NLRP3炎症小体和NF-κB信号通路参与化脓隐秘杆菌感染小鼠肝脏炎症反应的研究.pdf
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1、中国预防兽医学报Chinese Journal of Preventive Veterinary Medicine第 45 卷 第 10 期2023 年 10 月Vol.45,No.10Oct.2023doi院10.3969/j.issn.1008-0589.202303006NLRP3炎症小体和NF-资B信号通路参与化脓隐秘杆菌感染小鼠肝脏炎症反应的研究李思琪1,2覮,秦嫘1,2覮,孟凡丹2,杨勇博2,王淑杰2*,蔡雪辉1,2*(1.东北农业大学 动物医学学院,黑龙江 哈尔滨 150030;2.中国农业科学院哈尔滨兽医研究所 兽医生物技术国家重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150069)摘要:为
2、探究化脓隐秘杆菌()在肝脏中诱导炎症小体活化的机制,本研究以2伊106cfu/只腹腔注射化脓隐秘杆菌的小鼠为感染模型,分别于感染后不同时间采集小鼠肝脏组织,分别提取肝细胞RNA和蛋白质,将RNA反转录成cDNA作为模板,利用荧光定量PCR检测小鼠肝脏组织中NLRP-3、ASC、IL-18、IL-1茁和TNF-琢 mRNA的转录水平,同时通过western blot检测小鼠肝细胞中炎症小体信号通路蛋白NLRP-3、AIM2、ASC、Caspase-1、NLRP-1和细胞焦亡信号通路相关蛋白GSDMD-C、IL-18和IL-1茁的表达。结果显示,与对照组相比,感染化脓隐秘杆菌后1 d、2 d和7
3、d的小鼠肝组织内炎症小体信号通路蛋白基因及促炎细胞因子基因的转录水平均显著升高(0.05);western blot检测感染后1 d、2 d、4 d和7 d的小鼠肝细胞蛋白,结果显示,与对照组相比,小鼠肝细胞内除NLRP-1的表达无差异外,其他炎症小体信号通路相关蛋白及促炎细胞因子表达量均显著或极显著升高(0.05,0.01)。上述结果证实化脓隐秘杆菌可诱导肝细胞中NLRP-3/ASC和AIM2/ASC炎症小体复合物的激活,继而促进Caspase-1的成熟与GSDMD的切割,引起肝细胞焦亡,导致大量促炎细胞因子释放。本研究进一步通过western blot检测化脓隐秘杆菌感染后1 d、2 d、
4、4 d和7 d的小鼠肝细胞中NF-资B信号通路中p65和磷酸化p65蛋白(p-p65)的表达水平,结果显示,与对照组相比,p-p65蛋白的表达量显著升高(0.05),表明NF-资B信号通路被激活。同时,本研究也对化脓隐秘杆菌感染小鼠后1 d、2 d、4 d和7 d采集的肝脏组织进行病理学观察,结果显示,与对照组织相比,肝细胞均发生变性及坏死。本研究证实在化脓隐秘杆菌感染的小鼠肝细胞内炎症小体和NF-资B信号通路参与了感染期间的炎症反应,为化脓隐秘杆菌引起肝脏炎症反应发生的机制研究提供参考依据。关键词:化脓隐秘杆菌;炎症小体;细胞焦亡;炎症反应中图分类号:S852.61文献标识码:A文章编号:1
5、008-0589(2023)10-1054-07NLRP3 inflammasome and NF-资B signaling pathways areinvolved in the inflammatory response of mice liver infectedwithLI Si-qi1,2覮,QIN Lei1,2覮,MENG Fan-dan2,YANG Yong-bo2,WANG Shu-jie2*,CAI Xue-hui1,2*(1.College of Veterinary Medicine,Northeast Agricultural University,Harbin 150
6、030,China;2.State Key Laboratory of VeterinaryBiotechnology,Harbin Veterinary Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Heilongjiang,Harbin 150069,China)收稿日期:2022-03-06基金项目:国家自然科学基金面上项目(32273018)作者简介:李思琪(1997-),女,吉林榆树人,硕士,主要从事猪免疫抑制性疾病临床免疫学秦嫘(1989-),女,黑龙江齐齐哈尔人,博士,主要从事病原组织嗜性、混合感染协同致病
7、机制研究.*通信作者:E-mail:;*Corresponding authorAbstract:To investigate the mechanism of()inducing inflammasome activation in the liver,the mice were used as the infection model with intraperitoneally challenged withat a dose of 2伊106cfu/mouse.Bycollecting mouse liver tissue and extracting RNA and protein f
8、rom hepatocytes,the RNA was reverse transcribed into cDNA as atemplate,the mRNA transcriptional levels of NLRP-3,ASC,IL-18,IL-1茁 and TNF-琢 were detected by qRT-PCR,and theinflammasome signaling pathway proteins NLRP-3,AIM-2,ASC and Caspase-1 and the pyroptosis signaling pathway proteinsGSDMD-C,IL-18
