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铁死亡在大鼠烧冲复合伤合并急性肺损伤中的作用及其机制

张浩 官浩 汪宇航 张万福 田林强 任文杰

张浩, 官浩, 汪宇航, 等. 铁死亡在大鼠烧冲复合伤合并急性肺损伤中的作用及其机制[J]. 中华烧伤与创面修复杂志, 2024, 40(11): 1034-1042. DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20240528-00199.
引用本文: 张浩, 官浩, 汪宇航, 等. 铁死亡在大鼠烧冲复合伤合并急性肺损伤中的作用及其机制[J]. 中华烧伤与创面修复杂志, 2024, 40(11): 1034-1042. DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20240528-00199.
Zhang H,Guan H,Wang YH,et al.Role and mechanism of ferroptosis in combined burn-blast injury with acute lung injury in rats[J].Chin J Burns Wounds,2024,40(11):1034-1042.DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20240528-00199.
Citation: Zhang H,Guan H,Wang YH,et al.Role and mechanism of ferroptosis in combined burn-blast injury with acute lung injury in rats[J].Chin J Burns Wounds,2024,40(11):1034-1042.DOI: 10.3760/cma.j.cn501225-20240528-00199.

铁死亡在大鼠烧冲复合伤合并急性肺损伤中的作用及其机制

doi: 10.3760/cma.j.cn501225-20240528-00199
基金项目: 

国家自然科学基金面上项目 82272268

新乡医学院河南省创伤骨科重点实验室开放研究基金 HZKFKT20220503

详细信息
    通讯作者:

    任文杰,Email:xxmu_rwj@163.com

Role and mechanism of ferroptosis in combined burn-blast injury with acute lung injury in rats

Funds: 

General Program of National Natural Science Foundation of China 82272268

The Open Research Fund of Henan Key Laboratory for Trauma and Orthopedics of Xinxiang Medical University HZKFKT20220503

More Information
  • 摘要:   目的  探讨铁死亡在大鼠烧冲复合伤合并急性肺损伤中的作用及其机制。  方法  该研究为实验研究。取24只8周龄雄性SD大鼠,按照随机数字表法分为对照组和实验组,每组12只。对实验组大鼠在麻醉后进行爆炸处理以制作烧冲复合伤合并急性肺损伤模型,对照组大鼠行模拟致假伤处理。伤后24 h,采用苏木精-伊红染色和免疫组织化学染色观测肺组织的病理形态,采用酶联免疫吸附测定法检测支气管肺泡灌洗液(BALF)的上清液中肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)及IL-6的水平,采用全自动动物血气分析仪检测腹主动脉血的动脉血氧分压(PaO2)和动脉血二氧化碳分压(PaCO2),称重肺组织并计算其湿干重比,采用二喹啉甲酸法测定BALF中的总蛋白浓度,基于苏木精-伊红染色对肺损伤情况进行评分,采用相关试剂盒检测大鼠肺组织匀浆液中氧化应激因子活性氧、丙二醛、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽、亚铁离子水平,采用免疫荧光法和免疫组织化学法检测肺组织中铁死亡相关分子谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)、脂质过氧化相关分子4-羟基壬烯醛(4-HNE)及DNA氧化损伤相关分子8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)的表达量,采用透射电子显微镜观察肺组织细胞中线粒体形态。样本数均为6。  结果  伤后24 h,对照组大鼠肺组织结构清晰完整,肺泡壁正常;实验组大鼠的肺组织水肿明显,肺泡壁变厚、结构不清晰。伤后24 h,与对照组相比,实验组大鼠BALF的上清液中TNF-α、IL-1β及IL-6水平均显著升高(t值分别为3.96、9.84、10.60,P<0.05);实验组大鼠肺组织湿干重比、肺损伤评分以及BALF中总蛋白浓度均明显升高(t值分别为6.91、6.64、10.04,P<0.05),腹主动脉血的PaO2明显下降(t=8.85,P<0.05)而PaCO2未见明显变化(P>0.05);实验组大鼠的肺组织匀浆液中SOD及谷胱甘肽水平均明显降低(t值分别为4.36和8.56,P<0.05),活性氧、丙二醛和亚铁离子水平均明显升高(t值分别为11.55、9.78、14.77,P<0.05)。伤后24 h,免疫荧光染色和免疫组织化学染色显示,实验组大鼠肺组织中GPX4的表达量分别为0.245±0.024、0.786±0.240,明显低于对照组的1.000±0.305、1.000±0.200(t值分别为6.05和2.60,P<0.05);实验组大鼠肺组织中4-HNE的表达量分别为5.93±1.05、2.21±0.23,均明显高于对照组的1.00±0.29、1.00±0.23(t值分别为11.13和9.16,P<0.05);实验组大鼠肺组织中8-OHdG的表达量分别为2.08±0.40、1.61±0.29,均明显高于对照组的1.00±0.40、1.00±0.26(t值分别为4.72和3.87,P<0.05)。伤后24 h,与对照组相比,实验组大鼠肺组织细胞中线粒体的双层膜密度增加、外膜破裂、嵴减少。  结论  在烧冲复合伤合并急性肺损伤大鼠中,肺组织细胞存在DNA氧化损伤,肺组织中抗氧化体系失衡、抗铁死亡的关键分子GPX4表达下降,提示铁死亡参与了该疾病的病理生理过程。

