文摘
急性肺损伤(ALI)是一种炎症条件并在呼吸衰竭。目前还没有有效的药物治疗。氮化脂肪酸(nfa)发挥抗炎作用。因此我们假设直接交付nfa的炎症会降低阿里的严重程度。小鼠肺后交付10-nitro-oleate endotoxin-induced阿里减少肺部炎症和损伤的标志,包括毛细管泄漏、肺部水肿、中性粒细胞浸润到肺,和氧化剂的压力,以及等离子体的促炎细胞因子水平。Nitro-oleate交付同样由肺泡巨噬细胞炎性基因的表达下调表达,肺部炎症的关键细胞调节。这些影响可能占观察活动的增加PPAR -γ和PPAR -γ全身抗转录因子Nrf2和NF -的活动减少κb。我们的研究结果表明,肺的nfa减少急性肺损伤的严重程度,表明这些分子在其他炎症性肺部疾病的潜在效用。
1。介绍
各种肺和肺外的侮辱会导致急性肺损伤(ALI),它的特点是毛细管泄漏和肺水肿和血氧不足1]。这些反映在多个阿里的起源不同疾病的动物模型,其中肺部细菌内毒素管理局(脂多糖;有限合伙人)是最常见的。不管诱发原因,阿里的最早阶段特性严重neutrophil-rich肺泡炎症(2)和相关的氧化剂应激(3]代表大部分或全部的近因随后的肺损伤。阿里发病率和死亡率仍然很高,没有有效的药物治疗4),强调迫切需要改进的治疗方法。
过氧物酶体proliferator-activated受体(PPAR -)中起着重要的作用在许多正常的反馈循环限制炎症,导致其决议(5- - - - - -9),因此一个有前途的阿里药物治疗的目标。在众多抗炎作用归因于PPAR -激活减弱活性氧的增加,细胞因子、趋化因子、粘附分子(10]。这些行动的主要机制是减少促炎转录因子的活动如NF -κB AP-1和统计5,6]。合成PPAR -受体激动剂被广泛用于治疗糖尿病,但相关的副作用。各种各样的内源性分子被激活PPAR -,但大多数表现出低效力或出现在低浓度,导致不确定性对他们的生理作用。
硝化脂肪酸(nfa)激活配体为所有三个PPARs, PPAR -表现出他们最大的力量受体激动剂(11,12]。他们也可以表现出许多PPAR -端依赖效应,包括诱导脂肪形成的11和巨噬细胞的受体CD36的表达12]。nfa内生非酶的反应时产生的或其无机反应产物与自然存在不饱和脂肪酸(13),nitro-oleic酸(OA-NO位置异构体2)和nitrolinoleic酸(LNO2)发现在人血浆浓度最高11,14]。建议PPAR -介导的抗炎作用nfa的支持在体外研究[15,16),但在活的有机体内和潜在转化研究的影响是有限的。这些因素使我们调查OA-NO治疗的能力2,最强有力的PPAR -激活NFA (11),以减少炎症和肺损伤的严重程度由有限合伙人阿里诱导的小鼠模型。为了最大化肺可用性、OA-NO2是直接发送到肺部通过气管内的路线。
2。材料和方法
2.1。动物
雄性C57BL / 6小鼠获得杰克逊实验室(巴尔港,我),在6 - 8周的使用年龄(20 - 25克)。所有研究根据协议进行审查和批准的亚特兰大退伍军人医疗中心机构动物保健和使用委员会。
2.2。OA-NO2和有限合伙人管理
老鼠和90毫克/公斤氯胺酮麻醉和10毫克/公斤甲苯噻嗪,通过腹腔内注射管理,进行气管切开术。阿里当时引起气管内的(电脑)注入50μg内毒素(LPS)准备的大肠杆菌O111: B6 (Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州)。三十分钟后小白鼠注射技术与50μg OA-NO2(开曼化工、安阿伯、MI) 50μL 10% DMSO溶液或车辆。进一步5.5 h小鼠安乐死之后,获得了等离子体,肺和BAL流体样本收集。嗜中性粒细胞浸润肺山峰大约6小时后电脑。有限合伙人管理(17]。
2.3。肺湿:干重比
索引的肺部水肿,肺血管外的水的数量计算。右肺下叶的结扎和切除和湿重被记录。肺被放置在一个孵化器在60°C 24 h得到干重。湿:干比计算除以湿干重的重量。
2.4。支气管肺泡灌洗(BAL)流体收集和细胞计数
