姜黄素减轻体外循环术后急性肺损伤的机制研究

【摘要】随着心脏外科手术方式及体外循环(cardiopulmonarybypass,CPB)技术的进步,越来越多的患者接受心脏直视手术治疗,CPB后的脏器损伤引起大家广泛的重视。截至目前,急性肺损伤(acutelunginjury,ALI)仍是心脏手术最为常见的并发症之一,研究表明全身炎症反应综合征(systemicinflammatoryresponsesyndrome,SIRS)和缺血再灌注损伤(ischemia-reperfusion,I/R)是引起肺损伤的两大主要原因。CPB可以诱导炎症因子和氧自由基的大量生成和释放,进而导致肺组织出现炎症反应和氧化应激损伤,严重的影响了肺功能。近年来体外试验证实MyD88依赖性TLR4信号通路在炎症反应中发挥了重要作用,而血红素加氧酶-1(hemeoxygenase-1,HO-1)对于氧化应激损伤具有显著的抑制作用,但对于这些蛋白分子在CPB后肺损伤中的作用还不甚明了,值得进一步研究。如何减轻CPB后脏器损伤一直以来都是人们关注的重点,选择有效的药物干预是现阶段研究的方向之一。姜黄素(curcumin)具有抗炎症、抗氧化、免疫调节、抗肿瘤等多种药理作用,对消化系统、心血管系统等多个脏器的损伤表现出治疗作用,并且其毒副反应轻微,这些特点使其成为国内外研究的热点。本课题旨在探讨姜黄素对CPB后大鼠肺组织损伤的抑制作用及其可能的作用机制。第一部分大鼠体外循环术后肺损伤的研究目的：全身炎症反应和缺血再灌注损伤是体外循环术后造成急性肺损伤的两个主要原因,我们研究体外循环术后的血浆及肺组织中炎症因子、氧化应激指标的变化,并进一步对这些因子的上游信号分子进行检测,以推断这些信号分子是否参与了肺损伤的发生。材料和方法：选取20只成年雄性SD大鼠,随机分成2组,每组10只：假手术组(Sham组)、手术组(CPB组)。Sham组进行血管插管,但并不进行体外循环。CPB组插管并行体外循环,以最大转流速度100ml/kg/min转流60分钟。分别于CPB前(TO)、CPB结束时(T1)、术后1小时(T2)、2小时(T3)、4小时(T4)、24小时(T5)采血。各时间点均行血气分析检查,于术后24h后处死大鼠,收集肺组织标本及其支气管肺泡灌洗液(BALF)。检测血浆、肺组织、BALF中白介素-8(IL-8)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)等表达；同时测定肺组织中丙二醛(MDA)、髓过氧化物酶(MPO)、超氧化物歧化酶(SOD)等水平。使用westernblot法检测肺组织Toll样受体-4(TLR4)、髓系分化因子-88(MyD88)、核因子κB(NF-κB)及其血红素加氧酶-1(HO-1)蛋白的表达。此外,对肺组织进行光镜及电镜检查。结果：较Sham组而言,CPB组大鼠在术后各时间点上PaO2/FiO2均下降(p<0.05)；肺组织中TLR4、MyD88及NF-κB蛋白表达明显升高；肺组织及BALF中的IL-8、TNF-α、MMP-9含量也显著增高。血浆中三种炎症因子的浓度随时间变化,于术后2-4小时达到高峰,24小时后显著下降。与Sham组相比较,大鼠CPB后24小时肺组织中HO-1蛋白表达量轻度增加,MDA和MPO含量增加,伴随SOD的浓度明显下降。光镜检查显示CPB组大鼠出现局限性肺不张,部分肺组织实变、出血改变,肺泡壁增厚,肺间质及肺泡腔内以中性粒细胞为主的炎性浸润。而Sham组大鼠肺组织学检查未发现明显的异常。结论：1、体外循环可以引起急性肺损伤,主要表现为炎性因子和氧化损伤指标的变化,由此导致肺氧合功能降低。2、体外循环导致肺组织中TLR4、MyD88及NF-κB蛋白表达增加,伴随着炎性因子含量升高,提示MyD88依赖性TLR4信号通路在体外循环术后肺部炎症反应中发挥作用。