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甲基苯丙胺改变成瘾小鼠突触可塑性基因的甲基化修饰

毛俊鸿 鲁丹枫 徐玉 代毅聪 张哲瑞 李悦 王昆华

马青松, 赵芝焕, 马丽容, 李玮璟, 刘凌. AECOPD患者诱导痰和血清中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75表达水平及其临床意义[J]. 昆明医科大学学报, 2023, 44(1): 41-46. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20230112
引用本文: 毛俊鸿, 鲁丹枫, 徐玉, 代毅聪, 张哲瑞, 李悦, 王昆华. 甲基苯丙胺改变成瘾小鼠突触可塑性基因的甲基化修饰[J]. 昆明医科大学学报, 2022, 43(1): 1-7. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20220121
Qingsong MA, Zhihuan ZHAO, Lirong MA, Weijing LI, Ling LIU. Expression Levels of TNF-α,sTNFR-55 and sTNFR-75 in Induced Sputum and Serum of AECOPD Patients and Their Clinical Significance[J]. Journal of Kunming Medical University, 2023, 44(1): 41-46. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20230112
Citation: Junhong MAO, Danfeng LU, Yu XU, Yicong DAI, Zherui ZHANG, Yue LI, Kunhua WANG. Methamphetamine Alters Methylation Modifications of Synaptic Plasticity Genes in Addicted Mice[J]. Journal of Kunming Medical University, 2022, 43(1): 1-7. doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20220121

甲基苯丙胺改变成瘾小鼠突触可塑性基因的甲基化修饰

doi: 10.12259/j.issn.2095-610X.S20220121
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(81870458,81860100);中国医学科学院中央级公益性科研院所基金项目资助(2019PT310003)
详细信息
    作者简介:

    毛俊鸿(1992~),男,福建漳州人 ,在读硕士研究生,主要从事胃肠外科研究工作

    通讯作者:

    王昆华,E-mail:wangkunhua1964@163.com

  • 中图分类号: R74

Methamphetamine Alters Methylation Modifications of Synaptic Plasticity Genes in Addicted Mice

  • 摘要:   目的  研究慢性甲基苯丙胺(methamphetamine,MA)成瘾小鼠神经突触可塑性基因的表达变化情况。  方法  选用C57BL/6J小鼠,模拟人类药物成瘾模式,分段渐进性腹腔注射给药5 mg/kg、10 mg/kg或者生理盐水。选取小鼠的大脑皮质和海马组织,通过亚硫酸氢盐处理基因组DNA和甲基化特异性PCR (methylmion specific PCR,MSP)对突触可塑性基因表达水平进行检测,运用BiQ-Analyzer软件对测序结果进行比对和DNA甲基化分析。  结果  相比盐水处理组小鼠,MA成瘾组小鼠大脑皮层的Egr2P = 0.064)基因启动子CpG位点的甲基化修饰增加,而ElnP = 0.083)基因启动子的甲基化修饰降低;海马组织中,ArcP = 0.025)、Egr2P = 0.034)基因甲基化修饰增加,而ElnP = 0.063)基因甲基化修饰降低。  结论  突触可塑性基因的甲基化修饰可能参与MA成瘾机制的形成。
  • 慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一种致残率和致死率较高的慢性气道炎症性疾病。近年来通过分析各种生物标志物与相关临床参数、评分量表相关性,以期提出COPD新的病情评估指标和治疗靶点。关于肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α、可溶性肿瘤坏死因子受体(soluble tumor necrosis factor receptor,sTNFR)水平在COPD中的研究并不少见,但大都以COPD稳定期患者为研究对象,且仅单一在血清或者诱导痰中检测TNF-α、sTNFR水平,不同研究纳入的临床参数不同。本研究在急性加重的COPD(acute exacerbation of COPD,AECOPD)患者中同时检测诱导痰和血清中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平,比较治疗前后、戒烟后上述炎症介质的水平变化,探讨炎症介质与肺功能、急性生理学及慢性健康状况评分-II(acute physiology and chronic health evaluation score-II,APACHE-II评分)的相关性,进行气道炎症与全身炎症的相关性分析,以期为AECOPD患者提出新的疗效及病情评估生物标志物提供理论依据。

