吳 玲, 田澤丹, 陳 楠, 胡 薇, 周成富, 杜 權(quán)
(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院麻醉科, 重慶 400010)
在圍手術(shù)期,機(jī)體針對(duì)組織損傷和感染應(yīng)激發(fā)生炎癥反應(yīng),適度的炎癥反應(yīng)有利于機(jī)體發(fā)揮防御能力,當(dāng)喪失局部控制或激發(fā)全身反應(yīng)時(shí),即發(fā)生全身性炎癥反應(yīng)綜合征(systemic inflammatory response syndrome,SIRS)。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3)炎癥小體是一種存在于細(xì)胞質(zhì)中的多蛋白復(fù)合物,是介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵復(fù)合體,主要由NLRP3、含胱天蛋白酶募集結(jié)構(gòu)域的凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain,ASC)和caspase-1前體組成。當(dāng)宿主受到微生物刺激或者內(nèi)源性損傷刺激信號(hào)時(shí),NLRP3被激活,通過ASC招募caspase-1前體組裝成活化的炎癥小體,產(chǎn)生有活性的caspase-1,剪切白細(xì)胞介素(interleukin, IL)-1β和IL-18的前體使其成熟,發(fā)揮促炎作用[1-2],其中NLRP3的表達(dá)水平是決定NLRP3炎癥小體活性的主要因素。皮質(zhì)酮(corticosterone,CORT)是應(yīng)激時(shí)下丘腦-垂體-腎上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)軸的最終直接產(chǎn)物,通過調(diào)控炎癥作用而維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定[3],但皮質(zhì)酮對(duì)炎癥的調(diào)控是否與介導(dǎo)NLRP3的表達(dá)降低有關(guān),尚不明確。近年來國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究報(bào)道稱多種結(jié)構(gòu)各異的分子可激活NLRP3炎癥小體,它們均能促進(jìn)信號(hào)分子活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)生,后者可能是它們活化NLRP3炎癥小體的共同主要機(jī)制[4-6],而且目前較為認(rèn)可的是線粒體來源的ROS[7-8]。已有研究指出,黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO)主要介導(dǎo)線粒體ROS的產(chǎn)生[9],所以假設(shè)CORT是通過XO調(diào)控巨噬細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥小體的活化。本研究擬構(gòu)建NLRP3炎癥小體的活化模型,探討XO對(duì)CORT調(diào)控細(xì)菌脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞RAW 264.7內(nèi)NLRP3炎癥小體的影響,進(jìn)一步為探討CORT發(fā)揮抗炎作用的機(jī)制進(jìn)行深入研究,以提供調(diào)控炎癥的新靶點(diǎn)。
小鼠巨噬細(xì)胞株RAW 264.7由重慶醫(yī)科大學(xué)感染實(shí)驗(yàn)室惠贈(zèng)。LPS、別嘌呤醇(allopurinol,XO拮抗劑)和CORT均購(gòu)自Sigma;抗黃嘌呤氧化酶抗體購(gòu)自Abcam;抗NLRP3抗體購(gòu)自CST;抗GAPDH抗體購(gòu)自Bioworld;抗caspase-1抗體購(gòu)自ImmunoWay;RNAiso Plus、Prime Script RT reagent Kit和SYBR Premix Ex Taq 均購(gòu)自TaKaRa;NLRP3、XO和GAPDH的mRNA引物由TaKaRa合成;胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS)和抗生素購(gòu)自HyClone;DMED培養(yǎng)基購(gòu)自Gibco。
2.1細(xì)胞培養(yǎng)、構(gòu)建炎癥模型 RAW 264.7細(xì)胞系培養(yǎng)于含10% FBS和1%抗生素(100 mg/L青霉素和100 mg/L鏈霉素)的DMED培養(yǎng)基中,置于37 ℃、5% CO2的細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待細(xì)胞處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí),加入LPS致最終濃度為1 mg/L,使細(xì)胞形態(tài)變成多角形,伸出偽足數(shù)量明顯增多,構(gòu)建成熟的炎癥模型。
