[临床医学]哮喘研究从基础到临床课件.ppt
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- 临床医学 哮喘 研究 基础 临床 课件
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1、 哮喘研究从基础到临床哮喘研究从基础到临床Scientific research on asthma:from bench to bedside浙江大学附属二院呼吸科浙江大学附属二院呼吸科浙江大学呼吸疾病研究所浙江大学呼吸疾病研究所 沈华浩沈华浩哮喘最新定义:哮喘最新定义:支气管哮喘支气管哮喘(简称哮喘简称哮喘)是一种以嗜酸性粒细胞、是一种以嗜酸性粒细胞、肥大细胞和肥大细胞和T T淋巴细胞等多种炎症细胞参与的气道淋巴细胞等多种炎症细胞参与的气道慢性炎症。这种炎症使易感者产生气道高反应性,慢性炎症。这种炎症使易感者产生气道高反应性,表现为反复发作性的喘息、呼吸困难、胸闷或咳表现为反复发作性的喘息
2、、呼吸困难、胸闷或咳嗽等症状,常在夜间和(或)清晨发作、加剧,嗽等症状,常在夜间和(或)清晨发作、加剧,常伴有广泛多变的可逆性气流受限,多数患者可常伴有广泛多变的可逆性气流受限,多数患者可自行或经治疗后缓解。自行或经治疗后缓解。哮喘研究的动物模型哮喘研究的动物模型 Experimental models for asthma 应用动物模型的价值应用动物模型的价值建立实验动物模型的目的是更好地解释人类建立实验动物模型的目的是更好地解释人类疾病发病过程。通过动物模型,我们可以探疾病发病过程。通过动物模型,我们可以探讨许多难以直接从临床得到的疾病发病机理。讨许多难以直接从临床得到的疾病发病机理。尽管
3、各种动物模型在体现人类疾病上还存在尽管各种动物模型在体现人类疾病上还存在一定的缺陷,但不可否认的是通过动物模型一定的缺陷,但不可否认的是通过动物模型所得到的信息,使得我们对人类疾病过程有所得到的信息,使得我们对人类疾病过程有了更透彻清晰的认识。了更透彻清晰的认识。人类哮喘的特征人类哮喘的特征气道慢性炎症:大量炎性细胞气道慢性炎症:大量炎性细胞 T T 淋巴细胞、肥大细胞、淋巴细胞、肥大细胞、嗜酸粒细胞、巨噬细胞、中性粒细胞浸润等,它们释放出嗜酸粒细胞、巨噬细胞、中性粒细胞浸润等,它们释放出LTsLTs、PGsPGs、PAFPAF等炎性介质,引起微小血管渗漏、支气管等炎性介质,引起微小血管渗漏、
4、支气管黏膜水肿、腺体分泌增加、粘液栓形成等病理改变,黏膜水肿、腺体分泌增加、粘液栓形成等病理改变,气道高反应性(气道高反应性(AHRAHR):气道对特异和非特异刺激的高反):气道对特异和非特异刺激的高反应性,应性,如组织胺,乙酰甲胆碱。如组织胺,乙酰甲胆碱。气道重建气道重建 :上皮脱落、上皮下基底膜胶原沉积、平滑肌:上皮脱落、上皮下基底膜胶原沉积、平滑肌肥大增殖、粘膜水肿、杯状细胞及粘液腺增生分泌亢进,肥大增殖、粘膜水肿、杯状细胞及粘液腺增生分泌亢进,气道周血管扩张,新生血管形成。气道周血管扩张,新生血管形成。临床研究哮喘受限制临床研究哮喘受限制 一、肺组织标本获取不易,具有一定危险性。并一、
5、肺组织标本获取不易,具有一定危险性。并且仅能反映疾病发展中的某一点,不能全程反映且仅能反映疾病发展中的某一点,不能全程反映疾病过程。疾病过程。二、二、BALFBALF的获取更需疾病允许,尤其哮喘发作时的获取更需疾病允许,尤其哮喘发作时难以获取,不易将肺的结构(病理)和功能(病难以获取,不易将肺的结构(病理)和功能(病理生理)结合起来。理生理)结合起来。三、要明确参与三、要明确参与LARLAR过程的抗体类型很不容易,过程的抗体类型很不容易,因为我们不可能将某个特异抗原免疫病人而使其因为我们不可能将某个特异抗原免疫病人而使其产生相应抗体或为其输注抗原特异性抗体。产生相应抗体或为其输注抗原特异性抗体
6、。四、不能冒着哮喘发作的危险来探索引起哮喘发四、不能冒着哮喘发作的危险来探索引起哮喘发作的抗原。作的抗原。研究哮喘的动物研究哮喘的动物1 1 生来具有反复发作性喘息的动物:猫、马。生来具有反复发作性喘息的动物:猫、马。2 2 抗原激发前即具有抗原激发前即具有AHRAHR的动物:狗、啮齿类动物的动物:狗、啮齿类动物 。3 3 仅在抗原激发后方具有可逆性气流阻塞和仅在抗原激发后方具有可逆性气流阻塞和/或或AHRAHR的动物:兔、羊、豚鼠、大鼠、小鼠。的动物:兔、羊、豚鼠、大鼠、小鼠。生来具有反复发作性喘息的动物生来具有反复发作性喘息的动物 马亦存在自发性反复发作的气流阻塞。这是因为致敏状态的马马亦
