急性呼吸窘迫综合征中肺泡上皮糖萼脱落加重上皮屏障破坏并扰乱上皮紧密连接

Alveolar epithelial glycocalyx shedding aggravates the epithelial barrier and disrupts epithelial tight junctions in acute respiratory distress syndrome.

作者信息Jun Li, Zhijiang Qi, Dongxiao Li, Xiao Huang, Boyang Qi, Jiali Feng, Jianyu Qu, Xiaozhi Wang
PMID33378942
发布时间2021-01
DOI10.1016/j.biopha.2020.111026

实验完整度

包含动物模型和细胞模型两个独立证据层级,并进行了功能验证和机制验证,如LPS诱导、NAH干预、重组HPA处理及病理、分子和超微结构检测。

主要模型

C57BL/6小鼠LPS诱导ARDS模型 A549人肺泡上皮细胞LPS损伤模型 A549细胞重组HPA处理模型

重点核对

C57BL/6小鼠,雄性,8-10周龄,18-23g LPS(E. coli O55:B5)5 mg/kg气管内给药诱导ARDS NAH(150 μg,皮下注射)预处理1小时 重组HPA(2 μg/mL)处理A549细胞12小时 定量指标:肺湿/干重比、BALF和细胞上清HS水平、TJ蛋白表达

摘要

急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的主要病理生理机制涉及肺泡屏障通透性增加,这主要由上皮糖萼和紧密连接(TJ)蛋白破坏引起。本研究旨在探讨肺泡上皮糖萼对ARDS中上皮屏障,特别是紧密连接蛋白的影响。我们使用C57BL/6小鼠和人肺上皮细胞模型,通过脂多糖(LPS)诱导ARDS。通过肺组织病理学分析和肺湿/干重比评估肺泡通透性的变化。通过ELISA、免疫荧光分析和Western blotting分析评估硫酸乙酰肝素(HS)(上皮糖萼的重要组分)的降解以及上皮紧密连接蛋白(occludin、zonula occludens 1和claudin 4)水平的变化。实时定量聚合酶链反应用于检测紧密连接蛋白的mRNA。通过电子显微镜评估肺泡上皮细胞中糖萼和紧密连接超微结构的变化。在体内和体外,LPS增加肺泡通透性并导致HS降解和紧密连接损伤。LPS刺激后,肺泡上皮细胞中HS降解酶乙酰肝素酶(HPA)的表达增加。HPA抑制剂N-脱硫酸化/再N-乙酰化肝素减轻了LPS诱导的HS降解并减少了紧密连接损伤。在体外,重组HPA降低肺泡上皮细胞中紧密连接蛋白zonula occludens-1(ZO-1)的表达并抑制其mRNA表达。综上所述,我们的结果表明,肺泡上皮糖萼的脱落加重了ARDS中的上皮屏障并损害了上皮紧密连接蛋白,其潜在机制涉及HPA对ZO-1的影响。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肺泡上皮糖萼脱落是否影响ARDS中的上皮屏障和紧密连接蛋白,其潜在机制是什么?
核心机制
LPS刺激增加HPA表达,HPA降解糖萼中的HS,进而抑制ZO-1蛋白和mRNA表达,破坏紧密连接,增加肺泡通透性。
主要证据
LPS和肝素酶III处理导致HS降解和TJ蛋白(occludin、claudin 4、ZO-1)表达降低,NAH预处理可逆转;重组HPA处理降低ZO-1蛋白和mRNA水平。
研究意义
保护糖萼可能减轻紧密连接损伤,改善肺泡屏障,减轻肺水肿,并为ARDS治疗提供新靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立ARDS体内和体外模型

