寨卡病毒感染HUVEC和SH-SY5Y诱导细胞焦亡的机制研究

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研究背景和目的寨卡病毒是全球传播最广泛的虫媒病毒之一,1947年寨卡病毒首次在乌干达寨卡森林的非人灵长动物身上分离。截至2016年,寨卡病毒先后在非洲、南太平洋地区、美洲地区等多地出现不同规模的爆发,已成为严重的世界公共卫生问题。80%的寨卡病毒感染病例表现为不明显的发热症状,但其嗜神经性可引起胎儿小头畸形、格林巴利综合征、脑炎等严重的神经系统疾病。在孕妇的羊水以及小头畸形胎儿的脑组织中可检测到寨卡病毒,这提示寨卡病毒可以穿过胎盘屏障感染胎儿。寨卡病毒还可以感染皮肤成纤维细胞、神经元细胞、神经干细胞、人脐静脉内皮细胞等人体重要的屏障组成细胞和神经相关细胞,并在这些细胞内持续复制,引起细胞死亡,但寨卡病毒引起细胞死亡的方式仍不明确。细胞死亡包括细胞凋亡、坏死、焦亡。凋亡是目前研究比较深入的一种程序性细胞死亡方式,其下游通路以激活半胱天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)为特点;焦亡与凋亡不同,是一种新发现的程序性细胞死亡方式,近年来备受关注,其以激活Caspase-1为特征,有活性的Caspase-1可以进一步剪切白介素-1β(IL-1β)前体和白介素-18(IL-18)前体,形成成熟的IL-1β和IL-18,释放到细胞外,引起细胞严重的炎症反应,从而导致细胞迅速走向死亡。有研究表明寨卡病毒感染免疫细胞、胶质细胞和单核细胞后可以激活Nod样受体蛋白3(NLRP3)炎性小体,继而激活Caspase-1,促进IL-1β的成熟与分泌,从而引起细胞免疫反应。NLRP3是目前研究最广泛的炎症小体,许多病原体可以激活NLRP3,进而激活Caspase-1,启动细胞焦亡。许多病毒比如流感病毒、脑心肌炎病毒、人类免疫缺陷型病毒Ⅰ型、肠道病毒71型都可以激活NLRP3,引起细胞炎症反应。此外,寨卡病毒感染可引起白介素6(IL-6)、白介素8(IL-8)、粒细胞集落刺激因子(GM-CSF)、肿瘤坏死因子α(TNFα)、趋化因子配体2(CCL-2)、趋化因子配体5(CCL-5)等多种细胞因子分泌增加,这与寨卡病毒引起的细胞炎性死亡密切相关。研究方法1.细胞因子检测用Luminex液相悬浮芯片技术检测细胞培养上清中十种细胞因子的含量;用实时定量PCR技术(quantitative real-time PCR,qPCR)检测各细胞因子在mRNA水平的相对表达量。2.细胞焦亡指标的检测用活细胞计数试剂盒(CCK-8)检测细胞活力;用乳酸脱氢酶(LDH)释放实验评估细胞膜完整性;用qPCR技术检测焦亡相关基因在mRNA水平的相对表达量;用Western-blot检测焦亡和凋亡相关蛋白的水平;用流式细胞术检测细胞Annexin V-FITC/PI双标染色后细胞分布情况;用NLRP3抑制剂MCC950或Caspase-1的抑制剂VX-765预处理细胞,转染针对NLRP3的小干扰RNA(siRNA),探究寨卡病毒是否通过激活NLRP3炎性小体进而激活Caspase-1引起细胞焦亡。结果1.寨卡病毒感染脐静脉内皮细胞(HUVEC)后可引起GM-CSF、IL-6、IL-8、TNFα、CCL-2这五种细胞因子表达上调,分泌增加;感染神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)后可引起GM-CSF、IL-6、IL-8、TNFα、CCL-5这五种细胞因子表达上调,分泌增加。2.寨卡病毒感染HUVEC和SH-SY5Y后72h,细胞活力下降50%,细胞膜完整性丧失,Annexin V染色阳性,焦亡相关基因在mRNA水平3.增加,Caspase-1和IL-1β激活,初步判断寨卡病毒感染细胞后发生了焦亡。4.转染siRNA-NLRP3,用MCC950或VX-765预处理细胞,再感染寨卡病毒,Caspase-1和IL-1β活性被抑制;在SH-SY5Y中,高浓度的MCC950可部分抑制细胞焦亡,提高细胞存活率,抑制病毒复制;共同说明寨卡病毒引起的Caspase-1激活的细胞焦亡部分依赖于NLRP3炎性小体途径。结论1.寨卡病毒感染HUVEC和SH-SY5Y后都可引起GM-CSF、IL-6、IL-8、TNFα的表达上调,分泌增加,这些细胞因子可能与寨卡病毒引起的过度免疫反应相关。2.寨卡病毒感染HUVEC和SH-SY5Y激活Caspase-1引起细胞焦亡。3.寨卡病毒引起的Caspase-1激活的细胞焦亡部分依赖于NLRP3炎症小体途径。
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