Chinese 1型弓形虫感染对巨噬细胞的代谢重编程及极化的研究

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背景:弓形虫能够主动侵入几乎任何哺乳动物细胞类型,包括吞噬细胞。吞噬细胞(如树突状细胞)中的早期事件不仅是建立寄生虫感染的关键,而且反过来在启动宿主免疫中起着关键作用。现在人们认识到,除了一些免疫标记物和介质的变化外,巨噬细胞激活后也会发生相应的代谢组学改变。这些代谢变化对支持宿主发展中的免疫反应很重要,同时也会影响细胞内的虫体存活。然而,Chinese 1型弓形虫感染巨噬细胞,虫体与免疫细胞之间代谢组学的相关性尚未得到广泛研究。目的:本研究旨在探讨Chinese 1型弓形虫感染小鼠巨噬细胞的改变宿主细胞代谢途径及其极化偏移情况,为Chinese 1型弓形虫感染细胞免疫代谢组学分析提供新的角度,为研究我国优势基因虫株致病机制提供新策略。方法:(1)以正常的RAW264.7细胞作为对照组,分别用TgCtWh3、TgCtWh6刺激巨噬细胞24h,采用非标蛋白质组学检测巨噬细胞蛋白表达变化,对鉴定到的蛋白质进行生物信息学分析,并且基于差异表达蛋白进行包括,蛋白功能注释,功能分类、功能富集。(2)以正常的RAW264.7细胞作为对照组,分别用TgCtWh3、TgCtWh6和LPS(100ng/ml)刺激巨噬细胞24h,采用LCMS质谱分析检测糖代谢产物的在细胞中的差异表达。(3)以正常的RAW264.7细胞作为对照组,分别用TgCtWh3、TgCtWh6和LPS(100ng/ml)刺激巨噬细胞24h,通过荧光定量PCR(RT-PCR)和免疫印迹法(Western-blotting)检测巨噬细胞极化M1(i NOS,TNF-α)和M2(ARG-1,TGF-β)相关基因m RNA和蛋白的表达量。流式细胞术检测细胞表面标记分子CD11c和CD206的表达水平。结果:(1)本研究利用非标定量蛋白质组来测定对照组RAW264.7细胞与实验组Chinese1型弓形虫感染细胞组的蛋白表达改变。本研究共鉴定到的蛋白质有6136个,其中包含定量信息有4432个蛋白质,以1.5倍为差异表达的阈值,统计学检验p<0.05为显著性阈值,TgCtWh3与对照组相比有177个蛋白表达发生上调,484个蛋白表达发生下调。TgCtWh6与对照组相比有476个蛋白表达发生上调,632个蛋白表达发生下调。TgCtWh3与TgCtWh6组相比有254个蛋白表达发生上调,266个蛋白表达发生下调。(2)在GO分类中本研究重点关注生物进程(Biological Process)差异蛋白功能主要富集在代谢进程层面(如羧酸代谢进程,酮酸代谢进程,细胞脂质代谢等)。通过富集分析得到的KEGG通路显示其差异蛋白参与的通路包括碳代谢,氨基酸代谢,硫代谢等。为了进一步阐明由TgCtWh3和TgCtWh6感染巨噬细胞差异蛋白总体上的差异,本研究分别对TgCtWh3和TgCtWh6感染巨噬细胞与对照组的差异蛋白进行KEGG通路富集分析。结果显示,在TgCtWh3感染巨噬细胞与对照组差异蛋白的富集分析得到的KEGG通路其引起的代谢途径的改变主要包括丙酮酸代谢,精氨酸和脯氨酸代谢、氨基酸代谢等。在TgCtWh6感染巨噬细胞与对照组差异蛋白的富集分析得到的KEGG通路其引起的代谢途径的改变主要包括糖酵解和鞘脂类代谢。(3)TgCtWh3和TgCtWh6感染巨噬细胞使其趋向于糖酵解、三羧酸循环和精氨酸代谢途径中的关键酶发生改变,代谢酶蛋白增加或减少表达,影响代谢产物。(4)在TgCtWh3、TgCtWh6感染组和LPS刺激组中观测到糖酵解和TCA循环相关代谢产物变化。(5)实时荧光定量PCR检测M1和M2相关基因m RNA表达:M1相关基因的i NOS和TNF-α在TgCtWh3和TgCtWh6感染巨噬细胞均高表达,但在TgCtWh3组中的表达量高于TgCtWh6组,差异具有统计学意义(p<0.05)。M2相关基因的ARG-1在TgCtWh6感染巨噬细胞中高表达,TgCtWh6组表达量高于TgCtWh3,并且差异具有统计学意义(p<0.0001)。TGF-β在TgCtWh3和TgCtWh6组中均高表达。(6)Western-blot检测M1和M2相关蛋白表达:TgCtWh3组中M1相关蛋白i NOS和TNF-α蛋白表达高于和TgCtWh6组,并且差异具有统计学意义(p<0.05)。M2相关蛋白的ARG-1和TGF-β在TgCtWh6组中表达量高于TgCtWh3组,并且差异具有统计学意义(p<0.001)。(7)流式细胞术检测细胞表面标记分子:TgCtWh3组中CD11c标记的M1巨噬细胞的占比高于TgCtWh6组。TgCtWh6组中CD206标记的M2巨噬细胞的占比高于TgCtWh3组。结论:同一基因型,不同毒力的我国优势弓形虫株感染对巨噬细胞的代谢有着深刻的影响,其改变的代谢方式可能与其响应病原菌感染有着密切联系。这里使用的多组学研究方法提供了大量受调控的多代谢途径和蛋白组学指标,包括精氨酸代谢,并分析了宿主和寄生虫生物化学潜在相互作用的见解,为研究我国流行基因虫株的致病机制提供新策略。
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