不同來源食源性致病菌脂多糖誘導巨噬細胞炎癥相關因子表達研究

□ 蔣 卉 南京市食品藥品監督檢驗院 萬 凱 揚州大學食品科學與工程學院

革蘭氏陰性食源性致病菌作為最常見的病原菌，已成為嚴重威脅到食品安全和公眾健康。雖然高溫高壓可以殺死細菌，但細菌內毒素（脂多糖，LPS）不會隨著細菌的死亡而消失或被破壞，細菌死亡后釋放的LPS仍可能威脅人類健康。LPS由內至外由3個部分共價連接：疏水的類脂A、核心寡糖和親水的O-抗原。LPS引起炎癥反應，可導致多種感染或致命的膿毒性休克綜合癥[1-3]。研究表明，脂多糖可誘導巨噬細胞炎癥反應[4-5]，促進炎癥相關因子表達。但是不同種類革蘭氏陰性菌的LPS結構不同，其免疫活性也有很大差別[6-8]。本文通過考察大腸桿菌O26:B6、腸炎沙門氏菌、銅綠假單胞菌10來源的LPS誘導Raw264.7細胞炎癥相關因子表達的情況，對不同來源食源性致病菌LPS的免疫活性進行比較研究。

1 儀器與試劑

1.1 主要實驗儀器

生物安全柜（美國Thermo公司）；3111型二氧化碳培養箱（美國Thermo公 司 ）；CFX96 Optics Module型擴增儀（美國BIO-RAD公司）；UV5Nano超微量分光光度計（瑞士METTLER TOLEDO公司）；Allegra X-30R離心機（美國BEXKMAN 公 司 ）；SpectraMaxμ M3多功能酶標儀（美國Molecular Devices公司）；Axio Vert.A1倒置式顯微鏡（德國Carl Zeiss公司）。

1.2 主要實驗試劑

Raw264.7小鼠單核巨噬細胞白血病細胞購自中國科學院細胞庫；DMEM 培 養 基（C11995500BT）、胎牛血清（10099141C）購自美國Gibco公司；大腸桿菌O26:B6來源LPS（L2654）、腸炎沙門氏菌來源LPS（L7770）、銅綠假單胞菌10來源LPS（L9143）購自美國Sigma公司；Prime Script? RT reagent Kit with gDNA Eraser（RR047A）、TB Green ? Premix Dimer Eraser?（RR091A）購自Takara公司；總RNA提取試劑（B511321）購自生工生物工程（上海）股份有限公司；CCK-8試劑（C0037）、一氧化氮檢測試劑盒（S0021）購自碧云天生物技術有限公司；IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-1α、iNOS和β-actin基因引物由南京金斯瑞生物工程有限公司合成。

表1 目的基因及內參的引物序列表

2 方法

2.1 細胞培養

細胞培養液：90% DMEM，10%（v/v）胎牛血清。Raw264.7細胞于37 ℃、5% CO2條件下培養。

2.2 細胞活性實驗

將細胞接種于96孔板，每孔5 000個細胞。分別給予0（對照組）、0.001、0.01、0.1、1、10、100、1 000 ng/mL與10 000 ng/mL的大腸桿菌O26:B6、腸炎沙門氏菌、銅綠假單胞菌10來源LPS，于37 ℃、5% CO2的條件下處理24 h。提前4 h加入CCK-8溶液，使用酶標儀在450 nm處測量吸光度。實驗平行測定3次。

2.3 細胞中IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-1α和iNOS mRNA的檢測

采用RT-qPCR法檢測細胞中的炎癥相關因子IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-1α和iNOS mRNA的表達。相關基因引物序列見表1。

