MD-1在小鼠实验性结肠炎中的作用及机制研究

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背景和目的:炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)主要包括克罗恩病(Crohn’s disease, CD)和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC),是一种发生于消化道、慢性、非特异性的炎症性疾病。IBD发病机制尚未阐明,目前研究认为IBD的发病涉及多个因素,主要包括遗传、免疫、环境、饮食、肠道微生态、肠黏膜屏障以及自噬、内质网应激等,其中固有免疫和适应性免疫失调在IBD发病中发挥重要作用。树突状细胞(dendritic cells, DCs)作为专职的抗原递呈细胞,依赖其不同功能状态调控T细胞免疫耐受和免疫应答之间的平衡,是连接固有免疫和适应性免疫反应的重要桥梁。研究发现肠黏膜固有层DCs(lamina propria dendritic cells, LPDCs)参与肠道黏膜免疫反应和内环境稳态的调节。髓样分化蛋白-1(myeloid differentiation protein 1, MD-1),也叫淋巴细胞抗原86 (lymphocyte antigen 86, LY86),在核酸序列上与MD-2基因存在20%的同源相似性,归属于MD-2脂质识别蛋白家族。MD-1在体内可结合与TLR4高度同源相似性的另一TLRs家族成员Radioprotective 105 (RP105),形成MD-1/RP105复合体,限制性地表达于B细胞、DCs和巨噬细胞表面。MD-1/RP105在结构和功能上与另一重要复合体MD-2/TLR4联系紧密,均属于TLRs家族成员,他们共同参与调节机体固有免疫和适应性免疫应答,在多种炎症性疾病的发病中发挥作用。目前TLR4和MD-2在IBD发病中的作用已研究的较多,但MD-1和RP105在IBD中的作用尚未见报道。因此本研究采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测IBD患者及实验性结肠炎小鼠肠组织中MD-1、RP105 mRNA的表达;利用MD-1基因敲除(MD-14)小鼠和野生型(wild type, WT)小鼠构建DSS诱导的实验性结肠炎模型,以期观察MD-1在IBD中的作用及其机制。方法:收集IBD患者和健康对照者肠黏膜组织标本,共纳入UC和CD患者各33例,健康对照者16例;WT小鼠给予3%葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium,DSS)溶液诱导7天,构建急性实验性结肠炎模型,造模结束获取远端结肠组织;提取所收集的人肠黏膜组织和小鼠远端结肠组织总RNA, qRT-PCR方法检测各肠组织中MD-1和RP105 mRNA的表达。利用MD-1-/-和WT小鼠构建DSS诱导的急性结肠炎模型,评估各组小鼠造模期间体重变化百分比、疾病活动指数(disease activity index, DAI)、造模结束时结肠缩短程度以及结肠和脾脏重量;HE染色评估肠组织病理损伤;免疫组织化学或免疫荧光染色检测肠组织中炎性细胞(T淋巴细胞、中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞)浸润;qRT-PCR方法检测肠组织中促炎细胞因子TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-12p35、IL-12p40、 IL-13、IL-17A和趋化因子MIP-2、KC、MCP-1以及T细胞转录因子T-bet、GATA3、ROR-yt.Foxp3 mRNA的表达水平;DSS诱导的结肠炎小鼠通过灌胃摄入FITC-Dextran示踪剂,ELISA方法检测血清中FITC-dextran浓度以评估肠上皮细胞渗透性。采用酶消化法分离各组小鼠结肠黏膜固有层单个核细胞(1amina propria mononuelear cells,LPMCs),流式细胞术检测LPMCs中DCs(F4/80-CDllc+)的比例及LPDCs表面成熟分子(MHCⅡ.CD40.CD80和CD86)的表达。