C3a/C3aR信号对微小隐孢子虫在小鼠回肠组织中增殖的影响及其机制

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隐孢子虫(Cryptosporidium spp.)是一种主要感染宿主胃肠道上皮细胞的人兽共患原虫,感染会造成宿主的肠道屏障和吸收功能障碍,引起以腹泻为主要症状的隐孢子虫病,严重威胁着世界范围内人和动物的健康。但目前尚没有可用于防控隐孢子虫病的商业化疫苗和特效药物。鉴于隐孢子虫病的发展与宿主的免疫状况密切相关,因此弄清隐孢子虫的致病机制和宿主的免疫防御机制可为筛选药物和疫苗候选分子提供理论参考依据。在隐孢子虫感染过程中,肠上皮细胞和细胞间紧密连接共同形成的肠黏膜屏障不仅是肠道抵御病原体入侵的第一道防线。更重要的是,肠上皮细胞还可通过募集固有免疫细胞和产生细胞因子发挥非特异性抗感染保护作用,同时还能启动和调节适应性免疫应答的类型和强度。而适应性免疫应答才是宿主清除隐孢子虫感染和后期恢复的关键,其中以CD4+T细胞为主的T细胞免疫反应在抵御隐孢子虫感染中起主导作用。研究发现,过敏毒素C3a可通过与免疫细胞/非免疫细胞表面的特异性受体C3a R结合,在多种疾病中发挥着重要作用,如介导炎症反应和组织损伤、调节组织再生和纤维化、调控CD4+T细胞的增殖和分化等。但C3a/C3a R信号在微小隐孢子虫(C.parvum)感染中的作用机制尚未阐明。基于此,本研究在建立C.parvum感染5日龄BALB/c小鼠模型的基础上,分析了C.parvum感染小鼠回肠组织中C3a和C3a R的表达情况,并使用C3a R拮抗剂(SB290157)阻断C3a/C3a R信号以研究C3a/C3a R信号对C.parvum在小鼠回肠组织中增殖的影响及其可能的调控机制,获得了以下结果:1.优化了C.parvum感染BALB/c小鼠模型:提高脱囊液中牛胆酸钠的浓度和脱囊时间可将C.parvum的脱囊率显著提高至85%;使用优化的脱囊条件将C.parvum卵囊脱囊,并经口感染5日龄BALB/c小鼠,发现C.parvum在小鼠回肠组织中的感染可持续29 d,高峰期为感染后(post infection,pi)第6天;利用抗酸染色检测6dpi大肠内容物的感染情况,可见红色的球形或椭圆形隐孢子虫卵囊;分子生物学检测发现回肠和大肠内容物均存在C.parvum感染,且其基因亚型为Ⅱd A15G1,与初始感染卵囊一致;对感染C.parvum的小鼠回肠组织进行组织形态病理学观察发现,6dpi小鼠回肠绒毛刷状缘有隐孢子虫寄生,回肠绒毛长度变短、绒毛直径变粗、绒毛长度和隐窝深度的比值降低,且固有层伴随着中性粒细胞和淋巴细胞浸润。2.明确了C.parvum感染小鼠回肠组织中C3a和C3a R的表达水平:q RT-PCR检测C.parvum感染小鼠回肠组织中C3a和C3a R m RNA表达水平的变化情况发现,C3a在多数时间点(1 dpi、2 dpi、4 dpi、29 dpi、30 dpi、35 dpi和36 dpi)显著上调,而其受体C3a R在1 dpi、2 dpi、4 dpi、6 dpi和8 dpi显著下调表达,从10 dpi开始显著上调表达。Western blotting结果显示,2 dpi和6 dpi回肠组织中C3a R蛋白的表达水平显著下调,免疫组织化学检测发现C3a R主要分布于回肠上皮细胞。3.阐明了C3a/C3a R信号影响C.parvum在小鼠回肠组织中的增殖的可能机制:5日龄BALB/c小鼠依据体重提前3 h腹腔注射10 mg/kg C3a R拮抗剂(SB290157)以降低回肠组织中C3a R的表达,随后再经口感染1×10~7个C.parvum卵囊以建立C.parvum感染C3a R抑制小鼠模型。结果发现,抑制C3a R后,C.parvum感染小鼠回肠组织中隐孢子虫18S r RNA基因m RNA表达水平显著上调;同时,抑制C3a R后,C.parvum感染小鼠的回肠绒毛长度缩短、绒毛直径和黏膜厚度增加、绒毛长度与隐窝深度比值降低。进一步研究发现,虽然C.parvum感染会引起小鼠回肠组织中ZO-1、Claudin3和Occludin基因在m RNA水平的显著下调表达,但抑制C3a R后,与单纯感染组相比,C3a R抑制组感染小鼠回肠组织中Occludin在多数时间点(4 dpi、6 dpi、8dpi、9 dpi、10 dpi和29 dpi)显著下调表达,仅在1 dpi、35 dpi和36 dpi显著上调表达;而ZO-1和Claudin3均呈动态变化,无明显变化趋势。C.parvum感染会引起小鼠回肠组织中细胞增殖标记物Ki67和肠干细胞标记物Lgr5的m RNA水平的显著下调表达,但抑制C3a R后,与单纯感染组相比,C3a R抑制组感染小鼠回肠组织中Lgr5在6 dpi、8 dpi、29 dpi、30 dpi和35 dpi仍显著下调表达,而Ki67在1 dpi、2 dpi、4 dpi、6 dpi、29 dpi和36 dpi显著上调表达,仅在9 dpi和35 dpi显著下调表达。C.parvum感染会引起乳鼠回肠组织中Th1细胞主效应因子IFN-γ的显著上调表达和Treg细胞主效应因子TGF-β的显著下调表达,但抑制C3a R后,与单纯感染组相比,C3a R抑制组感染小鼠回肠组织中IFN-γ和TGF-β的相对表达量均显著升高。这些研究结果提示,C3a/C3a R信号可能通过调控Occludin、Lgr5、Ki67、IFN-γ及TGF-β的表达来影响C.parvum在小鼠回肠组织中的增殖。综上所述,本研究优化了C.parvum感染BALB/c小鼠的模型,基于该模型初步阐明了C3a/C3a R信号影响C.parvum在小鼠回肠组织中的增殖的可能机制,研究结果为进一步探讨宿主与隐孢子虫的互作机制及筛选隐孢子虫病药物靶标和疫苗候选基因提供了理论参考依据。
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