中华哮喘杂志(电子版) 2011年8月第5卷第4期Chin』 垦 !ct! ni!Ed !垒 , . ! . 。5‘ .论著. 支气管哮喘急性发作期激活转录因子一3的 表达及作用 彭文芳 戴爱国 朱黎明 【摘要】 目的 探讨支气管哮喘(简称哮喘)急性发作期激活转录因子一3(ATF3)的表达及作用。方 法3O只健康雄性豚鼠,按随机数字表法分为对照组(A组)、哮喘组(B组)及地塞米松治疗组(C组),每 组1O只。卵清蛋白致敏法复制哮喘模型。收集支气管肺泡灌洗液(BALF)并进行细胞总数及分类计 数;观察豚鼠肺组织病理学改变;检测豚鼠肺组织及BALF中ROS含量;采用免疫组织化学和Western blot法测定豚鼠肺组织中ATF3蛋白的表达和量的变化;原位杂交、RT-PCR法检测ATF3 mRNA的表 达变化;免疫细胞化学检测豚鼠BALF细胞中ATF3蛋白的表达。结果 ①哮喘组豚鼠BALF中炎细 胞总数、嗜酸粒细胞百分比(E0S%)显著高于对照组(P<O.01),哮喘组豚鼠肺组织可见大量炎症细胞 浸润及明显气道重塑改变,且哮喘组ROS含量显著升高,而地塞米松治疗组上述变化明显减低(P值 均<O.01);②ATF3蛋白及mRNA表达哮喘组明显高于对照组(P值均<0.01);③ATF3蛋白及 mRNA的表达变化与ROS含量及BALF炎细胞总数、EOS 变化均呈正相关。结论 哮喘急性发作期 豚鼠肺组织及BALF细胞中ATF3的表达升高,可能与气道炎症反应和氧化应激有关;给予地塞米松治 疗后ATF3表达下降,可能在哮喘的防治中起重要作用。 【关键词】支气管哮喘;激活转录因子3;氧化应激 Effect of ATF3 expression in acute exacerbation of bronchial asthma PENG’ —fang,DAI Ai—guo, Z HU Li—ming.Department of Respiratory Medicine,Hunan Institute of Gerontology。Hunan Province Geriatric HOSpitaZ,Changsha 41 001 6,China Corresponding author:DAI Ai—guo,Email:daiaiguo2003@】63.corn [Abstract] Objective To investigate the effect of ATF3 expression in acute exacerbation of bronchial asthma(asthma).Methods Thirty healthy male guinea pigs were randomly divided into 3 groups:the control group(group A),asthmatic group(group B),Dexamethasone group(group C),1 0 guinea pigs in each group.The asthmatic model was established by the ovalbumin challenge method. Collected BALF of guinea pigs in each group and determed the total number of BALF cells and cells classification,and the changes in lung histopatho10gy were observed.Tested the content of reactive oxygen species(R0S)in lung tissue,BALF of guinea pigs.In the lung tissue of guinea pigs,the ATF3 protein was detected by immunohischemistry,Western blot,and ATF3 mRNA was tested by in situ hybridization, RT—PCR.The expression of ATF3 protein in BALF cells was observed immunocytochemistry.Results①The total number of inflammatory cells and EOS in BALF