    1.1.1   研究对象

    选择昆明医科大学第一附属医院于2019年1月至2020年12月住院的40例AECOPD患者入组,其中男性38例,女性2例,年龄57~87岁。纳入标准:(1)符合2018年GOLD指南C组和D组诊断标准[1]:肺功能检查示吸入支气管扩张剂后第1 s用力呼气容积比用力肺活量(forced expiratory volume in one second / forced vital capacity,FEV1/FVC) < 70%,过去1 a中重度急性加重史(≥ 2或≥ 1次导致住院);(2)处于急性加重期[2];(3)既往至少有20 a以上吸烟史。排除标准:(1)合并支气管哮喘、支气管扩张、肺结核等慢性呼吸系统疾病;(2)合并严重心、肝、肾疾病,2型糖尿病,过敏性疾病,恶性肿瘤;(3)需要机械通气,需全身激素治疗,合并肺炎,治疗1周病情无明显缓解;(4)不能配合肺功能检查,不能顺利完成诱导痰及痰标本不合格;(5)已戒烟,但戒烟时间不足1 a者。

    1.1.2   分组

    分为治疗前(Ⅰ组):入院当天,输液治疗前;治疗后(Ⅱ组):入院治疗第8天且临床表现有明显好转;根据目前是否戒烟(要求至少完全戒烟1 a及以上),分为戒烟组(Ⅲ组)、吸烟组(Ⅳ组)。

    1.1.3   治疗和知情同意

    氧疗、抗感染、平喘、抗炎、祛痰治疗。签署知情同意书。

    1.2.1   诱导痰操作及采集

    入组患者治疗前后吸入沙丁胺醇400 μg,15 min后再次测定肺功能,若第1秒用力呼气容积占预计值百分比(percentage of predicted FEV1 value,FEV1%pred)≥ 60%以浓度3%高渗盐水雾化,而FEV1%pred < 60%以0.9%生理盐水雾化,参照文献[3-4]的方法进行诱导操作。用无菌镊子夹取痰栓于离心管中,称重(≥ 0.2 g),加入4倍体积0.1%二硫苏糖醇(DTT)37 ℃温浴10 min,振荡摇匀,用300目尼龙滤网过滤后,滤液于3600 r/min离心5 min,离心后上清液置于冻存管中-80 ℃冰箱中保存待测。

    1.2.2   采血

    空腹外周静脉血3 mL,离心(2500 r/min,10 min)后取上清液置于冻存管中-80 ℃冰箱中保存待测。

    1.2.3   TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75的测定

    诱导痰上清和血清均应用江苏酶免实业有限公司人类TNF-α/TNFR酶联免疫吸附实验(ELISA)试剂盒,采用ELISA法测定TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平,操作按照试剂盒说明书进行。

    1.2.4   肺功能、动脉血气分析

    入组患者在治疗前后均进行肺功能和动脉血气检测,包括FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC。

    1.2.5   APACHE-II评分

    收集入组患者年龄、合并症,结合治疗前和治疗后生命体征、血常规、血生化、动脉血气分析、尿量进行APACHE-II评分。

    数据分析采用SPSS25.0统计软件。计量资料服从正态分布采用均数±标准差($\bar x \pm s $)表示;同组治疗前后比较采用配对t检验,不同组别比较用独立样本t检验。偏态分布用MP25P75)描述,2组间比较采用秩和检验。相关性分析,服从正态分布采用Pearson相关分析,不服从正态则用Spearman相关分析。P < 0.05为差异具有统计学意义。

    入组40例AECOPD患者平均年龄(72.43±8.51)岁,吸烟指数(548.00±280.42)。GOLD Ⅱ级(50%~79%)14例、Ⅲ级(30%~49%)18例、Ⅳ级(< 30%)8例。戒烟组(Ⅲ组)25例,目前吸烟组(Ⅳ组)15例。

    与Ⅰ组相比、Ⅱ组患者PaO2、APACHE-II评分、肺功能指标明显改善。Ⅳ组肺功能较Ⅲ组差(P < 0.05);而年龄、BMI、吸烟指数、PaO2、PaCO2、APACHE-II评分在不同组别之间差异均无统计学意义(P > 0.05),见表1

