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研究背景支气管哮喘(Bronchial asthma,简称哮喘)是严重威胁人类健康的一种慢性疾病。哮喘发病率在全球呈不断上升趋势,在过去10年中,据WHO统计全球有约3亿哮喘病人发病,其中每年有约25万人死亡。积极防治哮喘,降低哮喘发病率和死亡率,有效控制和减轻哮喘发作症状,是医学界所面临的共同课题。哮喘发病机制复杂,迄今尚未完全明确。目前大多数学者认为哮喘是一种由肥大细胞、嗜酸性粒细胞和T淋巴细胞等为主的多种炎症细胞及分泌的细胞因子共同参与的慢性气道炎症性疾病。炎症细胞在气道聚集及炎症介质、细胞因子的释放是形成和维持气道炎症并进一步引起组织损伤和气道功能障碍的主要原因,其中T淋巴细胞在哮喘气道炎症中发挥着核心作用。既往研究表明Th1/Th2失衡是哮喘发病的重要免疫学机制,但随着研究的深入,人们发现单纯用Th1/Th2失衡理论并不足以解释哮喘发病的免疫学机制,尤其新近发现两种新淋巴细胞亚群---调节性T细胞(Treg)、辅助性T细胞17 (T help 17, Th17细胞)。Treg既能抑制Th1细胞,也能抑制Th2细胞,因此近年来成为研究的热点。Th17细胞是另一种近年来发现的不同于Th1和Th2的新型CD4+T细胞,具有IL-23依赖性产生IL-17的特性,研究发现其与Treg之间存在复杂的相关关系,并且与支气管哮喘密切相关。近几年实验研究表明,Treg/Th17失衡及Th17分泌的细胞因子IL-17在哮喘的发生和发展过程中可能起重要作用。活菌卡介苗(BCG)是用卡介菌种在综合培养液中培养后,收集菌膜,混悬于适宜的灭菌的保护液内,经冷冻干燥所得到的活菌制剂,是一种很强的Th1免疫反应刺激剂,能纠正Th1/Th2失衡。1997年Shirakawa等在《Science》杂志报道,在日本的学龄儿童中,结核菌素的迟发相超敏反应强度与特异质呈负相关,该发现为BCG应用于哮喘预防带来了曙光。到目前为止,以动物进行的研究均显示BCG接种能明显抑制OVA致敏和激发所致的气道嗜酸性粒细胞浸润,降低气道高反应性以及Th2型细胞因子的表达。近年来有文献报道在实验性自身免疫性脑脊髓炎(Experimental Autoimmune Encephalomyelitis, EAE)等动物模型中活菌卡介苗(BCG)接种能抑制Th17细胞所致的炎症反应。也有研究发现IL-17与气道高反应性密切相关,且BCG接种组及结核菌培养上清液接种组小鼠血清IL-17水平远远低于正常组及哮喘组小鼠。另有研究表明,卡介苗接种能刺激机体产生大量的IL-12p70并减少IL-23的分泌,从而抑制Th17细胞所致的炎症反应。本研究拟通过实验建立小鼠哮喘模型,给予BCG干预,了解BCG对哮喘小鼠IL-17分泌及Th17细胞是否存在影响,并探讨其可能的作用机制,从而为哮喘防治提供一些参考。第一部分小鼠哮喘模型的建立目的探讨建立OVA致敏和激发的雌性BALB/c小鼠哮喘模型。方法SPF级雌性BALB/c小鼠(南方医科大学实验动物中心)20只,6-8周龄,体重18～20g,随机分为2组,每组10只,A组为正常对照组,B组为哮喘组。B组小鼠于实验流程第0、14d腹腔注射OVA、氢氧化铝混悬液0.2 ml(含OVA 100μg, AL(OH)320mg)致敏,第21天开始连续7d,雾化吸入2%OVA 40ml激发,1次/d,每次30 min；A组用生理盐水代替OVA致敏和激发进行对照,方法同B组。在最后一次激发后1h,小鼠摘眼球放血后颈椎脱臼处死,开胸分离气管并结扎左侧主支气管根部,右肺行支气管肺泡灌洗术,同时回收计数支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)至EP管中,将回收的BALF涂片,固定,瑞氏染色,光学显微镜下进行细胞总数和分类的计数。细胞分类至少计数400个细胞,求出各类细胞所占百分比。左侧肺组织置于4%多聚甲醛固定液中固定。常规取材、脱水、石蜡包埋、制备石蜡切片、HE染色。中性树胶封片,光学显微镜下观察组织形态、气道上皮损伤、气管及血管周围嗜酸性粒细胞浸润情况,拍片。结果1.致敏、激发过程小鼠行为学观察：B组小鼠出现不同程度的扭体反应、立毛,头面部瘙痒,前肢搔鼻,烦躁不安,然后俯伏不动,口唇紫绀,呼吸急促,腹肌抽搐,二便失禁等症状；而A组小鼠无此阳性症状。2.BALF中细胞总数和分类比较：①BALF细胞总数：A组BALF中白细胞总数为(7.40±1.71)×104/ml,B组为(20.30±3.02)×104/ml,B组BALF细胞总数明显高于A组(t=-11.749,P<0.01),有显著性差异。