of asthma group were significantly higher than those of control group(P<0.01),and large numbers of inflammatory cell infiltration and obviously bronehiole remodeling response could be seen in this group, high lever of ROS also could be detected in the lung tissue and BALF of asthma group.However,all these changes were obvious ameliorated after treatment with Dexamethasone.②Protein and tuRNA expressions of ATF3 in asthma group were significantly higher than those in control group(P<O.O1). ③Linear correlation analysis showed that changes of ATF3 mRNA and protein expression were positive correlated with the contents of R0S,and the total number of inflammatory cells,EOS in BALF. 基金项目:湖南省卫生厅科研计划课题项目(B2010—089,B2007169);湖南省科技计划项目(2010FJ6113) 湖南省自然科学基金(09JJ5021) 作者单位:410016长沙,湖南省老年医院老年医学研究所呼吸疾病研究室 通信作者:戴爱国,Email:daiaiguo2003@163.com 主 盘查 皇 _2Oll笙8B第5卷第4期Chin J Asthma(Electronic Edition),AuguSt 2011,V0i.5,No 4 Conclusions The expression of ATF3 was increased in the lung tissue and BALF cells from asthma guinea pigs during acute exacerbation,which may be related to airway inflammation and oxidative Stress. After treatment with dexamethasone,the expression of ATF3 was decreased,suggested that maybe ATF3 played important role in the prevention and cure of asthma. [Key words]Bronchial asthma;Activating transcription factor 3;Oxidative stress 支气管哮喘(简称哮喘)是一种气道慢性炎症性 疾病。过强的炎症反应会导致过多的活性氧的形 成,氧化/抗氧化失衡,引起气道氧化损伤、组织破坏 和气道高反应的进一步加重口]。前期大量研究表 明[2 ]哮喘急性发作期豚鼠肺组织中抗氧化基因 (Nrf2、7-GCS)表达下降,总的抗氧化能力降低 ], 氧化应激在哮喘的发病机制中起关键作用。激活转 录因子一3 (Activating Transcription Factor3, ATF3)-3 属于具有碱性亮氨酸拉链结构(basic leucine zipper,bZIP)的cAMP反应元件结合蛋白 质(CAMP—responsive element binding protein, CREB)家族中的转录因子。ATF3在大部分正常静 息细胞中呈稳态表达,但可被体内外一系列损伤性 应激信号(如氧化应激)快速诱导表达 J。ATF3是 细胞应激反应中最早表达的转录因子之一,具有广 泛的转录调节作用。本实验通过检测豚鼠肺组织和 支气管肺泡灌洗液(BALF)炎细胞中ATF3表达变 化,探讨其在哮喘发病机制及防治中的作用。 