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巨噬细胞在小肠移植急性排斥反应期的极化状态及意义.pdf
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巨噬细胞 小肠 移植 急性 排斥 反应 极化 状态 意义
论著巨噬细胞在小肠移植急性排斥反应期的极化状态及意义骆阳徐兴伟嵇武【摘要】目的探究小肠移植术后发生急性排斥反应(AR)时巨噬细胞极化状态的改变。方法将 6 只BrownNorway(BN)大鼠和 24 只 Lewis 大鼠分为假手术组(6 只 Lewis 大鼠)、同基因组(LewisLewis,供受体各 6 只)和异基因组(BNLewis,供受体各 6 只)。对各组大鼠术后 7d 的移植肠组织进行苏木素-伊红(HE)染色和脱氧核糖核酸末端转移酶介导的dUTP缺口末端标记(TUNEL)法检测,观察其病理学表现和细胞凋亡情况;采用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清中 M1 和 M2 型巨噬细胞极化相关细胞因子表达水平;利用免疫荧光技术检测各组移植肠组织中 M1 和 M2 型巨噬细胞表面标志物并进行共定位计数分析。结果HE 染色和 TUNEL 检测结果显示假手术组与同基因组肠上皮形态结构正常,未见明显凋亡小体;异基因组大鼠术后7d 移植肠组织上皮层绒毛结构破坏严重,隐窝数量减少,凋亡小体增多,炎症细胞浸润肠壁全层,呈现中-重度AR。ELISA 结果显示异基因组受体鼠血清中 M1 型巨噬细胞极化相关细胞因子肿瘤坏死因子(TNF)-、干扰素(IFN)-和白细胞介素(IL)-12 表达水平高于假手术组和同基因组,同基因组中 M2 型巨噬细胞极化相关细胞因子 IL-10 和转化生长因子(TGF)-表达水平高于假手术组和异基因组,差异均有统计学意义(均为P0.05)。免疫荧光结果显示异基因组移植肠组织中 M1 型巨噬细胞计数多于假手术组和同基因组,同基因组M2 型巨噬细胞计数多于假手术组和异基因组,差异均有统计学意义(均为 P0.05)。结论小肠移植术后发生AR 的移植物中,大量巨噬细胞浸润肠壁全层,以 M1 型为主并分泌大量促炎因子,调控巨噬细胞极化方向是治疗小肠移植术后 AR 的潜在方法。【关键词】小肠移植;急性排斥反应;巨噬细胞;炎症;极化;肿瘤坏死因子;干扰素;白细胞介素;转化生长因子【中图分类号】R617,R392.12【文献标志码】A【文章编号】1674-7445(2023)06-0007-07DOI:10.3969/j.issn.1674-7445.2023129基金项目:国家自然科学基金青年基金(81900598)作者单位:210002南京,南京医科大学金陵临床医学院普通外科(骆阳、嵇武);浙江大学医学院附属第一医院结直肠外科(徐兴伟)作者简介:骆阳(ORCID:0000-0002-6479-6912),硕士,研究方向为肠道菌群与小肠移植免疫,Email:通信作者:嵇武(ORCID:0000-0002-6058-2888),教授,博士研究生导师,主任医师,研究方向为普通外科基础与临床研究,Email:第 14 卷第 6 期器官移植Vol.14No.62023 年 11 月Organ TransplantationNov.2023Polarization state and significance of macrophage in acute rejection after intestinal transplantation Luo Yang*,Xu Xingwei,Ji Wu.*Department of General Surgery,Jinling Clinical Medical School of Nanjing Medical University,Nanjing 210002,ChinaCorresponding author:Ji Wu,Email:【Abstract】ObjectiveToinvestigatethechangesofmacrophagepolarizationduringacuterejection(AR)afterintestinaltransplantation.MethodsSixBrownNorway(BN)ratsand24Lewisratsweredividedintotheshamoperationgroup(6 Lewis rats),syngeneic transplantation group(LewisLewis,6 donors and 6 recipients)and