TLR4介导的ATP释放在副猪嗜血杆菌脂多糖上调IL-1β中的作用机制

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副猪嗜血杆菌(Haemophilus parasuis,HPS)是一种革兰氏阴性细小杆菌,存在于猪的上呼吸道,可引起猪的多发性浆膜炎、关节炎以及脑膜炎等症状,常与猪繁殖与呼吸综合征病毒(Porcine reproductive and respiratory syndrome virus,PRRSV)等病原体发生混合感染或继发感染,引起较高的发病率和死亡率。部分强毒力HPS菌株可突破宿主的先天性免疫和获得性免疫防线,逃避细胞免疫和体液免疫体系。HPS的自身分子结构(如脂多糖)以及产生的蛋白等可以作为毒力因子,在粘附和侵袭宿主以及逃避宿主的天然免疫和炎症过程中发挥重要作用,造成猪体患病甚至死亡。因此对HPS致病和炎性相关信号通路的研究至关重要。P2X7受体是一种膜蛋白受体,是ATP-门控阳离子通道,ATP与P2X7受体结合后,阳离子通道打开,引起Ca2+、Na+内流和K+外流,并促使细胞膜孔道的形成,继而导致炎性细胞因子如IL-1β的释放。NLRP3炎性小体主要包括NLRP3蛋白和Caspase-1蛋白以及凋亡相关斑点样蛋白(ASC)。NLRP3炎症小体启动后,激活的Caspase-1将pro-IL-1β切割成具有生物活性IL-1β,分泌至胞外。目前,尚没有HPS是否通过激活ATP/P2X7受体信号通路对机体产生影响的报道。TOLL样受体(TLRs)是一类模式识别受体(PRRs),可识别各种病原体相关分子模式(PAMP)来驱动免疫反应。TLR4属于TLRs家族,可以激活MyD88/TIRAP和TRIF/TRAM两条信号通路来诱导炎症反应。PAMP是微生物中高度保守的结构,比较有代表性的PAMP包括革兰氏阴性细菌的脂多糖(LPS),可以识别TLR4,引起炎性因子的表达,导致炎症的产生。1、副猪嗜血杆菌的流行病学分析本研究对山东省12个地区的发病猪场送检的103份疑似病料进行HPS的分离鉴定,以了解副猪嗜血杆菌病的流行情况。结果显示山东省疑似病料中副猪嗜血杆菌的检出率为28.16%,其中血清4型和5型最为流行,其次是1、12型。该病一年四季均可发生,但在春季(3、4月份)和秋季(10、11月份)更易暴发流行。本研究发现发病猪多集中于3150日龄,这与仔猪的早期断奶养殖模式及其母源抗体的消长规律有关。检测PRRSV疑似血清样品共447份(同时检测其中包含的31份HPS和PRRSV的双疑似样品),结果显示166份样品为PRRSV阳性,16份样品为HPS和PRRSV双阳性,说明临床上HPS和PRRSV混合感染的情况时常发生。2、ATP/P2X7受体信号通路在副猪嗜血杆菌感染宿主细胞中的作用机制用HPS(1×107 CFU/mL)、HPS的LPS(500 ng/mL)和大肠杆菌的LPS(500 ng/mL)分别刺激PAM细胞后,分别用ATP(3 mM)、Apyrase(10μM)和Nigericin(10μM)处理PAM细胞,用ELISA、荧光定量PCR和Western Blot分别从基因转录水平和蛋白水平检测IL-1β及相关蛋白的转录和表达情况。检测结果说明ATP通过P2X7受体介导的信号通路引发IL-1β表达和分泌,并且此过程与NLRP3炎性小体的形成有关。A-740003是P2X7受体的竞争性拮抗剂,可以抑制P2X7受体发挥作用。用HPS的LPS(500 ng/mL)刺激PAM细胞后,用不同浓度的A-740003(1μM、10μM、100μM)处理PAM细胞,用ELISA和Western Blot检测IL-1β及相关蛋白的表达情况,结果进一步表明ATP是通过P2X7受体介导的信号通路引发IL-1β表达和分泌,此过程与NLRP3炎性小体的激活密切相关但不呈浓度依赖性,说明ATP/P2X7受体介导的信号通路可以引起HPS感染的宿主细胞中IL-1β的表达。3、TLR4与副猪嗜血杆菌LPS上调IL-1β的关系TLR4被siRNA干扰后,用HPS的LPS刺激PAM细胞,用荧光定量PCR、ELISA和Western Blot分别从基因转录水平和蛋白水平检测IL-1β及相关蛋白的转录和表达情况。结果表明IL-1β的表达和分泌受TLR4的激活或抑制的影响,TLR4被siRNA干扰后,P2X7受体和NLRP3表达下调,继而引发IL-1β的表达下调,TLR4与ATP/P2X7受体信号通路之间存在相互作用关系。TLR4基因被沉默后ATP的释放量下调,说明TLR4在ATP释放过程中发挥作用。TLR4引发的ATP的释放间接激活ATP/P2X7受体信号通路,因此TLR4对ATP/P2X7受体信号通路的激活也有促进作用。本研究为副猪嗜血杆菌病的诊断与防治提供了临床和理论依据,为阐明HPS触发的信号通路提供新的思路和佐证,为副猪嗜血杆菌病药物作用靶点提供依据。
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