2.2CORT濃度梯度的設(shè)置 分別用濃度為100、300、500、700和900 μg/L的CORT預(yù)處理巨噬細(xì)胞1 h,再構(gòu)建炎癥模型(1 mg/L LPS),1 h后提取細(xì)胞總蛋白為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。
2.3藥物預(yù)處理及時(shí)間梯度的分組設(shè)置 LPS組細(xì)胞在構(gòu)建炎癥模型后0、0.5、1、1.5和2 h提取細(xì)胞成分,0 h為對(duì)照(control)組;CORT+LPS組細(xì)胞加入CORT致最終濃度為700 μg/L預(yù)處理1 h,構(gòu)建炎癥模型后于0.5、1、1.5和2 h提取細(xì)胞成分;allopurinol+LPS組細(xì)胞加入allopurinol至最終濃度為250 mg/L預(yù)處理1 h,構(gòu)建炎癥模型后于0.5、1、1.5和2 h提取細(xì)胞成分。
2.4Western blot法檢測(cè)NLRP3、caspase-1和XO蛋白的表達(dá) 按細(xì)胞總蛋白提取試劑盒提取各組細(xì)胞的總蛋白,BCA法測(cè)定蛋白濃度。經(jīng)過高溫變性使蛋白性質(zhì)穩(wěn)定,各孔分別加入樣品蛋白30 μg,經(jīng)過電泳、濕轉(zhuǎn)將蛋白轉(zhuǎn)移至PVDF膜上,在TBST緩沖液(含5%脫脂奶粉)中于室溫封閉1 h,分別按說明書加入相應(yīng)稀釋濃度的Ⅰ抗于4 ℃孵育過夜,TBST漂洗3次,再加入相應(yīng)稀釋濃度的Ⅱ抗于室溫孵育1 h,TBST漂洗3次,ECL法顯影蛋白印跡,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
2.5Real-time PCR法檢測(cè)NLRP3和XO mRNA的表達(dá) 棄各組細(xì)胞的培養(yǎng)上清,無菌無酶的PBS緩沖液清洗貼壁細(xì)胞3次,加入1 mL RNAiso Plus,吹打40~60次,使細(xì)胞充分裂解,動(dòng)作輕柔,按RNAiso說明書提取各組細(xì)胞總RNA,使A260/A280均在1.8~2.0之間。按逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄及擴(kuò)增。PCR擴(kuò)增條件為95 ℃ 30 s、95 ℃ 5 s、60 ℃ 30 s,40個(gè)循環(huán)。采用2-ΔΔCt法行PCR產(chǎn)物相對(duì)定量分析,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。引物采用Primer Premier 5.0軟件設(shè)計(jì),序列見表1。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。采用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,多組間均數(shù)比較采用單因素方差分析(one-way ANOVA),以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
表1 引物序列
1.1LPS上調(diào)NLRP3的蛋白表達(dá) 1 mg/L的LPS處理巨噬細(xì)胞,在0.5 h~2 h間NLRP3的表達(dá)水平均有不同程度增加,相比對(duì)照組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05或P<0.01),于2 h表達(dá)量最高,見圖1。
Figure 1. The protein levels of NLRP3 in the RAW 264.7 cells treated with LPS at 1 mg/L. Mean±SD.n=5.*P<0.05,**P<0.01vscontrol group.
圖1LPS(1mg/L)刺激巨噬細(xì)胞后不同時(shí)點(diǎn)NLRP3蛋白水平的變化
1.2LPS上調(diào)NLRP3的mRNA表達(dá) 在LPS刺激后1 h~2 h NLRP3的mRNA表達(dá)水平高于對(duì)照組(P<0.05或P<0.01),0.5 h的mRNA表達(dá)水平稍增加,但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性,見圖2。
當(dāng)CORT低于300 μg/L時(shí),NLRP3的蛋白水平與對(duì)照組相比顯著上調(diào)(P<0.05);當(dāng)CORT高于700 μg/L時(shí),NLRP3的蛋白表達(dá)明顯減少(P<0.05),并同步減少cleaved caspase-1的蛋白水平(P<0.05),見圖3。
Figure 2. The mRNA expression of NLRP3 in the RAW 264.7 cells treated with LPS at 1 mg/L. Mean±SD.n=5.*P<0.05,**P<0.01vscontrol group.