    表  1  各组一般情况比较($ \bar x \pm s $
    Table  1.  The general situation of each group is compared ($ \bar x \pm s $
    组别n年龄(岁)BMI(kg/m2吸烟指数FEV1(L)FEV1%predFEV1/
    FVC(%)
    PaO2
    (mmHg)
    PaCO2
    (mmHg)
    APACHE-II
    评分
    Ⅰ组 40 72.43 ± 8.51 20.29 ± 2.04 563.00 ± 308.85 0.98 ± 0.32 42.83 ± 11.94 44.68 ± 8.69 56.75 ± 3.07 39.00 ± 2.86 34.00 ± 6.03
    Ⅱ组 40 72.43 ± 8.51 20.29 ± 2.04 563.00 ± 308.85 1.00 ± 0.30 44.22 ± 11.57 46.26 ± 8.31 61.28 ± 3.16 38.85 ± 3.65 31.45 ± 6.05
    t 2.713 2.997 3.166 11.785 0.256 7.727
    P 0.010* 0.005* 0.003* < 0.001* 0.799 < 0.001*
    Ⅲ组 25 72.72 ± 9.12 20.11 ± 1.95 560.80 ± 320.91 1.09 ± 0.27 46.62 ± 10.62 47.35 ± 7.45 56.40 ± 3.16 39.08 ± 2.81 34.24 ± 6.69
    Ⅳ组 15 71.93 ± 7.68 20.20 ± 2.76 566.67 ± 298.61 0.79 ± 0.32 36.50 ± 11.64 40.23 ± 9.02 57.33 ± 2.92 38.87 ± 3.02 33.60 ± 4.93
    t 0.280 −0.121 −0.057 3.078 2.816 2.706 −0.929 0.226 0.321
    P 0.781 0.904 0.955 0.004* 0.008* 0.010* 0.359 0.822 0.750
      *P < 0.05。
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    治疗后血清中TNF-α水平明显下降(t = 2.348,P = 0.024),sTNFR-55、sTNFR-75水平增加(P > 0.05);治疗后诱导痰中TNF-α水平下降(t = 2.191,P = 0.035),而sTNFR-55(P < 0.05)和sTNFR-75(P > 0.05)水平均升高,见表2

    表  2  治疗后TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平的变化[($ \bar x \pm s $),pg/mL]
    Table  2.  Changes of TNF-α,sTNFR-55 and sTNFR-75 levels after treatment [($ \bar x \pm s $),pg/mL]
    组别血清诱导痰
    TNF-αsTNFR-55sTNFR-75TNF-αsTNFR-55sTNFR-75
    Ⅰ组 72.47 ± 8.57 1088.89 ± 240.54 1531.50 ± 323.48 75.86 ± 14.99 873.00 ± 183.96 1581.67 ± 351.72
    Ⅱ组 71.07 ± 9.31 1097.99 ± 250.55 1540.07 ± 325.04 73.00 ± 14.95 932.00 ± 204.02 1591.17 ± 348.28
    t 2.348 1.859 1.762 2.191 3.044 1.920
    P 0.024* 0.071 0.086 0.035* 0.004* 0.062
      *P < 0.05。
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    Ⅲ组诱导痰中TNF-α水平低于Ⅳ组(Z = -2.626,P = 0.008),而sTNFR-55、sTNFR-75水平高于Ⅳ组(t = 2.716,P = 0.01;Z = -2.696,P = 0.006)。血清中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平在2组患者之间无明显差异(P > 0.05),见表3

