DNA识别受体RAD50在脂多糖诱导的急性肺损伤中的作用机制研究

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DNA识别受体信号是多细胞生物启动DNA损伤修复、维持胞浆中无游离双链DNA(dsDNA)的重要生理病理过程。在细胞核中,MRE11/RAD50/NBS1(MRN)复合物、KU70/KU8 0识别受体结合断裂的DNA并分别招募激酶ATM、DNA-PKcs,共同维持基因组的稳定。而在胞质中,DNA识别受体可结合外源的病原体DNA、定位错误的自身的核DNA或线粒体DNA(mtDNA)、受损的DNA,激活NF-κB信号通路以及Ⅰ型干扰素受体信号通路促进促炎因子和Ⅰ型干扰素的产生,发挥促炎、抗菌抗病毒的作用。细胞质中不同的DNA识别受体与DNA的结合会导致相似的最终效应,但是不同的识别受体引发抗病毒及促炎效应的中间途径并不完全相同,而且DNA识别受体信号也会影响其他的细胞过程,如细胞再生。更有研究报道细胞核内DNA识别受体介导的DNA损伤修复反应能诱导炎症反应的激活。不同的DNA识别受体在机体中以不同途径参与各种炎症性疾病的发生与发展,如自身免疫性疾病、慢性阻塞性肺疾病、尘肺、哮喘等,随着越来越多的DNA识别受体的发现,研究其中的机制可能为炎症性疾病的治疗提供有效的药物靶点。急性肺损伤(ALI)及其严重阶段的急性呼吸窘迫综合征(ARDS),是由肺内原因或肺外原因引起的以严重的低氧血症、气道功能障碍与肺部失控的炎症反应为主要特征的临床异质性疾病。肺炎和败血症是引起ALI/ARDS的两大主要原因。有研究表明创伤和败血症患者血浆中mtDNA的水平和并发ALI/ARDS有关,但是这些异位的mtDNA如何诱导ARDS的发生尚未阐明,DNA识别受体信号通路在ALI/ARDS中的作用仍有待进一步研究。DNA识别受体MRN复合物中的一个蛋白MRE11已被确定是一种线粒体保护蛋白,MRN复合物招募的一个蛋白ATM也能定位在线粒体,但是RAD50在线粒体中的功能是未知的,RAD50、MRE11在ALI中的作用至今未有研究报道。因此我们利用RAD50髓系缺失的小鼠和ATM基因敲除的小鼠及其原代巨噬细胞,对DNA识别受体RAD50在LPS诱导的巨噬细胞炎症和急性肺损伤中的作用及其相关调控机制进行了实验研究。第一部分:DNA识别受体RAD50在脂多糖诱导的巨噬细胞炎症中的作用及其调控机制研究目的:利用RAD50缺失的原代巨噬细胞和ATM缺失的原代巨噬细胞探究DNA识别受体RAD50在脂多糖(LPS)诱导的巨噬细胞炎症中的调控作用及其分子机制。方法:提取RAD50髓系缺失的小鼠和ATM基因敲除的小鼠的原代巨噬细胞,给予LPS干预,利用免疫荧光检测胞质中dsDNA水平、EdU荧光染色检测mtDNA合成及释放;利用western blot以及免疫荧光、流式细胞术、电镜等检测核DNA 损伤、mtDNA 损伤;利用 western blot 检测 RAD50、MRE11、NBS1 的表达以及下游的STING和NF-κB的表达;利用qPCR检测巨噬细胞炎症因子的表达。结果:我们发现LPS干预原代巨噬细胞后,胞质中dsDNA增多,mtDNA合成和释放增多,线粒体活性氧(mtROS)产生增多。同时LPS能够上调原代巨噬细胞RAD50的表达,增加MRE11/RAD50/NBS1复合物中的另外两个蛋白MRE11、NBS1的表达。胞质中的dsDNA能够招募RAD50,形成RAD50-dsDNA foci。但是RAD50的缺失对LPS诱导的巨噬细胞mtDNA合成以及释放没有影响,LPS诱导的mtROS的产生以及线粒体的形态学变化也与RAD50无关。RAD50缺失,LPS诱导的STING激活减弱、NF-κB pp65的表达及其介导的炎症因子Cxcl1、Cxcl2的表达降低。同时,MRE11敲降也能降低LPS诱导的Cxcl1、Cxcl2的表达。结论:我们确定了 DNA识别受体RAD50在LPS诱导的巨噬细胞炎症反应中的作用。我们发现LPS诱导的mtDNA的合成和释放引起胞浆dsDNA的增加,RAD50结合dsDNA,激活STING和NF-κB信号通路,从而促进促炎性细胞因子的释放。第二部分:DNA识别受体RAD50在脂多糖诱导的急性肺损伤中的作用研究目的:构建脂多糖(LPS)诱导的急性肺损伤模型,初步探索DNA识别受体RAD50在LPS诱导的急性肺损伤中的作用。方法:利用RAD50髓系缺失的小鼠以及ATM全身性敲除的小鼠,构建LPS诱导的小鼠急性肺损伤炎症模型。获得肺泡灌洗液(BALF),通过对BALF的分析,确定细胞总数以及白细胞分类;进行H&E染色了解肺组织病理情况;Evans blue实验确定肺血管通透性;肺组织湿干比检测肺水肿情况;qPCR、ELISA检测肺组织、BALF的炎症因子的表达;western blot检测肺组织STING的激活、NF-κB p65的磷酸化。结果:在利用RAD50髓系敲除小鼠构建的ALI模型中,RAD50髓系敲除小鼠肺组织炎症细胞尤其是中性粒细胞的数量减少,趋化因子Cxcl1、Cxc12以及细胞因子Il-6的的表达降低,肺组织病理切片也表明RAD50缺失减少LPS诱导的急性肺损伤。同时也检测了 STING信号通路的蛋白表达,发现RAD50髓系敲除后急性肺损伤肺组织中STING的激活减弱以及pp65的表达也降低。结论:RAD50髓系敲除引起LPS诱导的急性肺损伤肺部炎症缓解,这提示DNA识别受体可能在ALI/ARDS等炎症性疾病的发生发展过程中起着重要的作用。
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