结果:与健康对照者相比,UC和CD患者肠黏膜组织中MD-1和RP105mRNA的表达水平均明显上调(MD-1和RP105在UC中表达量分别为:8.91±1.89 vs 2.28±0.65,P=0.003;15.21士3.59 vs 2.61±1.54,P=0.001:在CD中表达量分别为:7.61±1.45 vs 2.28±0.65,P=0.006:12-34±3.40 vs 2.61±1.54, P=0.002).DSS诱导实验性结肠炎小鼠肠组织中MD-1和RP105 mRNA的表达水平也呈现上调(MD.1:6.09±1.52 vs 1.05±0.41,P=0.021:RP105:28.53±1.94 vs 4.02±2.89,P<0.001).MD.1基因缺失显著降低小鼠对DSS诱导实验性结肠炎的易感性,表现为以下方面:与WT DSS小鼠相比,MD-1-/-DSS小鼠体重下降的程度减少(体重百分比,day5:98.21±0.62%vs 94.12±0.84%,P<0.001; day6-91.99±0.95%vs 85.56±1.37%,p=-0.008:day7:85.14±1.02%vs 76.92± 1.46%,P--0.001):DAI评分降低(day4:1.05±0.15 vs 1.75±0.21,P=0.032; day5:2.30±0.24 vs 4.00±0.46,P=0.003:day6:5.00±0.24 vs 6.83±0.27, P<0.001;day7:6.85±0.22 vs 7.67±0.14,P=0.024);结肠缩短程度减少(造模第7天的结肠长度:5.52±0.45cm vs 4.85±0.31cm,P<0.01):病理组织学总评分下降(14.80±1.474vs 31.42±2.469,P<0.001):肠黏膜组织中炎性细胞浸润数量减少(CD3+:29.00±2.91 vs 64.00±5.58,P<0.05:F4/80+:12.00±1.96 vs 30.70±2.54,P<0.00l:MP0+:22.43±2.76 vs 52.14±6.35,P<0.05;CDllc’: 19.13±1.13 VS 31.29±3.62,P<0.01):肠组织中促炎细胞因子TNF-(1(4.24±0-36 vs 10.80±1.58,P--0.038).IFN-1,(86.97±3.93 vs 46.13±3.34,P<0.001).IL-6 (322.7±7.8l vs 83.34±7.79,P--0.002).IL-12p35(47-38±3.53 vs 25.05±2.17, P--0.013).IL.13(148.2±16.74 vs 41.87±8-32,P<0.001)和IL.17A(261-3±16.54 VS 140.0±7.73,P=0.001)rnRNA的表达水平明显降低,尽管IL-1p和IL-12p40 mRNA表达无差异:而且趋化因子KC(233.6±56.13 vs 36.94±4.15,P=0.021). MCP.1(45.49±5.29 vs 21.72±2.24,P=0.024)和MIP-2(213.8±42.95 vs 43.85 ±4.60,P=0.006)rnRNA的表达水平也显著降低;此外,Th2细胞转录因子GATA3 mRNA表达水平呈现明显下调(14.56±1.03 vs 31.44士1.77,P<0.001),但Thl细胞转录因子T_bet.Thl7细胞转录因子ROR-γt和Treg细胞转录因子Foxp3的表达未受影响。MD-1基因缺失对DSS诱导实验性结肠炎小鼠肠上皮细胞的渗透性无影响(14.59±0.92μg/ml vs 16.58±0.46μg/ml,P>0.05).与WT DSS小鼠相比,MD-1基因缺失明显降低DSS诱导结肠炎小鼠肠组织中CD11c mRNA表达水平(22.20±2.32 vs 51.74±6.18,P<0.05);而且MD-1基因缺失明显降低DSS诱导结肠炎小鼠肠黏膜LPMCs中DCs的比例(27.79±1.47%vs 37.49±8.13%,P=0.002)并下调LPDCs表面成熟分子MHCII(72.54±1.59%vs 82.18± 2.71%,P=0.001).CD40(13-30±1.82%vs21.54±1.96%,P=0.002)和CD86 (13.06±0.81%vs 20.46±1.51%,P=0.023)的表达水平,但CD80(15.44±2.14% vs 21.26±4.65%,P>0.05)的表达无差异。结论:IBD患者及实验性结肠炎小鼠肠组织中MD-1和RP105 mRNA表达水平上调,提示MD-1和RP105可能参与IBD的发病过程;MD-1基因缺失显著降低小鼠对DSS诱导实验性结肠炎的易感性;MD-1基因缺失对DSS诱导实验性结肠炎小鼠肠黏膜上皮细胞的渗透性未产生影响,但可明显降低DSS诱导结肠炎小鼠肠黏膜LPDCs的数量及其表面成熟分子MHCII.CD40和CD86的表达,提示MD-1基因缺失可能通过调节LPDCs的功能减轻DSS诱导的小鼠结肠炎。
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