7、存在自发性反复发作的气流阻塞。这是因为致敏状态的马经常暴露于含有真菌孢子的干草的缘故。经常暴露于含有真菌孢子的干草的缘故。相同点:相同点:哮喘类型哮喘类型 与人类哮喘相似的特征与人类哮喘相似的特征职业性哮喘职业性哮喘 暴露于抗原时症状明显暴露于抗原时症状明显 脱离抗原环境、症状缓解脱离抗原环境、症状缓解 AHRAHR可因脱离抗原而降低可因脱离抗原而降低变应性哮喘变应性哮喘 可逆性反复发作的气流阻塞可逆性反复发作的气流阻塞 发作后可缓解发作后可缓解 具有明确的过敏原具有明确的过敏原抗原激发诱导可逆性气流阻塞和抗原激发诱导可逆性气流阻塞和气道高反应性的动物气道高反应性的动物 兔兔 羊羊 豚鼠豚鼠
8、大鼠大鼠 小鼠小鼠 激发抗原的选择激发抗原的选择 1.Protein antigen e.g.OVA,Der p,Bet V2.House dust mite(HDM)3.Fungi e.g.Aspergillus fumigatus(extract or connidia)4.Parasites e.g.Schistosoma mansoni5.Worm e.g.Nippostrongylus brasiliensis6.Chemical compounds e.g.toluenediisocyanate激发抗原的选择激发抗原的选择 The allergen source should re
9、flect the human situation:1.HDM,pollen and fungi are natural allergens2.inhalation is the natural exposition route 3.extracts or pollen starch granula are better than purified protein,but,high degree of variance豚鼠曾经广泛应用于哮喘研究,直到1985年才首次在豚鼠哮喘模型上描述LAR时相,之后许多学者应用豚鼠研究了LAR。BrattardBrattard (19851985)OVA+A
10、l(OH)OVA+Al(OH)2 2致敏豚鼠致敏豚鼠(IP)(IP),使动物机体产生,使动物机体产生OVAOVA特异性特异性IgEIgE和和IgGIgG.在麻醉状态下,气管内滴注在麻醉状态下,气管内滴注OVAOVA微粒抗原致敏微粒抗原致敏,6 6小时后可诱发出小时后可诱发出LARLAR,4848小时后消失。小时后消失。该模型中,该模型中,IARIAR时相产生的肺阻力大于时相产生的肺阻力大于2424小时后的小时后的LARLAR。对未致敏豚鼠或产生。对未致敏豚鼠或产生IgGIgG而非而非IgEIgE的致敏豚鼠的致敏豚鼠进行攻击均不能诱发出进行攻击均不能诱发出LARsLARs,组织学表现:以嗜酸粒细
11、胞浸润为特征的局限性组织学表现:以嗜酸粒细胞浸润为特征的局限性细支气管炎,平滑肌收缩、粘膜下水肿和气道粘细支气管炎,平滑肌收缩、粘膜下水肿和气道粘液形成在激发前液形成在激发前/后应用激素可抑制后应用激素可抑制LARLAR时相反应,时相反应,但并不能阻断炎症细胞的募集。但并不能阻断炎症细胞的募集。建立豚鼠哮喘模型有多种不同的方法(抗原建立豚鼠哮喘模型有多种不同的方法(抗原种类、致敏方式等)、不同的麻醉方法和肺种类、致敏方式等)、不同的麻醉方法和肺功能测定方法;结果表示也有不同的方法功能测定方法;结果表示也有不同的方法(LARLAR出现的时间、出现的时间、LARLAR产生的次数、产生的次数、LAR
12、LAR强强度)。这说明即使在同一品系动物,应用不度)。这说明即使在同一品系动物,应用不同的方法可引起不同程度的气流阻塞。重要同的方法可引起不同程度的气流阻塞。重要的是在不同的背后存在相同之处。如在三组的是在不同的背后存在相同之处。如在三组实验中有两组证明了在引起实验中有两组证明了在引起LARsLARs方面抗原特方面抗原特异性异性IgEIgE比抗原特异性比抗原特异性IgGIgG更为重要。此外,更为重要。此外,所用实验均说明了所用实验均说明了EosEos的肺内募集与的肺内募集与LARLAR存在存在相关性。相关性。1.1.应用应用OVAOVA主动免疫致敏或应用大鼠杂交瘤产生的主动免疫致敏或应用大鼠杂