將細胞分為對照組（不加LPS）、大腸桿菌O26:B6來源LPS組（LPS終濃度0.1、1、10 μg/mL）、腸炎沙門氏菌來源LPS組（LPS終濃度0.1、1、10 μg/mL）、銅綠假單胞菌10來源LPS組（LPS終濃度0.1、1、10 μg/mL），每組均設置3個復孔，于37 ℃、5% CO2條件下處理6 h后倒掉孔板中的培養液液，收集孔板底部的細胞，用于提取總RNA。細胞總RNA按照UNlQ-10柱式Trizol總RNA抽提試劑盒說明操作，用UV5Nano超微量分光光度計測定總RNA純度和濃度。將符合A260/A280=1.8-2.0的RNA樣品進行逆轉錄，逆轉錄反應按照逆轉錄試劑盒說明操作。將合成得到的cDNA作為模板，進行PCR反應。PCR反應的儀器設置參數：Stage 1：預變性95 ℃、30 s循環1次；Stage 2：PCR 反應 95 ℃、5 s，55 ℃、30 s，72 ℃、30 s循環40次；Dissociation Stage：95 ℃、15 s，60 ℃、30 s，95 ℃、15 s循環1次。反應結束后確認RT-qPCR的擴增曲線和溶解曲線，根據公式計算出目標基因的相對表達水平，計算公式[9]參考式（1）。

圖1 不同來源LPS刺激下Raw264.7細胞的存活率圖

2.4 NO的檢測

將細胞接種于96孔板，分別給予0（對照組）、0.001、0.01、0.1、1、10、100、1 000、10 000 ng/mL 的大腸桿菌O26:B6、腸炎沙門氏菌、銅綠假單胞菌10來源LPS于37 ℃、5%CO2條件下處理6 h、24 h，每組均設置3個復孔。采用NO試劑盒檢測細胞上清液中NO穩定氧化代謝產物亞硝酸鹽（）水平。吸取50 μL上清液于96孔板中，按照一氧化氮檢測試劑盒說明書加入相應試劑，使用酶標儀在540 m處測量各孔吸光度，根據標準曲線計算出NO的含量。

2.5 統計學方法

采用SPSS統計軟件進行分析，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗，p＜0.05為差異有統計學意義。

3 實驗結果

3.1 LPS對Raw264.7細胞存活力的影響

經 0.001、0.01、0.1、1、10、100、1 000、10 000 ng/mL的 大 腸桿菌O26:B6、腸炎沙門氏菌、銅綠假單胞菌10來源LPS刺激24 h后，Raw264.7細胞的生長并未受到影響，各組與空白對照組相比均無統計學差異（見圖1）。因此，所選LPS濃度可用于后續實驗。

3.2 不同來源食源性致病菌LPS誘導Raw264.7細胞表達IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-1α、iNOS mRNA的情況

如圖2所示，與對照組相比，經各濃度大腸桿菌O26:B6、腸炎沙門氏菌來源LPS刺激6 h后炎癥因子IL-1β、TNF-α、IL-1α、iNOS mRNA的表達量均有顯著升高（p＜0.05，n=3），IL-6 mRNA的表達量有一定程度的升高，但無統計學差異（1 μg/mL和10 μg/mL腸炎沙門氏菌來源LPS處理組除外）。與對照組相比，銅綠假單胞菌10來源LPS刺激6 h后僅有10 μg/mL LPS處理組的iNOS mRNA的表達量有顯著升高（p＜0.05，n=3），其余組各種炎癥因子稍有升高，但均無統計學差異。

刺激Raw264.7細胞6 h后，大腸桿菌O26:B6來源LPS組與腸炎沙門氏菌來源LPS組相比，各種炎癥因子mRNA的表達量均無統計學差異。而銅綠假單胞菌10來源LPS組的各種炎癥因子mRNA的表達量（0.1 μg/mL LPS處理組的IL-6 mRNA的表達量除外）均顯著低于大腸桿菌O26:B6來源LPS組、腸炎沙門氏菌來源LPS組（p＜0.05，n=3）。

不同來源食源性致病菌LPS誘導Raw264.7細胞表達IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-1α和iNOS mRNA的量有所差異。銅綠假單胞菌10來源LPS誘導Raw264.7細胞表達炎癥相關因子的能力明顯低于大腸桿菌O26:B6來源LPS、腸炎沙門氏菌來源LPS。大腸桿菌O26:B6來源LPS與腸炎沙門氏菌來源LPS誘導Raw264.7細胞表達炎癥相關因子的能力無統計學差異。

