自噬在LPS誘導的肺泡上皮細胞死亡中的作用及機制研究.pdf

1、背景與目的：
　　肺泡上皮細胞是急性肺損傷(acute lung injury, ALI)時受損的重要靶細胞，肺泡上皮細胞死亡是急性肺損傷的顯著特征。肺泡上皮細胞損傷在ALI的發(fā)病中具有重要作用，也是評估預后的重要指標。內毒素是導致急性肺損傷的重要因素，其主要成分脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)在ALI中起重要作用，目前認為過激的LPS-鐘形受體4(toll like receptor4，TLR4)應答所致的

2、炎癥反應失控是導致彌漫性肺泡損傷的重要原因，然而糖皮質激素等抗炎藥物療效有限，未能有效降低其病死率，使用促炎因子腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素-1β(Interleukin-1β，IL-1β)受體拮抗劑患者亦未獲益，因此對LPS導致肺泡上皮細胞損傷的作用及機制進行深入研究，可望為ARDS的防治提供新的靶點和思路。
　　本研究:(1)應用RNA干擾技術或工具藥物抑制/增強人

3、肺泡上皮細胞株A549細胞自噬，明確自噬在LPS誘導的肺泡上皮細胞死亡過程中的作用;(2)復制LPS所致ALI小鼠模型，觀察干預自噬對肺泡上皮屏障功能的影響，從整體水平驗證肺泡上皮自噬與ALI肺泡上皮屏障功能障礙的關系;(3)應用RNA干擾技術抑制A549細胞中由LPS引發(fā)的內質網應激繼之活化的未折疊蛋白反應信號通路中的關鍵蛋白，檢測自噬活化標志蛋白表達及細胞存活的變化，進一步探討LPS誘導肺泡上皮細胞自噬的機制;本研究將進一步闡明白噬

4、對肺泡上皮細胞死亡的調控作用及機制，初步揭示肺泡上皮細胞自噬在LPS所致ALI發(fā)病中的作用，為ALI的臨床治療提供部分理論依據及實驗基礎。
　　方法：
　　(1)自噬在LPS誘導的人肺泡上皮細胞株A549細胞死亡中的作用
　　①LPS刺激A549細胞模型，通過免疫印跡檢測自噬標志物微管相關蛋白輕鏈3B(microtubule-associated protein1 light chain3 B，LC3B)、Beclin

5、-1、自噬相關基因(Autophagy related genes，Atg)5及降解底物蛋白P62的表達變化;電鏡觀察細胞超微結構改變;A549細胞轉染增強型綠色熒光蛋白(enhanced green fluorescent protein，EGFP)-LC3質粒后予LPS刺激，激光共聚焦顯微鏡檢測轉染EGFP-LC3融合蛋白的集聚變化;使用LPS抑制劑多粘菌素B進一步確定增加的自噬是否有賴于LPS的特異性刺激;
　　②CCK-8

6、實驗檢測不同濃度的LPS對A549細胞的毒性作用，并取最低有毒劑量處理細胞后，觀察細胞壞死及凋亡變化;凋亡抑制劑預處理A549細胞后予最低有毒劑量LPS刺激，觀察細胞存活率，進一步驗證凋亡是否參與LPS誘導的肺泡上皮細胞死亡的作用;
　?、圩允梢种苿┗蛟鰪妱╊A處理A549細胞后予LPS刺激，觀察細胞存活率，研究自噬對LPS誘導的肺泡上皮細胞死亡的作用;
　?、苁褂锰禺愋孕「蓴_RNA(short interfering RNA

7、，siRNA)抑制肺泡上皮細胞自噬關鍵蛋白Beclin-1或Atg5的表達后，再予LPS刺激，觀察抑制自噬對細胞存活的影響，用遺傳學技術進一步驗證自噬在LPS誘導的肺泡上皮細胞死亡中的作用。
　　(2)自噬抑制劑對LPS誘導的ALI小鼠肺泡上皮屏障功能障礙的保護作用
　　①建立LPS誘導的ALI小鼠模型，免疫印跡檢測肺組織自噬蛋白的表達變化，免疫熒光觀察肺組織自噬蛋白的表達變化及細胞定位，透射電子顯微鏡檢測肺泡上皮細胞自噬超

8、微結構;
　?、谑褂米允伤幬镆种苿┖?，觀察肺損傷評分、肺濕干重比、支氣管肺泡灌洗液(Bronchoalveolar lavage fluid，BALF)總蛋白的變化，用工具藥從整體上驗證干預自噬是否對LPS誘導的ALI小鼠肺泡上皮屏障功能障礙起保護作用;
　　(3)LPS誘導的人肺泡上皮細胞株A549細胞自噬性死亡的機制
　　①LPS刺激A549細胞后，觀察內質網應激主要標志性分子葡萄糖調節(jié)蛋白(glucose-reg

