Morphological Effects of Cigarette Smoking on Respiratory System and Related Functions Based on AQPs Expression

SUMMARY: A great deal of attention of air pollution on respiratory health is increasing, particularly in relation to haze days. It is that exposure to cigarette smoke augments the toxicity of common air contaminants, thereby increasing the complexity of respiratory diseases. Although there are various mechanisms involved to respiratory diseases caused or worsen by cigarette smoking, in which the role of AQPs in the lung with regard to fluid homeostasis still remains elusive. In this paper, we copied the rat models based on smoke generator, and investigated the morphological changes of mucosa and related functions depending on the balance of lining liquid of alveoli via AQPs expression. Compared with normal group, weak labelling of AQP1 and AQP5 protein abundance were clearly detected in the corresponding part of smoke exposure groups compared with normal group. Hence, it is suggested that the contribution of AQPs in the lung is diminished, thereby causing perturbed balancing between resorptive and secretory fluid homeostasis under cigarette smoking.

Cada vez se presta más atención a la contaminación del aire en la salud respiratoria, particularmente, en relación con los días de neblina. En consecuencia la exposición al humo del cigarrillo aumenta la toxicidad de los contaminantes comunes del aire, lo que además aumenta la complejidad de las enfermedades respiratorias. Aunque existen varios mecanismos involucrados en las enfermedades respiratorias causadas o empeoradas por el tabaquismo, en las que el papel de las AQP en el pulmón respecto a la homeostasis de líquidos sigue siendo difícil de alcanzar. En este artículo, copiamos los modelos de rata basados en el generador de humo e investigamos los cambios morfológicos de la mucosa y las funciones relacionadas según el equilibrio del líquido de revestimiento de los alvéolos a través de la expresión de AQP. En comparación con el grupo normal, se detectó claramente un etiquetado débil de la abundancia de proteínas AQP1 y AQP5 en la parte correspondiente de los grupos de exposición al humo en comparación con el grupo control. Por lo tanto, se sugiere que la contribución de las AQP en el pulmón está disminuida, provocando así un equilibrio perturbado entre la homeostasis del líquido secretor y de reabsorción bajo el hábito de fumar cigarrillos.

Immunohistochemical identification of AQP1 in livers of the high-fat diet rats / Identificación inmunohistoquímica de AQP1 en hígados de ratas con dieta de alto contenido de grasa

One of the key functions of the hepatobiliary system is bile formation. Aquaporins (AQPs) are likely to play a role in water transport that is essential for appropriate hepatobiliary tract function. The increasing prevalence of fatty liver parallels the rise of obesity and its complications over the past several decades. In this paper, general morphology observation, histopathology and AQP1 immunohistochemical expression were observed in livers of the high-fat diet (HFD) rats. For the liver of HFD rats, immunolight microscopy revealed weak labeling of AQP1 on the surface of central veins and liver sinusoid compared with the normal diet (ND) rats. It was suggested that bile secreted by the liver of HFD rats was maybe abnormal, thereby causing abnormalities in the composition and secretion of bile. However, the deeper understanding of mechanisms involved to the fatty liver is still unclear, in particular AQPs in the liver of obesity, additional studies would be required to study the signalling cascades involved in these processes.

Una de las funciones clave del sistema hepatobiliar es la formación de bilis. Es probable que las acuaporinas (AQP) desempeñen un papel en el transporte de agua que es esencial para la función apropiada del tracto hepatobiliar. En las últimas décadas, la creciente prevalencia de hígado graso es paralela al aumento de la obesidad y sus complicaciones. En este trabajo, se identificaron características morfológicas generales, histopatología y expresión inmunohistoquímica de AQP1 en hígados de ratas con dieta rica en grasas (DRG). En el hígado de ratas con DRG, la expresión inmunohistoquímica determinó un marcaje débil de AQP1 en la superficie de las venas centrales y del sinusoide hepático en comparación con las ratas de dieta normal (DN). Se sugirió que la bilis secretada por el hígado de ratas con DRG era tal vez anormal, lo que causaba anomalías en la composición y secreción de la bilis. Sin embargo, se necesita un conocimiento mayor de los mecanismos involucrados en el hígado graso, en particular de las AQP y se requieren estudios adicionales para determinar las cascadas de señalización involucradas en estos procesos.