圖2LPS(1mg/L)刺激巨噬細(xì)胞后不同時(shí)點(diǎn)NLRP3mRNA的相對(duì)表達(dá)情況
3.1CORT使NLRP3和XO的蛋白表達(dá)減少 與LPS組相比,CORT逐漸降低NLRP3的蛋白表達(dá)水平(P<0.05或P<0.01),至2 h表達(dá)量最低;在CORT作用后1.5 h和2 h XO的蛋白表達(dá)亦減少(P<0.05),于2 h最低,見圖4。
3.2CORT下調(diào)NLRP3和XO的mRNA表達(dá) 在CORT+LPS作用后0.5 h至2 h,NLRP3的mRNA表達(dá)與LPS組相比顯著下調(diào)(P<0.01);XO在1.5 h和2 h的mRNA表達(dá)亦顯著下調(diào)(P<0.05),見圖5。
4.1Allopurinol減少NLRP3的蛋白表達(dá) 在allopurinol+LPS處理后,NLRP3在1 h至2 h的蛋白表達(dá)量相比LPS組顯著降低(P<0.01),見圖6。
4.2Allopurinol下調(diào)NLRP3的mRNA表達(dá) 在allopurinol+LPS處理后1 h至2 h,NLRP3的mRNA表達(dá)水平低于LPS組(P<0.01),見圖7。
在發(fā)生急性炎癥的早期,機(jī)體啟動(dòng)促炎和抗炎2種機(jī)制,決定著炎癥的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸,巨噬細(xì)胞等炎癥細(xì)胞滲出是炎癥反應(yīng)最主要的特征,它作為重要的天然免疫細(xì)胞,在炎癥調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用。本研究以小鼠巨噬細(xì)胞RAW 264.7作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,用脂多糖構(gòu)建炎癥模型,結(jié)果表明在炎癥發(fā)生的2 h內(nèi),NLRP3表達(dá)增強(qiáng),于2 h反應(yīng)最活躍。NLR作為重要的胞內(nèi)模式識(shí)別受體,激活后形成炎癥小體復(fù)合物,而NLRP3的表達(dá)水平是決定NLRP3炎癥小體活性的主要因素。本實(shí)驗(yàn)證明LPS可激活巨噬細(xì)胞內(nèi)的NLRP3炎癥小體通路,促進(jìn)炎癥的發(fā)生,與已有研究結(jié)果一致[10-11],構(gòu)建了由LPS激活NLRP3炎癥小體的模型。機(jī)體在圍術(shù)期受到應(yīng)激時(shí),HPA軸被激活,釋放糖皮質(zhì)激素,可顯著抑制LPS介導(dǎo)的鼠巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng),而CORT作為嚙齒類動(dòng)物最主要的內(nèi)源性糖皮質(zhì)激素,發(fā)揮抗炎作用與介導(dǎo)炎癥小體的表達(dá)降低有關(guān)。本研究選用0~900 μg/L皮質(zhì)酮主要是為了觀察不同應(yīng)激條件下皮質(zhì)酮的免疫調(diào)控作用。Dhabhar等[12]研究指出,50 μg/L CORT等同于機(jī)體在應(yīng)激時(shí)產(chǎn)生的生理皮質(zhì)酮水平,對(duì)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生免疫刺激作用,在一定程度上對(duì)機(jī)體在早期適應(yīng)急性應(yīng)激作出了解釋。本研究結(jié)果說明,低于300 μg/L的CORT促進(jìn)炎癥小體的釋放以刺激機(jī)體的免疫功能,但700 μg/L時(shí)反而抑制作用最明顯,發(fā)揮強(qiáng)效的抗炎作用。
Figure 3. The protein levels of NLRP3 and caspase-1 in the RAW 264.7 cells treated with CORT at different concentrations. Mean±SD.n=6.*P<0.05,P<0.01vs0 μg/L.
