VSIG4负向调节NLRP3炎症小体活化

发布时间：2020-09-22 07:28

　　主要来源于巨噬细胞的促炎因子IL-1β和IL-18,在宿主防御感染和炎性疾病中扮演着重要的角色。生物活性的IL-1β和IL-18需要细胞内天冬半胱氨酸蛋白酶caspase-1将无活性的前体proIL-1β和proIL-18裂解,这个过程受到不同的炎症小体的调控。NLRP3炎症小体是目前最有代表性的炎症小体,由NLRP3、衔接蛋白ASC、caspase-1构成的蛋白复合体。NLRP3炎症小体失调会导致多种多样的炎性综合征的发生,包括多发性硬化(MS)、心血管疾病、神经退行性变、痛风和肥胖等。因此,维持NLRP3炎症小体活化与抑制的最佳平衡才能避免对机体造成过度的炎性损伤。NLRP3炎症小体的激活属于双信号模式,其中启动信号主要来源于模式识别受体(PRRs),激活NF-κB信号通路和MAPK信号通路用于上调NLRP3炎症小体组件的转录水平;第二信号又被称为激活信号,由ATP、孔形成、K~+外流、溶酶体不稳定/破裂、线粒体活性氧(mtROS)等多种刺激激活。一旦NLRP3炎症小体活化后,caspase-1裂解proIL-1β和proIL-18,产生具有生物活性的IL-1β和IL-18,从而促进炎症或诱导炎性细胞的死亡(即焦亡)。NLRP3炎症小体的蛋白水平被认为是炎症小体激活的关键限速点,受多种调节机制抑制,如自噬的产生、T细胞的活化、I型干扰素的表达、一氧化氮(NO)、TRIM30(tripartite-motif protein 30)、POP1(pyrin-only protein-1)和miR-233等等,这些调节因子可以直接抑制NLRP3蛋白的表达,减少炎症小体的激活。例如,2型纤溶酶原激活物通过增加NLRP3的自噬性降解从而减少NLRP3表达。A20(也被称作TNFAIP3)可通过限制proIL-1β和NLRP3蛋白的泛素化从而抑制NLRP3炎症小体的活化。已报道的这些调节因子大多数看起来都是作用于转录后和翻译后调节,但是关于NLRP3炎症小体转录水平的调节仍然是不清楚的。VSIG4(V-set and immunoglobulin domain-containing 4)是免疫球蛋白超家族补体受体(CRIg),特异性的表达于静息的组织定居巨噬细胞。通过与补体成分C3b或失活的C3b(iC3b)结合,VSIG4可清除C3b或iC3b调理的病原体,包括单核细胞增多性李斯特菌和金黄色葡萄球菌。VSIG4与T细胞上未知受体结合后可抑制T细胞增殖并促进Foxp3~+T_(reg)细胞分化。VSIG4-Fc融合蛋白似乎也可防止实验性自身免疫性关节炎、肝炎、葡萄膜视网膜炎的发展。然而,VSIG4是否能对NLRP3炎症小体组分的转录进行调控依旧未知。为了明确VSIG4与NLRP3炎症小体之间的关系,我们首先在体外证实了VSIG4缺失后Nlrp3和Il-1β的转录水平增强。静息状态时,Vsig4~(-/-)腹腔巨噬细胞(PEMs)中,Nlrp3和Il-1β的mRNA水平升高,但Asc、Caspase-1及Il-18无明显的变化。给予PEMs第一信号(LPS刺激)后,敲除VSIG4后NLRP3和IL-1β蛋白水平增高,同时过表达VSIG4则NLRP3和IL-1β蛋白水平降低。给予PEMs第一信号和第二信号后,VSIG4敲除不影响caspase-1及活化形式的蛋白水平,但细胞分泌的IL-1β增加、细胞焦亡增多。直接使用C3b刺激人来源的单核细胞THP-1或VSIG4激动性抗体VG11活化野生型小鼠PEMs中VSIG4,可抑制IL-1β分泌和细胞焦亡的发生。VSIG4又是如何影响NLRP3和IL-1β的转录水平的呢?为了明确其分子机制,我们在Vsig4~(-/-)PEMs和肝脏组织中发现A20蛋白水平明显下降,同时过表达Vsig4的PEMs中A20表达也明显增强。已有文献报道A20参与NLRP3和proIL-1β的蛋白表达,因此我们用shRNA干扰A20表达后发现NF-κB信号通路增强、NLRP3及IL-1β表达增加,BAY11-7082抑制NF-κB后下调NLRP3及IL-1β表达,说明VSIG4通过A20-NF-κB通路抑制NLRP3炎症小体。进一步分析Nlrp3和Il-1β的启动子区域发现许多RelA(即NF-κB p-65)、JunB和ELK-1的结合位点,RelA可直接调控JunB和ELK-1的表达和磷酸化水平,同时JunB和ELK-1在LPS刺激条件下与Nlrp3和Il-1β的启动子区域结合促进其转录表达。