9、 and IL-1茁,and the NF-资B signaling pathway proteins p65and p-p65 were detected by western blot.The resultsshowed that the mRNA transcriptional levels of inflammasome signaling pathway and pro-inflammatory cytokines in mice liverinfected withat days 1,2 and 7 were significantly increased(0.05)compare
10、d to the control group.Western blotwas used to detect the protein in liver tissue of mice on day 1,2,4 and 7 of infection,and it showed that compared with thecontrol group,there was no significant difference in the expression of NLRP-1,while the expression levels of other inflammasomesignaling pathw
11、ay related proteins and pro-inflammatory cytokines significantly or extremely significantly increased(0.05,0.01).The results confirmed thatinduced the activation of NLRP-3/ASC and AIM2/ASC inflammasomes in hepatocytes,which promoted the maturation of Caspase-1 and the cleavage of GSDMD,causing pyrop
12、tosis of hepatocytes,resulting in therelease of a large number of pro-inflammatory cytokines.Further detection of expression levels of p65 and p-p65 in NF-资Bsignaling pathway in mouse hepatocytes at day 1,2,4,and 7 after infection withwas performed using western blot,and it showed a significant incr
13、ease in p-p65 protein expression compared to the control group(0.05),indicating the activationof NF-资B signaling pathway.Meanwhile,histopathology examinations on the liver tissues of mice infected withatday 1,2,4 and 7 were also conducted,and the results showed that the hepatocytes all underwent deg
14、eneration and necrosiscompared with the control tissue.In conclusion,this study confirmed that inflammasome and NF-资B signaling pathways inhepatocytes of mice infected withare involved in the inflammatory response during infection,providing a theoreticalbasis for the research about the mechanism of
15、liver inflammation caused by.Key words:;inflammasome;pyroptosis;inflammatory reaction化脓隐秘杆菌()是一种条件致病菌,可以感染猪、牛、羊等家畜,引起多种化脓性疾病,导致严重的经济损失1。该菌常定植在肺脏、肝脏、子宫和皮下组织等。当突破机体粘膜屏障侵入循环系统后,宿主继而产生一系列免疫反应,包括针对化脓隐秘杆菌感染的炎症反应2-3。因此,研究宿主对化脓隐秘杆菌的反应对于预和治疗化脓隐秘杆菌感染至关重要。肝脏作为重要的免疫器官,其丰富的自然杀伤细胞(NK细胞)和巨噬细胞(如Kupffer细胞)是肝内天然免疫的主要
16、防线4。当病原侵入宿主后,肝脏免疫细胞中多种模式识别受体(Pattern recognition recep-tors,PRR)可通过识别特定的病原相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterns,PAMP)激 活特殊的信号通路,从而启动天然免疫应答,这在感染初期以及慢性化过程中发挥重要的作用5。PRR包括Toll样受体(TLR)、核苷酸寡聚化结构域(NOD)样 受体(NLR)、视 黄酸诱 导 基 因 I(RIG-I)样 受 体(RLR)、C型凝集素受体(CLR)和黑色素瘤缺失蛋白2(AIM2)样受体(ALR)。炎症小体是由胞浆内PRR参与组装的多蛋白
17、复合物,是天然免疫系统的重要组成部分,炎症小体可以分为NOD样受体(Nod-like re-ceptors,NLR)家族和HIN-200蛋白家族两大类,因其在抵抗微生物感染的先天免疫反应中的关键作用而被熟知6。迄今为止,NLR家族主要有NLRP-1、NLRP-3、NLRC4、NLRP-6以及NLRP-12炎症小体,其 中 NLRP-3 是 研 究 最 广 泛 的 炎 症 小 体 之 一7。HIN-200家族蛋白则包括AIM2和IFN-16。半胱氨酸蛋白酶-1(Cysteinyl aspartate specific proteinase,Cas-pase-1)在炎症小体中被激活,可以诱导促炎细
