甄瑾,春梅,李敏,劉斌,王梅玲,云永利,柳雅潔,馬翔凌
白介素(interleukin,IL)-22是由多種免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子,包括輔助性T細(xì)胞(helper T cell,Th)17、NK22細(xì)胞和Th22[1],其可參與多種自身免疫性疾病的發(fā)生和發(fā)展,如系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)、干燥綜合征和銀屑病等。MS是典型的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)特發(fā)性炎性脫髓鞘疾?。╥diopathic inflammatory demyelinating diseases,IIDDs),其好發(fā)于年輕女性。研究證實,IL-22受體α2升高是MS的危險因素[2],IL-22參與了血-腦脊液屏障(blood brain barrier,BBB)的破壞,進(jìn)而促進(jìn)淋巴細(xì)胞進(jìn)入CNS,增加炎癥因子釋放,加速MS進(jìn)程[3]。
星形膠質(zhì)細(xì)胞是CNS的一類重要細(xì)胞,其可為CNS神經(jīng)元提供營養(yǎng)支持,促進(jìn)神經(jīng)突觸形成,且其在維持CNS穩(wěn)態(tài)和功能中起關(guān)鍵作用。研究表明,阿爾茨海默病、帕金森病、MS等神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者以補(bǔ)體C3高表達(dá)為特征的A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞含量升高[4];此外,F(xiàn)KBP5、GGTA1、Serping1、Srgn等蛋白表達(dá)增加也是A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞的重要特征[5]。活化的小膠質(zhì)細(xì)胞可通過分泌IL-1α、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、C1q等細(xì)胞因子可誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化[4]。但I(xiàn)L-22作為MS病理進(jìn)程中的重要細(xì)胞因子,對星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化是否有影響尚未見報道。本研究旨在探討IL-22對星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的促進(jìn)作用及可能機(jī)制,以期為MS發(fā)病機(jī)制的研究提供新的方向。
1.1 實驗時間 本實驗時間為2020-06-20至2021-09-23。
1.2 主要試劑和儀器 主要試劑:重組人IL-22蛋白(北京拜爾迪生物技術(shù)有限公司,貨號:bs-2623R),重組人IL-1α(北京拜爾迪生物技術(shù)有限公司,貨號:bs-4947p),重組人TNF-α(Abcam公司,貨號:ab9642),重組人C1q(Abcam公司,貨號:ab96363),TRIzol(美國Sigma公司),反轉(zhuǎn)錄試劑盒(Vazyme公司),StarLighter Probe qPCR Mix(Universal)(北京啟恒星科技有限公司,F(xiàn)S-Q3002),兔抗C3單抗(Abcam公司,貨號:ab200999),兔抗磷酸化-絲裂原活化蛋白激酶p38(phosphorylated p38 mitogen-activated protein kinase,p-p38 MAPK)抗體(北京拜爾迪生物技術(shù)有限公司,貨號:bs-5476R),兔抗磷酸化-絲裂原活化蛋白激酶活化的蛋白激酶2(phosphorylated mitogen activated protein kinase activated protein kinase 2,p-MAPKAPK-2)抗體(北京拜爾迪生物技術(shù)有限公司,貨號:bs-5503R),二抗羊抗兔單克隆抗體(上海碧云天生物技術(shù)有限公司,貨號:A0208)。主要儀器:細(xì)胞二氧化碳培養(yǎng)箱(SANYO,MCO-175),Vortex振蕩器(Kylin-Bell Lab Instruments,XW-80A),移液器(Eppendorf Reference,4924000908),混勻儀(其林貝爾儀器制造有限公司,TS-100),Nanodrop分光光度計(Thermo,2000/2000C),qPCR儀(ABI,VII7),SDS-Acryl/Bis蛋白電泳儀(上海天能科技有限公司,VE-180),蛋白轉(zhuǎn)膜儀(上海天能科技有限公司,VE-186),化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)(GE,AI600)。
1.3 實驗方法
1.3.1 細(xì)胞培養(yǎng) 將人星形膠質(zhì)細(xì)胞HA1800(購自中國科學(xué)院上海細(xì)胞庫)在AM1801培養(yǎng)基中培養(yǎng)(傳代不超過10代),待細(xì)胞生長融合至90%,采用0.25%胰酶消化細(xì)胞并加入4 ml完全培養(yǎng)基,輕輕吹打細(xì)胞,轉(zhuǎn)入15 ml離心管中,800 r/min(離心半徑10 cm)離心3 min,棄上清液。再用3 ml含10% FBS的完全培養(yǎng)基重懸細(xì)胞,并將其分到3個T25細(xì)胞培養(yǎng)瓶中,置于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