切除肺右下叶后,BAL收集的液体冲洗毫升的磷酸盐(PBS)包含0.1毫米EDTA通过气管插管进入肺部。汇集BAL液离心机在500年在4°C 5分钟。颗粒状细胞然后resuspended 1毫升的PBS。总细胞数由血细胞计数器计数,一个微分细胞计数是由cytospin染色与Diff-Quik(西门子、纽瓦克、德)。
2.5。平衡液蛋白质
平衡液蛋白浓度的增加被认为是一个衡量alveolar-capillary渗透率的增加障碍。总蛋白浓度在平衡液离心后的上层的决心使用BCA蛋白质分析工具包(皮尔斯,罗克福德,IL)。
2.6。肺组织病理学
肺膨胀,与中性10%福尔马林固定在室温下过夜。肺组织脱水随着乙醇浓度(EtOH)然后嵌入石蜡。Five-micrometer-thick石蜡切片苏木精和伊红染色())。
2.7。评估毛细管泄漏
为了进一步评估肺通透性,50毫克/公斤的伊文思蓝染料(EBD;Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州)溶解在200μL (PBS的尾静脉注入小鼠后阿里感应。30分钟后,动物安乐死和5毫升PBS灌注肺,肺被切除之后全体和snap-frozen液氮。冰冻的肺被均质在2毫升PBS。匀浆稀释了2卷甲酰胺和孵化60°C 18 h,离心5000紧随其后30分钟。上层清液收集和吸光度测量在620和740海里。EBD浓度决定从标准吸光度曲线并行计算。污染校正血红素色素的计算公式。EBD浓度表示为μ肺的g / g。
2.8。髓过氧化物酶活动的测量
作为一个索引的嗜中性粒细胞浸润落下帷幕,流体和tissue-associated髓过氧化酶(MPO)活动的决心。冷冻肺组织被解冻、称重、均质,用冰radioimmunoprecipitation分析缓冲区(里帕)。离心后10000在4°C 20分钟,上层清液收集并用于商用MPO活性测定的荧光测定工具包(700160;开曼群岛化学)根据制造商的指示。结果表示为nmol / min-ml。类似的测量进行BAL液浮层。
2.9。氧化压力的测量
过氧化氢(H2O2)在肺组织决心生产使用Amplex红过氧化氢测定工具包(分子探针,尤金或)根据制造商的指示。硝酸的浓度和丙二醛(MDA)在肺匀浆测定使用商用比色测定试剂盒(开曼化学)根据制造商的指示。
2.10。测量血浆细胞因子水平
肿瘤坏死因子-等离子体水平(肿瘤坏死因子-)、白细胞介素- 6 (il - 6)、角化细胞化学引诱物(KC)和巨噬细胞炎性protein-2 (MIP-2)测量使用酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒(研发系统、明尼阿波利斯、MN)根据制造商的指示。
2.11。RNA分离和定量实时rt - pcr
落下帷幕流体颗粒状的细胞在DMEM resuspended补充10%胎牛血清,可以坚持组织culture-treated six-well板1 h,然后洗两次删除不依从细胞。附着肺泡巨噬细胞细胞溶解,RNA是孤立使用RNeasy迷你包(试剂盒,瓦伦西亚,CA),与cDNA生成使用MultiScribe从100 ng的总RNA逆转录酶(应用生物系统公司,培育城市,CA)采用随机和低聚糖dT引物。实时定量PCR进行使用100 ng cDNA 2 x SYBR绿色主人混合(应用生物系统公司)和特定感兴趣的基因的引物(表1)。这些实验进行AB 7500快速热循环使用三步的协议采用熔化曲线的方法。每个基因的平均周期阈值()确定为每个实验。相对cDNA水平(2−ΔΔCt)使用比较感兴趣的基因所决定方法,该方法生成ΔΔCt是感兴趣的基因之间的差异和管家基因glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶(GAPDH)和9 s rRNA为每个样本。平均每个基因表达实验样本相比平均控制样本,设置为1。
2.12。瞬时转染试验