接着我们检索了A20基因启动子区域转录因子结合位点,发现许多STATs转录因子的序列,WB(western blot)显示p-STAT3及上游分子p-JAK2表达增高,而p-STAT6、p-AKT、p-ERK1/2无明显变化。shRNA干扰Stat3、S3I-201抑制STAT3或TG101348抑制JAK2后,均会抑制A20表达,从而影响下游NLRP3和IL-1β的表达。进一步通过ChIP-qPCR确定p-STAT3结合在A20启动子上-1000~+1区域。这些结果表明VSIG4会通过JAK2-STAT3-A20信号轴抑制NF-κB信号对NLRP3炎症小体的活化。VSIG4作为膜分子,又是如何启动JAK2-STAT3-A20信号的呢?为此,我们采用酵母泛素分裂筛选的方法找到了与VSIG4交互蛋白MS4A6D分子,通过免疫荧光共定位和CO-IP进一步证实两者可相互作用。进一步通过CO-IP证实MS4A6D直接与JAK2相互作用,使JAK2磷酸化水平升高,提高下游p-STAT3及A20蛋白水平,抑制Nlrp3和Il-1β的转录表达。在Vsig4~+RAW264.7细胞中过表达Ms4a6d后增强JAK2-STAT3-A20信号,同时Vsig4~+RAW264.7细胞中shRNA干扰Ms4a6d则抑制JAK2-STAT3-A20信号。最后通过截短和点突变的方法证实,VSIG4与MS4A6D相互作用时MS4A6D碳端231-241位上Ser~(232)和Ser~(235)磷酸化是活化下游信号所必须。这些结果都表明了激活VSIG4后与MS4A6D相互作用,使MS4A6D直接磷酸化JAK2并启动STAT3-A20信号抑制NLRP3炎症小体。在体外实验中,VSIG4参与NLRP3炎症小体的调控,那么VSIG4在NLRP3炎症小体相关疾病中是否也同样参与NLRP3炎症小体调控呢?因此,我们构建了与NLRP3炎症小体活化紧密相关的两个动物模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)模型以及葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的肠炎模型。在EAE模型中,VSIG4敲除小鼠疾病症状加重,炎性细胞浸润增多,包括与EAE脱髓鞘紧密相关的IL-17A~+CD4~+T细胞及IFN-γ~+CD4~+T细胞增加,并且NLRP3和IL-1β蛋白表达增加。同时在Vsig4~(-/-)Nlrp3~(-/-)小鼠和Vsig4~(-/-)Il-1r1~(-/-)小鼠或IL-1Rα(IL-1受体阻断剂)处理的Vsig4~(-/-)小鼠中,EAE疾病症状减轻,说明在EAE模型中VSIG4通过负调NLRP3炎症小体活化从而减轻疾病严重程度。然而,在DSS诱导的肠炎模型中,Vsig4~(-/-)小鼠表现出对肠炎的抵抗性。VSIG4敲除后小鼠存活率提高、体重下降幅度减轻、疾病评分降低、炎性细胞浸润减少,但NLRP3和IL-1β表达增加、肠上皮增殖能力增强,说明VSIG4缺失使NLRP3炎症小体激活并保护DSS诱导的肠炎。进一步使用Vsig4~(-/-)Il-1r1~(-/-)小鼠构建肠炎模型,能明显阻断VSIG4缺失后的保护作用,同时使用CY-09(NLRP3抑制剂)和IL-1Rα处理Vsig4~(-/-)肠炎小鼠印证了该结果。这些结果表明在VSIG4抑制NLRP3炎症小体及IL-1β信号从而加重DSS诱导的肠炎。既然VSIG4在NLRP3炎症小体相关疾病中扮演者重要的角色,那是否能将其作为疾病的治疗靶点,从疾病初期就减少甚至阻断NLRP3炎症小体的过度活化。因此我们使用VSIG4的单克隆激动性抗体VG11处理EAE野生型小鼠,相对于IgG1对照小鼠,给予VG11处理的小鼠症状明显减轻、炎性细胞浸润减少,同时促进JAK2-STAT3-A20信号活化、下调下游NLRP3及IL-1β表达。由此说明,VSIG4可以作为NLRP3炎症小体相关疾病的治疗靶点。总之,VSIG4活化时可与MS4A6D相互作用,直接激活下游JAK2-STAT3-A20级联信号,进而抑制Nlrp3和Il-1β的表达,负调NLRP3炎症小体的活化。VSIG4活化信号参与调节NLRP3炎症小体相关的疾病,为治疗该类疾病提供了潜在的新靶点。
【学位单位】：中国人民解放军陆军军医大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R392
【部分图文】：

