張 晗,李 雪,劉元林,劉偉江,王 洋,白海濤,張金霞,蘇菲婭,袁福臨,李 露,孟廣雨,鄭榮秀,張 毅
(1.天津醫(yī)科大學總醫(yī)院兒科,天津 300052;2.軍事科學院軍事醫(yī)學研究院輻射醫(yī)學研究所,北京 100850)
免疫系統(tǒng)是機體重要的生理防線,免疫系統(tǒng)活化產(chǎn)生免疫細胞及相關(guān)細胞因子,識別并清除外來病原體、自身產(chǎn)生的損傷細胞或腫瘤細胞,發(fā)揮免疫監(jiān)視、防御和調(diào)控等作用,維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和機體健康。CD4+T細胞在獲得性免疫反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)中處于重要地位,具有高度可塑性,能通過識別不同的T細胞(抗原)受體(T cell receptor,TCR)抗原信號和共刺激信號,活化為1型輔助性T細胞(type 1 helper T cells,Th1細胞)、Th2細胞、Th17細胞、調(diào)節(jié)性T細胞或濾泡輔助性T細胞等多種Th細胞亞群[1-2],發(fā)揮免疫調(diào)控作用,共同維持機體免疫平衡。
Th1細胞是參與適應(yīng)性免疫應(yīng)答的重要免疫細胞,可經(jīng)白細胞介素12(interleukin-12,IL-12)/信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活因子4(signal transducer and activator of transcription 4,STAT4)/T細胞介導的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因21(T-box transcription factor 21,Tbx21)通 路 和 TCR/干 擾 素 γ(interferon-γ,IFN-γ)/STAT1/Tbx21通路誘導活化[3],特異性表達并分泌促炎因子IFN-γ,啟動炎癥反應(yīng),激活機體對病原體的防御作用。Th1細胞的異?;罨c多種免疫平衡失調(diào)所致疾病如過敏反應(yīng)、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、急性移植物抗宿主病、多發(fā)性硬化和1型糖尿?。╰ype I diabetes,T1DM)等相關(guān)[4-5]。流行病學調(diào)查研究表明,目前在全球范圍內(nèi),自身免疫性疾病總的發(fā)病率約為0.09%,患病率為7.6%~9.4%[6]。目前臨床上用于治療免疫紊亂所致自身免疫性疾病常依賴于激素類藥物或免疫抑制劑,但常伴發(fā)耐藥性和長期免疫抑制所致感染等問題。據(jù)此,探究Th1細胞極化的可控性有助于闡明免疫平衡的維持機制和自身免疫性疾病的發(fā)病機制。
微 RNA(microRNA,miR)是一類長度21~25 nt(nucleotide)的非編碼小RNA分子,通過與靶基因mRNA堿基互補配對的方式形成RNA誘導沉默復合體(RNA-induced silencing complex),抑制蛋白翻譯并特異性地引導靶mRNA分子降解,從而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄后表達[7]。在生物體發(fā)育、細胞凋亡、細胞增殖、免疫和神經(jīng)系統(tǒng)模式形成等生命過程中,miRNA的表達和調(diào)控發(fā)揮至關(guān)重要的作用,其表達異常可能與多種疾病發(fā)生相關(guān)。
