斑马鱼生长抑素3在炎症性肠病中的免疫调节作用

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生长抑素(somatostatin,SS或SST)是一类多功能神经肽,是神经内分泌生长轴的关键调节因子。在硬骨鱼类中,已经在基因组中识别出六个编码SST的基因(sst1-sst6),但对其功能知之甚少。我们已经对SSTs及其受体的作用进行了系统的调查和研究,并构建了斑马鱼生长抑素家族基因突变体。在本研究中,我们对生长抑素3(somatostatin 3,sst3)斑马鱼突变体的免疫表型进行了初步的功能鉴定。为验证s st3的免疫表型,实验利用硫酸葡聚糖钠盐(dextran sulfate sodium,DSS)浸泡处理斑马鱼受精后3天的整胚幼鱼,构建了一种名为炎症性肠病(inflammatory bowel dis ease,IBD)的疾病模型,以判断在该模型下,sst3是否会发挥一定的免疫调节作用。首先我们验证了所构建的疾病模型是否和所参考的DSS诱导的斑马鱼炎症性肠病模型的炎性表征一致:我们选取了其中三个炎症指标验证,分别是:肠道酸性黏液蛋白量、炎性因子表达量、嗜中性粒细胞数量是否均有增多或上升趋势。我们分别采用如下方法对验证以上三个炎性指标:采用阿尔辛蓝-过碘酸雪夫染色法(alcian b lue periodicacid sthiff,AB-PAS)对幼鱼组织切片染色,检测DSS处理前后肠道中酸性黏液蛋白的产生量,并利用定量逆转录聚合酶链反应(quantitative reverse tran scription polymerasechain reaction,q RT-PCR)对DSS处理前后整胚幼鱼的相关免疫基因表达进行了分析且通过转基因鱼系Tg(mpx:EGFP)观察DSS处理前后鱼体内嗜中性粒细胞的数量的变化。通过以上实验我们发现:与对照组相比,DSS处理后,斑马鱼酸性粘蛋白在肠球中积累,并导致野生型斑马鱼的il1β、il8、mmp9、il10和tnfα基因转录明显上调,且利用转基因鱼系Tg(mpx:EGFP)发现DSS处理后斑马鱼体内嗜中性粒细胞的数量急剧增多。这些炎性现象与已报道的斑马鱼IBD的免疫表征一致,初步证明该疾病模型构建成功。随后我们将该模型应用到sst3突变体和野生型中,通过对比野生型以及突变体在以上三个炎症指标的差异发现:1)野生型与突变体经DSS处理后,相比于各自未处理组,均在肠道中产生了大量的酸性黏液蛋白,但与野生型相比,sst3突变体酸性粘蛋白的积累量更多。2)同样,相比于未处理前,炎性因子表达量在突变体和野生型中也出现显著上调的,但突变体促炎因子il1β、il8、mmp9和tnfα的表达量较野生型上调更加显著,有趣的是抑炎因子il0却在突变体中上调程度低于野生型,可能这是导致后期突变体高死亡率的原因。3)最后,我们观察了野生型以及突变体体内在DSS处理时期嗜中性粒细胞的状态,发现相比于未处理前两种基因类型鱼系中均积累了较多的嗜中性粒细胞,但各组具体数量对比未知。以上三个炎症指标似乎显示野生型炎症严重程度似乎较突变体略轻,故后期我们又观察了两组的LD50以及单浓度下两组的生存曲线会出现什么样的趋势。LD50的统计结果显示:stt3突变体(0.59136%w/v)的LD50低于野生型(0.67657%w/v)。且单浓度DSS(0.66%w/v)处理后,统计不同时间下各组的死亡率发现:sst3突变体死亡数量多余野生型。故我们推测DSS处理后突变体由于鱼体内的炎症反应较剧烈从而导致其死亡,而野生型体内没有出现过度的炎症反应,使得其死亡数量少于突变体,这些结果可能初步说明sst3缺失导致斑马鱼幼鱼抵御外界有害刺激的能力下降。为了更全面的分析DSS处理后,对突变体及野生型机体造成的影响。我们又利用高通量测序技术分析了sst3突变体及野生型,经DSS处理后(相比于各自对照组)在转录组水平上的差异。通过分析我们发现:在分析野生型突变体相比于各自对照组的差异基因的交集基因的表达水平时,sst3野生型以及突变体在DSS浸泡后,角蛋白相关基因的表达量均急剧下降,其中包含角蛋白1(keratin t ype1,krt1)有研究表明,krt1的表达量与肠炎的炎症程度呈负相关,肠道炎症越严重,角蛋白的表达量越低。而sst3突变体中krt1的表达量均低于野生型。进一步说明突变体炎症程度较野生型严重。另外KEGG-pathway转录组数据显示:突变体和野生型在DSS刺激后均富集到了名为细胞色素P450(cytochrome-P450,CPY450)通路。但我们发现sst3野生型组,在DSS刺激后,细胞色素P450对外源物质代谢的影响(metabolism of xenobiotics by cytochrome P450)显著性p=0.000664179高于突变体p=0.003722379。而外源性CPY450主要起清除外界有毒物质的作用。而野生型该通路的显著性高于突变体,说明野生型清除外界有毒物质的能力强于突变体。再结合两组的LD50和生存曲线结果,说明sst3在机体抗炎过程中发挥着一定的作用。而控制内源性代谢的CPY450的主要参与内源性激素、脂肪或胆固醇等的代谢。在临床研究中,CYP450参与代谢甾体激素类药物。二者的相互作用决定了临床多种疾病如肿瘤炎症或自身免疫病发生的易感性以及药物疗效。所以我们猜测结果中的药物代谢细胞色素P450(Drug metabolism cytochrome P450)与这个内源性作用有关。而结果中该通路野生型p值(0.0000955135)小于突变体(0.0000154013189)。说明该通路中的基因在野生型中表达不剧烈。我们猜测可能药物代谢细胞色素P450这个通路可能与某种甾体类激素联合作用抑制DSS引发的炎症反应。而野生型没有突变体显著说明野生型幼鱼体内的炎症反应没有突变体剧烈,不需要激发出高表达的内源性CPY450。最后,在斑马鱼DSS诱导的IBD中,视黄酸(retinoic acid,RA)可以诱导更为严重的炎症表型,加速斑马鱼死亡。而KEGG pathway中,突变体富集到视黄醇,而野生型却没有。说明可能sst3具有抑制视黄醇分泌从而抑制炎症的作用。综上,此研究结果表明,sst3可以抑制炎症,因此我们推测它在斑马鱼和其他脊椎动物似乎中起到免疫调节作用。
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