肺炎嗜衣原体热休克蛋白经ERK、NF-κB信号通路调控HUVEC分泌炎症因子

发布时间：2019-12-01 18:31

【摘要】：研究背景肺炎嗜衣原体（Chlamydophila pneumoniae, Cpn）是一类重要的呼吸道病原体，造成全球约10%的社区获得性肺炎及5%支气管炎和窦炎病例的发生，还与冠心病、动脉粥样硬化、哮喘、反应性关节炎等多种慢性疾病相关。许多国家的人群Cpn感染率占全国人口的50%~70%，但人群感染该菌后多表现为持续的“隐蔽性”，患者病情易被忽视而导致Cpn感染反复迁延，造成机体不可逆的病理改变甚至严重并发症。研究Cpn的致病因素，阐明毒力相关蛋白的致病作用及机制对预防Cpn感染，控制其传播具有重要意义。 Cpn感染引起的炎症反应是多种疾病的发病基础。其中，Cpn热休克蛋白（Heat Shock Proteins, HSPs）在病原体介导的炎症反应中可能发挥重要作用。为研究CHSPs在Cpn诱导炎症反应中的功能及其相关受体及信号通路，进一步说明CHSPs在炎症/免疫病理损伤中的作用及其可能的致病机制，拟运用细胞微生物学分析Toll样受体（Toll-like receptor, TLR）2和TLR4、胞外信号调节激酶（Extracellular signal-regulated kinase, ERK）通路和核因子κB（Nuclear factor kB,NF-κB）信号通路在介导CHSPs诱生宿主细胞炎症反应中的作用。研究目的本研究试图探讨3种CHSPs在体外诱导人脐静脉内皮细胞（Human umbilicalvein endothelial cells, HUVEC）分泌前炎症细胞因子IL-6、IL-1β的功能，以及ERK信号通路与NF-κB信号通路在CHSPs诱生炎症因子过程中的作用，初步研究TLR2、TLR4与CHSPs诱生炎症因子及其炎症信号通路之间的关联，对进一步阐明Cpn的致病机制具有重要意义。研究方法从Genbank上获得目的蛋白的全基因序列，通过分子生物学技术，设计并合成特异性引物，从制备的Cpn基因组模板上PCR扩增获得目的基因全长，经双酶切后与pGEX-6p-2载体构建成重组质粒，经PCR、双酶切、测序鉴定后进一步转化E. coli XL1-Blue构建原核表达重组体。在IPTG诱导下表达目的蛋白，Western-blot鉴定蛋白，以GST·BindTMResin或Ni-NTA亲和层析纯化目的蛋白，超滤管浓缩纯化蛋白，并调整蛋白至1mg/mL的使用浓度。将该蛋白以polymyxinB agarose处理，或加入50μg/mL多粘菌素B于37℃孵育30min~1h去除内毒素。培养HUVEC，将上述获得的无内毒素的纯化蛋白分别以0.5、1、5、10、15、20、30μg/mL的不同浓度刺激细胞，检测HUVEC分泌炎症因子IL-1β、IL-6的水平；并设2、6、12、24、36、48、60h不同的蛋白刺激时间，检测HUVEC分泌IL-1β、IL-6的水平；将纯化产物经热处理（56℃，20min或100℃，30min）或去蛋白处理后，，再与细胞孵育以检测刺激物对细胞分泌炎症因子的影响。将3种CHSPs按2、15、30、45、60min的不同时间作用宿主细胞，收集细胞裂解液，并以抗磷酸化ERK及抗总ERK单抗检测ERK通路的活化。设立LPS与Cpn阳性对照，观察比较CHSPs与阳性对照激活ERK的方式；观察比较3种CHSPs激活ERK的作用强弱；以ERK通路特异性抑制剂U0126预孵育细胞30min，CHSPs刺激后检测ERK通路的活化状态及炎症因子的水平。将3种CHSPs按30min，60min，120min的作用时间孵育宿主细胞，收获细胞核蛋白提取物，与末端标记的核酸探针结合进行凝胶迁移滞后实验（Electrophoretic Mobility ShiftAssay, EMSA）检测，以PBS及GST蛋白为阴性对照，观察比较3种CHSPs与阴性对照的结果，鉴定CHSPs是否能激活HUVEC诱导NF-κB分子活化、活化分子的作用特点以及活化作用的强弱；进一步用特异性抗p65单抗进行supershift实验，验证上述EMSA实验核蛋白提取物中是否含有活化产物p65特异性抗原。以NF-κB通路特异性抑制剂PDTC预孵育细胞60min，CHSPs刺激后检测NF-κB通路的活化状态及炎症因子的水平。以报告基因pNF-κB-luc转染细胞，并设pRL-TK内参，进一步证实CHSPs在刺激HUVEC后能否活化NF-κB分子进入细胞核，并与靶基因上特定的κ位点结合以调节报告基因转录。以TLR2、TLR4、CD14、MD2分子根据实验设计不转染或单独或共转染人胚肾细胞（Human embryonic kidney cell）HEK293，用20μg/mL的CHSPs分别刺激，Western-blot检测TLR2和/或TLR4在CHSPs激活ERK信号通路中的作用；同时，将这些分子按不同实验目的与pNF-κB-luc与pRL-TK质粒共转染HEK293细胞，荧光素酶报告基因检测TLR2和/或TLR4在CHSPs激活NF-κB转录活性中的作用。