香烟烟雾致DNA损伤激活cGAS-STING通路在小鼠肺部炎症发生中的作用

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目的:吸烟被公认为是最能危害健康的行为之一,与肺炎、肺癌等多种肺部疾病的发生紧密联系。之前已广泛报道香烟烟雾(cigarette smoke,CS)与慢性肺部炎症之间的关联,香烟烟雾对机体带来的氧化性负担所导致的基因组不稳定是促进肺部炎症发生发展的关键一环。最近固有免疫通路c GAS-STING作为胞质DNA感受器在无菌性炎症及自身免疫性疾病中的作用逐步成为研究热点。核苷酸切除修复系统(nucleotide excision repair,NER)是DNA损伤反应(DNA damage response,DDR)中的重要组成部分,几乎可以修复生物体内所有类型的DNA损伤。切除修复交叉互补基因1(excision repair cross complementing 1,ERCC1)是核苷酸切除修复系统中最具特异性的限速酶基因,其编码的蛋白发挥损伤的切除作用。ERCC1通常作为肿瘤易感与预后的生物标志物,而近期越来越多的研究关注于DDR所诱导的炎症反应,以及经DDR途径介导的免疫过程如何相互联系以维持稳态。本研究通过香烟烟雾暴露建立小鼠慢性肺部炎症模型及使用香烟烟雾提取物处理人支气管上皮细胞16HBE,来探讨长期香烟烟雾暴露对DNA损伤修复功能的影响,阐明DNA损伤修复与c GAS-STING通路在慢性肺部炎症发生发展中的关联,为香烟烟雾致慢性肺部炎症的详细机制提供了新的科学线索和实验数据。研究方法:1、体内试验:(1)通过Inhalation Tower系统分别给予香烟烟雾暴露30天及90天建立小鼠慢性肺部炎症模型。(2)染毒期间记录小鼠体重,于染毒0天、14天、30天、60天、90天使用无创动物气道检测系统进行肺功能测定。(3)于染毒终点30天、90天进行小鼠有创肺功能检测,收集肺泡灌洗液,取材。(4)新鲜小鼠肺泡灌洗液进行细胞涂片,diff-quik染色、白细胞分类计数。(5)肺组织石蜡包埋,HE染色。(6)使用Pico Green ds DNA试剂盒测定肺泡灌洗液上清中双链DNA(double-stranded DNA,ds DNA)浓度。(7)使用RT-PCR方法检测小鼠肺组织中Ercc1、c Gas、Sting、Irf3、Nfκb的m RNA表达水平。(8)使用Western Blot方法检测小鼠肺组织中ERCC1、c GAS、STING、IRF3、p IRF3、NFκB、p NFκB蛋白表达水平。2、体外试验:(1)体外培养人支气管上皮细胞16HBE,CCK8检测不同浓度香烟烟雾提取物(cigarette smoke extract,CSE)处理后细胞活性,选取IC2 0时的CSE浓度为细胞染毒浓度,处理24h、48h后检测相关指标。(2)CSE处理细胞24h、48h后RT-q PCR检测16HBE中ERCC1、c GAS、STING、IRF3、NFκB的m RNA表达水平。(3)CSE处理细胞24h、48h后Western Blot检测细胞中ERCC1、c GAS、STING、IRF3、p IRF3、NFκB、p NFκB蛋白表达水平。(4)使用Pico Green ds DNA试剂盒检测细胞培养液上清中的ds DNA浓度。(5)使用Pico Green ds DNA试剂盒荧光标记细胞中ds DNA。(6)使用si RNA敲低ERCC1,RT-q PCR检测转染效率。(7)敲低ERCC1并经CSE处理24h后Western Blot检测细胞中ERCC1、c GAS、STING、IRF3、p IRF3、NFκB、p NFκB蛋白表达水平。结果:1、香烟烟雾暴露促进了小鼠慢性肺部炎症的发生发展:长期香烟烟雾暴露致小鼠体重生长缓慢;吸气阻力Ri、功能残气量Frc明显升高,最大呼气中期流量MMEF、最大呼气流量PEF明显降低,提示香烟烟雾暴露引起小鼠肺功能障碍;长期香烟烟雾暴露致小鼠肺泡灌洗液中白细胞总数明显增多,巨噬细胞、中性粒细胞的数量及百分含量明显增多;长期香烟烟雾暴露致小鼠肺组织病理改变。2、长期香烟烟雾暴露抑制了小鼠肺组织中ERCC1的表达水平,ds DNA浓度进一步升高,固有免疫c GAS-STING通路相关蛋白表达水平升高更明显,炎症反应加剧。3、CSE增加16HBE细胞中ERCC1的表达:经CSE处理24h、48h后,ERCC1的m RNA及蛋白表达水平明显上调。4、CSE激活16HBE细胞中c GAS-STING通路:经CSE处理24h、48h后,16HBE细胞中ds DNA浓度明显升高,c GAS-STING通路相关蛋白表达水平明显上调。5、ERCC1敲低加剧CSE致16HBE细胞中c GAS-STING通路活化:经CSE处理24h后,相比ERCC1敲低加剧ds DNA的释放并进一步活化c GAS-STING通路,相关蛋白表达水平明显升高。结论:1.长期香烟烟雾暴露造成小鼠肺功能下降、肺泡灌洗液中白细胞增多、肺组织结构损伤,小鼠肺部发生炎症反应。2.长期香烟烟雾暴露降低了小鼠肺组织中ERCC1表达,抑制DNA修复能力,激活固有免疫c GAS-STING通路,进而促进炎症的发生。3.体外细胞试验表明敲低ERCC1,DNA修复能力降低,造成ds DNA累积,加剧CSE致c GAS-STING通路活化。
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