胞内细菌性感染激活模式识别受体信号介导的宿主免疫应答机制

发布时间：2017-07-06 05:12

  本文关键词：胞内细菌性感染激活模式识别受体信号介导的宿主免疫应答机制

  更多相关文章： 病原模式分子 模式识别受体 细胞毒T细胞效应 Caspase-11 Pannexin-1通道 P2X7受体 内毒素休克

【摘要】：宿主免疫细胞能够通过一种或多种病原谱识别受体(PRRs)来识别一类被称为病原模式分子(PAMPs)的微生物组分,如：细菌鞭毛蛋白、脂多糖(LPS)和多聚核苷酸等,从而激活宿主先天免疫炎症反应信号通路。细胞的模式识别受体家族包括：Toll样受体(Toll like receptors)、C型凝集素(C-type lectin)、NOD样受体(NOD like receptors)、识别RNA的RIG样解旋酶受体(RIG like receptors)、DNA识别受体和最新发现的细胞质LPS识别受体(Caspase-11)等。在这些细胞受体中,有一部分模式识别受体同时也能够识别死亡细胞产生的细胞损害模式分子(DAMPs),如热休克蛋白(HSPs)、硫氧还蛋白(TRX)、三磷酸腺苷(ATP)、高迁移率族蛋白1(HMGB1)等。由于PRRs不仅是机体识别病原的第一道防线,还是促发适应性免疫应答过程的重要信号,并且在多层面控制CD4+、CD8+ T细胞的发生、分化和记忆细胞的形成和抗体的产生。尽管PAMPs作为主要的外源抗原蛋白能够被PRRs识别,并介导抗原加工递呈信号通路,从而将“非自我”信号传递给下游淋巴细胞,激活适应性免疫应答,但是,对于其详细的信号通路仍然有待进一步解析。LPS,俗称为内毒素,是革兰氏阴性菌细胞壁的主要组成成分,同时也是病原菌最为重要的模式识别分子之一。LPS结合TLR4后能够诱导细胞因子和炎症因子转录,介导严重的免疫反应,是败血症和内毒素休克最主要的诱因。然而,最近在细胞模型上的研究表明：进入细胞内的LPS能够直接被Caspase-11识别,并激活其介导的非典型炎症小体信号通路,导致细胞炎症性坏死,并在许多病原感染并导致小鼠内毒素休克性模型中扮演重要角色,但是,关于细胞内LPS激活Caspase-11导致下游细胞死亡信号通路还有待证实。同时,Caspase-11激活介导的非典型炎症小体激活还能够间接的导致NLRP3炎症小体的激活,从而促进成熟IL-1p的分泌,但是,关于Caspase-11激活如何导致NLRP3炎症小体的激活机理仍有待解析。方面,本论文以一株缺失毒力效应分泌蛋白、但具有鞭毛结构的迟钝爱德华氏菌减毒株作为感染病原,以斑马鱼作为感染模式动物,采用高通量测序技术(RNA-seq)研究了斑马鱼在迟钝爱德华氏菌刺激后的差异转录谱,重点关注了斑马鱼的模式识别信号通路激活情况及后续的免疫应答变化。主要内容包括：(1)通过DESeq软件对RNA-seq测序结果进行分析,在免疫后斑马鱼肝脏组织中,共发现4565个显著差异表达基因；(2)通过GO和KEGG功能聚类对差异表达基因进行免疫信号通路富集发现,在细菌感染斑马鱼早期阶段,斑马鱼病原模式识别受体TLR5介导的炎症反应信号通路、内质网蛋白加工过程、吞噬小体通路和抗原加工呈递信号通路具有显著的差异表达；(3)高倍率表达的TLR5信号通路与主要组织相容性复合物分子(MHC) Ⅰ分子介导的信号通路相关基因呈现显著共上调表达,而MHC Ⅱ分子介导的信号通路相关基因呈现显著的共下调表达。上述研究工作表明,迟钝爱德华氏菌感染后,斑马鱼模式识别受体TLR5信号通路显著激活,并伴随急性期免疫应答、MHC Ⅰ抗原加工递呈过程及细胞毒T细胞免疫应答的显著激活；该结果显示迟钝爱德华氏菌感染所激活的斑马鱼TLR5信号通路,可能通过级联信号转导激活先天性免疫应答,并进一步通过桥梁作用启动适应性免疫应答。在迟钝爱德华氏菌刺激斑马鱼免疫应答的转录谱分析的基础上,我们将减毒爱德华氏菌注射接种斑马鱼,接种4周后,用野生型的迟钝爱德华氏菌对斑马鱼进行攻毒处理后,连续考察1周,建立了一个为期5周的“免疫-攻毒”模型。基于上述模型,我们在接种后不同时间点,重点考察了斑马鱼适应性免疫应答相关基因的转录变化情况,从而进一步阐释了减毒迟钝爱德华氏菌介导的斑马鱼适应性免疫应答过程。研究发现：(1)在减毒株接种斑马鱼后一周内,病原模式识别受体TLR5信号通路被显著激活；(2)在感染后的早中期阶段,MHC Ⅰ介导的抗原加工递呈信号通路处于激发状态；(3)在感染晚期阶段,CD8+T淋巴细胞介导的细胞毒T细胞效应被显著激活；(4)斑马鱼适应性免疫应答的激活可以针对野生株的注射攻毒产生较好的免疫保护力。另一方面,本论文研究了细菌病原模式分子LPS在宿主细胞内通过模式识别受体Caspase-11的识别,激活并导致细胞炎症性坏死的信号通路。我们主要以一系列基因缺陷型小鼠骨髓分化巨噬细胞作为细胞筛选模型,通过LPS转染巨噬细胞和鼠伤寒沙门氏菌感染巨噬细胞,建立非典型Caspase-11炎症小体激活模型。研究结果发现,当细胞内Caspase-11被LPS激活后,Caspase-11能够切割并激活Pannexin-1通道,释放ATP,促发P2X7受体激活,介导细胞焦亡；并通过动物活体实验模型发现该过程对于小鼠内毒素休克模型具有重要意义。同时,本论文还发现非典型Caspase-11炎症小体激活介导的Pannexin-1依赖的K+外流,能够激活典型NLRP3炎症小体这一重要支路信号通路,介导IL-1β的成熟和分泌,并且从细胞模型到动物活体模型阐明了非典型NLRP3炎症小体激活并不依赖P2X7受体信号通路。在临床上,内毒素休克是一个高度复杂的病症,并且由很多因素参与了内毒素休克病症的产生。本论文通过使用Pannexin-1通道和P2X7受体抑制剂注射小鼠后,发现其应对于内毒素休克具有明显的保护效率,该结果为临床使用Pannexin-1通道和P2X7受体抑制剂来治疗革兰氏阴性细菌感染导致的内毒素休克病症提供了重要理论支持。