模拟ARDS的病理状态,以便观察糖萼和紧密连接的变化。

C57BL/6小鼠气管内给予LPS(5 mg/kg)或生理盐水,6小时后处死;A549细胞用LPS(100 μg/mL)处理6小时。

2

评估肺泡通透性和病理变化

验证模型是否成功模拟ARDS的特征。

通过HE染色观察肺组织病理,计算肺湿/干重比评估肺水肿程度。

3

检测糖萼HS脱落

评估LPS刺激下上皮糖萼HS的降解情况。

用ELISA检测BALF、血清和细胞上清中HS含量;用免疫荧光检测肺组织和细胞中HS表达。

4

检测紧密连接蛋白表达

评估糖萼破坏对紧密连接蛋白的影响。

用免疫荧光和Western blotting检测occludin、claudin 4、ZO-1的表达;用qRT-PCR检测ZO-1 mRNA水平。

5

验证HPA的作用

确定HPA在LPS诱导的HS降解和紧密连接损伤中的作用。

使用HPA抑制剂NAH预处理,观察对HS降解和紧密连接损伤的影响;检测LPS刺激后细胞上清中HPA水平。

6

验证重组HPA对ZO-1的影响

直接验证HPA是否影响ZO-1表达。

用重组HPA处理A549细胞,检测HS水平、ZO-1蛋白和mRNA表达。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
脂多糖Sigma-AldrichL2880
肝素酶IIISigma-AldrichH8891
N-脱硫酸化/再N-乙酰化肝素Sigma-AldrichA8036
硫酸乙酰肝素ELISA试剂盒Shanghai Enzyme-linked Biotechnology Co.ml111013
人乙酰肝素酶ELISA试剂盒BlueGeneE01H0100
杜尔贝科改良伊格尔培养基----
胎牛血清----
抗硫酸乙酰肝素抗体Biotechnology--
抗Occludin抗体Invitrogen33-1500
抗表面活性蛋白C抗体Abcamab40879
抗ZO-1抗体Invitrogen61-7300
抗Claudin 4抗体Abcamab15104
4',6-二脒基-2-苯基吲哚Sigma-AldrichD8417
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime Biotechnology--
抗β-肌动蛋白抗体Biossbs-0061R
电化学发光试剂盒Millipore--
RNAiso PlusTakara--
RevertAid第一链cDNA合成试剂盒Takara--
TB Green快速qPCR预混液Takara--
实时荧光定量PCR仪Bio-Rad Laboratories--
重组乙酰肝素酶Cloud-clone Corp.APA711Hu01

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
C57BL/6小鼠(雄性,8-10周龄,18-23g);LPS剂量(5 mg/kg)和给药途径(气管内);处死时间(6小时);NAH剂量(150 μg)和给药方式(皮下注射)及预处理时间(1小时)
阅读提示:Materials and methods 2.2 Animal model of ARDS
细胞模型建立
A549细胞来源;LPS浓度(100 μg/mL)和处理时间(6小时);NAH浓度(10 μg/mL)和预处理时间(1小时);肝素酶III浓度(0.1 U/mL)和处理时间(1小时)
阅读提示:Materials and methods 2.6 Cell culture
重组HPA处理
重组HPA浓度(2 μg/mL)和处理时间(12小时)
阅读提示:Materials and methods 2.6 Cell culture
肺泡通透性检测
肺湿/干重比测量:湿重称量,60°C干燥48小时后称干重
阅读提示:Materials and methods 2.4 Lung wet/dry (W/D) ratios
HS和HPA检测
ELISA试剂盒型号:HS试剂盒ml111013(小鼠BALF和血清)和ml061639(细胞上清),HPA试剂盒E01H0100;样品制备:BALF离心900g 10分钟,血液离心1500g 20分钟
阅读提示:Materials and methods 2.5和2.7
蛋白表达检测
抗体稀释比例:occludin和claudin 4(1:200免疫荧光,1:1000 Western blotting),ZO-1(1:200免疫荧光,1:500 Western blotting),β-Actin(1:1000);蛋白上样量、转膜条件等未明确说明
阅读提示:Materials and methods 2.8 Immunofluorescence和2.9 Western blotting analysis
mRNA表达检测
cdna合成量(50 ng);引物序列(ZO-1和GAPDH);ΔΔCt法计算相对表达量
阅读提示:Materials and methods 2.11 Quantitative real-time PCR