研究成果：運動訓練在減輕矽肺小鼠肺纖維化方面的治療潛力
文獻信息
華北理工大學公共衛生學院、華北理工大學醫學部等單位的研究成果《Exercise training inhibits macrophage-derived IL-17A-CXCL5-CXCR2 inflammatory axis to attenuate pulmonary fibrosis in mice exposed to silica》(運動訓練抑制巨噬細胞來源的IL-17A-CXCL5-CXCR2炎癥軸以減輕暴露于二氧化硅的小鼠肺纖維化) 在雜志《Science of the Total Environment》 (IF:8.7) 上發表。平生公司的離活一體CT (NEMO) 在論文中提供了小鼠肺部圖像和定量分析。
文獻摘要
接觸結晶二氧化硅會導致職業性矽肺病以外的健康影響。運動訓練對肺部疾病的潛在益處產生了不一致的結果。在這項研究中，作者利用實驗性矽肺小鼠進行運動訓練和藥物干預，包括白細胞介素-17A(IL-17A)中和抗體或氯膦酸鹽脂質體以清除巨噬細胞。研究結果表明，運動訓練能夠通過抑制清道夫受體B(SRB)/NOD樣受體熱蛋白結構域相關蛋白3(NLRP3)和TOll樣受體4(TLR4)途徑，減緩小鼠矽肺進展。巨噬細胞來源的IL-17A是二氧化硅誘導的肺部炎癥和纖維化的觸發因素。運動訓練有效抑制矽肺小鼠IL-17A-CXC基序趨化因子配體5(CXCL5)-趨化因子(C-X-C基序)受體2(CXCR2)軸。研究表明，運動訓練通過抑制巨噬細胞來源的IL-17A-CXCL5-CXCR2軸，具有減少膠原蛋白沉積、保護彈性纖維、減緩肺纖維化進展和增強二氧化硅暴露后肺功能的潛力。
實驗方法
小鼠模型的建立
在本研究中，通過氣管內注入50μL二氧化硅懸濁液(10mg/小鼠)誘導矽肺4周，并用0.9%生理鹽水作為對照。在開始實驗方案之前，指定為運動組和運動加矽肺組的小鼠進行了為期3天的跑步機適應(15分鐘/天，25◦傾斜度，0.2km/h)。在適應階段之后，小鼠進行了身體測試，速度每2.5分鐘增加0.1km/h，直到小鼠無法繼續跑步（即小鼠接觸10次機械刺激。在體能測試之后，小鼠進入了一個為期4周的運動訓練計劃，其中包括每周五次60分鐘的訓練，以初步體能測試中達到的最大速度的60%進行。將40只小鼠隨機分為4組(每組10只):(1)對照組，(2)運動組:運動訓練4周，(3)二氧化硅組，(4)二氧化硅+運動組。
對于巨噬細胞清除，另外30只小鼠隨機分為三組(每組n=10):生理鹽水加對照脂質體，二氧化硅加對照脂質體，二氧化硅加氯膦酸鹽脂質體。對于二氧化硅加氯膦酸鹽組，通過尾靜脈注射200μL 5mg/mL氯膦酸鹽脂質體，每隔7天進行4周的巨噬細胞清除。對照組和二氧化硅加對照脂質體組采用相同體積的對照脂質體處理。
為了在體內抑制IL-17A，將40只小鼠分為4組(每組10只):(1)IgG組，(2)IL-17A中和抗體組，(3)二氧化硅+IgG組，(4)二氧化硅+IL-17A中和抗體組。在二氧化硅或 0.9生理鹽水處理兩周后，每周兩次腹膜內注射對照IgG或IL-17A中和抗體(100μg/只)，共4周。
Micro CT分析
使用NEMO-II NMC-200機器(平生醫療科技昆山有限公司)按照制造商的方案獲得小鼠肺部的高分辨率CT圖像。為了確保小鼠在圖像采集過程中保持俯臥姿勢，持續使用異氟醚麻醉。隨后，使用AVATAR 1.5.0軟件對獲取的圖像進行處理，生成肺組織的三維圖像。
實驗結果
第14天和第28天的Micro CT掃描顯示，運動訓練可以減少二氧化硅引起的高密度陰影和矽結節體積。組織學評估與CT結果一致，強化了運動訓練的抗纖維化作用(圖1C)。
圖1C 各組肺組織Micro CT圖像及相應的H.E.圖像(比例尺=2mm)。
IL-17A刺激肺泡II型上皮細胞中CXCL5的產生，與TNF-α相關。作者的研究揭示了IL-17A與巨噬細胞標志物CD68在暴露于硅的嚙齒動物中的共表達，通過Western blot分析證實了這一點。巨噬細胞清除導致IL-17A表達降低(圖5A-B)。通過二氧化硅誘導的RAW 264.7細胞，體外實驗證實了IL-17A- cxcl5軸(圖6)。IL-17A中和抗體處理減輕了二氧化硅誘導引起的效應(補充圖4A-B，圖7A-B)。運動訓練抑制了IL-17A、CXCL5和CXCR2的表達(補充圖5A-B、圖8A-C)。這表明運動訓練減少巨噬細胞來源的IL-17A-CXCL5-CXCR2軸，為矽肺治療提供了治療潛力。
圖5 巨噬細胞來源的IL-17A和IL-17R在肺中的作用。(A)各組肺組織Micro CT圖像及相應的H.E.圖像(比例尺=2mm)。
文獻結論
總之，作者的研究強調了運動訓練在減輕矽肺小鼠肺纖維化方面的治療潛力。運動訓練通過抑制巨噬細胞來源的IL-17A-CXCL5-CXCR2軸，對肺纖維化進展產生積極影響。這些發現揭示了炎癥和免疫相關信號通路在矽肺發病機制中的重要性，為潛在的治療靶點提供了見解。然而，需要進一步的研究來探索運動訓練的普遍性，檢查不同的強度，并進行全面的體外實驗來驗證。然而，運動訓練有望作為矽肺患者的補充療法，潛在地增強肺功能和整體生活質量。
使用設備
Micro CT (型號：NEMO) (平生醫療科技)
影像軟件：Avatar（平生醫療科技）