【关键词】：病原模式分子 模式识别受体 细胞毒T细胞效应 Caspase-11 Pannexin-1通道 P2X7受体 内毒素休克
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q939.91
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第1章 文献综述13-25
• 1.1 前言13
• 1.2 病原模式分子和损伤模式分子13-14
• 1.3 模式识别受体14-23
• 1.3.1 Toll样受体介导的免疫应答信号通路14-16
• 1.3.2 C型凝集素受体介导的免疫应答信号通路16
• 1.3.3 NOD样受体介导的免疫应答信号通路16-20
• 1.3.4 细胞内LPS识别受体Caspase-11介导的免疫应答信号通路20-22
• 1.3.5 RIG样受体介导的免疫应答信号通路22-23
• 1.3.6 细胞内DNA受体介导的免疫应答信号通路23
• 1.4 小结和展望23-25
• 第2章 迟钝爱德华氏菌刺激斑马鱼免疫应答转录谱分析25-47
• 2.1 前言25-26
• 2.2 材料与方法26-28
• 2.2.1 斑马鱼养殖与细菌感染26
• 2.2.2 组织样本的采集和处理26-27
• 2.2.3 转录文库的构建和测序27-28
• 2.2.4 转录谱差异分析28
• 2.2.5 差异表达基因功能注释28
• 2.3 结果28-43
• 2.3.1 肝脏组织RNA测序转录谱数据分析28-30
• 2.3.2 斑马鱼肝脏组织差异表达基因分析30-32
• 2.3.3 差异表达基因功能聚类分析32-36
• 2.3.4 急性期免疫应答分析36-39
• 2.3.5 Toll样受体介导的信号通路分析39-40
• 2.3.6 抗原加工递呈信号通路分析40-43
• 2.4 本章小结43-47
• 第3章 TLR5介导的斑马鱼适应性免疫应答分析47-59
• 3.1 前言47-48
• 3.2 材料和方法48-50
• 3.2.1 斑马鱼养殖和细菌感染48
• 3.2.2 斑马鱼接种和二次攻毒48
• 3.2.3 斑马鱼样本的采集48
• 3.2.4 血清抗体效价检测48-49
• 3.2.5 荧光定量PCR49-50
• 3.3 结果50-56
• 3.3.1 斑马鱼免疫和攻毒模型的建立50-51
• 3.3.2 TLR5信号通路的激活51-53
• 3.3.3 抗原加工递呈信号通路的激活53-54
• 3.3.4 CD8~+T细胞介导的细胞毒T细胞效应54
• 3.3.5 免疫后攻毒阶段的表达谱检测54-56
• 3.4 本章小结56-59
• 第4章 细胞内LPS激活Caspase-11介导的细胞死亡59-83
• 4.1 前言59
• 4.2 材料和方法59-63
• 4.2.1 小鼠59-60
• 4.2.2 细菌培养60
• 4.2.3 实验试剂60
• 4.2.4 巨噬细胞的培养、转染实验和细胞死亡检测60-61
• 4.2.5 Caspase体外切割Pannexin-1活性实验61
• 4.2.6 共转染HEK293T细胞61
• 4.2.7 Caspase-11和Pannexin-1缺陷型细胞重构表达61
• 4.2.8 ATP释放检测61-62
• 4.2.9 细胞内K~+外流检测62
• 4.2.10 P2X7孔道形成检测62
• 4.2.11 Western Blot62
• 4.2.12 酶联免疫吸附反应分析62
• 4.2.13 小鼠内毒素休克模型62
• 4.2.14 数理统计62-63
• 4.3 结果63-82
• 4.3.1 胞内LPS激活Caspase-11后通过ATP-P2X7受体激活信号介导细胞焦亡63-68
• 4.3.2 细胞内LPS激活Caspase-11导致Pannexin-1通道的切割和激活68-74
• 4.3.3 Pannexin-1通道介导的K~+外流对非典型NLRP3的激活作用74-80
• 4.3.4 Pannexin-1和P2X7受体在小鼠内毒素休克模型中的功能80-82
• 4.4 本章小结82-83
• 第5章 结论和创新点83-93
• 5.1 主要结论83-89
• 5.2 论文创新点89-90
• 5.3 展望90-93
• 参考文献93-107
• 攻读博士学位期间研究成果107-109
• 致谢109-111
• 附录111-

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本文编号：524843