PPAR -位于马里兰州Rockville A549细胞活动(写明ATCC)决心如前所述[18]。简单,细胞被瞬变co-transfected监管下含有荧光素酶基因的质粒四Gal4 dna结合蛋白元素(UASG 4 TK-luciferase)和一个包含PPAR -质粒配体结合域融合Gal4 dna结合域或过氧物酶体扩散国的荧光素酶基因控制响应元件(PPRE)分离脂肪酸运输蛋白质。转染都使用Lipofectamine执行2000(英杰公司)根据制造商的指示。测试化合物治疗后,激活测量使用Dual-Luciferase记者分析系统(Promega,麦迪逊,WI)根据制造商的指示。
2.13。转录因子dna结合活性测定
核蛋白质提取使用核提取工具包(活动主题,卡尔斯巴德,CA)根据制造商的协议。蛋白质浓度测定采用BCA蛋白质分析工具包(皮尔斯)。核提取物被用来量化PPAR - dna结合活性核转录因子(erythroid-derived 2)——2 (Nrf2)和NF - p65亚基κB使用ELISA-based TransAM工具包(40096、40696和50296;活动主题)根据制造商的指示。
2.14。分子建模和计算机模拟OA-NO的绑定2PPAR -
在网上建设OA-NO2进行了使用化学办公室(ChemDraw Chem3D;CambridgeSoft Corp . Cambridge, MA)。避免位阻和冲突,可以出现在建筑过程中,获得的模型受到几何优化使用GaussView协议300步的共轭梯度。每个模型是优化使用半经验量子化学等方法实现Gaussian98包的项目。
Autodock 4.2(和拉马克的遗传算法)或ArgusLab 4用于生成起始复合物。一个精英主义的值为1,结合概率变异和互换的0.03和0.07,分别。根据这些参数从获得的最好的解决方案,这些定义的用户展示最好的概率我们的例子中,0.07都是由本地搜索方法进一步细化。Autodock定义了构象空间实现网格在整个空间的可能的解决方案。目的是测试的能力Autodock收敛到PPAR -内部的解决方案配体结合域,70每一面的网格间距0.4分是建立在这样一种方式,它的外部表面和内部腔PPAR -配体结合域。下面的程序是用于OA-NO2-PPAR -配体结合域对接模拟:150为每个OA-NO跑了2-PPAR -配体结合域。每次运行结束时,复合物分为集群根据最低均方根偏差(RMSD),和最好的得分值基于免费经验能量函数的确定。集群复合物的平均得分是11.50−kcal-mol / L对运行选择的最好的能源获得。选定最终的复合物进行了优化使用半经验量子化学方法与Gaussian98精炼过程。
体积恒定,恒温的分子动力学(MD)模拟复合物进行发现,2.7版本(圣地亚哥Biosym Technologies, Inc . CA)在化学和MD模拟项目办公室。能量最小化进行了两个系统,这两个假设1 OA-NO分子21分子PPAR -,水分子。系统模拟;(我)OA-NO2和PPAR -分开的距离大于非键截止距离(> 8.5);(2)OA-NO2包裹着的PPAR -配体结合域。每个分子系统是包含在一个盒子的大小一个与周期性边界条件。步长是2飞秒(fsec)。开始模拟,不同种子数量为每个系统用于初始麦克斯韦速度分布。模拟持续,坐标保存每2 fsec进行分析。
2.15。统计分析
数据是平均数±标准差。使用方差分析组之间的差异进行了分析,其次是Bonferroni多重比较测试使用GraphPad Prism 5.03 (GraphPad软件,拉霍亚,CA)。被认为是显著的。
3所示。结果
3.1。在网上结合OA-NO2PPAR -