军医大学,缺失,小鼠腹腔巨噬细胞,博士学位论文

陆军军医大学博士学位论文果状态下，VSIG4 缺失上调 NLRP3 和 IL-1β 的 mRNA 和蛋 VSIG4 是否能调控 NLRP3 炎症小体信号，我们分离出 C/-小鼠腹腔巨噬细胞（PEMs），通过 qPCR 分析两组之间 mRNA 的表达情况。发现 VSIG4 敲除后 Nlrp3 和 Il-1βSC、Il-18 两组之间无明显差异（图 2-1）。进一步，通过 W/-小鼠 PEMs 发现，VSIG4 缺失导致 NLRP3 及 proIL-1β 蛋

缺失,蛋白表达,小鼠

-1、ASC、Il-18 两组之间无明显差异（图 2-1）。进一步，通过 WB 分Vsig4-/-小鼠 PEMs 发现，VSIG4 缺失导致 NLRP3 及 proIL-1β 蛋白水平图 2-1 静息状态下，VSIG4 抑制 Nlrp3 和 Il-1β 表达Figure 2-1 VSIG4 inhibits the expression of Nlrp3 and Il-1βPCR analysis of mRNA transcription encoding for NLRP3 inflammasome comporesents an individual mouse, and five mouse in each group).NS, not significant. *P1 (Student’s t test). Data represent one out of three biological replicates, with thr each at least.

巨噬细胞

现 VSIG4 敲除后 NLRP3 及 proIL-1β 蛋白水平表达增强（图 2-2 左）。为了排除 PEM存在的异质性，我们采用 VSIG4 过表达的 RAW264.7 细胞进一步分析，发现 VSIG抑制 RAW264.7 细胞中 NLRP3 和 proIL-1β 的蛋白水平，包括基础水平和 LPS 刺激后水平（图 2-2 右）。2.3.3 VSIG4 启动抑制信号特异性的下调巨噬细胞中 Nlrp3 和 Il-1β 表达补体蛋白 C3b 是 VSIG4 的天然配体，通过酶联免疫吸附实验（ELISA）可以看出PEMs 和 RAW264.7 细胞系培养上清中均有 C3，且 LPS 刺激细胞后可促进 C3 的分泌说明 C3 裂解产物 C3b 可能与巨噬细胞上的 VSIG4 相互作用（图 2-3 左）。为了验证这猜测，我们使用佛波酯（PMA）处理 THP-1 细胞系（人单核细胞系）分化为巨噬细胞加入 C3b 后可降低 LPS 刺激所致 NLRP3 和 proIL-1β 表达（图 2-3 右）。为了进一步验证该结果，我们自制抗小鼠 VSIG4 的活化性抗体 VG11，该抗体可识别VSIG4蛋白（图2-4左）。VG11单抗处理PEMs后同样可抑制 LPS刺激所致NLRP和 proIL-1β 表达（图 2-4 右）。

【相似文献】