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Hedgehog(Hh)信号通路是发育生物学五大信号通路之一,其基本功能是对细胞发育的调控。因此,在很多的生命过程中均发挥着重要的作用,如组织的发育与肿瘤的形成等。然而,Hh信号通路在上皮细胞中的免疫调控的功能还不清楚。由于秀丽隐杆线虫的表皮细胞能够针对外界病原体入侵或机械损伤等不同的侵扰产生高度保守并且有特异性的免疫应答,所以线虫的表皮能够作为模型来研究上皮细胞固有免疫的作用机制。本课题利用线虫表皮细胞为模型,检测Hh信号通路蛋白对固有免疫应答的调控,并寻找和深入研究其调控固有免疫应答的分子机制。我们采用的研究方法以及得到的结果如下:1)通过RNAi的方法来敲降Hh信号通路的蛋白,检测其缺失对抗菌肽表达水平的影响。通过观察线虫表皮细胞固有免疫应答标志基因nlp-29荧光报告系统表达水平的变化,发现大部分Hh信号通路蛋白的缺失并不会引起抗菌肽nlp-29转录水平的上调。只有Hh信号通路受体ptc-3、配体qua-1以及patched相关受体ptr-4,ptr-23基因的缺失上调了抗菌肽的表达。2)通过荧光标记来观察参与调控固有免疫应答的Hh信号通路蛋白的空间排布。结果发现Hh信号通路受体PTC-3和配体QUA-1表达在半桥粒区域以及胞质中。3)通过RNAi敲降的方法检测Hh信号通路蛋白对半桥粒结构的影响。结果发现绝大多数Hh信号通路基因的缺失对半桥粒的结构没有明显的影响,只有受体ptc-3和ptr-4的缺失会破坏半桥粒的结构。4)选用线虫表皮细胞中参与调控固有免疫应答的信号通路成分的突变体虫株来寻找Hh信号通路蛋白缺失引起的固有免疫应答所依赖的信号通路。结果发现STAT家族蛋白STA-2的缺失阻断了 PTC-3蛋白缺失引起的抗菌肽上调,p38MAPK信号通路成员SEK-1的缺失并没有阻断PTC-3缺失引起的抗菌肽上调,说明PTC-3缺失引起的抗菌肽上调依赖于STAT家族蛋白STA-2,而不依赖于传统的p38MAPK信号通路。5)利用RNAi敲降半桥粒顶膜受体MUP-4,观察半桥粒结构破坏对Hh信号通路蛋白分布的影响。结果发现半桥粒顶膜受体MUP-4的缺失会破坏受体PTC-3的空间排布,说明半桥粒结构会影响PTC-3的空间定位。6)通过荧光标记和实时荧光定量PCR检测Hh信号通路蛋白缺失后STA-2的转录和蛋白水平的表达变化。发现PTC-3基因缺失引起了 STA-2转录水平和蛋白水平表达的上调。7)利用显微注射针扎的方法在线虫表皮制造单一的伤口,观察Hh信号通路配体和受体的空间定位的变化情况。结果发现线虫表皮遭遇机械损伤后,Hh信号通路受体PTC-3的空间分布发生了紊乱,而配体QUA-1的分布没有明显的变化,说明PTC-3很可能参与上皮细胞对机械损伤的识别和免疫防御作用,并且上皮细胞遭受的机械损伤很可能会导致Hh受体和配体的错位解离,继而激活下游的固有免疫应答。8)通过RNAi的方法敲降体外培养的成人表皮角质形成细胞中的Hh信号通路受体,并检测其缺失后细胞内的抗菌肽和细胞因子的表达情况。结果发现人类表皮角质形成细胞中的与PTC-3同源的Hh信号通路受体PTCH1的缺失上调了细胞内抗菌肽和细胞因子的表达,说明PTCH1在上皮细胞中有抑制固有免疫应答的作用。受体Smoothened的缺失下调了细胞内抗菌肽和细胞因子的表达,因此我们猜测Hh信号通路对上皮细胞固有免疫的监控功能很可能在进化上是保守的。综上所述,我们发现了 Hh信号通路蛋白PTC-3参与调控上皮细胞固有免疫应答,并且依赖于STAT家族蛋白STA-2这一信号通路。PTC-3很可能还参与上皮细胞对机械损伤的识别和免疫防御作用。当细胞遭受机械损伤或者半桥粒的破坏时,PTC-3会与QUA-1发生解离,并且激活下游信号传导通路,最后通过STAT家族蛋白STA-2来调控固有免疫应答。哺乳动物细胞中的Hh信号通路受体PTCH1也参与调控固有免疫应答,所以从进化上来说Hh信号通路的免疫监控功能可能是保守的。我们的研究结果揭示了Hh信号通路除了参与调控细胞发育外,还在上皮细胞中具有免疫监视和免疫抑制这项生理功能。因此,我们的研究将为Hh信号通路在上皮细胞中的功能提供全新的认知,并为有Hh信号通路参与的上皮细胞炎症和肿瘤发生等病理机制提供全新的理论依据。