T1DM是由異?;罨拿庖叻磻?yīng)損傷胰島β細胞所致[8],在青少年群體中較為多發(fā)。經(jīng)典的T1DM小鼠模型是鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)特異性損傷小鼠胰島β細胞進而引發(fā)異常的免疫反應(yīng)所致。在STZ誘導的T1DM模型小鼠體內(nèi),Th1細胞亞群顯著增加,異常的Th1細胞活化是誘發(fā)細胞因子風暴、導致持續(xù)免疫反應(yīng)并最終導致胰島β細胞功能缺失的關(guān)鍵因素。本實驗室前期針對T1DM的發(fā)病機制研究發(fā)現(xiàn),miR-148a-3p可能抑制小鼠Fas配體和IFN-γ表達[9],具有抑制炎癥反應(yīng)進程并緩解T1DM病程發(fā)展的作用。本研究通過體外誘導初始CD4+(na?ve CD4+)Th細胞向Th1細胞極化,誘導過程中轉(zhuǎn)染miR-148a-3p模擬物,探討miR-148a-3p對細胞極化調(diào)控分子機制,為闡明T1DM的發(fā)病機制提供新的理論和實驗依據(jù)。
6周齡SPF級雄性C57BL/6J小鼠,斯貝福(北京)生物技術(shù)有限公司,動物合格證SCXK(京)019-0010,所有動物實驗過程經(jīng)軍事醫(yī)學研究院實驗動物倫理委員會批準,編號IACUC-DWZX-2020-735。人宮頸癌HeLa細胞,本所實驗血液學與生物化學研究室細胞庫。RPMI 1640培養(yǎng)基、DMEM培養(yǎng)基、胰酶、PBS和非必需氨基酸,美國Gibco公司;胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS),德國PAN公司;小鼠na?ve CD4+Th細胞分選試劑盒(貨號130-104-453),德國Miltenyi Biotec公司;小鼠脾淋巴細胞分離液,中國灝洋華科生物科技有限公司;抗小鼠IL-4,CD28和CD3ε單克隆抗體及重組IL-2和IL-12抗體,美國Tonbo Biosciences公司;Trizol,Triton和Tween-20,美國Sigma公司;40%中性甲醛,國藥集團化學試劑有限公司;兔抗小鼠STAT4單克隆抗體(2653S),美國 Cell Signaling Technology(CST)公司;小鼠抗小鼠磷酸化STAT4(phosphorylated STAT4,p-STAT4)單克隆抗體(SC-28296),美國Santa Cruz Biotechnology公司;DAB顯色劑、流式用抗體 PE-抗小鼠 CD4(12-0043-82)和APC-抗IFN-γ(47-7311-82)單克隆抗體,美國Thermo Fisher Scientific公司;MMLV逆轉(zhuǎn)錄酶、5×RTase MMLV緩沖液、Oligo dT、dNTP和RNA酶抑制劑,日本TaKaRa公司;辣根過氧化物酶標記的山羊抗兔和山羊抗小鼠IgG抗體及二硫蘇糖醇(DTT)、無RNA酶水、5×上樣緩沖液和實時熒光定量PCR預混體系,康為世紀有限公司;陽離子聚合物轉(zhuǎn)染試劑,法國Polyplus公司;雙熒光素酶報告基因檢測試劑盒(E1910),美國Promega公司;miR-148a-3p模擬物(表1)和PCR引物(表2)由上海生工生物有限公司合成。CKX53倒置相差顯微鏡和CK33顯微鏡,日本Olympus公司;QuantStudio1熒光定量PCR儀和Heraeus Fresco 21高速冷凍離心機,美國Thermo Fisher公司;Veriti96 PCR擴增儀,中國Blue-Ray公司;流式細胞儀,美國Becton Dickinson公司。

Tab.1 Sequence of miR-148a-3p mimic

Tab.2 Primer sequence for PCR