Renal expression of AQP1 in the high-fat nutritional obesity of rat / Expresión renal de AQP1 en la obesidad nutricional alta en grasas en ratas

AQP1 plays an essential role in maintaining body water balance. In the kidney, AQP1 is localized to the apical and basolateral membrane of epithelial cells in the proximal tubule and descending thin limb of Ansa nephroni (Henle's loop) where it reabsorbs the vast majority of filtered water. The growing epidemic of obesity and metabolic diseases particularly obesity-related kidney disease is getting more and more attention in this century. However, a full understanding of mechanisms involved to the progressive renal disease is still unclear, in particular AQPs in the kidney of obesity. In this paper, we examined the localization of AQP1 in renal cortex and medulla of ND (normal diet) and HFD (high-fat diet) at rats. In the renal cortex and medulla, immunolight microscopy revealed weak expression of AQP1 in the apical and basolateral membrane of epithelial cells at the proximal straight/convoluted tubule of HFD compared with ND, respectively. The same result was confirmed in the thick descending limb and descending thin limb of Henle's loop. In the high-fat nutritional obesity of rats, decreased AQP1 levels may not directly cause serious obesity-related kidney disease, e.g. chronic kidney disease, even end-stage renal disease. But at least, AQPs (AQP1 in this study) was one of initially conditions to the incentive of obesity-related kidney disease.

Las acuoporinas tipo 1 (AQP1) constituyen una parte esencial en el mantenimiento del equilibrio del agua en el cuerpo. En el riñón, la AQP1 se localiza en la membrana apical y basolateral de las células epiteliales, en el túbulo proximal y en el segmento descendente del Ansa nephroni o asa nefrónica (asa de Henle), donde reabsorbe la gran mayoría de agua filtrada. La creciente epidemia de obesidad y enfermedades metabólicas en el siglo actual, hacen que la enfermedad renal relacionada con la obesidad esté recibiendo cada vez más atención. Sin embargo, aún no existe un conocimiento definitivo de los mecanismos implicados en la enfermedad renal progresiva, en particular los relacionados a las acuoporinas renales en la obesidad. En este trabajo, examinamos la localización de AQP1 en la corteza y la médula renales de la dieta normal (DN) y dieta alta en grasa (DAG) en ratas. En la corteza y médula renales, la microscopía de luz reveló una expresión débil de AQP1 en la membrana apical y basolateral de las células epiteliales en el túbulo contorneado proximal del grupo DAG en comparación con el grupo DN, respectivamente. El mismo resultado se confirmó en la porción descendente gruesa y en la porción descendente delgada del asa nefrónica. En ratas del grupo DAG, la disminución de los niveles de AQP1 pudo no ser la causa directa de una enfermedad renal grave relacionada con obesidad, como por ejemplo, enfermedad renal crónica, o una enfermedad renal terminal. No obstante, en este estudio, la expresión renal de AQP1 constituyó una de las condiciones iniciales para inducir la enfermedad renal relacionada con obesidad.

Expression of V2R and AQPs in the renal medulla of high-fat nutritional obesity of rat / Expresión de V2R y AQPs en la médula renal de ratas con obesidad nutricional alta en grasas

Recent evidence has indicated that adipose tissue produces bioactive substances that contribute to obesity-related kidney disease, altering the renal function and structure. Eight of the AQPs are expressed in the kidney, where several of them contribute to water absorption and maintenance of body water balance. In the study, we mainly examined the localization of AQP2, AQP3 and V2R in renal medulla of Normal Diet (ND) and High-fat Diet (HFD) of rats, respectively. In renal medulla of HFD, immunolight microscopy revealed weak expression of AQP2 at the apical plasma membrane and intracellular vesicles of principal cells of the IMCD and OMCD. AQP3 and V2R expression also observed a decrease in immunolabelling in the IMCD and OMCD. It was suggested that excess lipid accumulation may lead to lipotoxicity and may be the major driver of organ dysfunction such as water reabsorption dysfunction, which may be resulted from abnormal response of rphan G-protein-coupled receptors in kidney.

La evidencia reciente ha indicado que el tejido adiposo produce sustancias bioactivas que contribuyen a la enfermedad renal relacionada con la obesidad, alterando la función y la estructura renal. Ocho de los AQP se expresan en el riñón, donde varios de ellos contribuyen a la absorción de agua y al mantenimiento del equilibrio hídrico corporal. En el estudio, examinamos principalmente la localización de AQP2, AQP3 y V2R en la médula renal de ratas con dieta normal (ND) y ratas con dieta alta en grasas (HFD). En la médula renal del grupo HFD, la microscopía electrónica de barrido reveló una expresión débil de AQP2 en la membrana plasmática apical y las vesículas intracelulares de las células principales de IMCD y OMCD. La expresión de AQP3 y V2R también observó una disminución en el inmunomarcador en IMCD y OMCD. Se sugiere que el exceso de acumulación de lípidos puede conducir a lipotoxicidad y ser el principal impulsor de la disfunción orgánica, como la disfunción de reabsorción de agua, que puede ser el resultado de la respuesta anormal de los receptores acoplados a proteína rphan G en el riñón.