材料和方法 一、材料 卵清蛋白购自Sigma;ATF3兔多克隆抗体购 自Santa Cruz、13-肌动蛋白(Beta—actin)抗体购自武 汉博士德生物工程有限公司;SP免疫组织化学试剂 盒购自北京中杉金桥生物技术有限公司;ATF3原 位杂交试剂盒、DAB显色试剂盒购自武汉博士德生 物工程有限公司;ROS检测试剂盒购自南京建成生 物工程研究所;总蛋白提取试剂盒、BCA法蛋白定 量检测试剂盒均购自上海碧云天生物技术研究所; ATF3、{3一actin上、下游引物由上海捷瑞生物工程有 限公司引物合成部设计合成,总RNA抽提试剂 (TRIZOL)购自Invitrogen,RT试剂盒(MBI K1622一RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit)购自MBI Fermentas,PCR MasterMix、DNA marker购自索莱宝公司。 二、方法 1.豚鼠哮喘模型的建立及分组:30只健康雄性 清洁级豚鼠(湖南中医药大学实验动物中心供证书 号:042,发证单位:湖南省实验动物管理委员会),lO 周龄左右,体质量200~250 g,按随机数字表法分为 对照组(A组)、哮喘组(B组)及地塞米松治疗组(C 组),每组10只。参照文献[2]采用卵清蛋白致敏激 发法复制哮喘豚鼠模型。 2.BALF细胞分类及计数和肺组织病理观察: 末次雾化吸入结束后立即以2 戊巴比妥钠 (2 ml/kg)腹腔注射麻醉豚鼠,暴露气管、主支气管, 在气管分又处夹闭左主支气管,于气管正中作一小 切口将静脉输液管改良的肺泡灌洗管插入右主支气 管,用4 ml生理盐水灌洗,每次气道内反复注入、回 抽3次,回收率>80 以上即为BALF,EP管分装, 液氮罐转移至一80℃保存备用。解冻后离心管中 以1 500 r/min离心10 min,上清液用于检测RoS 含量,沉淀用PBS缓冲液重悬,取20 I用以细胞计 数,细胞涂片,苏木精~伊红染色至少计数200个,观 察细胞分类情况。 约10 rain内搜集好BALF后,放血处死豚鼠, 立即切除右肺,液氮罐转移至一8o℃冰箱保存用于 行逆转录一聚合酶链反应(RT—PCR)及Western blot 分析。同时向未灌洗的左肺灌注4 多聚甲醛(含 1‰DEPC水)1~2 ml,结扎取下置于4 多聚甲醛 中固定,脱水,石蜡包埋,切片,厚度4 Fm,行HE染 色及免疫组织化学、原位杂交实验,光镜下观察。 3.活性氧含量测定:参照文献[7]方法取肺组织 匀浆、BALF,离心取上清液。按照ROS测定试剂 盒(南京建成生物工程研究所提供)说明书操作。本 试剂盒采用双抗体两步夹心酶联免疫吸附法 (El ISA),450 nm波长下测定OD值,根据标准品 和样品的OD值,计算样本中ROS含量。单位采用 U/m!。 4.免疫组织化学检测肺组织ATF3蛋白表达: 操作步骤按SP染色试剂盒说明书操作,一抗ATF3 用PBS稀释(比例为1:100),DAB显色,苏木精复 染,镜下观察,阳性结果显棕黄色。用显微显影系统 (日本Olympus公司)采集图像,每只豚鼠选3张结 构完整的切片,每张切片以单盲法随机选5支管径 1OO~200址m的细支气管,以JD系列病理图文形态 分析系统(江苏省捷达科技发展有限公司)检测并计 算阳性信号平均吸光度(A)值作为每只动物ATF3 中华哮喘杂志(电子版) 2011年8月第5卷第4期Chin J Asthma(Electronic Edition).August 11, 01. ! . 蛋白表达相对强度。 BALF细胞涂片,4 多聚甲醛固定30 min,浸泡 5.原位杂交检测肺组织ATF3 mRNA表达:地 (30%过氧化氢1份与纯甲醇5o份的)混合液中,室 高辛标记的多相寡核苷酸探针。mRNA序列为: 温30 min,蒸馏水洗3次;滴加5 BSA液,室温封 ATF3:①5,_CAGAA CAAGC ACCTC TGCCA 闭20 min后甩去多余液体,不洗;余同上述免疫组 CCGGA TGTCC TCTGC一3,⑦5 一TACAT GCTCA 织化学法操作步骤。用显微显影系统(日本 ACCTT CATCG GCCCA CGTGT ATTGT一3 ,③ Olympus公司)采集图像,高倍镜(×400)下选择细 5 ~TTTAT CCAAC AGATA AAAGA AGGAA 胞分布均匀部位照相,测量并计算阳性信号A值。 CATTG CAGAG一3 ,具体步骤按照原位杂交检测 三、统计学处理 试剂盒说明书操作,DAB显色,苏木精复染。检测 全部数据用SPSS 13.0软件进行统计分析,计 方法同免疫组织化学。 