     

  • 参考文献(35)

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  • 图  1  烧冲复合伤合并急性肺损伤大鼠的造模设备及造模后表现。1A.激波管气体爆炸生物杀伤实验系统,由空气瓶、负压真空机、激波管以及多通道数据采集系统等组成;1B.爆炸后,激波管中充满大量烟雾,大鼠全身皮毛烧焦、口鼻处胡须烧断伴肿胀

    图  2  2种方法检测的2组大鼠伤后24 h肺组织病理情况。2A、2B.分别为苏木精-伊红染色后对照组和实验组大鼠肺组织,图2A中肺组织结构完整、肺泡壁无水肿,图2B中肺组织水肿明显,肺泡间隔变厚、结构不清晰、伴出血和炎症细胞浸润 苏木精-伊红×20;2C、2D.分别为免疫组织化学染色后对照组和实验组大鼠肺组织中髓过氧化物酶(标记炎症细胞,阳性染色为棕色)的表达情况,图2C中肺组织结构清晰,少量炎症细胞浸润,图2D中浸润肺组织的炎症细胞较图2C增加 辣根过氧化物酶-二氨基联苯胺×20

    注:对实验组大鼠在腹腔注射麻醉后进行爆炸处理以制作烧冲复合伤合并急性肺损伤模型,对照组大鼠行模拟致假伤处理

    图  3  2种方法检测的2组大鼠伤后24 h肺组织中铁死亡与脂质过氧化及DNA氧化损伤相关分子的表达情况。3A、3B、3C与3D、3E、3F.分别为免疫荧光染色后对照组与实验组GPX4、4-HNE、8-OHdG的表达情况,图3D的绿色荧光强度明显弱于图3A,图3E、3F的绿色荧光强度分别明显强于图3B、3C 异硫氰酸荧光素-4',6-二脒基-2-苯基吲哚;3G、3H、3I与3J、3K、3L.分别为免疫组织化学染色后对照组与实验组GPX4、4-HNE、8-OHdG的表达情况,图3J的阳性表达明显低于图3G,图3K、3L的阳性表达分别明显高于图3H、3I 辣根过氧化物酶-二氨基联苯胺

    注:对实验组大鼠在腹腔注射麻醉后进行爆炸处理以制作烧冲复合伤合并急性肺损伤模型,对照组大鼠行模拟致假伤处理;GPX4为谷胱甘肽过氧化物酶4(反映铁死亡相关情况),4-HNE为4-羟基壬烯醛(反映脂质过氧化相关情况),8-OHdG为8-羟基脱氧鸟苷(反映DNA氧化损伤相关情况);图3A~3F中目标分子阳性染色为绿色,细胞核阳性染色为蓝色;图3G~3L目标分子阳性染色为棕色,细胞核阳性染色为蓝色