尽管LNO的晶体结构2绑定到PPAR -配体结合位点已被报道(19可供OA-NO],没有类似的信息2。我们相应的使用在网上方法来确定这种化合物的可能绑定模式。如数据所示1(一)和1 (b),OA-NO2很适应在PPAR -配体结合部位,最佳姿势能源−11.50千卡/摩尔,并展示适当的相互作用和氢键PPAR -氨基酸残基(ARG 288、GLN 286,他449年和473年酪氨酸)已知的PPAR -非常重要激活。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.2。OA-NO2激活PPAR -在体外
确认nfa激活PPAR -的能力我们利用GAL4记者系统在A549气道上皮细胞。转染细胞治疗0.1、1或5μM OA-NO浓度2或者,作为一个积极的控制,合成的PPAR -受体激动剂罗格列酮。每个化合物表现出剂量依赖性激活的结果绑定到构造的PPAR -配体结合域,具有类似激活对于给定摩尔浓度(图1 (c))。演示的激活内源性PPAR -同样,A549细胞转染的荧光素酶基因控制PPAR响应元素。这个试验同样展示了由OA-NO激活存在剂量依赖的相关性2和罗格列酮(图1 (d))。
3.3。肺管理OA-NO2减少了LPS-Induced肺部炎症的严重程度
肺部炎症是阿里的一个至关重要的特点。自核受体PPAR -众所周知,施加各种抗炎作用和不饱和长链nfa是出于PPAR -配体激活,我们假设肺交付NFA将减少阿里的严重程度。为了验证这个假设,我们利用一个完善的it管理引起的小鼠模型,阿里50μ有限合伙人的g。三十分钟有限合伙人注射后,50μ克OA-NO210% DMSO溶液是通过信息技术路线到肺部。控制老鼠收到车辆没有NFA。之后进一步5.5 h小鼠安乐死,右下叶切除的评估由湿水肿:干重比,BAL流体收集和组织病理学检查和测量的肺切除inflammation-association分子标记。等离子体是在同一时间获得。
肺部炎症的一个重要方面是中性粒细胞的浸润(多形核白细胞;中性粒细胞)进入肺部,因此落下帷幕。我们观察到一个细胞总数增加LPS-induced BAL流体(图2(一个))和微分染色表明,中性粒细胞占大多数的增加(图2 (b))。不仅增加了被OA-NO明显减弱2治疗。类似的结果被用来测量髓过氧物酶在两肺(图2 (c)(图)和BAL液体2 (d))。MPO中发现肺系统与中性粒细胞,因而他们的存在的标志。这些结果证实了BAL流体(图的直接显微镜检查2 (e))。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
(j)
(k)
(左)
炎症也表现为氧化剂压力,直接损害肺组织。氧化剂应激反映生产活性氧如H2O2和过氧化物,主要由巨噬细胞和中性粒细胞,活性氮物种没有由多种细胞类型。正如所料,测量H2O2展示了大量增加后减少OA-NO有限合伙人管理2治疗(图2 (f))。硝酸也看到类似的结果,最终产品的新陈代谢(图2 (g))。脂质氧化产物MDA的水平提供一个索引整体氧化应激和MDA水平都遵循同样的模式作为氧化剂的其他两个标记生成(图2 (h))。
炎症在阿里是同样与释放促炎细胞因子和趋化因子的中性粒细胞,巨噬细胞和其他细胞。我们测量了促炎细胞因子TNF -(图2(我))和il - 6(图2 (j)),激活,吸引中性粒细胞的趋化因子KC(图2 (k)),及相关趋化因子MIP-2,效果类似于KC(图2(左))。等离子体水平的所有四个标记由有限合伙人管理大大增加,但这种增加被OA-NO显著降低2治疗。
3.4。肺管理OA-NO2降低毛细血管通透性和LPS-Induced肺损伤的严重性
提高导致肺毛细血管通透性水肿、血氧不足的驱动力在阿里。它还允许逃脱的血浆蛋白进入肺泡空间,然后可以检测到落下帷幕。我们发现OA-NO2治疗变弱LPS-induced BAL液体蛋白浓度的增加(图3(一个))。有限合伙人管理后的血管渗透性增加允许EBD渗出液从血管进入肺实质,把这些肺深蓝(~ 0.3μ肺g染料/ g)。这外渗EBD被OA-NO显著降低2治疗,然而,导致只有一个淡蓝色的外观肺(~ 0.17μg染料/ g肺;图3 (c))。肺毛细血管通透性水肿,结果反映在湿:干重比,和LPS-induced增加该参数也减少了OA-NO2治疗(图3 (b))。直接组织病理学检查确诊的肺)染色后进一步显著治疗肺部炎症和损伤鼠的车辆,但更严重的那些收到OA-NO异常2(图3 (d))。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.5。OA-NO2产生抗炎PPAR -改变活动NF -κB, Nrf2