allogeneictransplantationgroup(BNLewis,6donorsand6recipients).Atpostoperative7d,theintestinalgrafttissuesinallgroupswerecollectedforhematoxylin-eosin(HE)stainingandterminaldeoxynucleotidyltransferase-mediateddUTPnick-endlabeling(TUNEL)assay.Pathologicalmanifestationsandcellapoptosiswereobserved.TheexpressionlevelsofserumcytokinesrelatedtoM1andM2macrophagepolarizationweredeterminedbyenzyme-linkedimmunosorbentassay(ELISA).SurfacemarkersofM1andM2macrophagesofintestinalgrafttissuesineachgroupwereco-localizedandcountedbyimmunofluorescencestaining.ResultsHEstainingandTUNELassayshowedthattheintestinalepithelialmorphologyandstructurewerenormalandnoevidentapoptoticbodieswerefoundintheshamoperationandsyngeneictransplantationgroups.At7daftertransplantation,theepithelialvillistructureofintestinalgrafttissueswasseverelydamaged,thenumberofcryptswasdecreased,thenumberofapoptoticbodieswasincreased,andinflammatorycellsinfiltratedintothewholeintestinalwall,manifestedwithmoderatetosevereARintheallogeneictransplantationgroup.ELISArevealedthattheexpressionlevelsofserumcytokinesrelatedtoM1macrophagepolarization,suchastumornecrosisfactor(TNF)-,interferon(IFN)-andinterleukin(IL)-12,oftherecipientratsintheallogeneictransplantationgroupwerehigherthanthoseintheshamoperationandsyngeneictransplantationgroups.TheexpressionlevelsofserumcytokinesrelatedtoM2macrophagepolarization,suchasIL-10andtransforminggrowthfactor(TGF)-,inthesyngeneictransplantationgroupwerehighercomparedwiththoseintheshamoperationandallogeneictransplantationgroup,andthedifferences were statistically significant(all P0.05).Immunofluorescence staining showed that the number of M1macrophages in the allogeneic transplantation group was higher than those in the sham operation and syngeneictransplantationgroups,andthenumberofM2macrophagesinthesyngeneictransplantationgroupwashigherthanthoseintheshamoperationandallogeneictransplantationgroups,andthedifferenceswerestatisticallysignificant(allP0.05).ConclusionsAmongtheallograftswithARafterintestinaltransplantation,alargenumberofmacrophages,mainlyM1macrophagessecretingalargenumberofpro-inflammatorycytokines,infiltrateintothewholeintestinalwall.RegulatingthedirectionofmacrophagepolarizationisapotentialtreatmentforARafterintestinaltransplantation.【Key words】Intestinaltransplantation;Acuterejection;Macrophage;Inflammation;Polarization;Tumornecrosisfactor;Interferon;Interleukin;Transforminggrowthfactor近 30 年来,随着移植外科的发展和免疫抑制药的研发,小肠移植已成为不可逆性肠功能衰竭患者的最终治疗方法1。