1.3.2 qPCR 將人星形膠質(zhì)細(xì)胞分為對照組、IL-22處理組、C1q+TNF-α+IL-1α處理組及C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組。對照組細(xì)胞未進(jìn)行特殊處理,IL-22處理組細(xì)胞給予IL-22(400 ng/ml)處理48 h,C1q+TNF-α+IL-1α處理組細(xì)胞給予C1q(400 ng/ml)、TNF-α(30 ng/ml)、IL-1α(3 ng/ml)聯(lián)合處理48 h,C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組細(xì)胞給予C1q(400 ng/ml)、TNF-α(30 ng/ml)、IL-1α(3 ng/ml)、IL-22(400 ng/ml)聯(lián)合處理48 h。之后采用胰蛋白酶消化并收集細(xì)胞。采用Trizol法提取細(xì)胞總RNA,Nanodrop 100分光光度計檢測RNA濃度及質(zhì)量。將1.0 μg RNA進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄,得到cDNA的第一鏈,之后以cDNA為模板進(jìn)行qPCR,檢測補(bǔ)體C3 mRNA表達(dá)水平,實驗獨立重復(fù)3次。
將人星形膠質(zhì)細(xì)胞分為對照組和IL-22處理組,對照組細(xì)胞未進(jìn)行特殊處理;IL-22處理組細(xì)胞給予IL-22(400 ng/ml)處理48 h。采用qPCR檢測FKBP5、GGTA1、Serping1、Srgn mRNA表達(dá)水平,檢測步驟同上,實驗獨立重復(fù)3次。qPCR引物序列見表1。
表1 qPCR引物序列Table 1 qPCR primer sequences
1.3.3 Western blot法 將人星形膠質(zhì)細(xì)胞分為對照組、IL-22處理組、C1q+TNF-α+IL-1α處理組及C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組。對照組細(xì)胞未進(jìn)行特殊處理,IL-22處理組細(xì)胞給予IL-22(400 ng/ml)處理48 h,C1q+TNF-α+IL-1α處理組細(xì)胞給予C1q(400 ng/ml)、TNF-α(30 ng/ml)、IL-1α(3 ng/ml)聯(lián)合處理48 h,C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組細(xì)胞給予C1q(400 ng/ml)、TNF-α(30 ng/ml)、IL-1α(3 ng/ml)、IL-22(400 ng/ml)聯(lián)合處理48 h。之后采用胰蛋白酶消化并收集細(xì)胞,加入200 μl細(xì)胞裂解液(150 mmol/L NaCl,1% NP-40,0.1% SDS,1 mmol/L PMSF,1%蛋白酶抑制劑),置于冰上裂解10 min。4 ℃環(huán)境下,12 000 r/min(離心半徑10 cm)離心10 min。將上清液轉(zhuǎn)移到新的EP管中,加上樣緩沖液;4 ℃環(huán)境下,12 000 r/min(離心半徑10 cm)離心1 min,采用Bradford法檢測總蛋白濃度。然后取20 μg總蛋白進(jìn)行SDS-PAGE,電泳完成后將蛋白轉(zhuǎn)移到PVDF膜上,采用5%脫脂牛奶室溫?fù)u床封閉1 h,TBST洗膜3次,5 min/次。加入一抗(1∶2 000),4 ℃過夜;加入二抗(1∶3 000)室溫孵育1 h。TBST洗膜3次,10 min/次。采用ECL法顯色,檢測補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平,實驗獨立重復(fù)3次。
將人星形膠質(zhì)細(xì)胞分為對照組、IL-22處理組、絲裂原活化蛋白激酶p38(p38 mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK)抑制劑處理組、IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組。對照組細(xì)胞未進(jìn)行處理,IL-22處理組細(xì)胞采用IL-22(400 ng/ml)處理60 min,p38 MAPK抑制劑處理組細(xì)胞采用p38 MAPK 抑制劑SB202190(10 μmol/L)處理60 min,IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組細(xì)胞采用IL-22(400 ng/ml)、p38 MAPK 抑制劑SB202190(10 μmol/L)處理60 min。采用Western blot法檢測磷酸化p38(phosphorylated p38,p-p38)、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平,檢測方法同上,實驗獨立重復(fù)3次。
1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用Graphpad prism 9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理。符合正態(tài)分布的計量資料以(±s)表示,多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用q檢驗,兩組間比較采用成組t檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
