缺氧诱导因子HIF-1α调控呕吐毒素(DON)“免疫逃逸”的分子机制

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脱氧雪腐镰刀菌烯醇(Deoxynivalenol,DON),又称呕吐毒素是一种最常接触人类和动物的霉菌毒素,常在小麦、玉米和其他谷物和谷物产品中检出,严重危害食品安全与人体健康。DON主要损害人类和动物的胃肠道和免疫系统,并影响肠道菌群的组成和丰度,从而进一步损害免疫系统的功能。值得注意的是,DON具有很强的免疫毒性,会影响免疫细胞、细胞因子和免疫球蛋白的产生。DON通过发挥自身免疫抑制作用破坏宿主的免疫功能。高剂量DON能够靶向促进巨噬细胞、白细胞、T细胞和B细胞的细胞凋亡过程,从而导致机体的免疫抑制。DON通过Th17、Tregs、TGF-β和Th17/Tregs平衡影响免疫系统。缺氧是霉菌毒素的毒性特征之一,参与众多生理过程并损害宿主的免疫反应。HIF-1α是缺氧反应的调节剂,在协调先天和适应性免疫反应的多个方面提供免疫抑制信号。我们团队提出了一个新观点:免疫逃避机制可能与单端孢霉烯族毒素的免疫毒性有关。受此前研究的启发,我们提出:DON不仅在细胞水平上直接伤害宿主,而且还能逃避免疫系统的监视间接发挥免疫毒性作用。因此,我们提出DON可能上调免疫逃逸的关键因子,进而激活免疫抑制细胞,释放免疫抑制因子并且抑制免疫细胞的免疫功能,以逃避免疫系统的监视,实现免疫逃逸。同时,我们还认为HIF-1α可能是DON诱导的免疫逃逸机制中的信号枢纽。为证明以上科学假设,本研究选择RAW264.7细胞作为研究模型来监测DON介导的免疫逃逸机制的激活。首先,采用CCK-8试剂盒测定DON不同浓度和不同作用时间下对RAW264.7细胞活力的影响。确定了DON是以依赖于时间和剂量的方式抑制RAW264.7的细胞活力。确定采用1000 n M作为DON的工作浓度来进行后续研究。为验证DON激活RAW264.7细胞中免疫逃逸基因的表达。在DON作用下,免疫检查点PD-L1、PD-1;细胞因子TNF-α、TGF-β;免疫逃逸关键信号STAT3和TLR-4;以及HIF-1α相关基因VEGF、p53、NF-κB、MAVS、CSF-1均在DON作用1-2 h被显著上调。说明DON快速启动了RAW264.7细胞中“免疫逃逸”程序。此外,验证了DON可以引起细胞内环境的缺氧。缺氧指示物的GLUT-1和CA 9在DON作用1h下,基因表达明显上升,证明DON能够快速导致细胞内环境的缺氧状态。值得关注的是,HIF-1α在DON作用2 h、4 h、12 h时,其基因表达一直处于上调水平。这意味着,DON在基因水平持续激活HIF-1α。为探明HIF-1α与STAT3之间的交联转导关系,引入特异性抑制剂YC-1(HIF-1α抑制剂)和Stattic(STAT3抑制剂)。研究结果显示,在STAT3被抑制的情况下HIF-1α在基因和蛋白上的表达被明显抑制,而且可以抵消DON对HIF-1α的上调作用。但在抑制HIF-1α时未能改变STAT3在基因和蛋白水平的表达情况,也没有削弱DON对STAT3的上调。由此得出:DON可以激活STAT3信号通路,激活其磷酸化表达,并且HIF-1α作为下游通路接受STAT3的调控。为探究HIF-1α与p-STAT3对呕吐毒素“免疫逃逸”分子的调控。RT-q PCR和Western blot免疫印迹分析的结果一致显示:YC-1和Stattic能够分别削弱DON对于PD-L1、PD-1、TGF-β、MAVS、VEGF表达上调的效果。说明HIF-1α接受STAT3的调控后,激活了PD-L1、PD-1、TGF-β、MAVS、VEGF和CSF-1的表达。为探究DON对于“免疫逃逸”非编码RNA的激活以及HIF-1α和非编码RNA之间的调节关系。证明了DON能够激活mi R-210-3P以及lnc RNA H19、lnc RNA PVT1、lnc RNA HOTAIR在RAW264.7细胞中的表达。HIF-1α和p-STAT3参与调节mi R-210-3P、lnc RNA PVT1、lnc RNA H19、lnc RNA HOTAIR的表达。证明了DON通过激活STAT3信号通路和HIF-1α来促进mi R-210-3P、lnc RNA PVT1、lnc RNA H19、lnc RNA HOTAIR的基因表达。综上所述,DON以时间-剂量依赖的方式抑制RAW264.7的细胞活力。DON诱导“免疫逃逸”相关分子的基因表达:免疫检查点PD-1和PD-L1;关键信号信号STAT3和TLR-4;细胞因子TNF-α和TGF-β以及HIF-1α下游靶基因VEGF、CSF-1、p53、MAVS、NF-κB。DON导致RAW264.7细胞内的环境缺氧,同时,DON通过触发STAT3信号持续性地激活HIF-1α的表达。HIF-1α作为DON诱导“免疫逃逸”过程中的关键调节枢纽,上调免疫逃逸信号PD-1、PD-L1、TGF-β和VEGF在基因和蛋白水平的表达,同时,HIF-1α也可以通过上调mi R-210-3P、lnc RNA PVT1、lnc RNA H19、lnc RNA HOTAIR的基因表达来促进其发挥免疫抑制作用。此外,HIF-1α主要集中在细胞质中发挥调控作用。DON破坏细胞骨架中微丝F-actin的结构。DON还可以导致线粒体肿胀,体积增大。DON促进自噬溶酶体形成,并诱导线粒体自噬。因此,我们得出结论,DON通过STAT3信号快速激活HIF-1α并触发由HIF-1α调节的免疫逃逸信号网络。本研究为探索DON的免疫毒性机制提供了新的视角。
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