    表  3  戒烟后诱导痰和血清中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75的变化[$ \bar x \pm s $/M(P25,P75)]
    Table  3.  The changes of TNF-α,sTNFR-55 and sTNFR-75 in sputum and serum were induced after smoking cessation [$ \bar x \pm s $/M(P25,P75)]
    分组AECOPDZ/tP
    Ⅲ戒烟组(n = 25)Ⅳ目前吸烟组(n = 15)
    痰上清
    TNF-α(pg/mL) 77.60(59.48,80.77) 85.99(76.95,95.47) −2.626 0.008*
    STNFR-55(pg/mL) 929.73 ± 181.12 778.47 ± 150.71 2.716 0.010*
    sTNFR-75(pg/mL) 1679.56(1476.90,2000.26) 1283.44(1021.31,1675.90) −2.696 0.006*
    血清
    TNF-α(pg/mL) 72.32 ± 9.06 72.73 ± 8.00 −0.145 0.885
    sTNFR-55(pg/mL) 1046.38 ± 243.01 1159.74 ± 226.59 −1.464 0.151
    sTNFR-75(pg/mL) 1531.13 ± 296.11 1532.11 ± 375.74 −0.009 0.993
      *P < 0.05。
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    诱导痰中,TNF-α水平与FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC呈负相关(r分别-0.827、-0.865、-0.868,P < 0.001),sTNFR-55水平与FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC呈正相关(rs分别0.415、0.330、0.305,P < 0.05),sTNFR-75水平与FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC呈正相关(rs分别0.903、0.969、0.965,P < 0.001),TNF-α水平与APACHE-II评分呈正相关(r = 0.374,P = 0.001),sTFR-55、sTNFR-75水平与APACHE-II评分呈负相关(r分别为-0.227、-0.341,P<0.05);而血清中,TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平与肺功能指标、APACHE-II评分均不存在相关性(P > 0.05),见表4

    表  4  TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平与肺功能、APACHE-II评分的相关性分析(r/rs
    Table  4.  Correlation analysis of TNF-α,sTNFR-55,sTNFR-75 levels with lung function and APACHE-II score (r/rS
    指标诱导痰血清
    TNF-αsTNFR-55sTNFR-75TNF-αsTNFR-55sTNFR-75
    FEV1 −0.827* 0.415* 0.903* 0.166 0.086 −0.016
    FEV1%pred −0.865* 0.330* 0.969* 0.149 0.092 −0.059
    FEV1%FVC −0.868* 0.305* 0.965* 0.162 0.101 −0.069
    APACHE-II评分 0.374* −0.227* −0.341* −0.160 −0.082 −0.083
      *P < 0.05。
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    诱导痰与血清中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平之间均不存在相关性(P > 0.05),见表5

    表  5  诱导痰与血清中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平相关性分析
    Table  5.  Correlation analysis between induced sputum and serum levels of TNF-α,sTNFR-55 and sTNFR-75
    诱导痰与血清AECOPD
    rsP
    TNF-α−0.1600.156
    sTNFR-55−0.0040.972
    sTNFR-75−0.0800.480
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    TNF-α是一种强大的促炎介质,在AECOPD炎症驱动中发挥重要作用[5]。sTNFR是循环和气道中的潜在抗炎介质,可阻断炎症反应,高浓度时缓解TNF-α诱导的炎症反应,低浓度时则可以作为炎症状态标志物[6]。COPD患者血清、诱导痰中均检测到TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平升高[7]

    本研究结果与Zeng[8]和Vernooy等[9]的研究相符,治疗后诱导痰和血清中促炎介质TNF-α水平下降,抗炎介质sTNFR水平上升,气道炎症与气流受限密切相关,诱导痰TNF-α水平越高,肺功能损伤程度越重。一项横断面研究[10]分析比较COPD急性加重期及稳定期、健康对照者3组受试者血清TNF-α、sTNFR水平差异,发现COPD患者中TNF-α、sTNFR水平较健康对照组均有升高,其中TNF-α表达在急性加重期组升高,在稳定期组降低;而sTNFR表达在急性加重期组下降,在稳定期组上升。表明在COPD不同时期均存在气道和全身促炎与抗炎介质动态变化,治疗后或疾病恢复后二者恢复平衡。不同的是,这项研究中血清TNF-α、sTNFR水平与肺功能指标存在相关性,可能与该研究纳入的AECOPD患者肺功能更差、病情更重有关。

    本研究发现APACHE-II评分与诱导痰中TNF-α水平呈正相关,与sTNFR-55、sTNFR-75水平呈负相关,而与血清中3种炎症介质水平不存在相关性,提示气道炎症能而非全身炎症能一定程度反映AECOPD病情严重程度。

