中性粒细胞胞外诱捕网的病理作用及硫化氢的干预

来源 :广州医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuelun2003
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目的:  中性粒细胞被激活后,其核DNA与胞浆颗粒蛋白一起形成纤维网状结构,即中性粒细胞胞外诱捕网(Neutrophil Extracellular Traps,NETs),此过程称为“NETosis”。传统观点认为,NETs可以捕获病原微生物,在固有免疫反应中具有重要意义。然而,最新研究显示,在糖尿病过程中,NETosis会持续存在,释放的NETs阻碍伤口愈合。此外,流行病学资料显示,多种肿瘤在糖尿病时发病率也明显升高,那么NETs是否参与糖尿病时肿瘤的发生呢?目前尚未见报道。另外,本实验室长期以来一直从事硫化氢(Hydrogen sulfide,H2S)的相关研究,其通过减少活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)的生成可发挥明显的抗氧化效应,而ROS在NETosis发生过程中起着重要作用。那么H2S能否通过减少ROS生成抑制NETosis发生进而促进伤口愈合呢?基于此,本文的研究目的是:  1.明确糖尿病足部溃疡患者体内NETs水平;  2.建立NETosis体外模型,收集NETs并用其处理肿瘤细胞,观察其对肿瘤细胞生物学行为的影响;  3.观察H2S对糖尿病伤口愈合障碍的影响,探讨其机制是否与抑制NETosis有关。  方法:  1.分别收集糖尿病足溃疡患者和健康志愿者外周血5例,分离血清,检测dsNDA和中性粒细胞弹性蛋白酶(neutrophil elastase,NE)的活性,观察糖尿病足溃疡患者血清中NETs成分的含量。  2.分离健康志愿者外周血中性粒细胞,瑞氏-吉姆萨染色后在显微镜下初步观察分离细胞的形态,进一步用APC CD11b抗体标记分离的细胞,流式细胞分析术分析中性粒细胞的纯度。  3.佛波酯(Phorbol-12-myristate-13-acetate,PMA)刺激中性粒细胞,建立NETosis体外模型。Western blot法检测NETosis相关蛋白精氨酸脱亚胺酶4(Peptidylarginine Deiminase4,PAD-4)和瓜氨酸化组蛋白3(Citrulline Histone3,Cit-H3)的表达情况,明确PMA诱导NETosis形成的最适浓度和最佳时间。  4.用25nM PMA刺激中性粒细胞2h,差速离心法提取培养皿底部NETs,通过Western blot法检测髓过氧化物酶(Myeloperoxidase,MPO)、基质金属蛋白酶9(Matrix Metalloproteinase9,MMP-9)以及NE,并用PicoGreen检测dsDNA含量,从而对提取物进行鉴定。  5.将提取的NETs与几种常见肿瘤细胞(肝癌细胞SMMC7721、肺癌细胞A549、宫颈癌细胞Hela)共培养48h后。采用CCK-8法检测细胞活力,观察NETs对肿瘤细胞增殖能力的影响;NETs与肿瘤细胞共培养后用胰酶消化,接种于96孔板,分别检测总细胞和6h后贴壁细胞数目,计算细胞粘附率;将不同浓度的NETs置于Transwell板下室,与上室的肿瘤细胞共培养48h,0.5%结晶紫染色后用显微镜观察NETs对肿瘤细胞迁移能力的影响。  6.在小鼠背部制作直径为6mm的全层皮肤伤口,测量计算小鼠伤口面积,Western blot法检测伤口组织NETosis和NETs相关蛋白的表达,探讨NETosis对糖尿病小鼠伤口愈合的影响。腹腔注射H2S(以Na2S为供体),通过检测皮肤伤口面积以及伤口组织dsDNA含量和NE活性,探讨H2S促进糖尿病小鼠伤口愈合是否与抑制NETosis有关。  7.分离中性粒细胞,25μMH2S预处理1h后再给予25nM PMA刺激2h,通过核酸染色从形态上初步观察H2S对PMA诱导的NETs释放的影响,进一步检测培养皿底部NETs成分(dsDNA含量、NE和MPO活性)的变化。通过二氢罗丹明123检测ROS的含量。最后,通过检测NETosis相关蛋白PAD-4和Cit-H3的表达,明确H2S对抗PMA诱导的NETs释放是否与抑制NETosis有关。  结果:  1.糖尿病足溃疡患者血清dsDNA含量明显高于健康志愿者(P<0.01),其NE活性也高于健康志愿者(P<0.05)。  2.对分离细胞用瑞士-吉姆萨染色后在显微镜下观察显示,细胞主要为分叶核;流式细胞术定量分析显示,APC CD11b阳性率为99.95%。结果提示分离得到的细胞以中性粒细胞为主,并且中性粒细胞含量大于95%。  3.不同浓度PMA处理中性粒细胞后,PMA浓度为25nM时PAD-4和Cit-H3表达达到峰值。在2h内,随着处理时间延长,PAD-4和Cit-H3的表达时间依赖性升高。通过Western blot法检测提取物显示,提取物中含有dsDNA、MPO、MMP-9和NE,而且MPO和NE具有催化活性。  4.用不同浓度的NETs处理糖尿病过程中常见的三种癌细胞,检测细胞活力显示,低浓度(0.13μg/ml)NETs处理48h可诱导肝癌细胞SMMC7721增殖,而对另外两种细胞无明显影响。进一步检测NETs对SMMC7721细胞粘附和迁移能力的影响,结果显示,NETs可明显增强SMMC7721细胞的粘附和迁移功能(P<0.05);当NETs浓度过高时,对各种肿瘤细胞的增殖均有明显的抑制作用,也能明显抑制肝癌细胞SMMC7721的粘附能力和迁移能力(P<0.05)。  5.通过观察伤口的愈合状况发现,糖尿病小鼠伤口愈合率明显低于对照组(P<0.01);另外,糖尿病小鼠伤口组织NETosis相关蛋白PAD-4和Cit-H3表达明显高于对照组,NETs成分MPO和NE也高于对照组。重要的是,给予H2S治疗后,糖尿病小鼠皮肤伤口愈合率明显高于模型组(P<0.01);并且皮肤伤口组织dsDNA含量减少(P<0.05),并且NE活性降低(P<0.05)。  6.在PMA诱导的NETosis体外模型发现,PMA可促进纤维网状dsDNA释放,上调NE和MPO活性(P<0.05),以及ROS释放(P<0.05),促进NETosis相关蛋白PAD-4和Cit-H3的表达(P<0.05)。重要的是,H2S预处理1h,PMA诱导网状结构消失,NE和MPO活性降低(P<0.05),ROS含量减少,并且NETosis相关蛋白PAD-4和Cit-H3的表达也减少(P<0.05)。  结论:  本研究证实,糖尿病可致中性粒细胞释放NETs,这些NETs可促进肝癌细胞增殖、粘附和迁移,阻碍糖尿病伤口愈合。H2S处理可抑制NETosis的发生和NETs释放,从而改善糖尿病伤口愈合。本研究为以NETs为靶点的糖尿病皮肤并发症和肝癌发生提供了新的治疗思路。
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