ANRIL在大气PM2.5促进肺上皮细胞Muc5ac分泌中的作用和机制

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目的:通过比较ANRIL基因沉默和正常的Beas-2B细胞PM2.5暴露后,NF-κB介导的各炎症因子及Muc5ac表达水平的差异,探讨ANRIL在大气PM2.5诱发的呼吸系统疾病黏液分泌中的调控作用及机制,可为阐明大气PM2.5所致呼吸系统疾病的发病机制提供科学依据,为预防和控制呼吸系统疾病提供新靶点。方法:采用含10%胎牛血清的DMEM培养基体外培养Beas-2B细胞。合成ANRIL siRNA片段,经转染生长良好的Beas-2B细胞,采用Q-PCR验证ANRIL沉默效率。分别给予基因沉默Beas-2B细胞和正常Beas-2B细胞0μg/mL(对照组)、100μg/mL(低剂量组)、200μg/mL(中剂量组)和400μg/mL(高剂量组)大气PM2.5暴露,于6h、12h和24h后收集细胞及细胞上清液。采用MTT法检测Beas-2B细胞的存活率;采用ELISA法测定细胞上清液中IL-1β、TNF-α、Muc5ac的水平;采用Q-PCR法测定细胞中NF-κB家族基因mRNA表达水平;采用Western Blot法测定IκB-α蛋白表达量。应用IBM SPSS 24.0进行统计分析,采用方差分析比较不同染毒组间各指标的差异,采用LSD法进行组间两两比较;采用t检验比较基因沉默细胞和正常细胞组间各指标的差异;非正态性数据采用秩和检验,以P<0.05为差异具有统计学意义。结果:1.各染毒剂量组Beas-2B细胞在PM2.5暴露6h、12h和24h各时间段,细胞存活率均明显低于对照组(P<0.05),且在暴露12h和24h时,随着暴露剂量的增加,细胞存活率显著下降(P<0.05);中、高剂量组暴露12h和24h细胞存活率明显低于暴露6h(P<0.05)。2.PM2.5暴露6h后,中、高剂量组Beas-2B细胞Muc5ac水平明显高于对照组(P<0.05);暴露12h后,高剂量组Muc5ac水平明显高于其余各组(P<0.05);暴露24h后,各剂量组Muc5ac水平无统计学意义(P>0.05);随PM2.5暴露时间的增加,各剂量组细胞Muc5ac水平呈现先升高后降低的趋势(P<0.05)。3.PM2.5暴露6、12和24h,高剂量组细胞上清液中IL-1β水平明显高于中剂量组和对照组(P<0.05);暴露12h,高剂量组IL-1β水平明显高于低剂量组(P<0.05);暴露24h,低剂量组IL-1β水平明显高于对照组(P<0.05)。PM2.5暴露6h,中、高剂量组细胞上清液中TNF-α水平明显高于对照组,且高剂量组TNF-α水平明显高于低、中剂量组(P<0.05);暴露24h,各染毒剂量组TNF-α水平明显高于对照组,中、高剂量组TNF-α水平明显高于低剂量组(P<0.05);而暴露12h,各剂量组TNF-α水平无统计学意义(P>0.05);各染毒剂量组暴露24h细胞上清液TNF-α水平明显高于暴露6h和12h(P<0.05)。4.高剂量组PM2.5暴露6h、12h和24h,Beas-2B细胞NF-κB1、NF-κB2、RelA、RelB、Rel mRNA的表达水平均显著高于对照组(P<0.05);中剂量组PM2.5暴露6h,Beas-2B细胞NF-κB1、NF-κB2、RelA mRNA表达水平均显著高于对照组,RelB mRNA的表达水平低于对照组(P<0.05),暴露12h,RelB mRNA表达水平低于对照组,而Rel mRNA表达水平高于对照组(P<0.05),暴露24h,NF-κB1、NF-κB2、Rel、RelA、RelB mRNA表达水平均显著高于对照组(P<0.05);低剂量组PM2.5暴露6h,Beas-2B细胞NF-κB2、RelA、RelB mRNA的表达水平显著低于对照组(P<0.05),暴露12h,RelA、RelB mRNA的表达水平低于对照组,而Rel mRNA表达水平高于对照组(P<0.05),暴露24h,NF-κB1、NF-κB2、Rel mRNA的表达水平显著高于对照组(P<0.05)。各染毒剂量组PM2.5暴露12h和24h,Beas-2B细胞NF-κB1、Rel mRNA的表达水平显著低于暴露6h(P<0.05);中、高剂量组PM2.5暴露12h和24h后NF-κB2 mRNA的表达水平显著低于暴露6h;低剂量组暴露12h和24h,NF-κB2mRNA的表达水平显著高于暴露6h,低、中剂量组暴露24h后NF-κB2 mRNA的表达水平显著高于暴露12h(P<0.05);各染毒剂量组PM2.5暴露24h后,RelA、RelB mRNA的表达水平显著低于暴露6h和12h(P<0.05)。