牙龈卟啉单胞菌介导NLRX1转位诱发食管癌细胞线粒体自噬的研究

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目的:探讨牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,P.gingivalis)与食管癌细胞线粒体自噬的相关性,阐明P.gingivalis通过磷酸化UNC-51-样自噬激活激酶1(unc-51-like authophagy activating kinase1,ULK1)介导NOD样受体家族成员X1(nucleotide blinding domain and leucine rich repeat containing family member X1,NLRX1)由胞质向线粒体转位,进而诱发食管癌细胞线粒体自噬,导致白介素6(interleukin 6,IL-6)及活性氧(reactive oxygen species,ROS)分泌降低,从而维持其在胞内定植的作用机制,为靶向线粒体干预病原体感染及肿瘤治疗提供理论依据。方法:1.采用线粒体提取及蛋白质印迹(Western blot)法检测P.gingivalis感染前后食管鳞癌细胞KYSE150中线粒体ULK1的317位点、555位点、757位点磷酸化状态。2.采用免疫组化法检测食管癌组织中P.gingivalis的表达和ULK1磷酸化状态的相关性;通过质粒转染、胞质-线粒体分离蛋白质印迹法、细胞免疫荧光法分析P.gingivalis感染对转染ULK1的317位点磷酸化突变体质粒ULK1(S317A)的KYSE150细胞中NLRX1由细胞质向线粒体转位情况。3.采用线粒体提取及Western blot的方法检测自噬相关基因7(Autophagy related genes 7,ATG7)的表达量及微管相关蛋白轻链3(light chain 3,LC3)中LC3Π和LC3Ι的表达量比值,采用细胞免疫荧光法检测线粒体自噬情况。4.采用siRNA干扰技术,沉默KYSE150细胞中NLRX1,研究P.gingivalis感染对KYSE150细胞线粒体中LC3Π和LC3Ι的表达量比值及ATG7的表达量的影响,采用细胞免疫荧光法检测线粒体自噬情况。5.采用酶联免疫吸附法和流式细胞术分别检测P.gingivalis感染对KYSE150细胞IL-6分泌情况及ROS产生情况的影响。6.建立P.gingivalis感染C57BL/6小鼠食管鳞状上皮细胞动物模型,经口腔灌注P.gingivalis并腹腔注射线粒体自噬抑制剂Mdivi-1和ULK1抑制剂SBI-0206965,分别采用q PCR及RNA scope方法分析实验各组小鼠食管组织及食管鳞状上皮细胞中P.gingivalis的定植情况。7.统计分析:应用SPSS 26.0和Grap Pad Prism 9.0对实验数据进行统计处理,多组间比较采用单因素方差分析,两组间比较采用t检验,免疫组化评分数据采用Kruskal-Wallis检验,检验水准α=0.05。结果:1.Western blot结果表明,P.gingivalis感染可显著升高ESCC线粒体ULK1的磷酸化水平(P<0.01)。2.免疫组化结果显示,ESCC中P-ULK1 317位点表达量与P.gingivalis表达水平呈正相关(X~2=24.09,P<0.01),表明P.gingivalis可促进ESCC中ULK1的磷酸化;Western blot和细胞免疫荧光结果表明,经P.gingivalis感染和转染模拟ULK1的317位点磷酸化质粒ULK1(S317D)处理的ESCC中,线粒体NLRX1的表达水平显著升高(P<0.01),表明P.gingivalis通过磷酸化ESCC线粒体ULK1促进NLRX1由胞质向线粒体转位。3.Western blot结果表明,经P.gingivalis感染的KYSE150细胞,其线粒体蛋白中LC3II和LC3I表达量的比值及ATG7蛋白的表达均显著升高(P<0.001);免疫荧光染色结果表明,转染模拟ULK1(S317D)质粒组细胞线粒体自噬特异性荧光染料Mtphagy Dye的荧光强度显著增强(P<0.001),上述结果表明P.gingivalis可通过磷酸化食管癌细胞线粒体ULK1促进线粒体自噬。4.siRNA干扰实验结果表明,与单独P.gingivalis感染组相比,敲除NLRX1且感染P.gingivalis的KYSE150细胞,其线粒体蛋白中LC3Π和LC3I表达量的比值及ATG7蛋白的表达显著降低(P<0.001)且线粒体自噬特异性荧光染料Mtphagy Dye的荧光强度减弱(P<0.001),上述结果表明P.gingivalis感染后通过介导NLRX1促进食管癌细胞线粒体自噬。5.酶联免疫吸附实验结果表明,与转染ULK1(WT)质粒组细胞相比,P.gingivalis感染的KYSE150细胞中转染ULK1(S317A)质粒使胞内线粒体介导的IL-6分泌增加(P<0.01);而转染ULK1(S317D)质粒组细胞经P.gingivalis感染之后,IL-6分泌降低(P<0.01)。上述结果表明,P.gingivalis通过上调食管癌细胞线粒体ULK1磷酸化诱导线粒体自噬,导致IL-6分泌量减少。6.流式结果表明,与转染ULK1(WT)质粒组相比,P.gingivalis感染的KYSE150细胞中转染ULK1(S317A)质粒后,其ROS分泌显著增加(P<0.001)。而转染ULK1(S317D)质粒组细胞经P.gingivalis感染之后,ROS分泌降低(P<0.01)。上述结果表明,P.gingivalis通过上调食管癌细胞线粒体ULK1磷酸化诱导线粒体自噬,导致ROS产生减少。7.体内实验结果表明,口腔灌注P.gingivalis联合腹腔注射线粒体自噬抑制剂Mdivi-1和ULK1抑制剂SBI-0206965组可显著抑制P.gingivalis在小鼠食管组织及食管鳞状上皮细胞中的定植(P<0.05)。结论:P.gingivalis通过上调食管癌细胞线粒体ULK1磷酸化水平,从而促进NLRX1由细胞质向线粒体转位,进而诱导线粒体自噬,导致IL-6和ROS分泌减少,最终维持P.gingivalis定植。
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