量资料用 ±S表示。计量资料行方差齐性检验 6.Western blot检测肺组织中ATF3蛋白的含 后,多组样本比较采用单因素方差分析,LsD法行 量:豚鼠右肺组织匀浆离心取上清液即为肺组织总 两两比较;相关性分析采用直线相关法。P<0.05 蛋白溶液,采用BCA法进行蛋白定量,10 SDS-聚 为差异有统计学意义。 丙烯酰胺凝胶恒压电泳,电压积层胶80 V,分离胶 120 V。用280 mA恒流电转移50 min。一抗 、 结 果 (ATF3)稀释倍数1:500,辣根酶标记羊抗兔二抗 一、各组豚鼠肺组织病理学改变HE染色显示 稀释倍数1:5 000。漂洗后增强化学发光法发光, B组细支气管管腔狭窄,腔内有大量脱落的上 X线胶片显影,图像分析系统(上海Tanon 皮细胞,黏膜皱折增多,上皮水肿,杯状细胞显著增 Gis22010)对扩增产物条带吸光度半定量,计算待测 多,腺体增生肥大,基底膜、平滑肌明显增厚,损伤甚 条带的吸光度与内参照B肌动蛋白(p—actin)的吸光 至断裂,细支气管周围和黏膜层及肺泡壁大量炎性 度比值。 细胞浸润,以中性粒细胞(NEU)、嗜酸粒细胞 7.RT—PCR检测肺组织ATF3 mRNA表达量: (EOS)和淋巴细胞多见。符合哮喘病理特点。c组 取右肺组织约100 mg,用TRIZOL试剂提取总 支气管黏膜仍有比较明显的水肿,但管周炎细胞浸 RNA,检测其浓度及质量,按RT试剂盒说明书逆 润较B组豚鼠明显减轻,腔内有少量的上皮细胞和 转录合成cDNA。扩增引物由上海捷瑞生物工程有 炎性细胞。A组豚鼠肺组织结构完整,细支气管形 限公司引物合成部设计合成。ATF3 sense: 态规则,黏膜上皮完整,基底层和平滑肌完整,未出 GTCAGTCACCATCAACAACAG, antisense: 现增殖,支气管腔内分泌物少,肺泡形态正常,支气 TTCGGCATTCACACTCTCC,扩增长度:193 bp, 管、肺泡壁及血管周围炎症细胞浸润少见。实验中 扩增范围:351-543;退火温度:55℃。J3一actin B组一只豚鼠于第1天雾化时死亡,死前明显发绀 sense:ACGGTCAGGTCATCACTATC,antisense: 和喘息,死因考虑呼吸衰竭。 TAGAGCCACCAATCCACAC,扩增长度:303 bp, 二、豚鼠BALF中炎细胞总数和分类计数 扩增范围:812—1114;退火温度:55℃。PCR反应条 结果示B组BALF中炎细胞总数(×10 L )、 件:94℃预变性5 min,94℃变性30 S,退火30 S, 百分比(EOS )显著高于A组,c组细胞总数、 72℃延伸3O S,反应28个循环,最后72℃延伸 EOS 与B组比明显降低,各组比较差异有统计学 5 min,各样品同时扩增。RT-PCR产物经2 的琼 意义(P值均<O.01)(表1)。 脂糖凝胶(含0.5 ug/ml溴化乙啶)电泳,并在凝胶 ‘三、豚鼠肺组织、BALF中ROS含量变化 成像系统扫描分析扩增产物条带,分别测定各扩增 豚鼠肺组织匀浆蛋白中ROS含量,B组 带吸光度值,方法同Western blot。 (450.27±2.43)U/ml明显高于A组(193.85± 8.免疫细胞化学法检测ATF3蛋白表达: 3.61)U/m!和C组(269.15±3.92)U/ml,三组间 表1各组豚鼠BALF中炎细胞总数和分类计数( ±s) 注:NEU:中性粒细胞;LYM:淋巴细胞;MO:巨噬细胞;与对照组比较,aP<0.05, 尸<0.01;与哮喘组比较,cP<O.01 ・8・ 中华哮喘杂志(电子版)2011年8月第5卷第4期Chin J Asthma(Electronic Edition),August 2011,Vo1.5,No.4 差异有统计学意义(P值均d0.01)。BALF中B组 ROS含量(1 208.73±49.43)U/ml明显高于A组 (714.29±22.05)U/ml,C组(1 063.84±38.68) 症为特点的,大量EOS、NEU和淋巴细胞浸润支气 管腔。EOS是哮喘过敏性气道炎症的标志物,在其 发病机制中起重要作用。本研究发现B组BALF 中炎细胞总数显著高于A组,细胞分类计数显示以 U/ml低于B组但仍高于A组,各组间差异有统计 学意义(P值均d0.01)(图1)。 四、肺组织中ATF3蛋白的表达情况 免疫组织化学显示(表2,图2)豚鼠肺组织中 ATF3蛋白在B组细支气管中表达呈强阳性,A组 EOS 增加最为显著,而c组较B组明显减少。