BMSC干预对糖尿病脓毒症大鼠心肌损伤及与心脏炎症微环境作用的研究

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目的:  脓毒症是机体对感染反应失调引起的危及生命的器官功能障碍,存在着炎症反应失常和免疫异常,进而出现炎症损伤和免疫麻痹等病理生理改变;而脓毒症休克和心肌损伤是脓毒症常见的靶器官损伤。同时,糖尿病因其是感染的易感因素而成为参与脓毒症发生、发展的关键因素和重要并存疾病。目前,脓毒症尚缺少特异的治疗手段。骨髓间充质干细胞(BMSCs)具有强大免疫调节作用和抗炎特性,有可能恢复脓毒症患者的免疫功能稳态,而用于脓毒症患者的免疫治疗。本研究以脓毒症和脓毒症免疫功能的关系为切入点,通过高糖高脂饮食喂养联合STZ建立2型糖尿病(T2DM)动物模型;在此基础上通过盲肠结扎穿孔(CLP)术建立大鼠脓毒症模型;再通过BMSCs干预大鼠脓毒症,从而探讨糖尿病对脓毒症免疫功能的影响及 BMSCs对糖尿病导致不同炎症状态的脓毒症及其心肌损伤的影响,进一步阐明 BMSCs与脓毒症机体免疫功能的相互作用;并通过上述研究,为处于不同炎症状态的脓毒症提供免疫治疗的依据。  方法:  高糖高脂饮食喂养联合链脲佐菌素(STZ)建立S D大鼠2型糖尿病( T2DM)大鼠模型,在此基础上通过盲肠结扎穿孔术(CLP)建立大鼠脓毒症动物模型。将 SD大鼠随机分为非糖尿病对照组(NDM-Control)、非糖尿病假手术组(NDM-Sham)、生理盐水干预非糖尿病CLP组(NDM-CLP+Saline)、BMSCs干预非糖尿病CLP组(NDM-CLP+BMSCs)、糖尿病对照组(T2DM-Control)、糖尿病假手术组( T2DM-Sham)、生理盐水干预糖尿病 CLP组(T2DM-CLP+Saline)和BMSCs干预糖尿病CLP组(T2DM-CLP+BMSCs)。各组大鼠行剖腹探查术,CLP术和BMSCs干预CLP术,术后按照0 h、6 h、12 h、18h和24h五个时间点采取血标本,离心后储存于-80℃冰箱,检测乳酸、NT-prBNP、CRP、PCT、IL-10、IFN-γ、TNF-α等指标;分别于术后0h、12h和24h三个时间点取心脏组织行病理检查,观察心脏组织大体变化、糖原染色、心肌细胞凋亡情况及心脏组织炎症因子IL-1β、IFN-γ、TNF-α和LPS的分布情况。  结果:  1、2型糖尿病大鼠模型的成功建立  2型糖尿病大鼠出现“三多一少“症状;与非糖尿病大鼠相比,2型糖尿病大鼠血糖水平显著升高且体重明显降低(p<0.01)。大鼠心肌糖原染色结果也证实了糖尿病心肌血管病变。  2、脓毒症大鼠模型的成功建立  Fis her确切概率法检验结果表明,非糖尿病、糖尿病大鼠盲肠结扎穿孔术(CLP)后呼吸频率加快、体温升高(p<0.01)。糖尿病、非糖尿病脓毒症大鼠血清TNF-α和外周血中性粒细胞百分比均升高;心脏组织苏木素-伊红染色也证实脓毒症的心肌损伤。  3、骨髓间充质干细胞对不同免疫状态的大鼠脓毒症及其心肌损伤的影响  (1)BMSCs对脓毒症大鼠感染(PCT、CRP、中性粒细胞百分比)的影响:  ①糖尿病、非糖尿病脓毒症大鼠模型血清 CRP、PCT、外周血中性粒细胞百分比均升高;  ②给予BMSCs干预后,血清CRP含量的升高幅度无明显差异;  ③给予BMSCs干预后,非糖尿病脓毒症大鼠模型的血清PCT含量、外周血中性粒细胞百分比的升高幅度高于生理盐水干预对照组;  ④给予BMSCs干预后,糖尿病脓毒症大鼠模型的血清PCT含量、外周血中性粒细胞百分比低于生理盐水干预对照组。  (3)BMSCs对脓毒症大鼠心脏损伤(NT-proBNP、心肌细胞凋亡、微血管破坏)的影响:  ①糖尿病、非糖尿病脓毒症大鼠的血清NT-proBNP含量升高;  ②给予 BMSCs干预后,非糖尿病脓毒症大鼠的血清 NT-proBNP、乳酸的升高幅度高于生理盐水干预对照组,而糖尿病脓毒症大鼠的血清NT-proBNP较生理盐水干预对照组无明显升高。  ③CLP术后,心肌细胞发生凋亡,随着时间的发展,其凋亡率逐渐增加。BMSCs干预不能抑制非糖尿病脓毒症大鼠的心肌细胞凋亡,且会促进其凋亡,但可有效抑制糖尿病脓毒症大鼠的心肌细胞凋亡。  ④CLP术后,心脏组织微血管密度降低,随着时间的发展,其降低程度逐渐升高。BMSCs干预不能抑制非糖尿病脓毒症大鼠的心脏组织微血管密度降低,但可有效抑制糖尿病脓毒症大鼠的心脏组织微血管密度降低。  4、骨髓间充质干细胞对脓毒症大鼠模型全身及局部炎症免疫反应的影响  (1)BMSCs对脓毒症大鼠全身炎症反应(TNF-α、IFN-γ、IL-10)的影响:  通过对糖尿病和非糖尿病大鼠脓毒症促抗炎因子的比较,糖尿病、非糖尿病脓毒症大鼠均以促炎反应为主,且糖尿病脓毒症大鼠促炎反应更加明显。糖尿病和非糖尿病大鼠CLP术后6h和18 h,分别给予BMSCs或生理盐水干预,糖尿病大鼠脓毒症促炎反应较前改善,非糖尿病脓毒症大鼠促炎反应较前明显。  (2)BMSCs对脓毒症大鼠心脏组织局部促炎反应(IFN-γ、TNF-α、IL-1β、LPS)的影响:  心脏组织免疫组化结果显示:CLP术后,心脏组织出现炎症因子(IFN-r、TNF-α、IL-1β、LPS)的分布,随着时间的发展,其含量逐渐增加。其中,糖尿病脓毒症大鼠(术后24小时)的心脏组织炎症因子的含量最多,而非糖尿病脓毒症大鼠(术后24小时)的心脏组织炎症因子的含量较少。BMSCs干预增加非糖尿病脓毒症大鼠的心脏组织炎症因子的含量;BMSCs干预减少糖尿病脓毒症大鼠的心脏组织的炎症因子的含量。  结论:  1、T2DM大鼠脓毒症模型炎症反应和心肌损伤更为严重。  2、BMSCs可能对脓毒症大鼠全身炎症反应和心肌损伤具有双向作用:加重非糖尿病脓毒症大鼠全身炎症反应和心肌损伤,而减轻糖尿病脓毒症大鼠全身炎症反应和心肌损伤;  3、BMSCs可能通过调控全身炎症和心肌炎症微环境对T2DM和NDM脓毒症大鼠心肌损伤产生不同的干预效果。
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