内皮抑素与佐剂性关节炎大鼠血管内皮细胞生长因子、基质金属蛋白酶3及基质金属蛋白酶9的表达*
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周润华,莫汉有,朱姗姗,杨 敏,覃 央
Influence of endostatin on the expression of vascular endothelial growth factor, matrix metalloproteinase-3 and matrix metalloproteinase-9 in rat synoviocytes of adjuvant arthritis
Zhou Run-hua, Mo Han-you, Zhu Shan-shan, Yang Min, Qin Yang
Abstract
BACKGROUND: It has been proven that pannus formation on the surface of synovium in arthritis has a correlation with vascular endothelial growth factor (VEGF) and matrix metalloproteinases (MMP).
OBJECTIVE: To explore the effect of different doses of endostatin on the expression of VEGF, MMP-3 and MMP-9 in rat synoviocyte of adjuvant arthritis.
DESIGN, TIME AND SETTING: The comparative observation was performed at Guilin Medical College from January to June 2007.
MATERIALS: Forty clean grade male Wistar rats, 6-8 weeks old, weighing 146-153 g, were selected to model adjuvant arthritis. Endostatin was product of Yantai Medgenn Co., Ltd.
METHODS: On the 6th day after modeling, 30 rats with the sum of arthritis index of right metapedes and two propodium ≥6 were selected, and randomly divided into 3 groups (n=10). Model control group was infused with normal saline (10 mL/kg per day) for 14 days; low dose endostatin group was infused with mixture of endostatin (2.5 mg/kg per day) and normal saline (2-4 mL) for 14 days; large dose endostatin group was infused with mixture of endostatin (10 mg/kg per day) and normal saline (2-4 mL) for 14 days. Ten normal Wistar rats were selected as controls.
MAIN OUTCOME MEASURES: On the 6th day after treatment, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was used to detect serum level of VEGF, MMP-3 and MMP-9. Synoviocytitis pathological grading, arthritis symptoms, and joint X-ray were also performed.