2.1 IL-22促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞補(bǔ)體C3 mRNA、蛋白表達(dá) 對照組、IL-22處理組、C1q+TNF-α+IL-1α處理組、C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組補(bǔ)體C3 mRNA、蛋白表達(dá)水平比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);IL-22處理組、C1q+TNF-α+IL-1α處理組及C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組補(bǔ)體C3 mRNA、蛋白表達(dá)水平高于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);C1q+TNF-α+IL-1α處理組、C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組補(bǔ)體C3 mRNA、蛋白表達(dá)水平高于IL-22處理組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表2、圖1。
表2 對照組、IL-22處理組、C1q+TNF-α+IL-1α處理組及C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組補(bǔ)體C3 mRNA、蛋白表達(dá)水平比較(±s,n=3)Table 2 Comparison of expression levels of complement C3 mRNA and protein in the control group,IL-22 interventional group,C1q+TNF-α+IL-1α interventional group and C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22 interventional group
表2 對照組、IL-22處理組、C1q+TNF-α+IL-1α處理組及C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組補(bǔ)體C3 mRNA、蛋白表達(dá)水平比較(±s,n=3)Table 2 Comparison of expression levels of complement C3 mRNA and protein in the control group,IL-22 interventional group,C1q+TNF-α+IL-1α interventional group and C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22 interventional group
注:IL=白介素,TNF-α=腫瘤壞死因子α;a表示與對照組比較,P<0.05;b表示與IL-22處理組比較,P<0.05
組別 補(bǔ)體C3 mRNA 補(bǔ)體C3蛋白對照組 1.001±0.063 0.361±0.023 IL-22處理組 1.848±0.054a 0.618±0.029a C1q+TNF-α+IL-1α處理組 2.622±0.084ab 0.720±0.064ab C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組 2.760±0.096ab 1.195±0.075ab F值 340.700 132.787 P值 <0.001 <0.001
圖1 對照組、IL-22處理組、C1q+TNF-α+IL-1α處理組、C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組補(bǔ)體C3蛋白SDS-PAGE圖Figure 1 SDS-PAGE of complement C3 protein in the control group,IL-22 interventional group,C1q+TNF-α+IL-1α interventional group and C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22 interventional group
2.2 IL-22促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞FKBP5、GGTA1、Serping1、Srgn mRNA表達(dá) IL-22處理組FKBP5、GGTA1、Serping1、Srgn mRNA表達(dá)水平高于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表3。
表3 對照組和IL-22處理組FKBP5、GGTA1、Serping1、Srgn mRNA表達(dá)水平比較(±s,n=3)Table 3 Comparison of mRNA expression levels of FKBP5,GGTA1,Serping1 and Srgn between control group and IL-22 interventional group
表3 對照組和IL-22處理組FKBP5、GGTA1、Serping1、Srgn mRNA表達(dá)水平比較(±s,n=3)Table 3 Comparison of mRNA expression levels of FKBP5,GGTA1,Serping1 and Srgn between control group and IL-22 interventional group
組別 FKBP5 GGTA1 Serping1 Srgn對照組 1.003±0.087 0.813±0.150 1.432±0.076 1.585±0.392 IL-22處理組 1.262±0.084 1.566±0.115 2.503±0.368 2.655±0.116 t值 -3.709 -6.900 -4.937 -4.533 P值 0.021 0.002 0.008 0.011
