TAB1调控糖酵解在糖尿病肾病巨噬细胞激活中的作用与机制

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背景和目的糖尿病肾病(Diabetic nephropathy,DN)是肾脏内科现阶段最为复杂棘手的疾病之一。巨噬细胞,尤其是M1型巨噬细胞的浸润激活及其介导的炎症在DN发病机制中发挥着关键的作用。巨噬细胞的代谢重编程越来越受到人们的重视,巨噬细胞在不同病理环境中,表现出不同的表型,发挥不同的致病作用,同时也表现出不同的能量代谢方式。M1型促炎性巨噬细胞更倾向于通过糖酵解获取能量。转化生长因子β活化激酶1结合蛋白1(TAK1-binding protein 1,TAB1)可通过与转化生长因子β活化激酶1(TGF-activated kinase 1,TAK1)结合并发挥炎性作用。TAB1与TAK1的相互作用可以激活核因子κB(Nuclear factorκB,NF-kB),调节巨噬细胞的活化;NF-kB及其下游的信号通路的激活可自主地提高低氧诱导因子-1α(Hypoxia-inducible factor-1,HIF-1α)的活性并与HIF-1α形成类似正反馈的相互促进,HIF-1α作为有氧糖酵解中关键调控因子,可显著提高糖酵解酶如己糖激酶-1(Hexokinase 1,HK1)、6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-双磷酸酶3(6-Phosphofructo-2-Kinase/Fructose-2,6-Biphosphatase 3,PFKFB3)和乳酸脱氢酶A(Lactate dehydrogenase,LDHA)的活性。目前关于TAB1/NF-κB/HIF-1α在DN环境内巨噬细胞糖酵解的调控及对糖尿病肾病进展的影响尚未见报道。本研究旨在基于临床及体内体外基础研究,探寻DN肾组织中巨噬细胞的有氧糖酵解的水平及其临床意义,以及TAB1/NF-κB/HIF-1α信号通路在DN巨噬细胞糖酵解,极化及炎症的作用和分子机制。方法第一部分:收集于我院行超声引导下肾穿刺活检术且病理诊断为DN的患者。通过ELISA测定血清中炎症因子肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白细胞介素-1β(interleukin-1 beta,IL-1β)的水平。免疫组化法检测两组肾组织中巨噬细胞标记分子CD68、TNF-α及糖酵解酶HK1、PFKFB3、LDHA的表达。免疫荧光检测各组中CD68与HK1、PFKFB3、LDHA共表达的情况。第二部分:通过腹腔注射链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)的方法以构建糖尿病的小鼠模型,通过尾静脉注射TAB1重组慢病毒的方法来构建TAB1沉默模型,成模后12周检测各组小鼠血糖、相对肾重(肾重/体重)及24h尿白蛋白排泄率等一般临床指标;采取过碘酸雪夫氏染色(Periodic Acid-Schiff stain,PAS)的方法以观察糖尿病肾病的病理学改变;通过免疫组化的方法检测肾组织TAB1、CD68、IL-1β,TNF-α,HK1、PFKFB3、LDHA表达;Western blot检测肾组织TAB1/NF-kB/HIF-1α、IL-1β、TNF-α、i NOS、HK1、PFKFB3、LDHA表达;El ISA检测肾组织中的炎症因子IL-1β,TNF-α;免疫组化双染检测CD68与HK1、PFKFB3、LDHA、诱导型一氧化氮合酶(Inducible nitric oxide synthase,i NOS)的共表达。