RESULTS: No apparent inflammation responses such as swelling were observed in low and large dose endostatin groups. Synovium thickening was found in the model control group. There were significantly differences in pathological scores among low and large dose endostatin groups and model group (P < 0.01). Compared with model rats, the expressions of VEGF, MMP-3 and MMP-9 in normal control group, low and large dose endostatin groups were significantly decreased in a dose-dependent manner (P < 0.01).
CONCLUSION: Endostatin can down-regulate the expression of VEGF, MMP-3 and MMP-9 in synoviocyte of adjuvant arthritis in vitro.
Zhou RH, Mo HY, Zhu SS, Yang M, Qin Y. Influence of endostatin on the expression of vascular endothelial growth factor, matrix metalloproteinase-3 and matrix metalloproteinase-9 in rat synoviocytes of adjuvant arthritis.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(24):4628-4632(China) [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-24/24k-4628(ps).pdf]
摘要
背景:大多数证据支持关节炎症时滑膜表面形成血管翳与血管内皮细胞生长因子及其基质金属蛋白酶有关。
目的:实验拟验证不同剂量内皮抑素对佐剂性关节炎模型大鼠血管内皮细胞生长因子、基质金属蛋白酶3及基质金属蛋白酶9表达的影响。
设计、时间及地点:对比观察实验,于2007-01/06在桂林医学院完成。
材料:清洁级雄性Wistar大鼠40只,鼠龄6~8周,体质量146~153 g,建立佐剂性关节炎大鼠模型,内皮抑素为烟台麦得津生物工程股份有限公司产品。
方法:造模后第6天选出右后足和两前足关节炎指数之和≥6的30只大鼠,随机数字表法分为4组。模型对照组以10 mL/(kg?d)生理盐水14 d灌服,小剂量内皮抑素治疗组以终浓度2.5 mg/(kg?d) 加2~4 mL 生理盐水14 d 灌服,大剂量内皮抑素治疗组以终浓度10 mg/(kg?d) 加2~4 mL 生理盐水14 d 灌服,不加干预的10只正常Wistar大鼠作为正常对照组,每组大鼠均10只。
主要观察指标:模型组动物停止灌服后第6天应用酶联免疫吸附法检测各组血清血管内皮细胞生长因子、基质金属蛋白酶3及基质金属蛋白酶9的表达;滑膜炎症的组织病理学评分;关节炎症评分和关节X射线评分。
结果:①小剂量和大剂量内皮抑素治疗组大鼠关节滑膜无明显肿胀等炎症表现,模型对照组关节滑膜增厚的炎症现象明显,3组关节滑膜组织病理学评分比较差异有显著性意义(P < 0.01)。②与模型对照组相比,正常对照组、小剂量及大剂量内皮抑素治疗组血管内皮细胞生长因子、基质金属蛋白酶3和基质金属蛋白酶9表达均降低(P < 0.01),且下降幅度与内皮抑素的浓度呈正相关。
结论:内皮抑素能下调佐剂性关节炎滑膜细胞血管内皮细胞生长因子、基质金属蛋白酶3和基质金属蛋白酶9的水平。
关键词:内皮抑素;佐剂性关节炎;滑膜细胞;血管内皮细胞生长因子;基质金属蛋白酶3;基质金属蛋白酶9;组织构建
周润华,莫汉有,朱姗姗,杨敏,覃央. 内皮抑素与佐剂性关节炎大鼠血管内皮细胞生长因子、基质金属蛋白酶3及基质金属蛋白酶9的表达[J].中国组织工程研究与临床康复,2008,12(24):4628-4632
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/08-24/24k-4628(ps).pdf]
