Caspase-11在鲍氏不动杆菌肺部感染中的作用

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目的:  鲍氏不动杆菌(Acinetobacter baumannii,A.baumannii)作为条件致病菌,能引起皮肤、呼吸道及泌尿系统等多个部位感染。半胱天冬酶11 (caspase-11)能激活半胱天冬酶1 (caspase-1)及诱导细胞焦亡,在机体针对革兰阴性菌的先天免疫反应中发挥重要作用。本实验通过构建A.baumannii肺部感染模型,利用caspase-11基因敲除(caspase-11-/-)小鼠进行研究,探讨caspase-11在A.baumannii肺部感染中的作用。  方法:  研究对象为野生型C57BL/6(caspase-11+/+)小鼠和caspase-11-/-小鼠(背景为C57BL/6)及其骨髓来源的巨噬细胞(bone morrow-derived macrophage,BMDM)。在体感染采用A.baumannii(ATCC(@)BAA-1605TM);体外研究采用A.baumannii细菌裂解液。采用Westemblot检测BMDM和肺组织caspase-1和NLRP3(NOD-like receptor family pyrin domain containing 3)表达;采用ELISA检测细胞培养上清中白介素1α(IL-1α)和白介素1β (IL-1β)含量及支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)中IL-1α、IL-1β、白介素6(IL-6)及肿瘤坏死因子α(TNF-α)含量;采用乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)细胞毒性检测试剂盒进行细胞毒性分析;采用BALF涂片计数BALF中性粒细胞数;采用髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)检测试剂盒分析肺组织MPO活性;采用活菌平板计数法检测BALF及肺组织活菌数量;采用HE染色分析肺组织病理改变;采用A.baumannii LPS(50 mg/kg)腹腔注射构建A.baumannii败血症模型。干预因素包括IL-1α中和性抗体(50 μg/只、100 μg/只)感染前8小时腹腔注射、IL-1β中和性抗体(50 μg/只、100 μg/只)感染前8小时腹腔注射及NLRP3抑制剂MCC950(50 mg/kg)感染后24小时腹腔注射。采用Students t检验或单因素方差分析(one-way analysis of variance,one-way ANOVA)进行两组间或多组间比较;采用Kaplan-Meier法分析生存率;P<0.05为差异有统计学意义。  结果:  1、A.baumannii能激活小鼠BMDM caspase-11介导的非典型炎性体信号通路及NLRP3介导的典型炎性体信号通路。①A.baumannii诱导caspase-11+/+BMDM表达caspase-1和NLRP3; caspase-11缺失部分抑制A.baumannii对caspase-1的诱导,但未影响A.baumannii对NLRP3的诱导作用。②A.baumannii诱导NLRP3caspase-11+/+BMDM分泌IL-1β,caspase-11缺失部分抑制A.baumannii对IL-1β的诱导作用。③A.baumannii诱导caspase-11+/+BMDM分泌IL-1α,caspase-11缺失完全抑制A.baumannii对IL-1α的诱导作用。④A.baumannii感染后,caspase-11-/-BMDM死亡率明显低于caspase-11+/+ BMDM。  2、Caspase-11缺失损害A.baumannii肺部感染初期中性粒细胞募集和细菌清除。①A.baumannii感染后6及24小时,caspase-11-/-小鼠BALF中性粒细胞数及肺组织MPO均显著低于caspase-11+/+小鼠,感染后72小时上述两个指标均高于caspase-11+/+小鼠。②A.baumannii感染后6、24及72小时,caspase-11-/-小鼠BALF及肺组织菌落数均显著高于caspase-11+/+小鼠。  3、Caspase-11缺失抑制A.baumannii肺部感染小鼠IL-1α分泌。①A.baumannii感染后6、24及72小时,caspase-11-/-小鼠BALF中IL-1α含量低于caspase-11+/+小鼠。②A.baumannii感染后6小时,caspase-11-/-小鼠BALF中IL-1β含量低于caspase-11+/+小鼠;A.baumannii感染后24及72小时,caspase-11-/-小鼠BALF中IL-1β含量高于caspase-11+/+小鼠。③A.baumannii感染后6、24及72小时,caspase-11-/-小鼠BALF中IL-6和TNF-α含量高于caspase-11+/+小鼠。  4、IL-1α中和性抗体抑制caspase-11+/+小鼠A.baumannii感染初期肺部中性粒细胞浸润和细菌清除。①IL-1α中和性抗体预处理降低A.baumannii感染6小时后caspase-11+/+小鼠BALF中性粒细胞数及肺组织MPO活性;IL-1β中和性抗体预处理对此没有明显影响。②IL-1α中和性抗体预处理增加A.baumannii感染6小时后caspase-11+/+小鼠BALF及肺组织菌落数;IL-1β中和性抗体预处理对此没有明显影响。  5、Caspase-11缺失加重A.baumannii感染持续阶段小鼠肺部病理改变。A.baumannii感染后6及24小时,caspase-11-/-小鼠肺部炎性细胞浸润及病理改变轻于caspase-11+/+小鼠;A.baumannii感染后72小时,caspase-11-/-小鼠肺部炎性细胞浸润及病理改变明显重于caspase-11+/+小鼠。  6、NLRP3抑制剂减轻A.baumannii感染持续阶段caspase-11-/-小鼠肺部病理改变。①A.baumannii感染后24小时,caspase-11-/-小鼠肺部组织caspase-1和NLRP3表达均显著高于caspase-11+/+小鼠。②NLRP3抑制剂MCC950处理减轻感染后72小时caspase-11-/-小鼠肺部病理改变。  7、Caspase-11缺失导致小鼠易感A.baumannii,但耐受A.baumannii LPS败血症。①在5×108A.baumannii感染时,caspase-11-/-小鼠生存率显著低于野生型小鼠。②A.baumannii LPS (50mg/kg)引起败血症时,caspase-11-/-小鼠生存率显著高于野生型小鼠。  结论:  1、Caspase-11在A.baumannii感染初期参与了肺部中性粒细胞募集和细菌清除,其潜在机制与caspase-11诱导的IL-1α释放有关。  2、Caspase-11缺陷增加了A.baumannii易感性,引起更严重的肺部病理异常,其机制与细菌负荷增加导致NLRP3炎性体信号通路异常激活有关。  3、Caspase-11缺陷增加了对A.baumannii败血症的耐受性,反映了caspase-11介导的信号通路过度激活可促进A.baumannii败血症的发生。
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