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文檔簡介
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(nèi)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(zhì)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(shù)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(guān)系;(3)應用RNA干擾技術(shù)抑制A549細胞中由LPS引發(fā)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激繼之活化的未折疊蛋白反應信號通路中的關(guān)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(diào)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(jù)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(guān)蛋白輕鏈3B(microtubule-associated protein1 light chain3 B,LC3B)、Beclin
5、-1、自噬相關(guān)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(jié)構(gòu)改變;A549細胞轉(zhuǎn)染增強型綠色熒光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)-LC3質(zhì)粒后予LPS刺激,激光共聚焦顯微鏡檢測轉(zhuǎn)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;
?、贑CK-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;
③自噬抑制劑或增強劑預處理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(guān)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(shù)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
?、俳PS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(jié)構(gòu);
②使用自噬藥物抑制劑后,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(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激主要標志性分子葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(glucose-reg
9、ulated protein,GRP)78、GRP94的表達變化;內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激抑制劑作用下觀察自噬標志物LC3B-Ⅱ的變化,研究內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激對自噬的影響;
②LPS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(guān)鍵蛋白表達變化;用siRNA干擾技術(shù)分別抑制相關(guān)信號通路中的關(guān)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(guān)信號通路。
結(jié)果:
10、
(1)LPS處理A549細胞后,自噬蛋白LC3B-Ⅱ的轉(zhuǎn)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(shù)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(xiàn)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(shù)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(zhuǎn)化、EGFP-LC3點狀聚集數(shù)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(shù)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(jié)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(zhì)相關(guān)蛋白(pulmonarysurfactant associated protein C,SPC)進行共標,透射電鏡結(jié)果顯示,LPS處
15、理16h后小鼠肺肺泡上皮內(nèi)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)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(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)化、EGFP-LC3點狀聚集數(shù)的增加及細胞存活
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