13、交瘤产生的 抗二硝基酚抗二硝基酚IgEIgE被动免疫致敏。被动免疫致敏。2.2.气管内给予特异性抗原。气管内给予特异性抗原。3.3.24hr24hr后,后,OVAOVA致敏组致敏组BALBAL中多形核细胞明显高于中多形核细胞明显高于对照组,被动免疫致敏组(对照组,被动免疫致敏组(IgEIgE致敏组)应用抗致敏组)应用抗原雾化攻击原雾化攻击1 12hr2hr后后BALBAL中的多形核细胞明显上中的多形核细胞明显上升,升,24hr24hr恢复正常。恢复正常。4.4.对对IgEIgE致敏组进行组织病理学检查显示,攻击致敏组进行组织病理学检查显示,攻击2h2h后可见肺泡和间质水肿,伴有局限性细支气管周
14、后可见肺泡和间质水肿,伴有局限性细支气管周围多形核细胞浸润,炎症在围多形核细胞浸润,炎症在24hr24hr后消失。另外可后消失。另外可见间质内单核见间质内单核/巨噬细胞浸润。巨噬细胞浸润。5.5.无论是主动免疫致敏还是被动免疫致敏大鼠,均无论是主动免疫致敏还是被动免疫致敏大鼠,均能建立起抗原特异性能建立起抗原特异性IgEIgE依赖的气道炎症。依赖的气道炎症。小鼠小鼠1.1.小鼠模型已成为研究抗原诱导的气道反应性小鼠模型已成为研究抗原诱导的气道反应性的一个重要的模型,因为对小鼠免疫系统认的一个重要的模型,因为对小鼠免疫系统认识广泛全面,可以用来研究识广泛全面,可以用来研究T T细胞在细胞在AHR
15、AHR发生发生发展中的作用。发展中的作用。2.2.小鼠不仅可用常规方法激发,也可采用其他小鼠不仅可用常规方法激发,也可采用其他更简易的方法。如观察静脉给予更简易的方法。如观察静脉给予MCHMCH致气道致气道收缩所需浓度。收缩所需浓度。小鼠小鼠3 3 正常或抗原致敏的小鼠气道可用来研究电正常或抗原致敏的小鼠气道可用来研究电刺激后神经元介质的释放。如对某一品系刺激后神经元介质的释放。如对某一品系的小鼠反复抗原暴露可使气道对神经刺激的小鼠反复抗原暴露可使气道对神经刺激的反应增强,表现为达到的反应增强,表现为达到5050最大收缩(最大收缩(ESES5050)所需的电刺激频率明显降低,其原)所需的电刺激
16、频率明显降低,其原因是反复抗原刺激后神经元释放因是反复抗原刺激后神经元释放AchAch能力增能力增强。强。小鼠小鼠最初的小动物模型之一采用了最初的小动物模型之一采用了BALB/cBALB/c小鼠小鼠,动物经皮给予动物经皮给予 picrylpicryl chloride chloride 致敏,后致敏,后滴鼻给予同一致敏原激发,于激发后滴鼻给予同一致敏原激发,于激发后2424至至4848小时可见支气管周围及血管周围巨噬细胞及小时可见支气管周围及血管周围巨噬细胞及淋巴细胞积聚,同时伴肺阻力增加,但无动淋巴细胞积聚,同时伴肺阻力增加,但无动态顺应性改变。态顺应性改变。小鼠小鼠A/JA/J小鼠以绵羊血
17、红细胞致敏激发可致小鼠以绵羊血红细胞致敏激发可致AHRAHR及及明显的肺明显的肺EosEos炎症,而使用抗炎症,而使用抗CD4CD4单克隆抗体单克隆抗体阻断阻断CD4+TCD4+T细胞后细胞后AHRAHR及肺及肺EosEos炎症均被抑制,炎症均被抑制,可见该模型中气道功能的改变依赖可见该模型中气道功能的改变依赖 CD4CD4T T细胞,而细胞,而EosEos是该反应的效应细胞。是该反应的效应细胞。有两种方法证实此模型存在气道功能的改变。有两种方法证实此模型存在气道功能的改变。1 1、采用整体体积描记法:经静脉给予浓度依次增、采用整体体积描记法:经静脉给予浓度依次增高的高的MCHMCH后发现气流
18、传导(后发现气流传导(airway conductanceairway conductance)改变,致敏组较非致敏组对改变,致敏组较非致敏组对MCHMCH的反应性明显增高。的反应性明显增高。2 2、采用体外测定法:离体气道平滑肌给予一定量、采用体外测定法:离体气道平滑肌给予一定量的电流刺激,随着刺激频率的增加气道收缩增强,的电流刺激,随着刺激频率的增加气道收缩增强,结果致敏组小鼠的结果致敏组小鼠的ESES5050较非致敏小鼠明显降低,其较非致敏小鼠明显降低,其机理可能是电流刺激后致敏小鼠气道副交感神经末机理可能是电流刺激后致敏小鼠气道副交感神经末梢释放梢释放ACHACH较非致敏小鼠多,同时伴
19、较非致敏小鼠多,同时伴M M2 2毒蕈碱受体毒蕈碱受体功能丧失。功能丧失。急性哮喘模型 Protocol Sensitization(i.p.OVA)Challenge(1%OVA)1st 2nd 1st 2nd 3rd Days 0 14 24 25 26 28 Analysis (Airways Inflammation)(Lung histology)(Th1/Th2 responses)Advantages of an acute allergic mouse model Similar to humans-Airway hyperresponsivenss-Eosinophylia-