18、胞因子IL-1茁和IL-18的加工和释放,以及诱导细胞焦亡8。先前有报道,猪链球菌感染可激活小鼠脾脏NLRP3炎症小体和MAPK炎症信号通路9。然而,化脓隐秘杆菌激活肝脏内炎症信号通路的研究鲜有报道。因此,本研究以小鼠为感染模型,检测感染后不同时间小鼠肝脏炎性因子,分析炎症信号通路中相关蛋白的表达,确定化脓隐秘杆菌激活肝脏内炎症信号通路类型,为化脓隐秘杆菌感染机制奠定基础。李思琪,等.NLRP3炎症小体和NF-资B信号通路参与化脓隐秘杆菌感染小鼠肝脏炎症反应的研究第 10 期10551材料与方法1.1菌株、实验动物及主要试剂化脓隐秘杆菌20121株由本实验室分离并保存。32只7周龄雌性野生型C
19、57BL/6小鼠购自辽宁长生生物科技有限公司。兔抗NLRP-3、NLRP-1、IL-1茁、IL-18、茁-actin、凋亡相关的斑点样蛋白(ASC)、p-p65和p65的多克隆抗体均购自ABclonal公司;AIM-2、GSDMD-C多克隆抗体购自Abcam公司;RNA提取试剂盒购自天根生化科技(北京)有限公司;PrimerScript 反转录酶购自TaKaRa公司;SYBR qPCR Master MIX购自诺唯赞公司;PMSF购自北京索莱宝科技有限公司;细胞裂解液购自上海碧云天生物技术有限公司。1.2化脓隐秘杆菌感染小鼠实验将32只雌性野生型C57BL/6J小鼠随机分为2组,12只对照组小
20、鼠腹腔注射0.2 mL TSB,20只感染组小鼠经腹腔以2伊106cfu/只注射化脓隐秘杆菌20121株,分别于感染后1 d、2 d、4 d和7 d剖杀每组小鼠并无菌采集肝脏组织样品,-80 保存备用。1.3感 染 小 鼠 肝 细 胞 中 NLRP-3、ASC、IL-18、IL-1茁和TNF-琢转录水平的qRT-PCR检测利用RNA提取试剂盒提取1.2中感染后第1 d、2 d和7 d采集的各组小鼠肝脏组织总RNA,反转录为cDNA后分别为模板,采用文献10中IL-1茁、IL-18、TNF-琢基因和内参基因茁-Actin的引物,以及文献11中NLRP-3和ASC的引物,通过qRT-PCR检测小鼠
21、肝脏中炎症小体信号通路蛋白及炎性细胞因子mRNA的转录水平,实验以茁-actin基因为内参基因。每个样品设置3个重 复,采 用 2-驻驻CT法 计 算 NLRP-3、ASC、IL-18、IL-1茁和TNF-琢 mRNA的相对转录水平,驻驻CT=实验组(目的基因Ct-内参基因Ct)-对照组(目的基因Ct-内参基因Ct)。1.4感染小鼠肝细胞中炎症小体信号通路及焦亡通路相关蛋白表达水平的检测炎症小体在抗感染免疫中发挥重要作用12。为了确定化脓隐秘杆菌感染期间激活的炎症小体类型,本研究取1.2中感染后1 d、2 d、4 d和7 d采集的各组小鼠肝脏组织,经PBS匀浆后加入含有PMSF和罗氏蛋白酶抑制
22、剂的细胞裂解缓冲液,冰上孵育2 h,4 12 000 r/min离心10 min取上清,经BCA法测定蛋白质浓度后分别取等量蛋白,分 别 以 兔 源 NLRP-3、IL-1茁、IL-18、ASC、AIM2多克隆抗体(1颐500),NLRP-1、GSDMD-C多克隆抗体(1颐1 000)和茁-actin多克隆抗体(1颐100 000)为一抗,IRDyeR800CW山羊抗兔IgG(1颐10 000)为二抗,odyssey红外扫膜系统对PVDF膜成像,经western blot检测炎症相关蛋白的表达情况。1.5感染小鼠肝细胞中NF-资B信号通路相关蛋白表达的检测NF-资B作为细胞内的核转录因子,参与
23、机体的炎症反应13。核转录因子活化之后进入细胞核发挥功能,调节相关基因表达14。为探究化脓隐秘杆菌感染期间NF-资B信号通路是否参与小鼠肝细胞的炎症反应,本研究取1.4制备的感染后不同时间各组小鼠肝脏组织蛋白溶液,以兔源p-p65、p65多克隆抗体(1颐500)为一抗,IRDyeR800CW山羊抗兔IgG(1颐10 000,PBS稀释)为二抗,Odyssey红外扫膜系统对PVDF膜成像,经western blot检测感染小鼠肝脏中NF-资B信号通路蛋白表达情况。1.6肝脏组织病理学观察取1.2中感染后1 d、2 d、4 d和7 d采集的各组小鼠肝脏组织,参照文献15,经4%甲醛固定后石蜡包埋,
24、切成6 mm8mm厚的切片,经苏木精和伊红(HE)染色后,于显微镜下观察肝脏组织的病理变化。1.7数据的统计学分析各组数据表示为平均值()依标准差()。采用GraphPad Prism统计学软件(版本8.0.1;GraphPad Software Inc.)进行数据分析,使用单因素方差分析和多重比较评估各组数据之间的差异性,0.05具有统计学意义。2结果2.1感 染 小 鼠 肝 细 胞 中 NLRP-3、ASC、IL-18、IL-1茁和TNF-琢转录水平的qRT-PCR检测结果采用qRT-PCR检测感染化脓隐秘杆菌感染后不同天数小鼠肝细胞中NLRP-3、ASC、IL-18、IL-1茁和TNF-
25、琢基因转录水平,结果显示,各细胞因子与对照组相比,NLRP-3基因在感染后1 d 时转录水平极显著升高(0.01),随后在第2 d和第7 d转录水平下降;ASC在感染后1 d,2 d和7 d的转录水平均显著升高(图1B,0.05)。与对照组和感染后1 d相比,促炎性细胞因子IL-18基因在感染后2 d和后7 d转录水平极显著升高(图1C,0.01);TNF-琢、IL-1茁基因均在感染后1 d和2 d时转录水平极显著升高(图1D图1E,0.01),而IL-1茁基因在感染后7 d时转录水平下降。以上结果表明,化脓隐秘杆菌可激活感染小中 国 预 防 兽 医 学 报2023 年1056A:炎症小体信号
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