我们建议nfa施加他们的许多抗炎作用通过激活PPAR -,这是众所周知的,减少促炎转录因子NF -活动κb . PPAR -促进转录Nrf2抗氧化的因素,进而上调PPAR -表达积极的反馈循环(20.,21]。为了测试我们的假设,我们检查了OA-NO的影响2PPAR -治疗活动NF -κB, Nrf2。其次是车辆治疗时,电脑。有限合伙人NF -调节dna结合的活动κB像预期的那样(图4 (c)),但PPAR -减少活动(图4(一))和Nrf2(图4 (b))。OA-NO2增加治疗,然而,不仅减少了NF -κB活动也增加了PPAR - dna结合活性和Nrf2。检测不到发炎下迹象条件,OA-NO2治疗增加PPAR -活动但对基底的NF -水平没有显著的影响κB或Nrf2活性。鉴于nfa PPAR——的角色受体激动剂和已知的抗炎和抗氧化活动PPAR -通过抑制NF -,许多施加κB活动和upregulation Nrf2,这些数据支持这一概念,通过PPAR - nfa的行为在某种程度上激活。
(一)
(b)
(c)
3.6。OA-NO2降低肺泡巨噬细胞的炎症反应
肺泡巨噬细胞发挥核心作用在调节肺的免疫系统。等刺激激活的有限合伙人时,产生氧化剂和分泌分子,吸引中性粒细胞和其他免疫细胞的肺。PPAR -已知发挥重要作用在调节活化的肺泡巨噬细胞(22),我们调查了nfa的抑制能力LPS-induced激活这些细胞。具体地说,老鼠接受有限合伙人和车辆或OA-NO2如前所述。肺泡巨噬细胞被分离和测定RNA提取的相关基因表达。结果(图5)展示的重要抑制促炎细胞因子TNF -和interleukin-12 (il - 12)和趋化因子MCP-1。Downregulation也观察一氧化氮合酶的诱导形成(间接宾语;NOS2)和superoxide-generating NADPH氧化酶4 (NOX4),这两种导致氧化应激。OA-NO2治疗也减少肺泡巨噬细胞的环氧酶2 (cox - 2)的表达,合成促炎前列腺素。相反,OA-NO2调节表达PPAR -,PPAR -目标基因脂肪酸结合蛋白4 (FABP4)和CD36,受体,促进巨噬细胞凋亡与衰老中性粒细胞吞噬功能,从而有助于解决炎症。所有这些测量证实NFA治疗的能力在活的有机体内抑制活性,促炎的肺泡巨噬细胞的表型。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
4所示。讨论
我们的结果证实OA-NO交付2直接向肺显著减少肺部炎症和损伤的严重程度。我们还发现OA-NO治疗2抑制活化的肺泡巨噬细胞的表型,肺部炎症的关键细胞调节。在肺,LPS-induced增加活动的促炎的转录因子NF -κB在很大程度上是阻塞,LPS-induced减少PPAR -和抗氧化转录因子Nrf2。事实上,PPAR -活动增加基底水平检测不到发炎炎症和迹象的条件。Upregulation Nrf2表达和活动可能占PPAR的抗氧化活性和随之减少炎症反应的氧化损伤20.,21]。
这似乎是第一个研究nfa的能力降低阿里的严重性,很少探讨保护nfa的抗炎作用在任何疾病的动物模型。Borniquel和他的同事们最近获得的结果在炎症性肠病的小鼠模型,类似于我们在阿里23),发现OA-NO2减少疾病严重程度和NF -的增加κPPAR - B表达而增加表达式。值得注意的是,增加的PPAR -表达式被废除的同时政府PPAR -拮抗剂。OA-NO2还发现,以减少梗塞大小在心脏缺血再灌注损伤24]。这是伴随着减少NF -κB活动但是PPAR -一个潜在的作用没有调查。OA-NO有益的影响2,减少炎症,也出现在肾缺血/再灌注损伤(25]。似乎有可能其他一些炎症条件也可能受益于NFA治疗。