頸椎脫臼法處死小鼠,無菌條件下解剖分離脾,置200目篩網(wǎng),邊研磨邊加入PBS沖洗,使分離的單個脾細胞通過篩網(wǎng),移入離心管中,450×g離心10 min,棄上清,稀釋液重懸后用小鼠脾細胞分離液分離獲得脾單個核細胞。
在分離的小鼠脾單個核細胞中加入小鼠na?ve CD4+Th細胞分選試劑盒中生物素標記的Miltenyi雞尾酒抗體,4℃孵育5 min后加入抗生物素單克隆抗體耦聯(lián)磁珠和抗CD44單克隆抗體耦聯(lián)磁珠,繼續(xù)置4℃孵育10 min;300×g離心10 min,棄上清重懸。經(jīng)磁性分離柱吸附,流出為na?ve CD4+Th細胞。分選方法按Miltenyi na?ve CD4+Th細胞分選試劑盒說明書進行。
實驗前1d將抗小鼠CD3ε單克隆抗體(1mg·L-1)包被6孔板,次日接種新鮮分離的na?ve CD4+Th細胞(1×109L-1)于含10% FBS的RPMI 1640完全培養(yǎng)基,加Th1細胞極化誘導劑(抗小鼠CD28單克隆抗體0.5 mg·L-1、抗小鼠IL-4單克隆抗體1 mg·L-1、IL-2 5 μg·L-1、IL-12 10 μg·L-1、1% 非必需氨基酸和 β-巰基乙醇 55 μmol·L-1),置 37°C,5% CO2條件下培養(yǎng)96 h,每隔36 h半量換液補充Th1細胞極化誘導劑[10](正常誘導組)。
取miR-148a-3p模擬物溶解于DEPC水125 μL,使 其 終濃 度為 20 μmol·L-1。 取 稀釋 好的 miR-148a-3p模擬物溶解于Jet Prime轉(zhuǎn)染緩沖液50 μL中,按1∶3(V/V)加Jet,組裝成脂質(zhì)體復合物,miR-148a-3p模擬物轉(zhuǎn)染后終濃度30 nmol·L-1,將含miR-148a-3p模擬物的脂質(zhì)體復合物轉(zhuǎn)染至向Th1細胞誘導極化的na?ve CD4+Th細胞中,轉(zhuǎn)染12 h后更換完全培養(yǎng)基(miR-148a-3p誘導組)。
在na?ve CD4+Th細胞向Th1細胞極化誘導培養(yǎng)的終點收取細胞,加PE-抗小鼠CD4單克隆抗體,置4℃避光孵育30 min;PBS洗滌,離心后加4%中性甲醛固定10 min;用含0.1%Triton的PBS破膜10 min,用含0.1%Tween-20的PBS洗滌;加APC-抗小鼠IFN-γ單克隆抗體于4℃孵育30 min;離心、洗滌后加入PBS,上機檢測CD4和IFN-γ雙陽性(CD4+IFN-γ+)細胞百分比,即Th1細胞極化百分比。
在na?ve CD4+Th細胞向Th1極化誘導培養(yǎng)的終點收取細胞,TRIzol法提取總mRNA,用1 μg總RNA定量逆轉(zhuǎn)錄生成cDNA,實時熒光定量PCR檢測INF-γ,STAT1,STAT4,Tbx21,IL-12Rβ1和IL-12Rβ2mRNA表達水平。反應(yīng)體系:cDNA 1 μL,上、下引物(10 μmol·L-1)1 μL,實時熒光定量 PCR預混體系 10 μL 和無 RNA 酶水 8 μL;反應(yīng)條件:95℃ 10 min,95℃ 15 s,60℃ 1 min,共40個循環(huán);95℃ 15 s,60℃ 1 min,95℃ 15 s。GAPDH作為內(nèi)參,采用2-△Ct法計算待測基因mRNA表達水平。
在na?ve CD4+Th細胞向Th1極化誘導培養(yǎng)的終點收取細胞,經(jīng)PBS洗滌后加細胞裂解液于冰上吹打裂解細胞,16 200×g離心15 min收集上清,經(jīng)BCA測定蛋白質(zhì)濃度后,加5×上樣緩沖液煮沸后離心,取蛋白質(zhì)樣品20 μg電泳,經(jīng)10%SDS-PAGE凝膠電泳后轉(zhuǎn)移至PVDF膜,5%脫脂奶粉室溫封閉1 h。兔抗小鼠STAT4,p-STAT4及GAPDH抗體(稀釋比1∶1000)4℃孵育過夜,TBST洗膜3次,加對應(yīng)山羊抗兔或山羊抗小鼠lgG抗體,室溫孵育1 h,TBST洗膜3次后進行ECL化學發(fā)光顯影,使用Image J軟件進行半定量分析,以目標蛋白條帶與內(nèi)參蛋白條帶積分吸光度比值表示STAT4和p-STAT4蛋白相對表達水平。
