硒缺乏通过lncRNAWSF27/miR-1696调控Gpx3诱导鸡脾脏淋巴细胞程序性坏死的研究

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硒(Selenium,Se)是一种机体不可或缺的营养微量元素,在维持人和动物内环境稳态中扮演重要角色,对人和动物组织器官发挥正常的生理功能是必不可少的。硒的主要功能包括抗氧化和抗炎症,当发生硒缺乏时,机体内氧化还原平衡被打破,过氧化物和超氧化物等损伤源在体内累积,引起氧化应激和损伤,并诱发其他病理过程。硒缺乏能够导致鸡渗出性素质、白肌病、肝坏死、心肌坏死、脑软化和胰腺萎缩等,缺硒也可引起免疫器官损伤和免疫功能障碍,该病的发生可造成养鸡业的巨大经济损失。硒蛋白是硒在动物体内发挥其生物学功能的主要形式和载体,硒蛋白的主要功能为抗氧化。其中谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidases,Gpxs)家族中的重要成员Gpx3在抗氧化方面扮演着关键角色。研究证明哺乳动物硒蛋白Gpx3的缺失可以引起淋巴细胞的发育、增殖以及分化紊乱,机体免疫功能失衡,抗氧化能力下降,并参与硒缺乏引起的免疫组织损伤,但是其在鸡体内的具体生物功能尚未明确。程序性坏死是一种非凋亡性的程序性死亡,在硒缺乏症和免疫器官疾病中扮演重要角色。Micro RNA(miRNA)作为一段非编码RNA,可以通过靶向结合并沉默下游靶基因,调节蛋白的表达从而参与动物体内多种生理病理活动,对于细胞执行程序性死亡(如程序性坏死)的调控有重要作用。长链非编码RNA(long non coding RNA,lncRNA)能够在细胞质中与miRNA结合,作为分子海绵参与miRNA发挥其调控功能。目前,硒缺乏对脾脏淋巴细胞损伤作用的方式和分子机制以及非编码RNA在其中扮演的角色尚不明确。因此,本试验以肉鸡为研究对象,通过饲喂低硒日粮(0.008 mg/kg Se)建立缺硒肉鸡模型,通过体外转染建立鸡脾脏淋巴细胞Gpx3、miR-1696及lncRNAWSF27敲低/过表达模型,应用H.E.染色、透射电镜、荧光显微镜、lncRNA组学技术、mRNA组学技术、生物信息学技术、免疫印迹(western blot)、实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)、流式细胞术、AO/EB染色等,检测脾脏组织形态学变化、lncRNA与mRNA差异表达情况、细胞程序性坏死,分析筛选出与程序性坏死相关信号转导通路、构建lncRNA-miRNA-mRNA调控网络并进行验证,旨在探究Gpx3在硒缺乏引起的脾脏淋巴细胞程序性坏死中的作用以及阐明lncRNAWSF27和miR-1696通过靶向Gpx3调控淋巴细胞程序性坏死的作用机制。主要研究结果如下:(1)通过饲喂低硒日粮,成功构建硒缺乏肉鸡模型。病理组织观察结果显示,硒缺乏肉鸡脾脏淋巴细胞数量减少、体积缩小,动脉淋巴鞘稀疏,脾窦间隙扩大,红髓充血。另外,还可观察到在缺硒组肉鸡脾脏中出现淋巴坏死和细胞水肿现象。透射电镜观察结果显示,硒缺乏肉鸡脾脏淋巴细胞细胞膜、细胞核膜连续性破坏,核固缩、核碎裂,表现为典型的细胞坏死特征。通过qRT-PCR和western blot技术检测发现,硒缺乏鸡脾脏中MAPK信号通路Erk、JNK、p38的表达显著升高,磷酸化增多,炎症因子IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17和NF-κB信号通路中的TNF-α、NF-κB、i NOS、COX-2、PTGE以及程序性坏死基因RIPK1、RIPK3、MLKL表达量显著上调,Caspase8表达量显著下调,提示硒缺乏能够激活MAPK/NF-κB信号通路,引起肉鸡脾脏程序性坏死的发生。