②BALF嗜酸性粒细胞和中性粒细胞百分率：A组BALF嗜酸性粒细胞和中性粒细胞百分率分别为0.23%±0.28%和2.73%±0.51%,B组BALF嗜酸性粒细胞和中性粒细胞百分比分别为和19.40%±5.27%和29.48%±3.54%,B组BALF嗜酸性粒细胞和中性粒细胞百分比明显高于A组(t=-11.480,t=-23.653,P<0.01),有显著性差异。3.肺组织病理观察结果：B组支气管及血管周围大量炎性细胞浸润,肺间质及肺泡腔内可见中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、淋巴细胞浸润,气道上皮损伤,结构紊乱,气道内杯状细胞肥大增生,气道内分泌大量黏液并有粘液栓形成,粘膜下胶原纤维沉积。A组肺组织气道结构清晰,气道纤毛上皮排列整齐,无明显的炎症改变及胶原纤维沉积。结论雌性BALB/c小鼠经OVA和氢氧化铝凝胶混悬体腹腔注射致敏后,采用雾化激发的方法成功建立小鼠哮喘模型,符合哮喘气道的病理生理改变。第二部分BCG对哮喘小鼠IL-17及Th17细胞的调节作用目的观察活菌卡介苗对哮喘小鼠IL-17及Th17细胞的调节作用并探讨其可能的作用机制。方法雌性BALB/c小鼠30只随机分为对照组(A组),哮喘组(B组),卡介苗干预组(C组),每组10只。C组于实验第1天的时候于大腿内侧皮下接种卡介苗(生产批号：2009050201),每只0.1ml,A、B两组于相同部位注射0.1ml生理盐水对照,B、C两组于实验第15天、29天时腹腔注射OVA、氢氧化铝混悬液0.2 ml(含OVA 100μg,AL(OH)320mg)致敏,第36至42天连续7d,雾化吸入2%OVA40ml激发,1次/d,每次30 min;A组用生理盐水代替OVA致敏和激发进行对照。HE染色观察各组小鼠肺部病理改变,计数支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中细胞总数并分类。酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清及BALF中白介素-17(IL-17)含量,流式细胞术检测外周血Th17细胞。结果1.激发过程小鼠行为学观察B组所有小鼠在雾化过程中均出现不同程度的烦躁不安或安静少动、呼吸加快加深、点头呼吸、弓背直立、前肢缩抬,二便失禁等哮喘速发相反应表现。A组无此表现,C组组偶可出现上述表现。2.BALF中细胞总数和分类比较BALF细胞总数：A组BALF中白细胞总数为(7.40±1.71)×104/ml,B组为(20.30±3.02)×104/ml,C组为(14.30±2.31)×104/ml,B、C组白细胞总数较A组明显增多(P<0.01),且C组则明显低于B组(P<0.01)。A组BALF中中性粒细胞百分比为(2.73%±0.51%),B组为(29.48%±3.54%),C组为(11.98%±2.57%),B、C组中性粒细胞百分比较A组明显增高(P<0.01),而C组则明显低于B组(P<0.01)。A组BALF中嗜酸性粒细胞百分比为(0.23%±0.28%),B组为(19.40%±5.27%),C组为(10.55%±2.40%),B、C组嗜酸性粒细胞百分比较A组明显增高(P<0.01),而C组则明显低于B组(P<0.01)。A组BALF中淋巴细胞百分比为(28.50%±4.45%),B组为(39.63%±3.95%),C组为(40.23%±3.43%),B、C组中性粒细胞百分比较A组明显增高(P<0.01),有显著性差异,而C组较B组差异无统计学意义(P>0.05)。3.肺组织病理肺组织病理切片可见A组小鼠肺组织细支气管和肺泡结构清晰,基本无炎症细胞浸润,B组小鼠支气管管壁及周围有大量炎症细胞浸润,主要为淋巴细胞,支气管管腔内可见粘液分泌,杯状细胞大量增生,肺泡间隔不同程度增宽,部分断裂,形成肺气肿。C组小鼠气管壁及周围可见炎性细胞浸润,杯状细胞增生,但与较哮喘组相比,支气管和血管周围炎症明显减轻。4.血清及BALF中细胞因子含量检测B、C两组与A组相比,血清及BALF中IL-17水平均明显升高(P<0.01),而C组较B组IL-17含量明显下降(P<0.01),有显著性差异。5.外周血Th17细胞流式检测B组、C组小鼠外周血CD4+IL-17+细胞(Th17细胞)比例均明显高于A组,有显著性差异(P<0.01),且C组Th17细胞比例较B组减少,有显著性差异(P<0.01)。结论1.Th17细胞及其分泌的细胞因子IL-17可能是哮喘的发生和发展过程中的重要原因之一2.活菌卡介苗接种可以减轻哮喘小鼠气道炎症反应,抑制嗜酸性粒细胞聚集及中性粒细胞浸润,可能由于抑制Th17细胞分化,导致IL-17分泌减少,从而改善哮喘症状。
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