硒蛋白S通过介导中性粒细胞外捕网形成调控鸡缺硒性动脉炎发生的机制研究

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硒(Selenium,Se)是一种重要的必需微量营养元素,在机体发育和免疫应答等多种生理过程中发挥着重要作用。机体摄入的硒主要以硒蛋白形式在机体中发挥作用,其中硒蛋白S(Selenoprotein S,Sel S)广泛分布于动脉血管,具有抗氧化和抗炎等多种功能。缺硒会引起家禽血管组织出现明显的病理损伤,包括通透性增加、血管内皮细胞炎性浸润、内皮细胞坏死等。中性粒细胞外捕网(Neutrophil external traps,NETs)是一种新发现的中性粒细胞活化机制,能激活血管内皮细胞,从而成为血管炎症损伤的关键环节。前期研究发现,缺硒可导致鸡血管损伤和中性粒细胞功能降低,并伴随氧化应激和硒蛋白表达降低,但缺硒是否通过硒蛋白影响NETs形成以及NETs在缺硒性动脉炎发生中的作用机制尚不明确。因此,本研究将180只1日龄Ross 308雄性肉鸡随机分为两组,每组90只,对照组(C组)日粮硒水平为0.2 mg/kg,缺硒组(-Se组)日粮硒水平为0.03 mg/kg。饲喂42 d后,获得缺硒鸡模型,再分别从C组和-Se组中随机选取45只肉鸡,以200 mg/kg·bw的剂量腹腔注射脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS),称为C+LPS组和-Se+LPS组。LPS处理2 h后,处死,采集各组肉鸡外周血和主动脉组织,应用苏木精&伊红(Hematoxylin&Eosin,H&E)染色、蛋白质组学检测技术、实时荧光定量PCR(real-time PCR,qRT-PCR)、免疫印迹(Western Blot,WB)、免疫荧光(Immunofluorescence,IF)、生物信息学等方法,检测了肉鸡主动脉组织的组织病理学变化、趋化因子的表达、炎性因子的表达、NETs形成相关基因的表达及共定位情况、氧化应激相关指标的表达、25种硒蛋白的表达变化,确定缺硒对肉鸡主动脉的损伤情况。分离肉鸡外周血中性粒细胞,通过扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、Sytox Green染色、DCFH-DA染色等方法,检测缺硒对中性粒细胞中乳酸脱氢酶(Lactate Dehydrogenase,LDH)释放、活性氧(Reactive oxygen species,ROS)产生和NETs形成的影响。建立中性粒细胞与PAECs共培养体系,分别开展si Sel S-PAECs、si Sel S-PAECs诱导的NETs形成以及NET-DNA诱导的PAECs炎症反应试验,以期阐明NETs与鸡缺硒性动脉炎的相关性、Sel S调控NETs形成的机制及NETs在鸡缺硒性动脉炎发生中的作用机制。研究结果如下:(1)-Se组肉鸡血浆中硒含量显著降低;组织病理学观察发现-Se组肉鸡的主动脉组织内可见淋巴细胞、浆细胞和单核细胞浸润,内膜和外膜胶原纤维增生,中膜弹性纤维部分断裂,内膜轻度隆起。C+LPS组肉鸡的主动脉内可见主动脉弹性板破坏和中断,交替的瘢痕组织,内膜表面凹凸不平,大量斑块隆起,外膜大量胶原纤维增生,血管壁增厚和炎性细胞浸润。-Se+LPS组肉鸡的主动脉内可见平滑肌细胞变性坏死,弹性纤维破坏,炎性细胞浸润,内外弹性膜破裂,肉芽肿性炎症反应,包括多核巨细胞、上皮样细胞、淋巴细胞和单核细胞浸润;应用qRT-PCR、WB和IF等实验技术发现-Se组肉鸡的主动脉内炎性因子肿瘤坏死因子α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)、干扰素α(Interferon-α,IFN-α)、白介素1β(Interleukin-1β,IL-1β)、IL-6、IL-8、IL-17和粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(Granulocyte macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)的表达水平显著升高,说明缺硒可导致肉鸡动脉发生炎症损伤。(2)通过蛋白质组学分析发现,-Se组肉鸡主动脉组织中的179个蛋白表达上调,173个蛋白表达下调。对差异表达蛋白(Differentially expressed proteins,DEPs)进行GO和KEGG富集分析发现,DEPs主要参与氧化还原途径、能量代谢途径、心肌收缩途径及过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisome proliferator activated receptor,PPAR)途径。应用qRT-PCR对炎症反应、氧化应激和PPAR途径相关DEPs进行了筛选及验证,初步证实了测序的准确性。