3.3 不同來源食源性致病菌LPS誘導Raw264.7細胞釋放NO的情況

采用Griess法檢測了分別在大腸桿菌O26:B6、腸炎沙門氏菌、銅綠假單胞菌10來源LPS刺激6 h、24 h下Raw264.7細胞釋放NO的情況。研究結果如圖3所示，在相同的LPS濃度下，大腸桿菌O26:B6來源LPS與腸炎沙門氏菌來源LPS誘導Raw264.7細胞產生的NO量無統計學差異；大腸桿菌O26:B6、腸炎沙門氏菌來源LPS誘導Raw264.7細胞產生的NO量明顯多于銅綠假單胞菌10來源的LPS（p＜0.05，n=3）。隨著刺激時間的延長，Raw264.7細胞NO釋放量增加。刺激6 h時，不同來源LPS誘導Raw264.7細胞釋放NO具有明顯的劑量依賴性（見圖3a）。值得注意的是，刺激24 h時，各濃度大腸桿菌O26:B6、腸炎沙門氏菌來源LPS誘導后Raw264.7細胞的NO釋放量均呈現較高水平，而銅綠假單胞菌10來源LPS誘導Raw264.7細胞釋放NO依然具有明顯的劑量依賴性（見圖3b）。這說明，長時間的LPS刺激可使Raw264.7細胞NO的釋放量穩定，且不再與LPS濃度相關。

圖2 不同來源LPS誘導Raw264.7細胞表達炎癥相關因子的情況圖

圖3 不同來源LPS誘導Raw264.7細胞釋放NO的情況圖

4 討論

LPS為革蘭氏陰性菌的主要成分，是介導系統性炎癥反應綜合癥的主要啟動因子[10]。巨噬細胞可分為經典的M1型、M2型巨噬細胞，還有腫瘤相關巨噬細胞、CD169+巨噬細胞、TCR+巨噬細胞[11]。當細胞接受LPS刺激時，LPS通過巨噬細胞表面的Toll樣受體4（TLR4）來活化核轉錄因子KappaB（NF-κB），發生經典的M1型巨噬細胞激活，從而誘導大量的炎癥因子和細胞因子的表達[12]，包括TNT-α、IL-6和IL-1α等產生炎癥[13-15]，并能夠高表達誘生型一氧化氮酶（iNOS）。

本文選擇Raw264.7巨噬細胞（M1）為細胞模型，初步研究了不同來源食源性致病菌LPS誘導巨噬細胞炎癥相關因子IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-1α、iNOS mRNA的表達及NO的釋放情況。結果表明，銅綠假單胞菌10來源LPS誘導Raw264.7細胞表達炎癥相關因子的能力及NO的釋放明顯低于大腸桿菌O26:B6來源LPS、腸炎沙門氏菌來源LPS。這與革蘭氏陰性菌LPS的結構，主要與類脂A的結構有關。類脂A酰化程度對LPS與巨噬細胞中MD-2和TLR4的結合具有很大的影響[16-17]，進而影響LPS的免疫活性。雖然所有革蘭氏陰性菌細胞壁均有LPS，但是脂多糖的結構是不同的。據文獻報道，大部分腸桿菌科細菌的LPS均含有六個酰基鏈[6]，如大腸桿菌、沙門氏菌等。而銅綠假單胞菌10來源的LPS含有五個酰基鏈[7-8]。六酰化（含有六個酰基鏈）類脂A表現出的免疫活性最強[6]。與之相比，五酰化類脂A活性要低100倍，而四酰化類脂A無活性[7-8]。故銅綠假單胞菌10來源的LPS是一種較弱的TLR4受體激動劑，其免疫活性較弱。來自腸桿菌科的食源性致病菌LPS可誘導巨噬細胞炎癥相關因子mRNA的高表達，具有較強的免疫活性。