    图  4  2组大鼠伤后24 h肺组织细胞中线粒体形态 透射电子显微镜×20 000。4A.对照组大鼠肺组织细胞线粒体的外膜完整、嵴结构清楚;4B.实验组大鼠肺组织线粒体双层膜的密度增加、外膜破裂、嵴减少

    注:对实验组大鼠在腹腔注射麻醉后进行爆炸处理以制作烧冲复合伤合并急性肺损伤模型,对照组大鼠行模拟致假伤处理;红色箭头指示线粒体

    Table  1.   2组大鼠伤后24 h支气管肺泡灌洗液的上清液中炎症因子水平比较(ng/L,x¯±s

    组别样本数TNF-αIL-1βIL-6
    对照组6193±3086±1292±10
    实验组6293±54151±11178±17
    t3.969.8410.60
    P<0.001<0.001<0.001
    注:对实验组大鼠在腹腔注射麻醉后进行爆炸处理以制作烧冲复合伤合并急性肺损伤模型,对照组大鼠行模拟致假伤处理;TNF-α为肿瘤坏死因子α,IL为白细胞介素
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    Table  2.   2组大鼠伤后24 h肺组织损伤情况比较(x¯±s

    组别样本数湿干重比肺损伤评分(分)BALF中总蛋白浓度(μg/mL)PaO2(mmHg)PaCO2(mmHg)
    对照组63.2±1.03.2±1.2245±5698±842±4
    实验组69.1±1.98.3±1.5761±11260±743±7
    t6.916.6410.048.850.20
    P<0.001<0.001<0.001<0.0010.842
    注:对实验组大鼠在腹腔注射麻醉后进行爆炸处理以制作烧冲复合伤合并急性肺损伤模型,对照组大鼠行模拟致假伤处理;BALF为支气管肺泡灌洗液,PaO2为动脉血氧分压,PaCO2为动脉血二氧化碳分压;1 mmHg=0.133 kPa
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    Table  3.   2组大鼠伤后24 h肺组织匀浆液中氧化应激因子水平比较(x¯±s

    组别样本数SOD(U/mg)谷胱甘肽(μmol/g)丙二醛(mmol/mg)活性氧(×103 U/L)亚铁离子(μmol/g)
    对照组66.9±1.19.8±1.23.9±0.823±67.5±1.4
    实验组64.5±0.84.2±1.09.6±1.285±1219.5±1.4
    t4.368.569.7811.5514.77
    P0.001<0.001<0.001<0.001<0.001
    注:对实验组大鼠在腹腔注射麻醉后进行爆炸处理以制作烧冲复合伤合并急性肺损伤模型,对照组大鼠行模拟致假伤处理;SOD为超氧化物歧化酶
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    Table  4.   2种方法检测的2组大鼠伤后24 h肺组织中铁死亡与脂质过氧化及DNA氧化损伤相关分子的表达量比较(x¯±s

    组别样本数免疫荧光法免疫组织化学法
    GPX44-HNE8-OHdGGPX44-HNE8-OHdG
    对照组61.000±0.3051.00±0.291.00±0.401.000±0.2001.00±0.231.00±0.26
    实验组60.245±0.0245.93±1.052.08±0.400.786±0.2402.21±0.231.61±0.29
    t6.0511.134.722.609.163.87
    P<0.001<0.0010.0030.026<0.0010.003
    注:对实验组大鼠在腹腔注射麻醉后进行爆炸处理以制作烧冲复合伤合并急性肺损伤模型,对照组大鼠行模拟致假伤处理;GPX4为谷胱甘肽过氧化物酶4,4-HNE为4-羟基壬烯醛,8-OHdG为8-羟基脱氧鸟苷
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  • 收稿日期:  2024-05-28

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