2.3 IL-22調(diào)控星形膠質(zhì)細(xì)胞補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)的相關(guān)信號通路 對照組、IL-22處理組、p38 MAPK抑制劑處理組、IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);IL-22處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平高于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);p38 MAPK抑制劑處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平低于對照組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平低于IL-22處理組,但高于p38 MAPK抑制劑處理組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表4、圖2。
圖2 對照組、IL-22處理組、p38 MAPK抑制劑處理組、IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白SDS-PAGE電泳圖Figure 2 SDS-PAGE electrophoresis of p-p38,p-MAPKAPK-2 and complement C3 protein in control group,IL-22 interventional group,p38 MAPK inhibitor interventional group and IL-22+p38 MAPK inhibitor interventional group
表4 對照組、IL-22處理組、p38 MAPK抑制劑處理組、IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平比較(±s,n=3)Table 4 Comparison of expression levels of p-p38,p-MAPKAPK-2 and complement C3 protein in control group,IL-22 interventional group,p38 MAPK inhibitor interventional group and IL-22+p38 MAPK inhibitor interventional group
表4 對照組、IL-22處理組、p38 MAPK抑制劑處理組、IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平比較(±s,n=3)Table 4 Comparison of expression levels of p-p38,p-MAPKAPK-2 and complement C3 protein in control group,IL-22 interventional group,p38 MAPK inhibitor interventional group and IL-22+p38 MAPK inhibitor interventional group
注:p38 MAPK=絲裂原活化蛋白激酶p38,p-p38=磷酸化p38,p-MAPKAPK-2=磷酸化-絲裂原活化蛋白激酶活化的蛋白激酶2;a表示與對照組比較,P<0.05;b表示與IL-22處理組比較,P<0.05;c表示與p38 MAPK抑制劑處理組比較,P<0.05
組別 p-p38 p-MAPKAPK-2 補(bǔ)體C3蛋白對照組 0.761±0.067 0.827±0.018 0.956±0.050 IL-22處理組 1.218±0.043a 1.244±0.052a 1.145±0.068a p38 MAPK抑制劑處理組 0.631±0.013a 0.682±0.011a 0.574±0.015a IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組 0.755±0.060bc 0.872±0.041bc 0.912±0.100bc F值 78.854 139.748 39.197 P值 <0.001 <0.001 <0.001
IL-22是IL-10家族成員,人IL-22由146個氨基酸組成,其與小鼠IL-22有80.8%的同源性,是一個具有α螺旋的二級結(jié)構(gòu),其通過與IL-22受體結(jié)合可發(fā)揮生物學(xué)活性[6]。IL-22受體屬于Ⅱ級細(xì)胞因子受體家族,由兩個亞單位組成,即IL-22受體1和IL-10受體2,前者主要表達(dá)于非免疫組織,如皮膚、肺臟、腎臟、胰腺等;后者廣泛表達(dá)于免疫細(xì)胞,如T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞等。研究表明,在小鼠和人腎臟細(xì)胞中,IL-22受體被激活后可引起STAT3和STAT5磷酸化,而IL-22可以活化JAK1和TYK2,從而激活絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路[7-8]。
CNS受損時,星形膠質(zhì)細(xì)胞會轉(zhuǎn)化成反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞,但反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞對CNS的修復(fù)作用尚存在爭議[9-10]。有研究者通過純化和遺傳分析反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)現(xiàn),星形膠質(zhì)細(xì)胞可以被激活成兩種極化狀態(tài):A1型(神經(jīng)毒性或促炎表型)和A2型(神經(jīng)保護(hù)或抗炎表型)[11],盡管上述分型并不能完全代表反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞表型,但其有助于理解不同CNS疾病中星形膠質(zhì)細(xì)胞的反應(yīng)狀態(tài)。