    本研究结果表明诱导痰和血清中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平之间不存在相关性,仅诱导痰中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平与肺功能指标存在相关性,提示全身炎症的存在可能并不是由于局部炎症的溢出,气道及全身炎症反应的调控机制可能不同。Sapey等[11]研究同样指出血清和诱导痰中的TNF-α无直接关联,没有证据支持任何一种细胞因子直接从肺部溢出至血液中。然而,一种细胞因子可能通过自分泌及旁分泌局部释放,引起另一种细胞因子释放至血液循环中从而引起全身炎症,例如IL-6释放引起CRP产生[12]。近年来研究[13]指出全身炎症表型作为COPD一个新的表型,并非所有患者均存在持续系统炎症反应,长期随访过程中炎症反应并不稳定,而且不同COPD研究中炎症标志物种类均不同,各种气道和全身炎症介质的代谢途径尚未完全清楚。COPD全身炎症与气道炎症之间的联系尚不清楚,并不能通过简单“溢出”原理来解释,目前并未发现能解释两个部位炎症联系的标志物及炎症通路,可能存在特定的全身炎症表型也尚不可知,有待进一步研究。

    本研究结果表明戒烟后诱导痰中TNF-α水平降低,sTNFR-55、sTNFR-75水平升高,而血清中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR水平则不存在上述改变,与Vernooy等[9]研究结果相符,提示COPD患者戒烟后气道炎症并未减轻。Willemse等[14]一项前瞻性研究,观察28名COPD吸烟者戒烟1 a后气道炎症变化,结果发现支气管活检中气道炎症持续存在,痰液中中性粒细胞比例和IL-8水平均增加,进一步证实COPD患者戒烟后气道炎症仍在进行,可能与持续微生物刺激和自身免疫机制有关[15]。目前认为戒烟是COPD预防和治疗的重要措施,既往研究[16]表明戒烟能减缓FEV1下降,改善呼吸系统症状和气道高反应性,关于戒烟对疾病影响的潜在机制尚不可知,可能与气道炎症及气道重塑过程受到影响有关。

    综上,诱导痰中TNF-α、sTNFR-55、sTNFR-75水平有望作为AECOPD疗效、病情严重程度评估的炎症标志物。COPD全身与气道炎症可能存在不同的调节机制,二者之间的联系尚不清楚,可能存在特定的全身炎症表型。戒烟后COPD患者气道炎症仍在进展。

  • 图  1  生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质和海马组织CpG岛甲基化修饰对比

    A:生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质基因组和海马组织基因组Arc启动子BSP测序结果,在海马组织中ArcP < 0.05);B:生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质基因组和海马组织基因组Fos启动子BSP测序结果;C:生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质基因组和海马组织基因组Egr2启动子BSP测序结果,在海马组织中Egr2P < 0.05);D:生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质基因组和海马组织基因组Egr4启动子BSP测序结果。甲基化的CpG位点用实心圆圈表示、非甲基化的CpG位点用空心圆圈表示。一个测序克隆为一行。

    Figure  1.  Comparison of Methylation modification of CpG islands in cerebral cortex and hippocampus between saline treated group and MA treated group

    图  2  生理盐水处理组和MA处理组大脑皮质和海马组织CpG岛甲基化修饰对比

    A:生理盐水处理组和MA处理组海马组织基因组Dusp1启动子BSP测序结果;B:生理盐水处理组和MA处理组海马组织基因组Eln启动子BSP测序结果,在海马组织中ElnP = 0.063)。甲基化的CpG位点用实心圆圈表示、非甲基化的CpG位点用空心圆圈表示。一个测序克隆为一行。

    Figure  2.  Comparison of CpG island Methylation modifications in hippocampal tissues between the saline group and the MA treatment group

    表  1  BSP引物表(5′→3′)

    Table  1.   Primer list for BSP (5′→3′)

    基因正向引物反向引物
    Fos GTGGGTAAGTTTTATTTTAGGA TAAAAAATCTCCTAAACCTTCC
    Arc GTATATTGTGTGGTTAGGATGG TAAAACCCTAACTCCCATTAAC
    Egr4 AATAAATTGGTATTAGGTGGGAAT CAATCCCCCCACTTATATAACTA
    Egr2 TTTAGTTTGGGTAGGGAAGAAA CTAACTTCCCTACTCCCCATT
    Dusp1 GGTGGGAATTAATTGGAAGTAT CACCCTCCTATCCTCTAAACTC
    Eln AGGAGGTTTGTAAGTTTGGTTTT AAATTCCCCATCAATCTTACC
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-10
  • 网络出版日期:  2021-12-20
  • 刊出日期:  2022-01-15

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