9、ulated protein，GRP)78、GRP94的表達變化;內質網應激抑制劑作用下觀察自噬標志物LC3B-Ⅱ的變化，研究內質網應激對自噬的影響;
　?、贚PS刺激A549細胞后，觀察未折疊蛋白反應的三條信號通路PERK、IRE1及ATF6的關鍵蛋白表達變化;用siRNA干擾技術分別抑制相關信號通路中的關鍵蛋白，檢測自噬活化標志蛋白表達及細胞存活變化，從細胞水平確定LPS激活肺泡細胞自噬性死亡的相關信號通路。
　　結果：

10、
　　(1)LPS處理A549細胞后，自噬蛋白LC3B-Ⅱ的轉化及Beclin-1、Atg5的表達呈時間及劑量依賴性增加，自噬降解底物蛋白P62水平則呈時間及劑量依賴性減少;LPS抑制劑多粘菌素B預處理能抑制LPS誘導的LC3B-Ⅱ增加;與對照組比較，LPS處理組EGFP-LC3點狀聚集數顯著增加，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01）;電鏡觀察LPS處理組可見自噬體;
　　(2)與0μg/ml比較，小于50μg/ml的LPS處理

11、組細胞存活率差異無統(tǒng)計學意義(p＞0.05)，50，100，150μg/ml的LPS處理16h后，細胞存活率下降，差異有統(tǒng)計學意義(p＜0.05，p＜0.01，p＜0.01)，且細胞的存活率隨著LPS濃度增加而減少，表現為劑量依賴效應。多粘菌素B預處理能抑制LPS所致的細胞存活率下降(P＜0.05);
　　(3)50μg/ml的LPS刺激A549細胞16小時，細胞凋亡數及乳酸脫氫酶(lactatedehydrogenase，LDH

12、)泄漏率（細胞壞死標志物）與對照組比較，差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05);
　　(4)自噬抑制劑3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine，3-MA)預處理能降低LPS誘導的LC3B-Ⅱ增加及細胞存活率的下降(P＜0.05);自噬誘導劑雷帕霉素(rapamycin，Rapa)預處理則增加了LPS誘導的LC3B-Ⅱ增加及細胞存活率的下降(P＜0.05)。與對照組比較，凋亡抑制劑預處理組細胞存活率增加差異無統(tǒng)計學意義P＞0.05）

13、;
　　(5)特異性siRNA能有效抑制Beclin-1及Atg5的表達和LPS誘導的LC3B-Ⅱ的轉化、EGFP-LC3點狀聚集數的增加及細胞存活率的下降(P＜0.05);
　　(6)15 mg/kg的LPS腹腔注射小鼠16小時后，肺損傷評分，BALF中促炎因子IL-1β、TNF-α、巨噬細胞炎性蛋白-2(macrophage inflammatory protein-2，MIP-2)水平、細胞總數及中性粒細胞比例、總蛋白

14、，以及肺濕干重比較對照組增高，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）;
　　(7)Western blot結果顯示，與生理鹽水對照組比較，LPS處理8h后小鼠肺組織中LC3B-Ⅱ的表達增加，16h后增加明顯;免疫熒光檢測顯示LPS處理16h后小鼠肺組織中LC3B的表達增加，且LC3B能夠和肺表面活性物質相關蛋白(pulmonarysurfactant associated protein C，SPC)進行共標，透射電鏡結果顯示，LPS處

15、理16h后小鼠肺肺泡上皮內有較多自噬小體，而生理鹽水對照組細胞中未觀察到自噬小體的存在;
　　(8)與對照組比較，3-MA或氯喹(chloroquine，CLQ)預處理組小鼠BALF中的總蛋白、肺濕干重比及肺損傷評分明顯降低，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。3-MA預處理組中，BALF中的促炎因子無變化，而CLQ預處理則明顯減少了BALF中的促炎因子IL-1β,TNF-α，MIP-2水平（P＜0.01）;
　　(9)LPS

16、處理A549細胞后，GRP78、GRP94的蛋白表達呈時間及劑量依賴性增加;內質網應激抑制劑4-苯基丁酸(4-phenylbutyrate，4-PBA)能抑制LPS誘導的LC3B-Ⅱ的轉化;
　　(10)LPS處理A549細胞后，磷酸化的PERK(phosphorylated PERK，p-PERK)及其下游信號分子磷酸化的真核啟動因2(phosphorylated eukaryotic initiation factor-2，p

17、-eIF2α)、ATF4、生長停滯和DNA損傷誘導蛋白34(growth arrest DNA damage gene34，GADD34)的表達呈時間及劑量依賴性增加，剪接型X盒結合蛋白1(splicing of X boxbinding protein1，sXBP1)，ATF6的表達無變化;
　　(11)特異性siRNA能有效抑制PERK及ATF4的表達和LPS誘導的LC3B-Ⅱ的轉化、EGFP-LC3點狀聚集數的增加及細胞存活