經(jīng)生物信息學分析預測miR-148a-3p對IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2/IFN-γ通路分子IL-12Rβ1,IL-12Rβ2,Tbx21和STAT4的靶標序列,用psiCHECK2雙熒光素酶報告載體,分別構(gòu)建IL-12Rβ1,IL-12Rβ2,Tbx21和STAT4的3′UTR序列(psi-wt)及靶標點突變序列(psi-mutant)的克隆載體。
將psi-wt和psi-mutant載體分別與miR-148a-3p模擬物共轉(zhuǎn)染至Hela細胞中,轉(zhuǎn)染前1 d將HeLa細胞接種于96孔板,加入含10%FBS的DMEM完全培養(yǎng)基100 μL,待細胞密度匯合至約50%進行轉(zhuǎn)染。分別取psi-wt和psi-mutant載體25 ng及miR-148a-3p模擬物1 μL混合稀釋于20 μL陽離子聚合物轉(zhuǎn)染試劑緩沖液中,加入2 μL陽離子聚合物轉(zhuǎn)染試劑混合均勻,室溫下靜置10 min,形成脂質(zhì)體復合物,加DMEM完全培養(yǎng)基80 μL,滴加待轉(zhuǎn)染細胞培養(yǎng)體系內(nèi),控制miR-148a-3p模擬物終濃度為10 nmol·L-1。置37℃,5% CO2孵箱培養(yǎng),于轉(zhuǎn)染后12 h更換完全培養(yǎng)基,36 h后收取細胞,制備細胞裂解液,用TECAN酶標儀進行熒光素酶報告基因檢測。熒光素酶報告基因熒光強度表示靶基因表達水平。
實驗結(jié)果數(shù)據(jù)以±s表示,經(jīng)SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析,各組間比較采用t檢驗。P<0.05認為差異具有統(tǒng)計學意義。
利用CD4免疫磁珠陰性篩選法分選C57BL/6J小鼠脾單個核細胞,獲得小鼠na?ve CD4+Th細胞,na?veCD4+Th細胞屬于CD4+CD25-CD44lowCD62Lhigh亞群。流式細胞術(shù)檢測結(jié)果顯示,分離獲得的細胞高表達CD62L,提示成功分離獲得小鼠na?ve CD4+Th細胞(圖1A)。用IL-12和IL-2及抗小鼠IL-4,CD28和CD3ε單克隆抗體混合因子培養(yǎng)體系誘導小鼠na?ve CD4+Th細胞向Th1細胞極化(正常誘導組),在誘導體系內(nèi)加miR-148a-3p模擬物,用流式細胞術(shù)檢測CD4+IFN-γ+細胞百分比。結(jié)果表明,正常誘導組Th1細胞極化可達(71±5)%,而miR-148a-3p模擬物轉(zhuǎn)染后Th1細胞百分比顯著下降至(61±3)%(P<0.05)(圖1B)。

Fig.1 Na?ve CD4+Th cells isolated from mouse spleen(A)and inhibition of miR-148a-3p on Th1 cell polarization(B)detected by flow cytometry.B1:CD4+IFN-γ+cells analyzed by flow cytometry;B2:the quantitative result of B1.±s,n=3.*P<0.05,compared with normal induction group.