(3)应用qRT-PCR、WB和IF等实验技术分析发现,-Se组肉鸡的主动脉组织中的中性粒细胞趋化因子C-C主题趋化因子1(C-C motif chemokine 1,CCL1)、CCL4、CCL17、趋化因子配体12(C-X-C motif chemokine 12,CXCL12)、CXCL13和CXCL14)、NETs形成的相关蛋白髓过氧化物酶(Myeloperoxidase,MPO)、中性粒细胞弹性蛋白酶(Neutrophil elastase,NE)、NADPH氧化酶2(NADPH oxidase 2,NOX2)、蛋白激酶Cα(Protein kinase Cα,PKCα)、PKCβ、PKCζ和磷酸肌醇特异性磷脂酶Cγ(Phosphoinositide-specific phospholipase Cγ,PLCγ)的表达水平升高,且这些指标在-Se+LPS组中的升高更显著。应用SEM和Sytox Green染色发现-Se组肉鸡外周血中性粒细胞NETs形成增加,说明缺硒可募集发炎的主动脉周围的中性粒细胞,促进了肉鸡主动脉及外周血中性粒细胞释放NETs。(4)应用qRT-PCR方法对肉鸡主动脉组织中的25种硒蛋白进行m RNA表达水平的检测,发现与对照组相比,-Se组和-Se+LPS组中硒蛋白的表达均降低,其中Sel S的m RNA表达水平下降最显著,其余受缺硒影响较为明显的硒蛋白分别为碘甲状腺原氨酸脱碘酶1(Iodothyronine deiodinase 1,DIO1)、DIO1、DIO2、DIO3、Sel K、谷胱甘肽过氧化物酶4(Glutathione peroxidase4,GPX4)、Sel M、Sel P2、Sel I和GPX1,说明缺硒降低了肉鸡动脉组织硒蛋白的表达,并提示Sel S可能在鸡缺硒性动脉炎性损伤中发挥重要作用。在体外通过细胞转染技术沉默鸡动脉内皮细胞(Chicken artery endothelial cells,PAECs)中的Sel S后,经IF检测发现TNF-α和IL-1β的表达显著升高,说明Sel S对动脉炎具有重要调节作用。进一步将si Sel S-PAECs与鸡外周血中性粒细胞共培养,发现NETs形成显著增加,说明Sel S表达降低可引起动脉内皮释放细胞炎性因子,并促进NETs形成。(5)应用qRT-PCR方法检测肉鸡主动脉组织中抗氧化基因过氧化氢酶(Catalase,CAT)、血红素氧合酶1(Heme oxygenase 1,HO-1)、超氧化物歧化酶1(Superoxide dismutase 1,SOD1)和SOD2的m RNA表达水平发现,与对照组相比,上述抗氧化基因的m RNA表达水平在-Se组的主动脉组织中显著降低;通过荧光染色发现-Se组和C+LPS组中的鸡外周血中性粒细胞的ROS水平显著升高,表明缺硒能够引起肉鸡主动脉和外周血中性粒细胞发生氧化应激。在体外用佛波醇-12-肉豆蔻酸-13-乙酸酯(Phorbol-12-myristate-13-acetate,PMA)刺激鸡外周血中性粒细胞产生NETs后,与PAECs进行共培养,发现PAECs中TNF-α和IL-1β的表达显著升高,说明了NET-DNA可诱导PAECs发生炎症反应。在si Sel S-PAECs、si Sel S-PAECs诱导的NETs形成以及NET-DNA诱导的PAECs炎症反应中,均检测到ROS的爆发,但在ROS抑制剂N-乙酰-L-半胱氨酸(N-acetylcysteamine acid,NAC)预处理的si Sel S-PAECs中,与NAC预处理的NC-PAECs相比,NETs几乎均未形成,结合体内试验结果,说明Sel S表达降低可诱导ROS依赖性NETs形成,引起PAECs的炎症反应。(6)蛋白质组学KEGG富集分析,发现PPAR途径在-Se组肉鸡主动脉中的显著富集,应用qRT-PCR方法检测肉鸡主动脉组织中PPAR途径的激活情况,发现-Se组肉鸡主动脉中PPARα、PPARβ和PPARγ的表达水平显著下调,说明缺硒可抑制肉鸡主动脉中的PPAR途径。进一步在si Sel S-PAECs、si Sel S-PAECs诱导的NETs形成以及NET-DNA诱导的PAECs炎症反应试验中,应用qRT-PCR和WB对PPAR途径相关蛋白的表达水平进行检测发现,与相应的对照组相比,各实验组共培养液中的PPARα、PPARβ和PPARγ的m RNA和蛋白表达水平均显著下降,说明在Sel S表达降低对PPAR途径具有抑制作用。此外,经PPAR激动剂苯扎贝特(Bezafibrate,BZF)预处理的si Sel S-PAECs失去了诱导NETs形成的能力,并且缓解了PAECs的炎症程度,结合体内试验结果,说明PPAR途径的激活可逆转Sel S表达降低诱导的NETs形成,进而缓解动脉炎。综上所述,缺硒导致肉鸡主动脉组织Sel S表达降低,发生氧化应激,使中性粒细胞趋化因子释放增加,中性粒细胞向主动脉组织募集,通过促使NETs释放增加,进而诱导缺硒性动脉炎的发生。本研究首次从Sel S角度探讨其对NETs形成的调控作用,进一步揭示了鸡缺硒性动脉炎的发生机制,为缺硒诱导的鸡动脉损伤机制提供了重要理论基础和试验数据,并极大地丰富了Sel S的生物学内容。
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