圖3不同濃度的CORT與LPS(1mg/L)刺激細(xì)胞后NLRP3和cleavedcaspase-1蛋白水平的變化
Figure 4. The protein levels of NLRP3 and XO in the RAW 264.7 cells treated with CORT and LPS. Mean±SD.n=6.*P<0.05,**P<0.01vsLPS group.
圖4CORT(700μg/L)與LPS(1mg/L)作用于巨噬細(xì)胞后各時(shí)點(diǎn)NLRP3和XO蛋白水平的變化
Figure 5. The mRNA expression of NLRP3 and XO in the RAW 264.7 cells treated with CORT and LPS. Mean±SD.n=6.*P<0.05,**P<0.01vsLPS group.
圖5CORT(700μg/L)與LPS(1mg/L)作用于巨噬細(xì)胞后各時(shí)點(diǎn)NLRP3和XO的mRNA相對(duì)表達(dá)情況
Figure 6. The protein levels of NLRP3 in the RAW 264.7 cells treated with allopurinol and LPS. Mean±SD.n=6.*P<0.05,**P<0.01vsLPS group.
圖6Allopurinol(250mg/L)預(yù)處理及LPS刺激巨噬細(xì)胞后不同時(shí)點(diǎn)NLRP3蛋白水平的變化
Figure 7. The mRNA expression of NLRP3 in the RAW 264.7 cells treated with allopurinol and LPS. Mean±SD.n=6.**P<0.01vsLPS group.
圖7Allopurinol(250mg/L)預(yù)處理及LPS刺激巨噬細(xì)胞后不同時(shí)點(diǎn)NLRP3的mRNA相對(duì)表達(dá)情況
CORT通過抑制NLRP3炎癥小體的活性發(fā)揮抗炎作用,但調(diào)控炎癥小體的機(jī)制復(fù)雜不清,目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究較少?,F(xiàn)研究已證實(shí)多種途徑可激活NLRP3炎癥小體,如細(xì)胞內(nèi)的ROS、組織蛋白酶B(cathepsin B)和胞內(nèi)蛋白激酶R等,其中細(xì)胞內(nèi)ROS在LPS活化的NLRP3炎癥小體中發(fā)揮著重要的作用[13-15],ROS可直接促硫氧還原蛋白互動(dòng)蛋白與NLRP3結(jié)合,進(jìn)而激活NLRP3并組裝成活化的炎癥小體,促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生[16],尤其與線粒體ROS關(guān)系密切。Ives等[9]研究表明,XO介導(dǎo)線粒體ROS的產(chǎn)生,并調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥小體的激活及促炎因子的剪切。因此,本實(shí)驗(yàn)假設(shè)在調(diào)控炎癥反應(yīng)的小鼠巨噬細(xì)胞中,CORT下調(diào)NLRP3炎癥小體的活性與抑制XO的表達(dá)水平有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,較高濃度CORT(高于700 μg/L)在炎癥發(fā)生的2 h內(nèi)下調(diào)NLRP3的表達(dá),減輕LPS誘導(dǎo)的鼠巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng),同時(shí)抑制XO的表達(dá)水平,可見較高濃度CORT(高于700 μg/L)對(duì)LPS誘導(dǎo)的鼠巨噬細(xì)胞內(nèi)NLRP3表達(dá)的抑制作用。XO的拮抗劑allopurinol使NLRP3的表達(dá)水平降低,說明NLRP3的表達(dá)與XO有關(guān)。
本研究初步確認(rèn),較高濃度CORT能抑制LPS誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞內(nèi)NLRP3的表達(dá),后者與XO有關(guān),而CORT的抑制作用可能與其下調(diào)XO的表達(dá)水平有關(guān)。此結(jié)果進(jìn)一步說明XO作為線粒體ROS的工具酶,介導(dǎo)了LPS誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥小體的表達(dá),而皮質(zhì)酮通過調(diào)控XO抑制NLRP3炎癥小體的活化,后續(xù)有待于進(jìn)一步在人巨噬細(xì)胞中加以驗(yàn)證。本研究闡釋了內(nèi)源性糖皮質(zhì)激素發(fā)揮抗炎效應(yīng)的機(jī)制,為炎癥的干預(yù)措施提供了新工具。
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