星形膠質(zhì)細(xì)胞是最豐富的膠質(zhì)細(xì)胞,對CNS功能維持具有重要作用,其可以參與神經(jīng)發(fā)育過程中神經(jīng)元的突觸形成、成熟和消除[12]。當(dāng)CNS損傷時,星形膠質(zhì)細(xì)胞在細(xì)胞外環(huán)境中可改變自身形態(tài)和功能特征,從而轉(zhuǎn)化為反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞[13]。與正常星形膠質(zhì)細(xì)胞相比,A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞具有以下特征:突觸功能下降,吞噬能力降低,神經(jīng)毒性增強(qiáng)[14]。一般情況下,神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞能維持CNS中的神經(jīng)元存活,但A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞可以分泌可溶性毒素,進(jìn)而迅速殺傷神經(jīng)元和成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞[15]。而CNS中小膠質(zhì)細(xì)胞分泌的多種炎性因子可共同活化星形膠質(zhì)細(xì)胞,進(jìn)而在多種CNS疾病中發(fā)揮生物學(xué)作用[16]。
研究表明,MS的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,涉及多種細(xì)胞和信號通路,除小膠質(zhì)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等外,星形膠質(zhì)細(xì)胞也在其中發(fā)揮了重要作用[15]。局灶性白質(zhì)活動性病變患者星形膠質(zhì)細(xì)胞肥大,可表達(dá)高水平的膠質(zhì)纖維酸性蛋白,促進(jìn)炎性細(xì)胞因子、趨化因子表達(dá)及髓鞘再生,進(jìn)而參與MS的發(fā)生[17];同時,在特定條件下星形膠質(zhì)細(xì)胞還表現(xiàn)出抗原遞呈細(xì)胞的特征,促進(jìn)免疫細(xì)胞應(yīng)答,加速CNS中的免疫損傷;再者,星形膠質(zhì)細(xì)胞還與MS的硬化斑塊形成直接相關(guān)[18]。因此,研究星形膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)化機(jī)制可能對MS的治療具有一定幫助。
研究表明,細(xì)胞因子IL-1α、TNF-α和C1q可以誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化[12]。本研究結(jié)果顯示,IL-22處理組補(bǔ)體C3 mRNA、蛋白表達(dá)水平及FKBP5、GGTA1、Serping1、Srgn mRNA表達(dá)水平均高于對照組,提示IL-22可以促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞;C1q+TNF-α+IL-1α處理組、C1q+TNF-α+IL-1α+IL-22處理組補(bǔ)體C3 mRNA、蛋白表達(dá)水平高于IL-22處理組,提示C1q、TNF-α、IL-1α對星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化的促進(jìn)作用強(qiáng)于IL-22,但其相互之間的作用復(fù)雜,其機(jī)制有待于進(jìn)一步闡明。
IL-22作為一種重要的細(xì)胞因子,可以激活多種信號通路[19]。本研究結(jié)果顯示,IL-22處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平高于對照組;p38 MAPK抑制劑處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平低于對照組;IL-22+p38 MAPK抑制劑處理組p-p38、p-MAPKAPK-2、補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)水平低于IL-22處理組,但高于p38 MAPK抑制劑處理組;提示IL-22可能通過促進(jìn)絲裂原活化蛋白激酶活化的蛋白激酶2(mitogen activated protein kinase activated protein kinase 2,MAPKAPK-2)磷酸化而激活p38-MAPK信號通路,進(jìn)而促進(jìn)補(bǔ)體C3蛋白表達(dá)。
綜上所述,IL-22可促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞向A1型星形膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化,其機(jī)制可能與IL-22促進(jìn)MAPKAPK-2磷酸化,進(jìn)而激活p38-MAPK信號通路有關(guān),這為MS發(fā)病機(jī)制的研究提供了新方向。
作者貢獻(xiàn):甄瑾、馬翔凌進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計;春梅、李敏、劉斌進(jìn)行研究的實施與可行性分析;王梅玲、柳雅潔進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、整理、分析;春梅、云永利進(jìn)行結(jié)果分析與解釋;甄瑾撰寫、修訂論文,負(fù)責(zé)質(zhì)量控制及審校,并對文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理。
本文無利益沖突。