(2)LncRNA与mRNA组学检测结果显示,硒缺乏肉鸡脾脏组织中包括lncRNAWSF27在内的21个lncRNA差异表达,其中12个表达上调,9个(含lncRNAWSF27)表达下调;包括Gpx3在内的337个基因mRNA表达发生显著变化,其中210个基因上调,127个(含Gpx3)基因下调(log2 fold change>0.585或<-0.585,FDR<0.05)。富集发现免疫应答,免疫细胞增殖、分化与死亡,细胞死亡与清除以及营养代谢等功能受影响。(3)通过生物信息学技术,预测lncRNAWSF27能够通过和Gpx3相同的结合元件位点与miR-1696靶向结合,并且在硒缺乏鸡脾脏中,lncRNAWSF27与Gpx3表达上调,miR-1696表达下调,提示lncRNAWSF27、miR-1696、Gpx3三者之间具有潜在的互作关系。双荧光素酶报告系统证实了lncRNAWSF27是通过和Gpx3相同的结合位点与miR-1696靶向结合的。此外,在体外培养的脾脏淋巴细胞中分别敲低和过表达miR-1696,能够分别上调和下调Gpx3的水平;敲低lncRNAWSF27能够上调miR-1696的水平,抑制Gpx3的表达;过表达lncRNAWSF27能够抑制miR-1696的表达,上调Gpx3的水平。该结果表明lncRNAWSF27可以作为miR-1696的分子海绵调控miR-1696的靶基因Gpx3的表达。(4)在建立体外培养淋巴细胞lncRNAWSF27、miR-1696、Gpx3敲低和过表达模型后,检测程序性坏死相关基因的表达情况,结果显示ln RNAWSF27与Gpx3的低表达或是miR-1696的高表达,会显著升高RIPK1、RIPK3、MLKL的表达量,并显著降低Caspase8的表达量;另外,GSH、SOD、T-AOC活性下降,H2O2含量增多,MAPK通路激活,炎症因子TNF-α、NF-κB、i NOS、COX-2、PTGE表达显著升高。上述结果表明,lncRNAWSF27、Gpx3的下调与miR-1696的上调能够引起氧化应激的发生,升高ROS水平,激活MAPK/NF-κB信号通路,诱导淋巴细胞发生程序性坏死。(5)在过表达lncRNAWSF27、Gpx3,抑制miR-1696后,使用程序性坏死激活剂(z-VAD-fmk)处理淋巴细胞建立程序性坏死模型。结果表明,与z-VAD-fmk处理组相比,过表达lncRNAWSF27、过表达Gpx3,抑制miR-1696组中ROS水平显著降低,MAPK/NF-κB信号通路表达水平明显下降,程序性坏死途径受抑制。这些结果表明lncRNAWSF27与Gpx3对淋巴细胞寿命起保护作用,缓解由miR-1696高表达引起的程序性坏死。综上所述,硒缺乏能够诱导肉鸡脾脏组织氧化应激与程序性坏死的发生,引起脾脏中12个lncRNA与210个mRNA表达上调,9个lncRNA与127个mRNA表达下调,其中lncRNAWSF27表达降低,miR-1696表达升高,Gpx3表达降低,并伴随氧化应激的发生。体外试验证实,Gpx3为miR-1696下游的特异性靶基因,其表达受miR-1696的调控;lncRNAWSF27能够作为miR-1696的分子海绵,与miR-1696特异性结合,削弱其对Gpx3的抑制作用。进一步研究证实,miR-1696可以通过抑制Gpx3的表达,引起氧化应激,ROS含量升高,激活MAPK/NF-κB信号通路,诱导程序性坏死的发生;过表达的lncRNAWSF27能够缓解上述过程,对淋巴细胞起保护作用。本研究结果揭示了一种由lncRNAWSF27/miR-1696/Gpx3、氧化应激、MAPK/NF-κB信号通路与硒缺乏组成的新的脾脏坏死调节机制,即硒缺乏能够通过调节lncRNAWSF27/miR-1696/Gpx3轴引起氧化应激,激活MAPK/NF-κB信号通路,诱导肉鸡脾脏淋巴细胞程序性坏死。该结论不仅丰富了由营养代谢紊乱引起的脾脏疾病机理的理解,同时为硒缺乏相关疾病提供可能的预防和治疗手段,为畜禽健康养殖提供决策依据。
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