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背景: 非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)已成为现今全球最常见慢性肝病之一,其发病机制尚未完全阐明[1,2]。近年研究显示[3],炎症小体NLRP3与多种炎症相关性疾病的发生密切相关,敲除NLRP3可以阻止高脂饮食导致的IR、肥胖和NAFLD的进展, NAFLD作为一种炎症相关性疾病,NLRP3在其发病中的作用及机制的研究也日益受到重视[3]。 研究表明[4,5],肠道菌群和高脂饮食共同作用产生以脂多糖(LPS)为主要成分的代谢性内毒素血症是NAFLD重要的致病因素。LPS作为Toll样受体4(Toll-like4)的配体,能活化炎症小体NLRP3,产生半胱氨酸蛋白水解酶-1(Caspase-1),介导促炎性细胞因子IL-1β和IL-18等的前体转化为活性形式并分泌到细胞外,参与肝脏炎症及胰岛素抵抗(IR)的发生[6,7]。 氧化应激是炎性反应的一个重要特征,通常认为ROS可作为一个重要的上游信号调节炎症小体NLRP3的活化[8,9]。转录因子NF-E2相关因子2(Nrf2)是维持细胞内氧化平衡的关键转录因子,是调节细胞内氧化应激的中心环节[10]。既往大多数体内外研究及我们前期研究均表明[11-13],Nrf2通过参与抗氧化还原反应而拮抗ROS,降低细胞内ROS水平。因此,我们推测Nrf2核转位应该有助于降低NLRP3活化程度,对NAFLD起保护作用。然而,现有部分体外研究[14]却得出了相反结果,其研究表明Nrf2是NLRP3活化的前提,敲除Nrf2导致库普弗细胞(KC)成熟障碍, NLRP3不能活化,这种矛盾的结果需要更深入的研究。因此,有必要对肝脏中除KC外的更多细胞进行研究,观察Nrf2对其NLRP3表达的影响。 本研究以大鼠肝细胞和肝星状细胞(HSC)为研究对象,观察LPS诱导时NLRP3及其下游分子Caspase-1及炎症因子IL-1β和IL-18表达的变化。并使用姜黄素处理肝细胞和肝星状细胞后,观察Nrf2核转位对NLRP3及其下游分子的影响。通过本研究明确Nrf2在LPS诱导的肝细胞和肝星状细胞损伤模型中对NLRP3及其下游分子的调控作用,为阐明NAFLD的发病机制提供实验和理论依据。 目的: 本研究以大鼠肝细胞和肝星状细胞为研究对象,利用LPS诱导NLRP3活化,观察其下游分子Caspase-1及炎症因子IL-1β和IL-18表达的变化,以探讨在肝细胞和肝星状细胞中LPS对NLRP3表达的影响。在此基础上诱导Nrf2核转位,观察其对炎症小体NLRP3及下游相关分子的作用,以明确Nrf2对NLRP3表达的影响,为阐明NAFLD的发病机制提供实验和理论依据。 方法: 1.利用LPS构建大鼠肝细胞及肝星状细胞损伤模型。按LPS诱导浓度不同将大鼠肝细胞及肝星状细胞分别为0μg/mL(对照组)、0.05μg/mL、0.1μg/mL、0.2μg/mL、0.4μg/mL共5个组,检测不同浓度LPS诱导后细胞的活性及ALT、LDH、MDA及GSH的变化。 2.将大鼠肝细胞及肝星状细胞分为对照组和实验组(按LPS诱导时间分为30min、60min、120min、240min组),提取各组总mRNA,检测各组细胞中NLRP3、Caspase-1及下游炎症因子IL-1β及IL-18 mRNA水平的变化。 3.将大鼠肝细胞及肝星状细胞分为对照组、LPS诱导组和姜黄素组。对照组未做处理;LPS组加入终浓度为0.2μg/mL的LPS,诱导时间为120min;姜黄素组在LPS诱导前8h加入浓度为25μmol/L的姜黄素,余操作和LPS诱导组相同。Western Blot法检测各组中胞核内Nrf2蛋白表达的变化,Real time PCR法检测NLRP3及Caspase-1的mRNA表达量,ELISA法检测各组中IL-1β及IL-18水平变化。 结果: 1.与0μg/mL组、0.05μg/mL组、0.1μg/mL组和0.2μg/mL组相比,0.4μg/mL组肝细胞活性显著降低(P<0.05);余各组间均无显著差异(P>0.05)。可见,LPS诱导浓度达0.4μg/mL时,与其余各组相比,肝细胞活性降至最低。与0.1μg/mL组相比,0.2μg/mL组肝星状细胞活性显著升高(P<0.05);与0.2μg/mL组相比,0.4μg/mL组肝星状细胞活性显著降低(P<0.05)。与0.1μg/mL组相比,0.2μg/mL组肝细胞及肝星状细胞 ALT、LDH、MDA水平显著升高(P<0.05);与0.1μg/mL组相比,0.2μg/mL组肝细胞及肝星状细胞 GSH水平显著降低(P<0.05)。 2.与60min组相比,120min组肝细胞及肝星状细胞中NLRP3、Caspase-1、IL-1β及IL-18 mRNA表达量显著升高(P<0.05);与120min组相比,240min组肝细胞及肝星状细胞中NLRP3、Caspase-1、IL-1β及IL-18 mRNA表达量降低。可见,LPS诱导时间在30min到120min时,肝细胞及肝星状细胞各组炎症小体NLRP3、Caspase-1及其下游炎症因子IL-1β及IL-18 mRNA表达量随LPS诱导时间延长而逐渐升高,在诱导时间为120min时达到峰值,随后各mRNA表达量下降。 3.Western Blot检测肝细胞及肝星状细胞胞核中Nrf2蛋白的表达,与对照组相比,姜黄素组胞核Nrf2蛋白表达显著增加(P<0.05);与LPS诱导组相比,姜黄素组中胞核Nrf2蛋白表达显著增加(P<0.05)。Real time PCR检测肝细胞及肝星状细胞NLRP3及Caspase-1mRNA的表达,与对照组相比, LPS诱导组中NLRP3及Caspase-1 mRNA表达水平显著升高(P<0.05);与LPS诱导组相比,姜黄素组中NLRP3及Caspase-1 mRNA表达显著降低(P<0.05)。ELISA检测肝细胞及肝星状细胞IL-1β及IL-18水平,与LPS诱导组相比,姜黄素组中IL-1β及IL-18水平显著降低(P<0.05)。 结论: 1.通过不同浓度的LPS诱导,成功构建肝细胞及肝星状细胞的损伤模型。 2.LPS能诱导NLRP3激活,并促进其下游分子Caspase-1及炎症因子IL-1β和IL-18mRNA的表达,并且在LPS作用120min时达到峰值,随后表达下降。 3.Nrf2核转位能显著降低NLRP3及其下游分子Caspase-1及炎症因子IL-1β和IL-18的表达,表明Nrf2的核转位能抑制NLRP3的活化,进而对NAFLD发挥保护作用。本结果与Nrf2在巨噬细胞中对NLRP3的调节作用相反,提示Nrf2在不同细胞中可能对NLRP3的调节机制不尽相同,需要深入研究。