类泛素化修饰通过促进巨噬细胞活性氧的产生减轻耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染

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目的:耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)为医院感染重要的致病菌之一,严重威胁人类健康。类泛素蛋白NEDD8(Neural precursor cell-expressed developmentally downregulated 8)与底物蛋白的结合过程被称为类泛素化(Neddylation),其作为一种新型蛋白翻译后修饰,参与如细胞增殖、分化及凋亡,信号转导,炎症反应等生理病理过程。本研究旨在探讨类泛素化在机体抵抗MR S A感染中的作用及其相关机制。方法:取8周龄雌性C57BL/6小鼠,通过尾静脉注射MRSA构建小鼠MRSA血源性感染模型,荧光定量PCR及WB检测不同时间段的各个脏器的Neddylation水平。接下来,分别给予注射氯膦酸二钠脂质体耗竭巨噬细胞,腹腔注射Neddylation抑制剂(MLN4924)以及Nrf2抑制剂(ML385)等干预,再构建MRSA血源性感染模型,WB检测各个脏器Neddylation水平,流式检查各脏器中巨噬细胞比例及活性氧产量,ELISA检测血清中IL-1β、IL-6和TNF-α表达水平,肝脏、脾脏、肺脏和肾脏组织匀浆后菌板计数细菌负荷量,HE切片观察肝脏、肺脏和肾脏组织的炎症浸润及损伤等病理改变,同时记录小鼠生存曲线,来阐明Neddylation对MRSA感染的影响,以及巨噬细胞及其活性氧在此过程中发挥的作用。体外提取腹腔巨噬细胞,与MRSA共培养,分别通过Neddylation抑制剂(MLN4924,DI591)以及 Neddylation E1 小干扰 RNA(UB A3 siRNA)抑制Neddylation 活化,构建 Neddylation E2,E3 过表达质粒(UBE2M 和 DCN1)以及给予去Neddylation酶小干扰RNA(CSN5 siRNA)增强Neddylation,同时给予蛋白酶体抑制剂(MG132),活性氧抑制剂(NAC)以及Cullin3以及Nrf2小干扰RNA等干预处理,后以WB检测NEDD8-Cullin3、Cullin3以及Nrf2水平,荧光定量PCR检测Nrf2下游基因(Sod1,Cat,Gst)表达水平,流式、免疫荧光以及菌板计数分别检测巨噬细胞凋亡情况、活性氧产量以及巨噬细胞对MRSA的吞噬以及杀伤情况,以此探究Neddylation影响巨噬细胞的活性氧产量,以及这种影响是否与 NEDD8-Cullin3-Nrf2-ROS 轴相关。结果:(1)研究发现MRSA血流感染可以增加小鼠肝脏、脾脏、肺脏和肾脏组织的NEDD8 mRNA及NEDD8-Cullins蛋白水平。(2)在MRSA小鼠血流感染模型中,使用Neddylation抑制剂MLN4924会抑制巨噬细胞活性氧的产生,增加肝脏、脾脏、肺脏和肾脏组织的细菌负荷,加重肝脏和肾脏损伤,导致死亡率增加;而抑制Nrf2可以改善MLN4924导致的细菌负荷增加及小鼠生存减少的情况。(3)体外MRSA刺激也可促进小鼠腹腔巨噬细胞胞内NEDD8-Cullins水平的上升。抑制Neddylation不会影响巨噬细胞的凋亡率和对MRSA的吞噬能力,而是通过减少活性氧产生抑制其杀菌能力。无论是利用Neddylation抑制剂-MLN4924或DI591,还是给予UBA3小干扰RNA阻断Neddylation,都可显著抑制NEDD8-Cullin3蛋白水平,抑制Nrf2蛋白的蛋白酶体降解,促进Nrf2的积累,从而降低活性氧的产生,而过表达UBE2M和DCN1,或者干扰CSN5后,可以提高NEDD8-Cullin3蛋白水平,促进Nrf2的降解和活性氧产生,提升巨噬细胞杀菌能力。结论:综上所述,本研究首次发现MRSA感染可以促进巨噬细胞Neddylation的活化,通过NEDD8-Cullin3-Nrf2-ROS信号轴增加活性氧的产生,增强巨噬细胞对细菌的杀伤能力,对机体防御MRSA感染起到关键的保护作用,这些结果提示靶向Neddylation及其相关分子可能为机体抵御MRSA感染提供一种新的非抗生素治疗策略。
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