银屑病表皮蛋白质组学研究及Sprouty1基因敲除小鼠诱导银屑病模型的研究

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银屑病是一种常见的慢性复发性免疫性皮肤疾病,全球患病率高达1-3%,在我国银屑病患者已达600-900万左右。银屑病发病机制尚不清楚,被认为是一种由多因素共同参与、遗传背景和坏境因素共同影响的复杂疾病。皮肤症状以红斑鳞屑为主,边界清楚、覆有白色鳞屑的红斑、斑块,病理表现为表皮角化过度、角化不全、棘层肥厚、真皮血管扩张和多种免疫细胞炎性浸润。除了皮肤损害,银屑病患者可伴关节损害,也常常合并糖尿病、心血管系统疾病及代谢综合征等,我国已将银屑病列为严重慢性疾病。银屑病病程漫长、反复发作,又被称为“不死的癌症”,严重影响患者的生活质量以及身心健康。因此对银屑病发病机制和治疗的研究十分重要。
  银屑病表皮角质形成细胞可能既是银屑病发生的“始作俑者”,又是银屑病发展的“终末表现者”,其异常增生是银屑病的主要特征。本研究以银屑病表皮和角质形成细胞为研究对象,通过比较分析银屑病皮损区与健康对照的表皮定量蛋白组学的差异,结合比较既往银屑病组学研究发现的易感基因和优势表达分子,筛选出银屑病表皮的差异表达蛋白。本研究旨在揭示健康人表皮与银屑病患者皮损表皮间的蛋白表达谱差异,找到关键蛋白,并在患者血清水平、体外实验和小鼠实验验证其成为诊断和治疗潜在生物标志物的研究。
  【目的】
  明确健康人表皮和银屑病表皮中的蛋白表达谱,以及两组间的差异蛋白,分析差异蛋白的功能,预测其在银屑病发生发展中发挥的作用;筛选出银屑病诊断、治疗和活动度等相关的生物学标志物;在血清学水平并扩大样本验证这些标志物的敏感性;通过体外实验明确这些蛋白的细胞来源,以及调控机制;通过在小鼠银屑病模型中进一步功能验证。以期进一步明确银屑病的发病机制,并为其诊断及治疗提供更多新的方向。
  【方法】
  通过iTRAQ标记的定量蛋白组学的分析方法对比检测了健康人表皮和银屑病皮损表皮中的蛋白表达,并明确表达差异的蛋白;通过功能分析、通路分析、蛋白互作分析等筛选出潜在的生物学标志物;通过相关性分析验证潜在标志物与银屑病严重程度的关联;通过血清ELISA的检测进一步验证潜在标志物用于代表银屑病活动度的敏感性;通过对既往已公开的针对anti-IL-17R单抗(Brodalumab)采用不同剂量浓度、不同疗程治疗银屑病前后的皮肤转录组数据集进行二次分析,进一步预测及验证潜在生物标志物在治疗前后的变化,及对治疗后和疾病活动性的预测或评估的能力;通过人皮肤组织免疫荧光和人原代细胞免疫荧光明确差异蛋白的来源及变化;通过体外原代细胞干预实验,分别用IFNβ(I型干扰素)、TLR3激动剂(PolyI∶C,病毒类似物)和银屑病炎症相关细胞因子(IL-17A、IL-23、TNF-α和IL-6)处理人正常原代角质形成细胞,并通过用WB比较分析OAS2的蛋白表达差异;通过WB比较分析IMQ(咪喹莫特)诱导银屑病样皮炎模型的小鼠表皮OAS2的蛋白表达变化。
  【结果】
  本课题明确了健康人表皮和银屑病皮损表皮中的差异表达蛋白,并发现其中OAS2蛋白可作为评估银屑病严重程度和活动度的潜在新型生物学标记。通过健康人和银屑病患者血清样本检测,进一步验证了OAS2蛋白作为银屑病活动度生物标志物具有一定敏感性,同时通过分析一个GEO数据库中一项银屑病患者经anti-IL-17R单抗治疗前后皮损转录组的数据集,更进一步揭示OAS2或可作为预测或评估银屑病临床治疗疗效的生物学指标。
  本研究通过免疫荧光明确了银屑病表皮中异常表达的OAS2的来源和定位是银屑病表皮中处于炎症状态下的角质形成细胞。通过体外实验发现表皮角质形成细胞来源的OAS2蛋白可以被IFNβ诱导上调;银屑病发病相关的细胞炎症因子IL-17A、IL-23、TNF-α和IL-6可直接不同程度地上调原代角质形成细胞中OAS2的表达。在IMQ诱导的小鼠银屑病样模型中验证了OAS2蛋白在银屑病样皮炎的表皮中的表达亦上调。
  1)通过蛋白组学的方法比较健康人及银屑病皮损表皮组织中的蛋白表达差异,发现银屑病表皮的差异蛋白主要富集在固有免疫、细胞连接及细胞代谢通路;其中在银屑病表皮的固有免疫炎症中,以抗菌肽和抗病毒蛋白两大类功能蛋白为主;
  2)通过蛋白组学差异蛋白分析,发现OAS2作为一个抗病毒蛋白在银屑病表皮中的表达显著增加,且其蛋白表达量与银屑病患者的疾病严重程度(PASI及BSA评分)呈正相关;
  3)通过比较健康人及银屑病患者血清中OAS2的表达,发现OAS2在银屑病患者血清中显著上调,且与疾病严重程度(PASI及BSA评分)呈高度正相关,其血清中的相关性高于表皮组织;
  4)通过对既往已有数据库进行二次分析,结果表明经anti-IL17R的生物制剂单抗治疗后,银屑病患者的皮肤组织中OAS2转录组水平显著降低,且与治疗疗程及剂量均存在相关性;
  5)通过人皮肤组织免疫荧光和人原代细胞免疫荧光明确了银屑病患者皮肤中OSA2来源于角质形成细胞;
  6)通过体外细胞实验,发现INFβ可促进人正常原代角质形成细胞来源的OAS2蛋白上调,polyI∶C则OAS2的表达无明显差异;银屑病相关的细胞炎症因子(IL-17A、IL-23、TNF-α和IL-6)可以直接不同程度地促进原代角质形成细胞中OAS2的表达;并在小鼠银屑病样动物模型中验证了OAS2在银屑病皮损的表皮中表达增加。
  【结论】
  银屑病患者表皮与健康人表皮蛋白表达谱存在显著差异。银屑病患者表皮中的差异蛋白富集在固有免疫、细胞连接和细胞代谢通路。抗菌肽和抗病毒蛋白是银屑病表皮中最主要具有特定功能的差异蛋白,改变了银屑病表皮固有免疫状态。OAS2是一个新的潜在的可以反应银屑病活动度的生物学标志物,同时也或可被用作评估临床治疗疗效。干扰素可以诱导角质形成细胞异常表达OAS2,因此OAS2可能参与干扰素相关的银屑病早期起始发病机制。银屑病相关炎症因子(IL-17A、IL-23、TNF-α和IL-6)也可以不同程度地上调角质形成细胞表达OAS2,提示OAS2或许参与银屑病表皮局部的炎症级联放大效应。小鼠实验验证了OAS2在IMQ诱导的银屑病样模型表皮中表达增加为后续小鼠体内实验进一步探索OAS2参与银屑病发生发展的分子机制做了准备,并提供了依据。
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