钠钾ATP酶配体转录后精密调控细胞因子表达的生物学机制与脓毒症应用价值

来源 :南京大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:rscgmy
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脓毒症是临床上发病率与死亡率较高,严重威胁人类健康的重大疾病,多发生于创伤、手术与重大感染性疾病之后。很长时间以来,人们认为脓毒症是一种系统性高炎症性疾病,因为在脓毒症病人体内检测到高水平的炎症因子如TNF-α,IL-1β等,这些炎症因子通过“瀑布式”效应诱发多器官损伤,是脓毒症死亡率的重要病理机制。然而很多针对TNF-α或IL-1β的治疗方案,在临床上并没有明显提高脓毒症病人存活率,有些情况下甚至加重病人死亡,表明脓毒症并不是一种单纯的炎症反应。  研究表明脓毒症是一种机体对外界病原微生物产生免疫反应性疾病,在脓毒症初期,通常能检测到大量促炎症因子与抑炎症因子的同时表达。这些抑制性炎症因子的大量出现实际上是机体高炎症状态后出现的反馈性抗炎机制,其目的在于抑制系统炎症,修复免疫系统,促进机体的损伤修复,但过度的抑炎作用也是诱发机体继发性免疫抑制的重要因素。现已发现脓毒症免疫抑制是脓毒症高死亡率的重要病理机制,很多临床脓毒症病人通过抗生素等治疗能有效控制炎症,但随后却因为免疫抑制死于继发性院内感染。这种免疫抑制状态又称为免疫麻痹,其特征在于单核细胞或其它抗原提呈细胞提呈能力降低,T、B淋巴细胞凋亡,免疫细胞TNF-α等细胞因子产生能力受抑,Th1细胞因子向Th2细胞因子漂移,Treg细胞激活,抑炎因子如IL-10、TGFβ大量表达等。  鉴于脓毒症免疫麻痹的危害性,很多研究提出激活脓毒症免疫麻痹期免疫系统来提高脓毒症存活率的治疗策略,如小规模临床实验表明GM-CSF、IFN-γ能一定程度上逆转脓毒症免疫麻痹,但大规模的临床样本实验仍然缺乏。GM-CSF、 IFN-γ细胞因子治疗方法对逆转免疫麻痹有一定的优势,但也存在很多不足之处,如副作用较大、用量过高、半衰期短,开发小分子化合物能弥补该不足。  在本研究中,采用小鼠盲肠结扎穿孔(CLP)结合沙门氏菌二次感染脓毒症免疫麻痹模型,发现钠钾ATP酶配体哇巴因能有效逆转脓毒症免疫麻痹,表现为提高免疫麻痹小鼠的存活率、细菌清除率、抑制CLP所致脾脏CD4+和CD8+T细胞比例的减少。此外,哇巴因还能够上调脓毒症免疫麻痹病人单核细胞HLA-DR的表达。进一步研究发现哇巴因逆转免疫麻痹依赖于上调TNF-α的表达。值得注意的是,内毒素与哇巴因都能上调多种免疫细胞和非免疫细胞TNF-α的表达,但它们对CLP脓毒症免疫状态产生截然相反的两种结果,即内毒素诱导免疫麻痹,而哇巴因逆转免疫麻痹,该不同结果表明内毒素与哇巴因在调节TNF-α表达方面可能存在较大差异。  通过比较内毒素与哇巴因在调节TNF-α表达方面的差异,发现哇巴因与内毒素一样通过NF-κB转录激活TNF-α的表达,并且也都能通过转录因子EGR1介导miR-181的表达,促进TNF-α mRNA降解。miR-181作为负反馈机制对机体具有抗炎保护作用,能够明显缓解TNBS诱导的小鼠结肠炎。但miR-181同时也是一把“双刃剑”,在抗炎同时能促进细胞内毒素耐受和CLP脓毒症小鼠进入免疫麻痹,增加死亡率、抑制对病原微生物的清除和促进脾脏与淋巴结CD4+和CD8+T细胞比例的减少。很显然,以上都是内毒素与哇巴因的共同点,并不能解释其免疫功能差异。  生物信息学研究发现TNF-α3-UTR上存在多个RNA结合蛋白HuR的结合位点AUUUA,精巧的是,miR-181位于TNF-α3-UTR上的结合序列恰好位于两个相邻AUUUA序列之间。研究表明,哇巴因能刺激RNA结合蛋白HuR发生磷酸化,并出核进入细胞质,但是内毒素却不能刺激HuR蛋白发生核质转移。哇巴因通过HuR出核稳定TNF-α mRNA,体内动物实验表明HuR具有显著促炎作用,小鼠尾静脉注射HuR siRNA能明显缓解LPS诱导的急性肺损伤,但HuR在促炎同时也能发挥逆转免疫麻痹,HuR siRNA体内给药能显著抑制脾脏与血液细菌清除、加重CLP所致脾脏与淋巴结CD4+和CD8+T细胞比例的减少。  结合生物信息学,发现哇巴因通过诱导HuR出核与miR-181竞争结合TNF-α3非翻译区结合位点,从而转录后精密调控TNF-α mRNA稳定性,维持免疫麻痹期机体TNF-α水平,激活免疫系统,增强机体对入侵病原微生物的抵抗能力。其竞争机制涉及(1)抑制miR-181结合TNF-α3-UTR降解TNF-α mRNA;(2)增强HuR与TNF-α mRNA的结合力;(3)通过形成压力小体将TNF-α mRNA包裹在内,阻止miR-181的降解。  由以上研究得出结论:1、miR-181具有抗炎作用同时也具有诱导免疫麻痹作用;2、HuR兼具促炎与抑制免疫麻痹作用;3、HuR动员多种生物学机制与miR-181竞争TNF-α mRNA,抑制miR-181介导的免疫麻痹;4、哇巴因通过HuR与miR-181相互作用,精密调控TNF-α的表达,逆转免疫麻痹。  上述通过哇巴因对免疫麻痹的治疗作用研究,阐明了脓毒症新病理机制,为脓毒症免疫治疗提供多个干预手段,如抑制miR-181表达,刺激HuR出核,使用钠泵抑制剂精密调节TNF-α表达水平等,进一步证实免疫激活疗法在脓毒症治疗中的积极意义,为深入研究多种转录后因子精密调控细胞因子表达的分子机制,丰富脓毒症病理机制,寻找更多可用于脓毒症治疗的小分子化合物提供理论基础。
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