5.Beas-2B细胞中NF-κB抑制蛋白IκB-α蛋白的表达水平随着PM2.5暴露剂量的增加和暴露时间的延长而逐渐降低(P<0.05)。6.高剂量组Beas-2B细胞在PM2.5暴露各时间段ANRIL基因表达水平均显著高于对照组(P<0.05);中剂量组细胞PM2.5暴露12h和24h后ANRIL基因表达水平显著高于对照组(P<0.05)。7.ANRIL基因沉默组细胞中,PM2.5暴露6h,高剂量组Muc5ac水平明显高于其余各组(P<0.05),中剂量组Muc5ac水平明显高于对照组(P<0.05);暴露24h,中、高剂量组Muc5ac水平明显高于低剂量和对照组(P<0.05);而暴露12h,各剂量组Muc5ac水平无统计学意义(P>0.05);高剂量组PM2.5暴露6h、24h后Muc5ac水平明显高于暴露12h(P<0.05),中剂量组暴露24h后Muc5ac水平明显高于暴露12h(P<0.05)。PM2.5暴露12h高、中剂量组基因沉默细胞Muc5ac水平明显低于正常细胞(P<0.05)。8.ANRIL基因沉默组细胞上清液中,PM2.5暴露6h,中剂量组IL-1β水平明显高于低、高剂量组,各染毒剂量组TNF-α水平明显高于对照组(P<0.05);暴露12h,中、高剂量组IL-1β水平明显高于低剂量组和对照组,各染毒剂量组TNF-α水平明显高于对照组(P<0.05);暴露24h,中、高剂量组IL-1β水平明显高于低剂量组,低剂量组IL-1β水平明显高于对照,高剂量组TNF-α水平明显高于中、低剂量组(P<0.05)。PM2.5暴露6h高、低剂量组基因沉默细胞IL-1β水平明显低于正常细胞(P<0.05);暴露24h高剂量组基因沉默细胞IL-1β、TNF-α水平明显低于正常细胞(P<0.05)。9.ANRIL基因沉默和正常Beas-2B细胞NF-κB家族基因mRNA表达水平变化(1)PM2.5暴露6h,高剂量组ANRIL基因沉默细胞NF-κB1、Rel、RelB mRNA表达水平低于正常细胞(P<0.05);中剂量组基因沉默细胞NF-κB1、NF-κB2 mRNA的表达水平显著低于正常细胞(P<0.05);低剂量组基因沉默细胞中NF-κB1、Rel、RelA、RelB mRNA表达水平显著低于正常细胞(P<0.05)。(2)PM2.5暴露12h,高剂量组ANRIL基因沉默细胞NF-κB1、NF-κB2、Rel、RelA mRNA表达水平显著低于正常细胞(P<0.05);中剂量组基因沉默细胞NF-κB1、NF-κB2、RelA、Rel mRNA表达水平显著低于正常细胞(P<0.05);低剂量组基因沉默细胞中NF-κB1、Rel、RelB mRNA表达水平显著低于正常细胞(P<0.05)。(3)PM2.5暴露24h,高剂量组ANRIL基因沉默细胞NF-κB1、NF-κB2、Rel mRNA表达水平显著低于正常细胞(P<0.05);中剂量组基因沉默细胞中NF-κB1、NF-κB2、RelB、Rel mRNA表达水平显著低于正常细胞(P<0.05);低剂量组基因沉默细胞中NF-κB1、NF-κB2、RelA、Rel mRNA表达水平显著低于正常细胞,(P<0.05)。11.高剂量组ANRIL基因沉默Beas-2B细胞中IκB-α的表达水平随着PM2.5暴露时间的延长而逐渐升高。结论:1.大气PM2.5暴露会降低Beas-2B细胞的存活率。2.大气PM2.5暴露可刺激Beas-2B细胞分泌更多的黏蛋白;ANRIL沉默可降低黏蛋白的分泌,表明ANRIL在PM2.5暴露所致Beas-2B细胞分泌更多黏蛋白中起调控作用。3.大气PM2.5暴露可刺激Beas-2B细胞分泌更多的炎性因子;ANRIL沉默可降低炎性因子的分泌,表明ANRIL在PM2.5暴露所致Beas-2B细胞炎症中起调控作用。4.大气PM2.5暴露可上调NF-κB家族基因mRNA的表达水平;ANRIL沉默可降低NF-κB家族基因mRNA的表达水平,表明ANRIL在PM2.5暴露所致NF-κB家族基因表达中起调控作用。5.大气PM2.5暴露可促进Beas-2B细胞NF-κB信号通路的活化;ANRIL沉默可使NF-κB信号通路活化减弱,表明ANRIL在PM2.5暴露所致NF-κB信号通路活化增强中起调控作用。6.ANRIL可能是通过调控NF-κB信号通路,影响肺上皮细胞的炎症反应过程,在大气PM2.5所致黏液分泌增多中起调控作用。
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