Expression of aquaporin 2, aquaporin 3 and aquaporin 4 in renal medulla of Bactrian camel ( Camelus bactrianus ) / Expresión de acuaporina 2, acuaporina 3 y acuaporina 4 en la médula renal del camello bactriano ( Camelus bactrianus )

SUMMARY: Aquaporins (AQPs) are members of the aquaporin water channel family that play an important role in reabsorption of water from the renal tubular fluid to concentrate urine. Using immunohistochemical staining on paraffin sections, We studied expression of AQP2, AQP3 and AQP4 in renal medulla of Bactrian camel (Camelus bactrianus). The renal medulla of cattle (Bos taurus) acted as the control. Compared with the control, strong expression of AQP2 was observed at the apical plasma membrane and intracellular vesicles, in both the outer medullary collecting duct (OMCD) and the inner medullary collecting duct (IMCD) of camel. Strong expression of AQP3 was observed at the basolateral plasma membrane of the IMCD of camel. Strong AQP4 expression, however, was observed at the basolateral plasma membrane in the OMCD of camel. Moreover, moderate AQP4 expression was detected in endothelium of capillary in medullary region of camels, whereas very weak/absent expression was detected in endothelium of capillary of cattle. We concluded that expression of AQP2, AQP3 and AQP4 in the camel kidney showed some differences from cattle in renal trans-epithelial water transport. It may enhance our better understanding of special water metabolism mechanisms that enable camels to survive in extreme environments.

RESUMEN: Las acuaporinas (AQP) son miembros de las proteínas de transporte que desempeñan un papel importante en la reabsorción de agua del líquido tubular renal para concentrar la orina. Estudiamos la expresión de AQP2, AQP3 y AQP4 en la médula renal del camello bactriano (Camelus bactrianus) usando tinción inmunohistoquímica en secciones de parafina. La médula renal del bovino (Bos taurus) se usó como control. En comparación con el control, se observó una fuerte expresión de AQP2 en la membrana plasmática apical y vesículas intracelulares tanto en el conducto colector medular externo (CCME) como en el conducto colector medular interno (CCMI) del camello. Se observó una fuerte expresión de AQP3 en la membrana plasmática basolateral del CCMI del camello. También se observó una expresión fuerte de AQP4 en la membrana plasmática basolateral en el CCME de camello. Además, se detectó una expresión moderada de AQP4 en el endotelio de los capilares en la región medular de los camellos, mientras que en el endotelio de los capilares del bovino se detectó una expresión muy débil. Concluimos que la expresión de AQP2, AQP3 y AQP4 en el riñón de camello mostró algunas diferencias con el bovino en el transporte trans-epitelial de agua renal. El estudio podría mejorar nuestra comprensión de los mecanismos especiales del metabolismo del agua que permiten a los camellos sobrevivir en ambientes extremos.

Histomorphometric adaptation of yak (Bos grunniens) abomasum to the Qinghai-Tibetan plateau environment / Adaptación histomorfométrica del abomaso de yak (Yos grunniens) al medio ambiente de la meseta tibetana Qinghai

Six abomasums of yaks (Bosgrunniens) were studied with gross dissection and histological methods. It was found that the mucosa of the yak abomasum was covered with simple columnar epithelium. There were lots of spiral folds (10) in the fundic glandular area. The developed membrane of lamina propria was occupied by high density glands. According to the morphological characteristics of the glands, the abomasum was divided into the cardiac, gastric and pyloric glands. Cardiac glands were curved tubular glands with the intumescent bottom and small glandular cavity. Fundic glands were simple tubular glands or branched tubular glands, where the chief, parietal and mucous neck cells can be observed clearly. Pyloric glands were curled tubular glands, the closer to the deep of the lamina propria, the more obvious the glands curl. Staining of glycoconjugate revealed that the mucosal epithelium of the cardiac gastric and pyloric glands and gastric pits epithelium mainly secreted neutral glycoconjugate, but other portions of cardiac and gastric glands secreted mixed and acid glycoconjugate respectively. By Gordon-Sweet's reticular fiber staining, it was found that the mucous neck cells possessed the characteristic of argyrophilic phenomenon. There was a large number of argyrophilic granules in the supranuclear cytoplasm in contrast with the chief cells. Furthermore, there were isolated lymphoid nodules and diffuse lymphoid tissue in the abomasum glands, especially in corpus abomasi. Grimelius silver staining showed that the argyrophil cells were located in the glandular epithelium and lamina propria of glands, which can also be observed in connective tissue. These endocrine cells dispersed individually in epithelial cells, occasionally in 3­5 cell groups. Therefore, the yaks were grazed throughout the year on diverse natural grassland and had evolved morphological characteristics of the abomasum enabling them to consume a wide variety of plant species, thereby better adapting them to harsh plateau environment.