研究结果以Cpn标准株AR-39基因组为模板扩增得到Chsp60和Chsp70的基因全长，并构建了pGEX-6p-2的原核重组质粒，质粒经PCR、双酶切、测序鉴定为CHSP60及CHSP70蛋白的基因序列；重组质粒在E.coli XL1-blue中诱导表达出分子量约86kDa和98kDa的融合蛋白，且均以可溶性的方式存在，Western-blot检测为GST标记的目的蛋白。复苏CHSP10重组菌并诱导表达重组蛋白。分别用GST·BindTMResin及Ni-NTA亲和层析纯化获得高纯度的目的蛋白，经超滤装置可将目的蛋白浓缩至原浓度的几十倍，调整后使工作蛋白浓度为1mg/mL，经多粘菌素B处理可去除内毒素。 CHSPs刺激宿主细胞分泌前炎症因子的作用根据不同的蛋白剂量及不同刺激时间有所不同。CHSPs刺激HUVEC分泌IL-1β、IL-6的水平随蛋白浓度的升高而呈上升趋势，在浓度为0.5~30μg/mL的范围内，以30μg/mL的CHSPs诱生细胞分泌的炎症因子水平最高；在2~60h的作用时间内，随刺激时间的延长，诱生炎症因子的水平逐渐升高，CHSP10在刺激12h后诱生IL-1β、IL-6的量到达高峰，而CHSP60和CHSP70在刺激24h后诱生IL-1β、IL-6的量到达高峰，3种CHSPs相比，CHSP60诱生炎症因子的能力最强，CHSP70次之，CHSP10最弱。 3种CHSPs刺激HUVEC后，Western-blot能检测到明显增强的磷酸化ERK分子，CHSP10在刺激15min时就可出现明显的磷酸化蛋白条带，经bandscan扫描分析，其在30min磷酸化ERK达到峰值；CHSP60和CHSP70均在刺激30min时磷酸化ERK条带出现高峰值，随后逐渐降低；Cpn激活HUVEC的ERK通路也是在30min时达到峰值，其后下降。而LPS活化HUVEC的ERK通路则是在15min达到峰值。三种CHSPs相比，CHP60活化ERK通路的作用最强，20μg/mL浓度产生的效果仅比Cpn（MOI=0.5）的作用稍弱，CHSP10与CHSP70作用次之。用U0126预孵育后，Western-blot检测到每组磷酸化ERK的量显著降低，同时CHSPs刺激HUVEC分泌2种炎症因子的水平也明显减少。 3种CHSPs刺激HUVEC后，EMSA显示，实验组均出现蛋白与DNA结合的复合物迁移带，且在30min，60min，120min的不同时间点，以蛋白作用60min时浓度最深，与阴性对照组相比有明显区别；3组CHSPs相比，CHSP60的作用最强，20μg/mL浓度产生的效果与Cpn（MOI=0.5）的作用相当，CHSP70作用次之，CHSP10最弱。Supershift实验显示3组CHSPs中除了特异性蛋白/DNA复合物迁移带外，均出现一条特异性的抗原抗体复合物超迁移带。用PDTC预孵育细胞后，EMSA显示蛋白/DNA复合物迁移带明显减弱甚至消失，同时，CHSPs刺激HUVEC分泌的IL-1β、IL-6的水平也明显减少。荧光素酶报告基因检测显示，CHSPs可活化HUVEC的NF-κB分子。以人TLR2、TLR4和CD14及MD2质粒分别转染HEK293细胞后，Western-blot显示转染TLR2和/或TLR4后的实验组细胞经CHSPs刺激后均可显著上调磷酸化ERK的表达；以共转染pNF-κB-luc、pRL-TK质粒的报告基因来检测TLR在介导NF-κB通路中的作用，结果显示，转染了TLR的实验组，经刺激后可显著激活NF-κB信号通路，其中，共转染2种受体的实验组通路活化的程度要高于单项转染组，在单项转染组中，以TLR4介导激活NF-κB活化的作用强于TLR2。结论 1.成功构建了CHSP10、CHSP60、CHSP70的原核表达载体，经诱导表达及纯化后获得了1mg/mL高纯度的相对分子量分别为15kDa、86kDa、98kDa的可溶性纯化蛋白； 2. CHSPs能在体外刺激HUVEC分泌炎症因子IL-1β、IL-6，并呈现剂量依赖性与时间依赖性，说明CHSPs可能参与Cpn诱导的炎症反应； 3. CHSPs能通过活化HUVEC的ERK信号通路诱生炎症因子； 4. CHSPs能通过活化HUVEC的NF-κB信号通路诱生炎症因子； 5. TLR2与TLR4参与介导CHSPs激活ERK和NF-κB信号通路的过程。
【图文】：

示意图,PCR扩增,双酶,质粒

30Chsp60 基因的 PCR ion of hsp60 gene of C2:PCR product of hsp60 fro3:negative control;0 重组质粒的构建及组质粒的构建示意图组质粒的 PCR 及双酶 pGEX-6p-2/hsp60 重两个片段，一个约 4.9

HEp-2细胞,特异性基因片段

1 2 320001000750bp 1-1 Cpn 感染 HEp-2 细胞的 IF 法检测 (×1000g.1-1 IF analysis of HEp-2 cells infected with Cp cells uninfected with Cpn; B: HEp-2 cells infected with C0 编码基因的 PCR 扩增 hsp60 引物，对提取的 Cpn 基因组模板进行 PCR发现扩增出一条特异性基因片段，且该片段与预。（图 1-2）
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：R374

【参考文献】