>>本文导读<<

0 引言
类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)主要表现为慢性增生性滑膜炎和血管翳的形成[1],在其病理进程中血管内皮细胞生长因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF)是血管翳生成的一个重要标志,并可特异性地作用于血管内皮细胞[3]。Taylor[4]研究发现类风湿关节炎患者血清中VEGF含量显著增高,且VEGF的水平同疾病的严重度评分及放射检查的进展程度有关,当类风湿关节炎得到有效治疗后,VEGF含量会随之降低。据报道基质金属蛋白酶3(Matrix metalloproteinases-3,MMP-3)和MMP-9在类风湿关节炎患者滑液与血浆中明显升高[5]。也有报道应用抗肿瘤坏死因子α人鼠单抗治疗类风湿关节炎,治疗后患者血液中MMP-3和MMP-9的水平下降,与C-反应蛋白等下降相一致[7]。
内皮抑素是1997年美国哈佛大学O’Reilly等[9]在培养鼠内皮细胞癌细胞过程中新发现的蛋白质,是一种强效的内源性血管生成抑制因子,特异地作用于过度增生的血管内皮细胞。体内、外实验研究发现,内皮抑素能明显抑制实体瘤的生长[10-11],且与其抑制肿瘤内新生血管的生成有关。研究发现重组人内皮抑素(recombinanthuman-endostatin,rh-ES)对佐剂性关节炎大鼠继发性炎症有治疗作用[12]。本实验在此基础上采用佐剂性关节炎模型观察不同剂量重组人内皮抑素对佐剂性关节炎大鼠滑膜组织VEGF、MMP-3及MMP-9蛋白表达的影响。
1 材料和方法
设计:对比观察。
时间及地点:实验于2007-01/06在桂林医学院完成。
材料:雄性Wistar大鼠40只,清洁级,鼠龄6~8周,体质量146~153 g,由桂林医学院实验动物中心提供(许可证号:GLXK(桂)2006-0029)。
主要试剂及仪器:MMP-3和MMP-9单克隆抗体(Santa Cruz 公司);活性低分子明胶(Sigma公司);VEGF(Peprotech EC LTD公司);内皮抑素(烟台麦得津生物工程股份有限公司)。人VEGF ELISA试剂盒(深圳晶美生物工程有限公司);酶标仪(瑞典CliniBio-128C);VEGFELISA试剂盒(美国ENDOGEN公司);多功能高速离心机、低温冰箱、酶标仪(瑞典CliniBio-128C);培养箱、洁净工作台、全自动高速冷冻离心机、倒置型显微镜,均由桂林医学院生物研究所提供。
方法:
弗氏完全佐剂的制作:将液体石蜡与无水羊毛脂按6∶4 比例混合制成混合液1 mL,高压灭菌,加入80 ℃ 灭活1 h 的减毒卡介苗。
模型的制备:用体积分数为0.75的乙醇消毒大鼠尾部后,将配制好的弗氏完全佐剂0.l mL/只注射于尾中、内1/3交界处皮内。
干预分组:在造模第6天,选出右后足和两前足关节炎指数之和≥6的30只大鼠,随机数字表法分为模型对照组,小剂量内皮抑素治疗组,大剂量内皮抑素治疗组,每组10只;另取10只正常Wistar大鼠作为正常对照组。将内皮抑素研磨成粉,小剂量内皮抑素治疗组按终浓度2.5 mg/(kg?d),大剂量内皮抑素治疗组按终浓度为10 mg/(kg?d)的剂量,分别加入2~4 mL 生理盐水灌服;模型对照组和正常对照组则灌服生理盐水 10 mL/(kg?d),连续14 d。第20天麻醉后处死Wistar大鼠前取血3 mL,分成抗凝、不抗凝两种试管,室温;静置2 h 后3 000 r/min 离心15 min,分离收集血浆/血清,分装后置-80 ℃ 保存。
关节炎症评分:①关节炎指数评分标准:在治疗前、治疗后4,8,12 d 时,测量大鼠右后足和两前足的关节炎症程度,并进行关节炎指数评分。0分:无关节炎;1分:发红或轻微肿胀;2分:中度肿胀;3分:严重肿胀;4分:严重肿胀且不能负重。②关节X射线评分:治疗前后分别对模型对照组、正常对照组与小剂量内皮抑素治疗组和大剂量内皮抑素治疗组大鼠的右后踝关节进行X射线摄片,对关节的破坏程度进行Larsen评分。评分标准:0分:正常;1分:轻度异常,包括一处或多处关节周围软组织肿胀,骨质疏松和轻微关节间隙狭窄;2 分:明显的早期改变,包括明显骨质侵蚀改变伴有或没有关节间隙狭窄;3分:中度关节破坏;4分:重度关节破坏;5分:多处异常、关节间隙消失。③滑膜炎症的组织病理学评分:治疗结束后,取出4组大鼠后膝关节的滑膜,进行组织病理切片、评分。依文献报道[13]其评分标准为:0分:正常;1分:极少炎性细胞浸润或(和)轻微水肿;2分:轻微浸润;3分:中等浸润;4分:明显浸润;5分:严重浸润。