核激素受体的激活PPAR -已经被证明可以减少的严重程度LPS-induced阿里(5,9已知,nfa激活PPAR -(11,12]。这反映了配体结合域绑定激活了通过nfa的取代合成配位能力罗格列酮(12),阐明LNO的晶体结构2绑定到这个网站(19]。因此我们建议我们观察的保护作用是主要由激活PPAR -介导的。这种激活似乎足够占大多数我们的观察,包括增加活动和表达的PPAR -本身和抗氧化剂转录因子Nrf2,移植和被PPAR -调节(20.,21),以及减少促炎转录因子NF -的活动κB。
初步研究表明OA-NO2和LNO2出现在正常的人类血浆浓度超过0.1μM,这与他们测量了亲和力将提高他们内生PPAR -的可能性受体激动剂(11]。然而,后来的研究从另一组建议浓度低于1 nM [26]。值得注意的是,这两项研究进行了血浆从健康受试者和不能反映NFA浓度的增加在炎症条件下预期。这个争议不过只有有限的相关性研究,解决药理作用的体内OA-NO交付2而不是内生nfa的角色。
尽管nfa激活PPAR -的能力在容易实现等离子体浓度建立,这可能不是他们唯一的作用机理。nfa已知的烷基硫醇团体通过迈克尔反应(27)和等离子体nfa的大部分实际上是目前蛋白质加合物(28]。然而,这些加合物主要是血清白蛋白或其他蛋白可能参与的信号通路。然而,烷基化的信号蛋白可能会构成某些NFA的效果。它已经表明,nfa p65亚基的烷基化物NF -κB,从而减少其dna结合活性(16]。这种机制提出了调解nfa的保护作用在心肌缺血/再灌注损伤,虽然其他机制的参与,包括PPAR -激活,不排除24]。最近它已经表明,NFA烷基化的典型的蛋白激酶Cζ抑制bradykinin-induced Ca+ +涌入肺上皮细胞(29日]。其他的研究已经确定了NFA不易PPAR -相关影响(30.- - - - - -32),包括抗炎和cytoprotective基因的诱导表达热休克转录因子的控制(33),但这些研究并未确定具体机制观察效果。这些数据表明,NFA行动涉及PPAR -端依赖和独立的机制,尽管这个问题需要进一步调查。
OA-NO失败2检测不到发炎下上调Nrf2活动迹象条件出现意外,鉴于PPAR -大幅增加我们观察到的活动。PPAR -可拆卸的已被证明阻止O2全身的增加Nrf2表达式(20.]虽然PPAR -受体激动剂移植活动的抗氧化剂转录因子(34]。在后一种系统,然而,感应很软弱没有额外的刺激与视黄酸,RXR受体的配体激活的PPAR -形成一个异质二聚体所需的转录活动。nfa也有报告称,上调Nrf2活性和表达的烷基化抑制剂蛋白质Keap-1 [35- - - - - -37),既维护了一个胞质位置Nrf2和泛素化标记,后续的退化。其他证据表明nfa可能激活PPAR -和Nrf2截然不同的转录后途径,后者涉及phosphatidylinositol-3-kinase和蛋白激酶C (38]。值得注意的是,报告基因活动的刺激需要NFA浓度至少比PPAR - Nrf2高10倍。这些不同的效能可能占我们的观察,检测不到发炎下迹象条件,一个50μg注入OA-NO2调节PPAR -但不是Nrf2活性。在这种背景下,对Nrf2 NFA的影响似乎是一个有趣的领域进一步调查。
5。结论
我们的结果在小鼠模型的阿里支持nfa的抗炎作用了在体外在有限数量的其他疾病模型。他们也显示,第一次直接肺交付NFA的可以在肺部疾病有好处。许多肺部疾病的炎症是一个重要的特性,包括哮喘和慢性阻塞性肺疾病和合成PPAR -激活thiazolidinediones已经被提议作为治疗这些疾病。糖尿病治疗,然而,这些药物与不良反应有关。我们的研究结果表明,nfa,或许OA-NO2具体来说,对这些疾病可能有吸引力的替代品以及阿里。
承认
这项工作是由国家卫生研究院授予HL093196 (r . c . Reddy)。