但由于肠道本身是一种带菌器官且富含大量巨噬细胞、淋巴细胞等免疫细胞2-3,导致移植术后频发的急性排斥反应(acuterejection,AR)严重影响移植物功能和受者长期生存率1,是制约小肠移植广泛应用的重要原因。其次,免疫抑制药导致受者免疫功能低下,各种感染、肿瘤发生率升高以及药物本身具有的肝、肾、心脏、神经毒性亦是临床上不可忽视的问题4-6。因此,需要进一步探索小肠移植术后 AR的机制,寻找药物作用的新靶点,提高受者生存率。巨噬细胞是固有免疫系统的重要组成部分,具有清除病原体和抗原提呈作用7。肠道黏膜固有层巨噬细胞可在机体不同生理和疾病状态下被诱导极化为“经典活化”(M1型)或“替代激活”(M2型)巨噬细胞8,发挥着促炎和抗炎不同的生物学作用,共同维持肠道的稳态9-10。近年来科学家发现巨噬细胞在肝、肾、心、肺、角膜等器官移植术后发生的排斥反应中具有重要作用11-19。然而,目前关于巨噬细胞极化在小肠移植领域的研究较少20,本研究旨在探索小肠移植术后发生 AR 时移植物中巨噬细胞极化状态的改变,为 AR 提供新的诊断依据和潜在的治疗靶点。1材料与方法1.1 实验动物和分组选用北京维通利华实验动物公司提供的近交系无特定病原体(specificpathogenfree,SPF)级雄性BrownNorway(BN)大鼠 6 只,体质量约 230g,雄818器官移植第 14 卷性 Lewis 大鼠 24 只,体质量约 250g,标准饮食、饮用水饲养于东部战区总医院比较医学科 SPF 级动物饲养中心。将 BrownNorway(BN)大鼠和 Lewis 大鼠分为假手术组(6 只 Lewis 大鼠)、同基因组(LewisLewis,供受体各 6 只)和异基因组(BNLewis,供受体各 6 只)。假手术组仅做开腹后即缝合处理;同基因组和异基因组大鼠手术方式采用供体肠系膜上动脉与受体腹主动脉端侧吻合,供体门静脉套管与受体左肾静脉袖套吻合的异位节段性小肠移植术21。假手术组和移植受体鼠均于术后 7d 取下腔静脉血,处死后收集移植肠组织分别置于80冰箱保存和 4%多聚甲醛溶液中固定。本实验经东部战区总医院动物伦理委员会批准(批准号:2019JLHGKJDWLS-85),并完全按照国家关于实验动物相关准则实施。1.2 主要试剂脱氧核糖核酸末端转移酶介导的 dUTP 缺口末端标记(terminaldeoxynucleotidyltransferase-mediateddUTPnick-endlabeling,TUNEL)检测试剂盒购于上海碧云天公司;大鼠肿瘤坏死因子(tumornecrosisfactor,TNF)-、干扰素(interferon,IFN)-、白细胞介素(interleukin,IL)-12、IL-10、转化生长因子(transforminggrowthfactor,TGF)-酶联免疫吸附试验(enzyme-linkedimmuneabsorbentassay,ELISA)试剂盒,兔抗大鼠 F4/80 一抗,兔抗大鼠CD11b 一抗均购于湖南艾方生物科技有限公司;兔抗大鼠 CD206 一抗购于美国 CellSignalingTechnology公司;辣根过氧化物酶标记的荧光二抗购于美国Proteintech 公司;AlexaFluor488 标记山羊抗兔二抗购于湖南艾方生物科技有限公司。1.3 实验方法1.3.1移植肠组织病理学检查获取移植肠组织,4%多聚甲醛溶液固定过夜,常规石蜡包埋,切片4m,常规脱蜡、水化、苏木素-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色。酒精脱水和二甲苯透明、中性树胶进行封片,显微镜观察病变情况。依据移植小肠病理学临床操作规范(2019 版)进行评分分级(03 级),判定各组肠组织的 AR 分级22。1.3.2TUNEL 检测移植肠组织细胞凋亡组织固定后石蜡切片取出置于烘箱30min,经过 0.2%Trizon破膜 20min 并用磷酸缓冲盐溶液(phosphatebuffersaline,PBS)润洗后,平衡样本并以脱氧核糖核苷酸末端转移酶孵育缓冲液孵育,PBS 润洗并用4,6-二脒基-2-苯基吲哚(4,6-diamidino-2-phenylindole,DAPI)染核,抗荧光淬灭剂封片。烘干后观察肠组织细胞凋亡情况,并在 100 倍视野下进行肠上皮细胞和隐窝中细胞凋亡计数分析,进一步明确 AR 分级和肠黏膜损伤情况。1.3.3ELISA 检测血清细胞因子水平收集各组大鼠术后 7d 下腔静脉血,离心后取上清。采用 ELISA 检测试剂盒检测血清中 M1 型巨噬细胞极化相关细胞因子 TNF-、IL-12 和 IFN-和 M2 型巨噬细胞极化相关的细胞因子 TGF-和 IL-10 的表达水平。1.3.4免疫荧光染色检测巨噬细胞极化状态采用免疫荧光双标染色检测大鼠小肠移植术后 7d 移植肠组织中 M1 型巨噬细胞表面标志物(F4/80、CD11b)和 M2 型巨噬细胞表面标志物(F4/80、CD206)并在 100 倍视野下进行共定位计数分析。