VEGF ELISA法检测:将浓缩洗涤液用双蒸水稀释,加入标准品/标本稀释液(1b)1.0 mL 至标准品(1a)中,待彻底溶解后,静置15 min 混匀(浓度为2 μg/L)。然后根据需要进行稀释。以生物素化抗体稀释液(2b)稀释生物素化抗体(2a)。以酶结合物稀释液(3b)稀释浓缩酶结合物(3a)。要求注入自动洗板机的洗涤液为 350 μL,注入与吸出间隔15~30 d,洗板4次。除空白孔外,分别将标本或不同浓度标准品(100 μL/孔)加入相应孔中后,用封板胶纸封住反应孔,37 ℃ 孵箱孵育90 min,洗板4次。除空白孔外,加入生物素化抗体工作液(100 μL/孔),用封板胶纸封住反应孔,37 ℃ 孵箱孵育60 min,洗板4次。除空白孔外,加入酶结合物工作液(100 μL/孔)。封住板孔,37 ℃ 孵箱孵育30 min。洗板4次。加入底物显色剂 100 μL/孔,37 ℃ 避光孵育15~20 min(视颜色深浅灵活掌握),加入终止液 100 μL/孔,混匀后即刻(5 min 内)测量450 nm处吸光度(A)值。
ELISA法检测MMP-3和MMP-9的表达:MMP-3均采用血清样品,而MMP-9均采用血浆样品,并用肝素锂抗凝。余步骤同VEGF。经稀释后加至预经单抗或明胶包被的反应微孔,置温育37 ℃ 反应2 h,再洗涤5 次后加入辣根过氧化物-亲和素偶联物,37 ℃×30 min;再洗涤5次后,加入100 μL/孔的TMB底物液室温反应10~ 15 min,最后加入50 μL 1.8 N/L HCL终止反应。根据标准曲线计算各样值。
设计、实施、评估者:实验设计为第一作者,干预实施为第一、二作者,评估为第二作者。经过正规培训,未采用盲法评估。
主要观察指标:①不同剂量内皮抑素对大鼠模型VEGF、MMP-3及MMP-9表达的影响。②各组动物灌服不同剂量的内皮抑素后关节炎症评分、关节X射线评分及滑膜炎症的组织病理学评分。
统计学分析:由第三作者采用SPSS 10.0软件完成统计处理。两组均数比较用t检验;3组和多组样本均数比较采用单因素方差分析;多变量之间的关系采用多元直线回归;两变量之间的关系采用相关分析,多变量与一种变量之间的关系采用Logistic回归。非参数检验的计量资料采用中位数和四分位数表示,两独立变量采用Mann-Whitney U检验,两相关变量采用Wilcoxon检验。
2 结果
2.1 实验动物数量分析 纳入大鼠40只,第6天选出右后足和两前足关节炎指数之和≥6的30只大鼠用于实验并进入结果分析。
2.2 模型建立后大鼠关节肿胀情况 弗氏完全佐剂注射后第2天即有明显肿胀,出现急性免疫反应,第12~14天两侧足出现肿胀,至第20天麻醉处死时两侧足仍有肿胀。
2.3 各组大鼠关节炎症评分、关节X射线评分及滑膜炎症的组织病理学评分 见表1。

小剂量内皮抑素治疗组和大剂量内皮抑素治疗组与模型对照组的关节炎症评分、关节X射线评分及滑膜炎症的组织病理学评分相比,差异均有显著性意义(P < 0.01)。
2.4 大鼠模型足关节滑膜组织病理形态观察各组动物足关节滑膜组织病理形态变化见图1~3。



2.5 酶联免疫吸附法检测各组大鼠血清VEGF、MMP-3及MMP-9的表达 见表2。

与模型对照组相比,其他各组VEGF、MMP-3和MMP-9的表达均降低(P < 0.01),且下降的幅度与内皮抑素的浓度呈正相关(VEGF:r=0.53,P=0.003 < 0.01;MMP-3:r=0.57,P=0.004 < 0.01;MMP-9:r=0.61,P=0.005 < 0.01)。与模型对照组比较,随着内皮抑素浓度的增高,佐剂性关节炎大鼠血清VEGF、MMP-3和基MMP-9的浓度递次降低。经方差分析,内皮抑素各剂量组VEGF、MMP-3和MMP-9浓度较模型对照组明显减少(P < 0.01)。结果表明,内皮抑素对佐剂性关节炎大鼠血清VEGF、MMP-3和MMP-9具有抑制作用。
2.6 可能影响结果的因素分析 因本实验经费有限,仅能做两个内皮抑素剂量组(2.5,10 mg/kg),故在分析结果时可能产生偏倚。
3 讨论