用實時熒光定量PCR對Th1細胞極化所必需的IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2/IFN-γ通路細胞因子mRNA進行檢測。結(jié)果表明,na?ve CD4+Th細胞經(jīng)miR-148a-3p轉(zhuǎn)染后,Th1極化關(guān)鍵細胞因子IFN-γ(P<0.01)及關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子STAT1(P<0.01)表達顯著下調(diào),IL-12通路激活的正反饋關(guān)鍵受體IL-12Rβ1(P<0.05)和IL-12Rβ2(P<0.01)的表達水平也顯著低于正常誘導組;同時,IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2/IFN-γ通路活化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子STAT4(P<0.01)和Tbx21(P<0.05)表達水平亦顯著下調(diào)(圖2)。

Fig.2 lnhition of miR-148a-3p transfection on mRNA levels of IFN- γ,STAT1,STAT4,Tbx21,IL-12R β1and IL-12R β2in Th1 cells measured by q-PCR.±s,n=3.*P<0.05,**P<0.01,compared with normal induction group.
Western印跡結(jié)果顯示,miR-148a-3p轉(zhuǎn)染后,Th1細胞極化關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子STAT4蛋白表達水平顯著下調(diào)(P<0.05),p-STAT4蛋白水平也顯著低于正常誘導組(P<0.01)(圖3)。

Fig.3 lnhition of miR-148a-3p transfection on protein levels of STAT4 and phosphorylated STAT4(p-STAT4)in Th1 cells detected by Western blotting.B was the semiquantitative result of A.±s,n=3.*P<0.05,**P<0.01,compared with normal induction group.
經(jīng)生物信息學分析發(fā)現(xiàn),miR-148a-3p對Th1極化所必需的 IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2/IFN-γ通路分子 STAT4,Tbx21,IL12Rβ1和 IL12Rβ2的3′UTR序列存在特異性結(jié)合靶點,分別將STAT4,Tbx21,IL-12Rβ1和IL-12Rβ2的3′UTR序列克隆插入到psiCHECK2載體的密碼子人源化海腎熒光素酶報告基因(human codon optimized-Renillaluciferase,hRluc)的3′UTR區(qū)域(圖4A),同時將miR-148a-3p作用的靶序列進行點突變(圖4B)后,插入到psiCHECK2載體的報告基因hRluc的3′UTR區(qū)域,psiCHECK2內(nèi)含密碼子人源化螢火蟲熒光素酶基因(hluc+)作為內(nèi)參對照。將psi-wt和psi-mutant載體分別與miR-148a-3p模擬物共同轉(zhuǎn)染至人宮頸癌Hela細胞中,轉(zhuǎn)染36 h后裂解細胞用TECAN酶標儀進行雙熒光素酶報告基因檢測。hRluc與hluc+熒光強度比值反映miR-148a-3p對靶標序列表達的調(diào)控(圖4C)。結(jié)果表明,miR-148a-3p模擬物轉(zhuǎn)染可降低含STAT4序列的hRluc的表達水平(P<0.01);而STAT4序列突變后,miR-148a-3p模擬物轉(zhuǎn)染并未降低hRluc的表達水平。同樣,miR-148a-3p模擬物轉(zhuǎn)染后,含Tbx21(P<0.01)序列的hRluc的表達水平降低,含IL-12Rβ1(P<0.01)和IL-12Rβ2(P<0.05)序列的hRluc表達水平亦受轉(zhuǎn)染miR-148a-3p模擬物的影響而下調(diào)。

Fig.4 Targets of miR-148a-3p inhibiting activation of lL-12/lL-12R β1/lL-12R β2/lFN- γ pathway.The target sequence(A)and the mutant sequence(B)of STAT4,Tbx21,IL-12Rβ1 and IL-12Rβ2were inserted into the 3′UTR of hRluc in psiCHECK2 vector,respectively;C:the hRluc expression was regulated by the target sequence.The hluc+expression was control.The fluorecent intensity(FI)ratio of hRluc to hluc+reported the expression levels of STAT4,Tbx21,IL-12Rβ1and IL-12Rβ2.±s,n=3.*P<0.05,**P<0.01,compared with psi-wt group.