3、体外循环术后肺组织中MDA、MPO、SOD等氧化指标发生变化,提示氧化应激反应在体外循环引起的肺损伤中扮演重要的角色。第二部分姜黄素对体外循环术后大鼠肺部炎症反应的作用目的：研究姜黄素对大鼠体外循环术后肺部炎症损伤的抑制作用,并探讨抑制作用的机制,同时对不同剂量姜黄素的效用进行比较。材料和方法：选取成年雄性SD大鼠40只,随机分成4组,每组10只：对照组(CPB组)、载体组(Vehicle组)、低剂量姜黄素组(L-Cur组)和高剂量姜黄素组(H-Cur组)。载体组在CPB前2小时腹腔内注射二甲基亚砜,低、高剂量姜黄素组分别在术前2小时按照50mg/kg和200mg/kg于腹腔内注射给药。四组均进行体外循环,最大转速至100ml/kg/min转流60分钟。分别于转流前(T0)、转流结束时(T1)、术后1小时(T2)、2小时(T3)、4小时(T4)、24小时(T5)采取血液标本。在各时间点均行血气分析检查。术后24小时后处死大鼠,收集肺组织标本及BALF。血浆、肺组织.BALF检测IL-8、TNF-α、MMP-9;同时肺组织进行TLR4、MyD88及NF-κB蛋白检测,并行组织病理学检查。结果：体外循环术后PaO2/FiO2较术前显著降低(p<0.05)。与对照组相比,姜黄素组中PaO2/FiO2明显增高。同时,体外循环术后血浆、肺组织、BALF中IL-8、TNF-α、MMP-9均升高(p<0.05)。使用姜黄素预处理能显著降低这些炎症因子的水平,并且姜黄素对血浆中IL-8和TNF-α的抑制作用表现为剂量依赖性(p<0.05)。姜黄素组大鼠肺组织中的TLR4、MyD88、及NF-κB蛋白表达显著降低,并且高剂量的姜黄素对这些蛋白的抑制作用强于低剂量姜黄素(p<0.05)。病理学检查发现姜黄素组大鼠肺间质水肿、中性粒细胞浸润、肺泡透明膜形成、肺组织出血、坏死等变化均较对照组明显减轻,并且肺损伤指数降低,这种表现呈剂量依赖性。结论：姜黄素能显著减少大鼠体外循环术后肺组织中炎症因子的表达,减轻炎症反应,这一作用可能是通过抑制MyD88依赖性TLR4信号转导通路来实现的。第三部分姜黄素对体外循环术后大鼠肺部氧化应激损伤的作用目的：研究姜黄素对大鼠体外循环术后肺部氧化应激损伤的抑制作用,并探讨可能的作用机制。材料和方法：选取成年雄性SD大鼠40只,随机分成4组：对照组(CPB组)、载体组(Vehicle组)、低剂量姜黄素组(L-Cur组)和高剂量姜黄素组(H-Cur组)。载体组、低剂量姜黄素组、高剂量姜黄素组分别在术前2小时腹腔内注射二甲基亚砜、50mg/kg及200mg/kg姜黄素。四组均建立体外循环并转流,最大转速100ml/kg/min,维持60分钟,于术后24小时取大鼠肺组织行MDA、MPO、SOD及其HO-1检测,并测定肺湿／干重比值(W/Dlungweightratio)及肺通透指数(PPI),同时进行肺组织光镜及电镜检查。结果：与对照组相比,姜黄素组大鼠肺组织中MDA及MPO浓度显著降低,SOD水平明显升高(p<0.05)；姜黄素预处理后肺组织中HO-1蛋白表达显著增加,并且高剂量姜黄素的作用明显强于低剂量姜黄素(p<0.05)。较对照组而言,姜黄素能显著降低肺湿/干重比率及肺通透指数；组织学检查发现姜黄素组大鼠肺间质水肿、中性粒细胞浸润明显减轻,肺泡透明膜形成减少,肺组织出血、坏死程度降低,肺损伤指数下降(p<0.05)。结论：姜黄素可以通过调节氧化损伤指标来抑制体外循环造成的肺损伤,而这一作用可能与其增加肺组织中HO-1的表达有关。
【作者】刘锟；
【导师】景华；
【作者基本信息】南京大学，外科学，2011，博士
【关键词】体外循环；肺损伤；炎症反应综合征；氧化应激；大鼠；姜黄素；Toll样受体-4；髓系分化因子-88；核因子-κB；血红素加氧酶-1；

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