甲型H1N1流感病毒血凝素激活JAK2/STAT3信号通路诱导趋化因子的表达并加重肺损伤

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背景与目的:流感病毒是世界范围内引起公共卫生问题和社会经济负担的主要病原体,一直以来对人类的健康构成威胁。流感病毒分为甲型流感病毒、乙型流感病毒、丙型流感病毒和丁型流感病毒四种属,均属于正粘病毒科。流感病毒中,甲型和乙型流感病毒主要对人类造成主要呼吸道疾病。而流感病毒中作为宿主范围最广的甲型流感病毒是急性呼吸道疾病的罪魁祸首,导致的病毒性肺炎致死率高,每年在世界范围内感染300万至500万人。甲型流感病毒通过多种机制在受感染的宿主中引起疾病,包括多种细胞的凋亡与坏死、免疫反应、凝血障碍等等。而免疫反应机制在H1N1的整个过程中都是至关重要的,如细胞因子过表达、炎症细胞浸润等。在以往的研究中已经发现,趋化因子与甲型流感病毒的致病机制密切相关。趋化因子是免疫反应中十分重要的活性介质,可以诱导免疫细胞增殖进一步参与免疫反应,激活多种酶活性以及刺激自然杀伤细胞杀伤活性。而在机体感染H1N1病毒后,趋化因子与多种免疫细胞的平衡破坏,加重了炎症反应与组织的损伤。血凝素蛋白(Hemagglutinin,HA)和神经氨酸酶(neuraminidase,NA)是流感病毒表面的两种糖蛋白。血凝素是甲型流感病毒包膜上最丰富的抗原,血凝素蛋白可识别唾液末端酸(SA)和唾液基聚糖上的半乳糖残基,促进病毒与靶细胞的融合。Janus激酶(Janus tyrosine kinase,JAKs)是非受体型酪氨酸蛋白激酶家族中的一种,通过JAK/STAT信号通路控制多种细胞因子以及趋化因子,对信号转导至关重要。有研究表明JAK2/STAT3信号通路在肺部炎症中发挥重要作用。除了介导病毒侵入宿主细胞外,甲型流感病毒HA是否影响趋化因子的表达引起肺损伤,尚未得到证实。本研究通过研究HA对内皮细胞MCP-1和MIP-1α表达的影响,调控的信号通路机制,以及通路抑制剂的干预作用,进一步阐述甲型H1N1流感病毒所导致的炎症反应和急性肺损伤的相关可能机制。方法:第一部分甲型H1N1流感病毒HA蛋白对趋化因子MCP-1、MIP-1α的影响外购人脐静脉血管内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUEVCs),并且传代培养,培养箱中培养并种板,在不同浓度的血凝素(2.5μg/ml、5μg/ml)刺激3小时,分别收集细胞上清液,通过ELISA检测细胞上清液中MCP-1、MIP-1α的表达水平,以P<0.05为差异有统计学意义。继续培养HUEVCs并种板后随机分组,不同浓度血凝素刺激3小时后提取各组细胞中总RNA,通过Real-time PCR检测MCP-1、MIP-1α在基因水平上的变化,以P<0.05为差异有统计学意义。第二部分JAK2抑制剂对H1N1病毒HA蛋白介导JAK2/STAT3信号通路中MCP-1和MIP-1α水平的调控连同其对急性肺损伤的影响继续培养HUEVCs并种板后随机分组,分为对照组,2.5μg/ml HA组,JAK2抑制剂+HA组。刺激3小时后收取各组细胞总蛋白,Western blot检测HUVECs细胞中JAK2,STAT3,P-JAK2和P-STAT3的蛋白表达;同时ELISA检测细胞培养上清液中趋化因子MCP-1、MIP-1α的表达量。重复上述培养及刺激后,Real-time PCR检测HUVECs中MCP-1和MIP-1α的基因水平。体内试验采纳BABL/c小鼠(8周龄),HA 100μl(50μg/ml含生理盐水模拟2.5μg/ml)尾静脉注射或JAK2抑制剂760ng/ml预处理后30 min,对照组小鼠注射生理盐水,12h后处死。用10%中性缓冲福尔马林固定标本后,用石蜡包埋,HE染色,电子显微镜观查小鼠肺部组织损伤的病理变化。结果:第一部分H1N1病毒HA蛋白上调趋化因子MCP-1、MIP-1α的表达水平与对照组相比,HA浓度为2.5μg/ml和5μg/ml组的HUVECs细胞培养上清液中MCP-1和MIP-1α的浓度随HA浓度升高而升高。RTq PCR检测结果显示,与对照组相比,2.5μg/ml和5μg/ml的H1N1-HA组HUVECs中MCP-1、MIP-1αm RNA表达水平明显升高,差异均有统计学意义(p<0.05)。第二部分JAK2抑制剂抑制H1N1病毒HA蛋白介导的JAK2/STAT3信号通路的激活,下调MCP-1和MIP-1α水平并减弱急性肺损伤随后,我们证实了H1N1 HA是否能导致JAK/STAT信号通路的激活。H1N1病毒HA刺激的HUVECs提高了JAK2和STAT3的磷酸化水平。并且与HA刺激的对照组相比,JAK2抑制剂预刺激后的HA刺激组中,其JAK2和STAT3二者的磷酸化水平降低明显,其趋化因子MCP-1和MIP-1α的基因与蛋白水平显著下调。JAK2抑制剂预处理后的HA刺激组小鼠肺组织的HE染色发现与HA刺激组对比,HA刺激组出现的肺泡壁增厚,肺泡腔局部萎缩,局灶性出血等不同程度损伤均有减轻。结论:1 H1N1流感病毒HA导致趋化因子MCP-1和MIP-1α在HUVECs中表达增高。2 H1N1流感病毒HA可以激活JAK2/STAT3通路,JAK2抑制剂可以抑制JAK2/STAT3信号转导途径的激活,抑制趋化因子MCP-1和MIP-1α在HUVECs中的表达。减弱H1N1病毒HA诱导的小鼠体内急性肺损伤。
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