T1DM是典型的自身免疫系統(tǒng)紊亂所導致的器官特異性損傷,胰島β細胞不可逆損傷、胰島素絕對缺乏導致出現(xiàn)高血糖等癥狀。促炎因子的產(chǎn)生和分泌及炎癥細胞活化是誘發(fā)T1DM的關(guān)鍵因素。Th1細胞極化與關(guān)鍵促炎因子IFN-γ的產(chǎn)生在炎癥發(fā)生早期發(fā)揮重要功能,是啟動炎癥反應(yīng)、驅(qū)動適應(yīng)性免疫應(yīng)答的關(guān)鍵免疫細胞和免疫因子。Th1的異?;罨蓡赢惓C庖叻磻?yīng),導致免疫功能失衡和多種自身免疫性疾病,甚至引發(fā)細胞因子風暴綜合征,造成多器官功能損傷甚至衰竭[11-12]。據(jù)此,維持免疫系統(tǒng)平衡、抑制異?;罨腡h1細胞所誘發(fā)的免疫反應(yīng),對于防治免疫紊亂所致的T1DM等自身免疫性系統(tǒng)疾病具有重要意義。
Th1細胞極化受IL-12和IFN-γ誘導調(diào)控,其特異性表達的IFN-γ是炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵細胞因子,在啟動炎癥反應(yīng)、激活機體對病原體的防御作用等過程中發(fā)揮重要功能。IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2/IFN-γ介導的經(jīng)典 Janus激酶(Janus Kinase,JAK)/STAT信號通路,在Th1細胞極化過程中發(fā)揮重要作用。IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2激活后,p-STAT1和p-STAT4分別二聚入核而啟動下游基因IFN-γ表達,并促進Th1細胞極化相關(guān)基因表達[13-14]。Th1分泌的IFN-γ是炎癥反應(yīng)早期的重要促炎因子,決定炎癥反應(yīng)進程,可激活巨噬細胞和細胞毒性T殺傷細胞等多種免疫反應(yīng)[15]?;罨腡h1細胞表達 IL-12Rβ1和 IL-12Rβ2,并分泌 IL-12,促進na?ve CD4+Th向Th1極化,這一過程依賴STAT1,Tbx21和STAT4多種轉(zhuǎn)錄因子的共同作用[16-18]。
多項關(guān)于miRNA的研究揭示,miRNA分子在調(diào)控Th1極化過程中發(fā)揮重要作用[19-20]。本研究發(fā)現(xiàn),miR-148a-3p可顯著抑制Th1細胞極化,下調(diào)Th1細胞極化關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子STAT1,Tbx21和STAT4表達;miR-148a-3p亦可使Th1細胞極化過程中STAT4蛋白水平及其磷酸化水平下降,IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2/IFN-γ通路介導的Th1細胞極化關(guān)鍵細胞因子IFN-γ,IL-12Rβ1和IL-12Rβ2表達也受到miR-148a-3p影響而下調(diào)。結(jié)合生物信息學預測結(jié)果和雙熒光素酶報告系統(tǒng)檢測結(jié)果進一步表明,miR-148a-3p可靶向調(diào)控IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2/IFN-γ通路的多個關(guān)鍵分子STAT4,Tbx21,IL-12Rβ1和IL-12Rβ2的表達。
本研究基于前期miR-148a-3p可有效抑制炎癥反應(yīng)進程的基礎(chǔ)上,進一步表明miR-148a-3p可通過靶向調(diào)控IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2/IFN-γ通路分子STAT4,Tbx21,IL-12Rβ1和IL-12Rβ2的表達抑制該通路激活,降低STAT4蛋白磷酸化,從而減少Th1細胞極化關(guān)鍵細胞因子IFN-γ的表達,抑制Th1細胞極化,進而緩解炎癥反應(yīng)進程。據(jù)此推測,miR-148a-3p作為潛在的可抑制Th1細胞極化的小分子化合物,可能用于抑制Th1細胞介導的過度免疫反應(yīng),對闡明維持免疫平衡、防治Th1細胞異常活化所致的自身免疫性疾病,尤其是T1DM的發(fā)病機制具有參考價值。