进 一步证实气道炎症反应在哮喘的发病机制中的重要 许多研究显示氧化应激在引起气道炎症及其发 作用,EOs为主要炎性反应细胞。 展中起关键作用l9 。本实验中B组ROS含量明 显高于A组,哮喘急性发作期存在严重氧化应激。 表达呈弱阳性,C组呈阳性;其表达主要集中于上皮 细胞胞浆,炎细胞胞浆、胞核和平滑肌层。三组表达 差异有统计学意义(P值均<O.01)。Western blot 过高水平的ROS通过激活EOS和NEU损伤气 结果(表2,图3)显示的ATF3蛋白表达含量变化与 道;或通过活化应激激酶MAPK,激活氧化还原敏 免疫组织化学结果一致,各组间表达差异有统计学 感的转录因子NF—JcB和AP~1,促成氧化应激诱导 意义(P值均d0.01)。 的炎症反应机制口 。 五、肺组织中ATF3 mRNA的表达变化 ATF3是一个细胞应激反应网络中心,可被各 原位杂交显示(表2,图4):豚鼠肺组织中 种各样的应激信号诱导,其蛋白是各种修饰的潜在 ATF3 mRNA在B组细支气管中表达最强,A组表 靶点,参与许多疾病的发生、发展_1 。ATF3功能 达最弱,C组表达较A组强但弱于B组;ATF3 具有多效性,其表达可能有利也可能不利,因具体环 mRNA表达部位与免疫组织化学显示蛋白表达部 境而不同。在神经系统的研究中 ,ATF3保护轴 位相同,三组表达差异有统计学意义(P值均< 突免受氧化损伤,诱导表达的ATF3减少ROS在轴 0.01)。RT—PCR测得(表2,图5)各组ATF3 突线粒体积累。星形胶质细胞内Nrf2上调ATF3 mRNA的表达水平与原位杂交显示的变化趋势一 的表达,Nrf2一依赖的ATF3诱导增强Nrf2的抗氧 致,各组间表达差异有统计学意义(P值均< 化和细胞保护功能[1 。而Brown等 研究发现 0.01)。 ATF3作为一种新的抑制剂阻遏Nrf2介导的应激 六、豚鼠BALF细胞中ATF3蛋白表达 反应途径。ATF3表达抑制GST/GSH介导DEM 免疫细胞化学显示ATF3蛋白表达在B组阳 的解毒作用,且测得ROS产生增加了30 9/6。TGF—j3 性率最高,A组最低;三组表达差异有统计学意义 介导表达的ATF3显著抑制Nrf2调控的ARE依 (P值均d0.01)(图6)。 赖性Ⅱ相基因(7一GCS,GSTs,SOD1)的表达u 。本 七、相关性分析 研究结果显示哮喘急性发作期豚鼠模型中ATF3 直线相关分析表明,豚鼠肺组织中ATF3蛋白 的表达显著升高,而经地塞米松处理后表达下降,且 及mRNA的表达变化与ROS含量呈正相关(r值 其表达变化与ROS含量及BALF中炎细胞总数和 分别为0.991,0.999;P值均<0.01),BALF中 EOS 9/6呈正相关。说明ATF3的表达参与哮喘气 ATF3蛋白与炎细胞总数、EOS 9/6及ROS含量变化 道氧化应激和炎症反应机制。研究还表明ATF3 均呈正相关(r值分别为0.978,0.995,0.809;P值 可抑制促炎基因表达,阻止免疫系统反应过强,以防 均<0.O1)。 治机体炎性疾病(如哮喘ll 、呼吸机相关性肺 讨 论 损伤 。 )。 本研究从动物实验方面探讨了应激反应转录因 哮喘是由多种细胞和细胞组分参与的慢性炎症 子ATF3,提示ATF3可能通过调控抗氧化基因 性疾病。OVA: 诱导的哮喘认为是以慢性气道炎 Nrf2/y—GCSc或促炎基因NF—KB和AP一1等的表达 表2各组豚鼠肺组织中ATF3蛋白及mRNA的表达变化( ±S) 注:ATF3:激活转录因子一3;RT-PCR:逆转录一聚合酶链反应;与对照组比较, P<O.01;与哮喘组比较, P<O.01 中华哮喘杂志(电子版) 2011年8月第5卷第4期Chin J !! 旦竺!! ! !!垒 壁 ! : ! !: ・ 9 ・ 在哮喘的发病机制中发挥重要作用,其具体作用机 2O1O,74:1814—1818. 制及防治可行性还有待进一步研究。 [ 。] Cho YS,Oh SY。Zhu Z.Tyrosine phosphatase SHP一1 in oxidative stress and development of allergic airway (本文图1~6见光盘) inflammation.Am J Respir Cell Mol Biol,2008,39:412— 参 考 文 献 419. 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