3.1 类风湿关节炎实验动物模型的建立 类风湿关节炎是以对称性多关节炎为主要临床表现的慢性、进行性、侵袭性疾病,进行性的关节结构破坏是其病理学的主要特点.其破坏的主要原因是血管翳的形成及对软骨及骨的侵蚀,主要病理变化为关节滑膜的慢性炎症,初期滑膜充血、水肿、增厚,血管翳形成,软骨和软骨下骨破坏,其破坏是类似于肿瘤性的破坏[14]。其中新生血管形成与细胞外基质降解是侵蚀破坏过程中两个至关重要的环节[15]。本实验发现弗氏完全佐剂性关节炎大鼠关节在第2天即有明显肿胀,出现急性免疫反应,第12~14天两侧足出现肿胀,红肿渐加重,蔓延至前足和尾根部。至第20天麻醉后处死时两侧足仍有肿胀。本实验在病理组织可见佐剂性关节炎滑膜组织以增殖为主的炎症病变,有中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞浸润,滑膜细胞增生、排列紊乱,纤维素渗出,胶原纤维沉着,纤维素样坏死,呈滑膜炎表现。以上改变导致血管渗透性增高,关节内渗出液增多。而病变继续进行,滑膜更加增厚,表面形成血管翳。结果符合大多数学者提出治疗类风湿关节炎时关节滑膜表面形成血管翳的观点。
3.2 VEGF与类风湿关节炎的关系 VEGF是内皮细胞的特异性有丝分裂原,可促进内皮细胞增生,参与血管分化和生成;提高血管通透性,促使炎性细胞渗出,刺激血浆纤维蛋白原等外渗并沉积于细胞外基质,为新生毛细血管网的形成提供基础。促进内皮细胞血浆蛋白溶酶激活物,并诱导组织因子、蛋白水解酶等在内皮细胞的表达,从而改变血管外基质诱导血管形成[16]。本实验发现在正常大鼠滑膜组织、接种佛氏完全佐剂大鼠滑膜组织中及不同剂量内皮抑素对关节炎大鼠关节滑膜组织中VEGF基因表达的程度不同。在接种佛氏完全佐剂的滑膜组织VEGF均明显高于正常对照组(P < 0.01);而内皮抑素治疗组较模型对照组中VEGF明显下降(P < 0.01),下降的幅度与内皮抑素的剂量呈显著相关(P < 0.01)。这与国外学者Matsuno等[17]报道的基本一致。其原因可能是内皮抑素与VEGF等促血管生成因子竞争受体,抑制VEGF受体KDR/Flk-1酪氨酸磷酸化,从而抑制VEGF诱导的细胞外信号调节激酶ERK活性,阻断信号传导,抗血管生成[18]。但也有报道用内皮抑素处理的细胞生长因子受体活化和酪氨酸磷酸化未受影响,认为内皮抑素直接干预VEGF等生长因子受体的功能[19]。
3.3 MMP与类风湿关节炎的关系 MMP是一类广泛存在于各结缔组织中,在细胞外基质的生理性和病理性降解过程中起重要作用的蛋白酶超家族。MMP家族中已经被发现的成员有5大类,20种之多,主要有胶原酶、明胶酶、基质水解酶类、膜型MMP及其他MMP。其中MMP-3降解底物为蛋白聚糖、明胶、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V、Ⅸ型胶原等。MMP-9降解明胶、胶原Ⅱ、Ⅳ、V、弹性蛋白等[20]。MMP的主要作用是破坏成熟血管壁的基底膜,从而允许内皮细胞的迁移。在正常稳定状态组织中MMP表达量极少,而在炎性细胞因子刺激下其表达量上升,此过程与血管翳形成有关[21]。有学者认为,调节MMP-3和MMP-9及尿激酶型纤溶酶原激活物的水平在血管生成通路中发挥重要作用[22]。在VEGF的存在下,可以上调细胞外基质降解酶的表达,从而促进血管基底膜的降解。
本实验结果表明,正常大鼠滑膜组织、接种佛氏完全佐剂大鼠滑膜组织中及不同剂量内皮抑素对胶原诱导性关节炎大鼠关节滑膜组织中MMP-3及MMP-9基因的表达影响程度不同。在接种佛氏完全佐剂的滑膜组织中,VEGF mRNA表达均明显高于正常对照组(P < 0.01);而内皮抑素治疗组MMP-3及MMP-9较模型对照组下降(P < 0.01),下降的幅度与内皮抑素的剂量呈显著相关(P < 0.01),与文献报道相符[23-24]。其机制可能为内皮抑素与MMP-3和MMP-9的前体蛋白结合形成稳定复合体,阻止MMP-3和MMP-9激活,并抑制MMP-3和MMP-9的催化活性;也可能为内皮抑素通过抑制VEGF与其受体结合,抑制单核、巨噬细胞高表达CD147[25-27],从而减少MMP-3及MMP-9的表达。
3.4 内皮抑素与类风湿关节炎的关系 内皮抑素是一种内源性抗血管生成物质,特异性地作用于内皮细胞,抑制其迁移与增殖,诱导其凋亡,有效地抑制血管新生[28-29]。本实验显示内皮抑素能显著地抑制VEGF、MMP-3及MMP-9的表达,并且与剂量相关。
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