Seis abomaso yak (Bosgrunniens) fueron estudiados con disección y métodos histológicos. Se encontró que la mucosa del abomaso yak estaba cubierta de epitelio columnar simple. Se observaron pliegues en espiral (10) en la zona glandular fúndica. La membrana desarrollada de la lámina propia contenía glándulas de alta densidad. De acuerdo con las características morfológicas de las glándulas, el abomaso se dividió en las glándulas cardíacas, gástricas y pilórica. Las glándulas cardíacas se curvan en glándulas tubulares con la parte inferior intumescente y una pequeña cavidad glandular. Las glándulas fúndicas eran glándulas tubulares simples o glándulas tubulares ramificadas, donde se pueden observar con claridad las células principales, parietales y mucosas del cuello. Las glándulas pilóricas fueron glándulas tubulares curvadas, cuanto más cercanas a la lámina propia, más evidente fue su forma ondulada. La tinción glucoconjugada reveló que el epitelio de la mucosa de las glándulas gástricas cardiacas, pilóricas y el epitelio de las fosas gástricas secretaron principalmente un glucoconjugado neutro, pero otras porciones cárdicas y de las glándulas gástricas secretaron un glucoconjugado mixto y ácido, respectivamente. A la tinción de fibras reticulares, se encontró que las células mucosas del cuello poseían características argirófilas. Se observó un gran número de gránulos en el citoplasma supranuclear en contraste con las células principales. Además, no fueron aislados los nódulos linfoides y presentaba tejido linfoide difuso en las glándulas de abomaso, especialmente en el cuerpo del abomaso. La tinción Gordon Sweet indicó que las células argirofílicas se localizaron en el epitelio y lámina propia glandular, lo que también se observó en el tejido conectivo. Estas células endocrinas se dispersan individualmente en las células epiteliales, de vez en cuando en grupos celulares de 3-5. De esta forma, los yak pastorean durante todo el año, en diversos pastizales naturales, y han evolucionado sus características morfológicas que les permiten consumir una amplia variedad de especies de plantas, con lo que se adaptan mejor a las condiciones inhóspitas.

Histomorphometric characterization of forestomach of yak (Bos grunniens) in the Qinghai-Tibetan Plateau / Caracterización histomorfométrica del preestómago del yak (Bos grunniens) en la Meseta Qinghai-Tíbet

Six forestomachs of yaks (Bos grunniens) were studied with gross dissection and histological methods. It was found that the forestomach of yak consisted of the following three parts, rumen, reticulum and omasum, which were composed of the mucosa, submucosa, muscularis and serosa. In addition, the mucosal epithelium was covered with stratified squamous epithelium, with part of keratinized the shallow cells. Rumen, the mucosa of which formed ligulate papillae varying in size and shape, was no muscularis mucosa. Reticulum, consisted of a surface epithelium that invaginated to various extent into the lamina propria, formed various folds in shape, namely, grid-like small rooms. Furthermore, there are many secondary folds densely covered with keratinized papillae. The most striking feature of the omasum was to be formed the laminae omasi varying in length, with short and rough papillae distributing on both sides. Taken together, there was no glands within the mucosa and lamina propria of forestomach of yak, where diffuse lymphoid tissues can be observed clearly. It is, therefore, believed that the yak forestomach may have evolved those specific structural characteristics in response to the unique living environment and dietary habits impose on the Qinghai-Tibetan Plateau.

Seis preestómagos de yaks (Bos grunniens) fueron estudiados mediante disección macroscópica y métodos histológicos. Se encontró que el preestómago del yak constaba de tres partes: rumen, retículo y omaso, compuestas de mucosa, submucosa, muscular y serosa. Además, el epitelio de la mucosa se conformó con epitelio escamoso estratificado, con parte de células cornificadas superficiales. En el rumen, la mucosa formó papilas linguladas que variaron en tamaño y forma. El retículo, consistió en una superficie epitelial que se invaginó en distinta medida en la lámina propia, conformando varias formas de pliegues, es decir, cuadrículas como pequeños cubículos. Además, existían muchos pliegues secundarios densamente cubiertos con papilas cornificadas. La característica más llamativa del omaso, fue formar láminas que variaron en longitud, con papilas cortas y ásperas distribuidas en ambos lados. Tomados en conjunto, no hubo glándulas dentro de la mucosa y la lámina propia del preestómago del yak, donde los tejidos linfoides difusos se pueden observar claramente. Por lo tanto, creemos que esas características estructurales específicas del preestómago del yak pudieron haber evolucionado en respuesta a las condiciones de vida únicas y hábitos dietéticos que se presentan en la meseta de Qinghai-Tíbet.