1.4 统计学方法采用 SPSS26.0 软件进行统计学分析,符合正态分布的计量资料以均数标准差表示,多组间比较采用单因素分析,组间两两比较采用 LSD-t 检验;等级资料采用秩和检验进行比较。P0.05 为差异有统计学意义。2结果2.1 大鼠小肠移植术后 7 d 移植肠组织病理学表现移植肠组织 HE 染色结果显示,假手术组与同基因组肠上皮形态结构正常,隐窝结构正常、数量丰富,未见明显凋亡小体,肌层与浆膜层未见明显异常,属于正常肠黏膜形态;而异基因组移植肠组织黏膜上皮层绒毛结构异常紊乱,出现肿胀、低平等改变,并可见较多肠绒毛上皮脱落、相互融合,黏膜固有层内间质明显水肿,广泛可见毛细血管淤血,大量的巨噬细胞、淋巴细胞混合性浸润,炎症浸润累及黏膜全层,隐窝数量明显减少,隐窝上皮细胞凋亡多见,并可见大量凋亡小体,异基因组的移植肠组织呈现中-重度 AR(图 1)。对各组移植肠组织的 AR 分级进行分析,结果显示异基因组移植肠组织的 AR 等级高于假手术组和同基因组,差异有统计学意义(均为 P0.05)。第 6 期骆阳等巨噬细胞在小肠移植急性排斥反应期的极化状态及意义819 图 1 各组移植肠组织病理学表现(HE,100)Figure 1 Pathological findings of intestinal grafts in eachgroup2.2 大鼠小肠移植术后 7 d 移植肠组织细胞凋亡情况在假手术组与同基因组中,肠上皮细胞、隐窝中细胞凋亡水平较低,凋亡细胞几乎不可见;而在异基因组中,可见大量肠上皮细胞和基底部隐窝细胞凋亡(图 2A)。对各组肠组织每张切片在 100 倍视野下随机选取肠壁 2 个区域进行计数,异基因组移植肠组织中的凋亡细胞和凋亡小体计数多于假手术组和同基因组(图 2B,P0.05)。2.3 大鼠小肠移植术后 7 d 血清中 M1、M2 型巨噬细胞极化相关细胞因子表达水平ELISA 结果显示,与假手术组和同基因组相比,异基因组的 M1 型巨噬细胞极化相关细胞因子 TNF-、IFN-和 IL-12 表达水平升高(表 1,均为 P0.05)。与假手术组和异基因组相比,同基因组中 M2 型巨噬细胞极化相关细胞因子 IL-10 和 TGF-表达水平升高(表 1,均为 P0.05)。2.4 大鼠小肠移植术后 7 d 移植肠组织 M1 型、M2 型巨噬细胞极化情况在发生 AR 的异基因组移植肠组织中,巨噬细胞总数异常增多、浸润肠壁全层,且主要以 M1 型为主(图 3A);而在未发生 AR 的同基因组移植肠组织中,巨噬细胞总数有所增多,但以 M2 型巨噬细胞为主(图 3B)。在 100 倍视野下每张切片选取 2 个区域计数,与假手术组和同基因组相比,异基因组 M1 型巨噬细胞数量增多,与假手术组和异基因组相比,同基因组 M2 型巨噬细胞数量增多(图 4,均为 P0.05)。注:A 图为凋亡细胞荧光染色(100);B 图为凋亡细胞计数,与假手术组比较,aP0.05,与同基因组比较,bP0.05。图 2 各组移植肠组织荧光染色及凋亡细胞计数Figure 2 Fluorescence staining and apoptotic cell count in intestinal grafts of each group x表 1 各组血清中 M1 型与 M2 型巨噬细胞极化相关细胞因子表达水平(s,pg/mL)Table 1 Expression levels of M1 and M2 macrophage polarization related cytokines in serum of each group组别nTNF-IFN-IL-12IL-10TGF-假手术组689.32.547.45.010.30.623.81.097.74.8同基因组697.96.150.02.111.11.245.81.9a147.119.2a异基因组6213.84.1a,b102.43.3a,b22.11.3a,b36.62.1b74.63.6bF值1456.16432.27234.97246.9560.99注:与假手术组比较,aP0.05,与同基因组比较,bP0.05。820器官移植第 14 卷注:图为各组移植肠组织中 M1 型和 M2 型巨噬细胞在 100 倍视野下计数;与假手术组比较,aP0.05,与同基因组比较,bP0.05。图 4 各组移植肠组织 M1 型和 M2 型巨噬细胞计数Figure 4 Counts of M1 and M2 type macrophages inintestinal grafts of each group3讨论巨噬细胞具有高度可塑性,能够在识别局部微环境改变后发生表型转换并且分泌细胞因子,以保持局部微环境稳态23-24。随着细胞与分子免疫学的发展,越来越多的证据表明巨噬细胞及其活化过程中释放的一些细胞因子还可以促进损伤修复,其可通过分泌基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase,MMP)-12、血小板衍生生长因子(plateletderivedgrowthfactor,PDGF)、TGF-1 等细胞因子直接激活成纤维细胞,直接或间接抑制炎症反应降低组织损伤,在损伤修复后期分泌重组人精氨酸酶 1(arginase1,Arg1)、抵抗素样分子-(resistin-likemolecule-,RELM)、IL-10 等细胞因子来限制过度纤维化25-26。