氧化三甲胺通过介导CD4+T细胞SPI-1的异常表达调控NLRP3/IL-1β信号通路在腹主动脉瘤发生发展中的机制研究

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研究目的:腹主动脉瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)的破裂率较高,严重威胁着人类健康,给患者带来巨大的经济负担。目前,AAA的治疗仅限于开放手术和腔内修复,缺乏有效的药物预防和治疗。此外,AAA的发病机制较为复杂且尚不明确。许多研究发现肠道菌群及其代谢产物在心血管疾病中发挥着重要作用,但其在AAA发病机制中的影响未见报道。因此,我们将探索肠道菌群代谢产物氧化三甲胺(trimethylamine N-oxid,TMAO)如何参与调节AAA的发生与进展。研究方法:(1)、分别收集AAA患者和对照人群的粪便、血液和组织标本,采用16S和非靶向代谢组学测序分别检测两组人群粪便中肠道菌群以及代谢产物的差异;q RT-PCR和免疫组织化学染色(immunohistochemical staining,IHC)分别检测两组人群循环和动脉组织中CD4+T细胞转录因子沙门氏菌致病性岛1(salmonella pathogenicity island-1,SPI-1)、炎性小体核苷酸结合寡聚化结构域样受体3(NOD-like receptor 3,NLRP3)及其下游因子白介素1β(interleukin-1β,IL-1β)的表达差异;ELISA检测两组人群血清中TMAO和IL-1β的表达差异。(2)、应用弹力蛋白酶灌注法建立SD大鼠AAA模型,实验设立4组,分别为sham组(生理盐水灌注)、AAA组(弹力蛋白酶灌注)、TMAO组(弹力蛋白酶灌注,高胆碱饮食)和3,3-二甲基-1-丁醇(3,3-Dimethyl-1-butanol,DMB)组(弹力蛋白酶灌注,高胆碱饮食,1%DMB饮水)。在建立模型第0天、14天、28天时分别进行超声检查,测量灌注段腹主动脉的最大内径以确认成瘤情况。于术后28天处死动物,收集大鼠的外周血和动脉组织便于后续实验。采用苏木素-伊红、Weigert弹力纤维、马松胶原纤维染色对动脉结构进行组织学检测,观察不同组别动脉壁病理学改变。q RT-PCR、免疫印迹(western blot,WB)和IHC分别检测不同组别循环中和动脉壁SPI-1、NLRP3和IL-1β的表达差异及CD4+T细胞浸润;ELISA检测不同组别血清中TMAO和IL-1β的表达差异。(3)、使用TMAO处理人原代CD4+T细胞和Jurkat细胞系以及转染si-SPI-1后的细胞,48h后收集细胞沉淀和上清液便于后续分析。q RT-PCR和WB分别检测细胞沉淀中SPI-1、NLRP3和IL-1β的表达差异;ELISA检测上清液中IL-1β的表达差异。研究结果:(1)、相较于对照人群,AAA患者肠道菌群中厚壁菌数量显著增多,肠道菌群代谢产物TMAO水平显著升高,循环中和动脉壁SPI-1、NLRP3和IL-1β表达量显著上升。(2)、体内实验研究结果显示:高胆碱饮食加速AAA的进展,表现为:相较于AAA组,TMAO组大鼠的最大内径明显更大,弹力纤维断裂程度明显更重,胶原沉积明显更多,而DMB组却逆转了这些改变。高胆碱饮食促进炎症反应的发生,表现为:相较于AAA组,TMAO组大鼠循环中和动脉壁SPI-1、NLRP3和IL-1β的表达量上升且CD4+T细胞浸润显著增加,而DMB组却显著降低。(3)、体外实验研究结果显示:相较于对照组,TMAO处理组SPI-1、NLRP3和IL-1β表达量显著上升。转染si-SPI-1后,相较于si-SPI-1组,TMAO处理组SPI-1、NLRP3和IL-1β的变化没有统计学差异,进一步表明TMAO通过介导CD4+T细胞SPI-1的异常表达调控NLRP3/IL-1β信号通路。研究结论:AAA患者肠道厚壁菌比例以及代谢产物TMAO水平升高。TMAO促进弹力蛋白酶灌注诱导的实验性AAA的进展、CD4+T细胞浸润以及炎性小体NLRP3的表达,其具体的机制可能是通过介导CD4+T细胞SPI-1的异常表达调控NLRP3/IL-1β信号通路来实现。
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