)節(jié)體積。組織學(xué)評(píng)估與CT結(jié)果一致，強(qiáng)化了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的抗纖維化作用(圖1C)。

圖1C 各組肺組織Micro CT圖像及相應(yīng)的H.E.圖像(比例尺=2mm)。

IL-17A刺激肺泡II型上皮細(xì)胞中CXCL5的產(chǎn)生，與TNF-α相關(guān)。作者的研究揭示了IL-17A與巨噬細(xì)胞標(biāo)志物CD68在暴露于硅的嚙齒動(dòng)物中的共表達(dá)，通過(guò)Western blot分析證實(shí)了這一點(diǎn)。巨噬細(xì)胞清除導(dǎo)致IL-17A表達(dá)降低(圖5A-B)。通過(guò)二氧化硅誘導(dǎo)的RAW 264.7細(xì)胞，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了IL-17A- cxcl5軸(圖6)。IL-17A中和抗體處理減輕了二氧化硅誘導(dǎo)引起的效應(yīng)(補(bǔ)充圖4A-B，圖7A-B)。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練抑制了IL-17A、CXCL5和CXCR2的表達(dá)(補(bǔ)充圖5A-B、圖8A-C)。這表明運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練減少巨噬細(xì)胞來(lái)源的IL-17A-CXCL5-CXCR2軸，為矽肺治療提供了治療潛力。

圖5 巨噬細(xì)胞來(lái)源的IL-17A和IL-17R在肺中的作用。(A)各組肺組織Micro CT圖像及相應(yīng)的H.E.圖像(比例尺=2mm)。

文獻(xiàn)結(jié)論
總之，作者的研究強(qiáng)調(diào)了運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練在減輕矽肺小鼠肺纖維化方面的治療潛力。運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練通過(guò)抑制巨噬細(xì)胞來(lái)源的IL-17A-CXCL5-CXCR2軸，對(duì)肺纖維化進(jìn)展產(chǎn)生積極影響。這些發(fā)現(xiàn)揭示了炎癥和免疫相關(guān)信號(hào)通路在矽肺發(fā)病機(jī)制中的重要性，為潛在的治療靶點(diǎn)提供了見(jiàn)解。然而，需要進(jìn)一步的研究來(lái)探索運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練的普遍性，檢查不同的強(qiáng)度，并進(jìn)行全面的體外實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。然而，運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練有望作為矽肺患者的補(bǔ)充療法，潛在地增強(qiáng)肺功能和整體生活質(zhì)量。

使用設(shè)備

 Micro CT (型號(hào)：NEMO) (平生醫(yī)療科技)
影像軟件：Avatar（平生醫(yī)療科技）