第三部分:提取并培养C57BL/6J雄性小鼠原代的骨髓来源巨噬细胞(Bone marrow-derived macrophages,BMMs);流式细胞术用于鉴定骨髓来源巨噬细胞的纯度;将实验分为下述各组:甘露醇对照组(D-mannitol),阴性si RNA对照组(control si RNA),空白对照组(control),高糖刺激组(HG),TAB1 si RNA组(TAB1 si RNA),TAB1 si RNA高糖刺激组(TAB1 si RNA+HG);通过Western blot、流式细胞术、激光共聚焦等检测方法来观察各组BMMs中M1型巨噬细胞标志物i NOS的表达,激光共聚焦、Western Blot、q RT-PCR方法检测HK1,PFKFB3和LDHA的表达;ELISA试剂盒用于检测BMMs中MCP-1和IL-1β的分泌;检测不同条件下BMMs的乳酸生成情况以及葡萄糖吸收水平的变化;Western blot用于对BMMs中信号通路相关蛋白TAB1,NF-κB p65,HIF-1α的蛋白表达进行检测;激光共聚焦观察NF-κB p65的入核;染色质免疫共沉淀(Chromatin Immunoprecipitation,Ch IP)的方法检测高糖环境下NF-κB p65与HIF-1α启动子序列的结合情况。结果:第一部分:在DN组患者的肾组织标本我们可以观察到其表现出经典的糖尿病肾脏病理改变。DN组患者血清中炎症因子水平升高,并且在肾脏中观察到更高的炎症因子TNF-α水平;糖尿病肾病患者的肾组织中巨噬细胞的标记物CD68的阳性率明显高于正常肾脏组织;表现出较高的糖酵解酶HK1、PFKFB3、LDHA水平,且相关性分析结果提示DN组糖酵解酶PFKFB3和LDHA的表达与24 h尿白蛋白呈正相关。免疫荧光双染的结果提示糖尿病肾病肾组织中CD68与糖酵解酶HK1、PFKFB3、LDHA的共定位。第二部分:与对照组相比,糖尿病小鼠的血糖和24h尿白蛋白排泄率明显增加。PAS染色表明,糖尿病小鼠有典型的糖尿病肾病的病理变化;糖尿病小鼠表现出肾脏中巨噬细胞的活化,糖酵解酶HK1、PFKFB3、LDHA的水平增加,以及炎症水平的增加。TAB1的下调可以抑制巨噬细胞的糖酵解、极化和炎症。并且在TAB1敲低后,STZ诱导的糖尿病肾病小鼠的24h尿白蛋白排泄率、肾小管间质损伤指数和肾小球系膜扩张指数均有所下降。第三部分:高糖环境下巨噬细胞M1型标记物i NOS表达增加,炎症因子MCP-1和IL-1β分泌增多,糖酵解酶HK1、PFKFB3、LDHA的表达水平增多,TAB1 si RNA可抑制由HG诱导的糖酵解酶的水平的增加,并且抑制巨噬细胞的激活与炎症。Ch IP结果提示了高糖刺激下巨噬细胞NF-κB与HIF-1α的启动子特异性结合。TAB1si RNA可抑制NF-κB p65的核转移,并且抑制HIF-1α的表达。结论(1)DN患者具有典型的肾脏病理改变,伴随着循环内炎症因子升高。肾组织内糖酵解酶的表达增强,且与24 h尿白蛋白呈正向相关。肾脏组织中巨噬细胞浸润,及巨噬细胞的激活和有氧糖酵解水平的增强,揭示了糖尿病肾病中巨噬细胞的能量代谢方式的转变、激活以及炎症的释放。(2)体内实验证实了糖尿病小鼠具有典型的肾脏病理改变,并伴随着24 h尿白蛋白排泄率的增加,其与肾组织中巨噬细胞的糖酵解、激活及炎症的释放密切相关。通过TAB1重组慢病毒进行TAB1的抑制,可抑制巨噬细胞糖酵解、激活及炎症的水平,从而改善肾脏损伤。(3)高糖刺激骨髓来源巨噬细胞极化为M1型,伴随着炎症因子的释放及糖酵解水平的增强,高糖环境下NF-κB p65与HIF-1α具有特异性的结合及调控关系,TAB1通过调控NF-κB p65及HIF-1α的水平来调控巨噬细胞的有氧糖酵解水平、巨噬细胞激活及炎症的释放。
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