因此,移植物的功能状态和巨噬细胞极化之间的关联以及能否通过调控巨噬细胞极化方向改善移植物的存活率是近年来移植外科研究的重要方向。在肝移植中,Huang 等27首次揭示了移植物中巨噬细胞池的时间依赖性变化,移植物中的大部分巨噬细胞,尤其是 M1 型,会在短期内被受体循环中的单核-巨噬细胞所取代。Cao 等28在肝移植术后发生AR 的移植物中也发现大量 M1 型巨噬细胞,而通过过表达微小 RNA(microRNA,miRNA,miR)-449a 结合前胶原赖氨酸 2-氧戊二酸 5-双加氧酶1(procollagen-lysine2-oxoglutarate5-dioxygenase1,PLOD1),可抑制巨噬细胞中核因子(nuclearfactor,NF)-B 信号通路,减少其向 M1 型极化,极大地减轻了移植物的排斥反应。在肾移植中,Azad 等29同样证实发生 AR 的移植物中表达 CXC 趋化因子配体(CXCchemokineligand,CXCL)11、CC 趋化因子配体(CCchemokineligand,CCL)19、CD86 的炎性巨噬细胞数量远高于功能稳定的肾移植受者,并且往往预示着较差的生存结果。Hang 等30通过肾移植术后给予艾拉莫德降低 Krppel 样因子(Krppel-likefactor,KLF)4 的表达,减少 M1 型巨噬细胞相关转录物和蛋白的生成,从而减轻了移植后大鼠的排斥反应。在小鼠心脏异位移植模型中,同样发现异基因移植引发 AR 的移植物中表达诱导型一氧化氮合酶(induciblenitricoxidesynthase,iNOS)的 M1 型巨噬细胞数量在术后 1 周内随时间逐渐增加,而通过转染可溶性纤维蛋白原样蛋白(solublefibrinogen-likeprotein,sFGL)2 的间充质干细胞可逆注:A 图为免疫荧光双标定位检测 M1 型巨噬细胞表面标志物 F4/80、CD11b;B 图为免疫荧光双标定位检测 M2 型巨噬细胞表面标志物 F4/80、CD206。图 3 各组移植肠组织 M1、M2 型巨噬细胞免疫荧光共定位(免疫荧光,100)Figure 3 Immunofluorescence co-localization of M1 and M2 type macrophages in intestinal grafts of each group第 6 期骆阳等巨噬细胞在小肠移植急性排斥反应期的极化状态及意义821 转这一过程,增加巨噬细胞 M2 型极化,减少 M1 型极化,显著改善移植物的排斥反应,延长受体生存期17。在造血干细胞移植中,不平衡的 M1/M2 比值和促炎因子的增加与术后发生移植物的不良事件存在显著相关性31。越来越多的证据表明,巨噬细胞极化在监测移植物排斥反应、反映移植物功能状态和受者生存率等方面具有重要作用,而通过调控巨噬细胞极化,是改善移植物 AR 和提高受者生存率的潜在方法32-35。本研究通过检测异基因大鼠小肠移植 AR 模型中移植肠组织 M1 型巨噬细胞和血清中 M1 型巨噬细胞极化相关炎症因子表达水平,初步揭示了巨噬细胞极化在小肠移植术后 AR 中的作用,然而本研究亦有不足之处,缺乏临床患者样本的检测以及对巨噬细胞的干预研究,将在后续工作中加以深入展开。综上所述,巨噬细胞极化在小肠移植术后 AR 中起重要作用,但其机制需进一步研究,调控巨噬细胞极化方向或可成为小肠移植术后 AR 的治疗方法。参考文献:吴国生,梁廷波.自体小肠移植技术的实践与挑战J.中华消化外科杂志,2021,20(1):85-88.DOI:10.3760/115610-20201202-00748.WUGS,LIANGTB.CurrentpracticeandchallengesofintestinalautotransplantationJ.ChinJDigSurg,2021,20(1):85-88.DOI:10.3760/115610-20201202-00748.1PETERSON LW,ARTIS D.Intestinal epithelial cells:regulatorsofbarrierfunctionandimmunehomeostasisJ.Nat Rev Immunol,2014,14(3):141-153.DOI:10.1038/nri3608.2MAOK,BAPTISTAAP,TAMOUTOUNOURS,etal.InnateandadaptivelymphocytessequentiallyshapethegutmicrobiotaandlipidmetabolismJ.Nature,2018,554(7691):255-259.DOI:10.1038/nature25437.3ROBERTS MB,FISHMAN 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