牙龈卟啉单胞菌msRNA P.G_45033通过增强巨噬细胞糖酵解和组蛋白乳酸化诱导β-淀粉样蛋白生成

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目的:牙周炎是由菌斑微生物引起的炎症性疾病,可导致牙周支持组织的破坏,与包括阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)在内的多种全身系统性疾病相关。牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,P.gingivalis)是牙周炎发生发展的主要致病菌之一,可使巨噬细胞糖酵解增强,引起乳酸合成增加,进而影响巨噬细胞功能。β-淀粉样蛋白(Amyloid-β,Aβ)是指由淀粉样前体蛋白(Amyloid-βprotein precursor,AβPP)裂解产生的一种可引起神经元退行性病变的多肽,Aβ蓄积是AD的重要病理表现,有研究发现炎性牙龈组织中巨噬细胞可产生Aβ。本研究的目的是揭示P.gingivalis非编码msRNAs P.G_45033通过巨噬细胞糖代谢重编程诱导Aβ生成的机制,为诠释牙周炎如何加重AD的发展提供新的见解。研究方法:体外培养人单核细胞U937,用PMA诱导为巨噬细胞,将msRNA P.G_31097、msRNA P.G_45033和msRNA P.G_38803分别转染巨噬细胞,荧光倒置显微镜和Real-time PCR检测转染效率。分别检测不同msRNA转染后巨噬细胞的葡萄糖消耗、丙酮酸和乳酸的产生水平。利用Mi Randa、Target Scan和RNAhybrid数据库预测msRNA P.G_45033针对人类基因组的靶基因。对3个数据库的靶基因交集部分进行GO富集分析(Gene Ontology enrichment analysis)以描述靶基因功能。采用RT~2Profiler PCR Array检测msRNA P.G_45033与巨噬细胞糖代谢相关基因表达的关系。试剂盒检测巨噬细胞转染后的糖酵解关键酶己糖激酶(hexokinase,HK)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)、乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)以及丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase,PDH)相对活性的变化。利用Western Blotting检测msRNA P.G_45033转染后的巨噬细胞组和加糖酵解抑制剂2DG组的组蛋白乳酸化(Kla)的水平。通过免疫荧光和ELISA分别检测转染后的巨噬细胞组和加2DG组的巨噬细胞及其培养基中Aβ的水平。结果:1、PMA可以诱导人U937细胞分化为巨噬细胞,U937细胞经PMA处理后,细胞由悬浮生长变为贴壁生长状态,形态由圆形变为不规则形态,具有巨噬细胞形态特征。2、倒置荧光显微镜观察NC和msRNAs转染后的巨噬细胞,NC组、msRNA P.G_31097组、msRNA P.G_45033组和msRNA P.G_38803组巨噬细胞内可见大量荧光基团,而control组未见荧光。通过Real-time PCR进一步验证了msRNA P.G_31097、msRNA P.G_45033、msRNA P.G_38803在转染后巨噬细胞中的表达。3、分别将msRNA P.G_31097、msRNA P.G_45033和msRNA P.G_38803转染至巨噬细胞后,与msRNA P.G_38803组和msRNA P.G_31097组相比,转染msRNA P.G_45033后的巨噬细胞葡萄糖的消耗以及乳酸和丙酮酸的生成水平均明显增加。4、Mi Randa、Target Scan和RNAhybrid数据库预测的靶基因取交集后,GO富集分析显示,msRNA P.G_45033靶基因富集在了不同的生物过程中,其中代谢过程富集显著,同时发现明显富集到代谢过程中的部分基因与糖酵解有关。5、RT~2Profiler PCR Array测定与巨噬细胞糖代谢途径相关基因的表达水平,巨噬细胞在转染msRNA P.G_45033后,与糖酵解相关的基因大部分被上调,其中ALDOA、ALDOC、ENO1、GPI、HK2、HK3、PGK1和PGM2的表达均超过control组的2倍。6、巨噬细胞在转染msRNA P.G_45033后,糖酵解关键酶HK、PK和LDH的活性均明显升高,而三羧酸循环(TCA)的限速酶PDH的活性则明显下降。7、与control组相比,msRNA P.G_45033组的巨噬细胞中组蛋白Kla水平增加,而与msRNA P.G_45033组相比,msRNA P.G_45033+2DG组组蛋白Kla水平有所降低。8、MsRNA P.G_45033转染巨噬细胞后,巨噬细胞及其培养基中Aβ的水平均显著高于control组和NC组,而与msRNA P.G_45033组相比,msRNA P.G_45033+2DG组巨噬细胞及培养基中的Aβ水平有所降低。结论:P.gingivalis msRNA45033可以通过促进巨噬细胞的糖酵解和组蛋白乳酸化,从而诱导其Aβ的生成。
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