20、Increased IgE-Goblet cell hyperplasia/metaplasia-Mucus hypersecretion-Mucosal Edema Advantages of an acute allergic mouse model Useful for basic research:-Role of eosinophils and CD4+T-lymphocytes-Adhesion and chemotactic molecules and cell recruitment -Test conventional pharmacological agents-Trans
21、genic and gene-targeted mouseBALB/cBALB/c和和 C57BL/6JC57BL/6J(B6B6)小鼠)小鼠.近年来随着分子生物学的发展,通过转基因近年来随着分子生物学的发展,通过转基因或基因敲除技术,已培育出数十种新的小鼠品或基因敲除技术,已培育出数十种新的小鼠品系系:IL-5IL-5转基因转基因:IL-5+/+:IL-5+/+,如如NJ 1638 NJ 1638 和和 NJ 1720NJ 1720).IL-5 IL-5基因敲除(基因敲除(IL-5-/-IL-5-/-)品系)品系.IL-4-/-IL-4-/-品系,品系,IFN-a-/-IFN-a-/-品系,
22、品系,CD4-/-CD4-/-、CD8-/-CD8-/-、T T细胞细胞 -/-/-,Eotaxin+/+Eotaxin+/+、EotaxinEotaxin-/-/-,IL-13-/-IL-13-/-,等。等。特殊类型细胞和细胞因子基因敲小鼠抗原致敏和激发后特殊类型细胞和细胞因子基因敲小鼠抗原致敏和激发后气道炎症反应比较气道炎症反应比较 细胞细胞/细胞因子细胞因子 气道上皮气道上皮 气道粘液气道粘液 BAL AHR 缺陷缺陷 病理病理 分泌亢进分泌亢进 嗜酸性粒细胞嗜酸性粒细胞 (Mch)B cells +T cells(ab,gdb,gd)alphabeta+T cells gammadel
23、ta+T cells +/-?CD4+cells CD8+cells +NK-T cells ND ND +NDEosinophils +/-+/-野生小鼠野生小鼠 +特殊类型细胞和细胞因子基因敲小鼠抗原致敏和激发后特殊类型细胞和细胞因子基因敲小鼠抗原致敏和激发后气道炎症反应比较气道炎症反应比较 细胞细胞/细胞因子细胞因子 气道上皮气道上皮 气道粘液气道粘液 BAL AHR 缺陷缺陷 病理病理 分泌亢进分泌亢进 嗜酸性粒细胞嗜酸性粒细胞 (Mch)(IL-5-/-)+/-+/-IL-4-/-+/-+IL-13-/-+/-+/-IFN-r-/-+野生小鼠野生小鼠 +0 3 6 12 25 50
24、Methacholine Dose(g/kg)Effects of Huangqi and DXM on airway responsiveness in OVA-sensitized mice.Airway responsiveness was measured at 48h following last OVA challenge.A The Mean dose response curves to nebulized methacholine(Mch).Airway reactivity(Penh,y-axis)in response to increasing doses of neb
25、ulized Mch(x-axis)was assessed by whole-body plethysmography.Data are expredded as the means SEM(n=8-10).*p 0.05 compared with saline/saline mice.p 0.05 compared with saline-treated OVA challenged mice.00.511.522.533.544.5Airway Obstruction(Penh)SalineOVAHuangqi-I.P 28DHuangqi-I.P 14DHuangqi-I.T 14D
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