ASIC1a敲除下调小鼠M2型巨噬细胞极化的机制研究

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研究背景:
  酸敏感离子通道(acid-sensing ion channel, ASIC )是由至少5个基因(ACCN1-5 )选择性剪切表达的产物,目前已发现有7种不同蛋白表达(ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3、ASIC4及ASIC5)。近年来,ASIC的研究有了很大的进展,尤其是ASIC1a的研究,ASIC1a(acid-sensitive ion channel 1a)除广泛表达于中枢、周围神经系统神经元上,亦表达于巨噬细胞(macrophage)、树突状细胞(DC)等免疫细胞。ASIC1a属于H+门控上皮钠通道家族,酸中毒可激活此通道,导致胞外Na+内流及其他生物学效应,在多种生理、病理生理过程中起着至关重要的作用。
  巨噬细胞活化成M2的过程中,除了细胞因子、膜表面分子及功能相关蛋白表达变化外,其胞内合成代谢、分解代谢和获得ATP的方式等也通过代谢再编程(metabolic reprogramming)发生调整。组织微环境可以影响巨噬细胞极化;巨噬细胞极化过程中,可通过代谢途径再编程适应不同的活化状态。代谢途径再编程过程偏转,亦可反过来影响巨噬细胞极化。
  ATP是所有活细胞的主要能量来源。线粒体内膜上的ATP合酶利用跨线粒体膜质子(H+)动力势合成ATP,部分细菌、古细菌等低等生物则通过其细胞膜上的ATP合酶,利用跨细胞膜Na+动力势合成ATP。生理条件下,高等生物细胞胞外Na+浓度高达145mM,胞内Na+浓度仅12mM,形成跨膜Na+浓度梯度。但部分厌氧菌(如酒石酸泥杆菌、温和生丙酸菌、伍氏醋杆状菌、争论梭状芽孢杆菌等)和一些病原菌(如霍乱弧菌、沙眼衣原体、流感嗜血杆菌等)与此相反,其钠泵偶联脱羧酶等,其脱羧反应等产生的自由能将胞内Na+泵至胞外形成内低外高的Na+动力势供能给ATP合酶。尽管高、低等生物ATP合酶结构、功能有差异,但高等生物胞内Na+浓度变化是否通过某种机制影响ATP合酶活性;又是否、如何影响其细胞(如小鼠巨噬细胞)合成ATP均有待深入研究。
  利用多种钠离子通道和转运蛋白协同,才能既保证细胞所需的适度Na+内流(如VGSC、ENaC、ASIC等通道开放导致的胞内Na+浓度升高),又能随后将胞内Na+浓度逐渐恢复至正常水平(如Na+/K+-ATP酶可按泵出3个Na+、偶联摄入2个K+的方式跨膜转运离子,降低胞内Na+浓度直至恢复稳态)。最近有研究表明,单纯微环境中的高Na+浓度就可诱导巨噬细胞活化为M2,从而促进肿瘤生长。而生理、病理生理情况下,正常胞内Na+浓度变化程序(Na+内流及随后的向胞外转运)受影响后,是否、如何影响巨噬细胞极化;是否、如何通过影响ATP的生成而影响其极化;尚未有研究。
  本课题组前期研究发现,ASIC1a缺失下调M2型巨噬细胞极化,但具体机制不明。由其开放后,通过介导Na+内流升高胞内Na+浓度的通道特性推论,巨噬细胞极化过程中可能也伴随着胞内Na+浓度升高的过程;阻断或减弱其他类似钠离子内流通道,可能有类似于ASIC1a缺失后的下调效应。在ASIC1a-/-小鼠的基础上,我们还选取小鼠巨噬细胞表达的Nav1.5、Nav1.6为靶点,用阻断剂TTX和激动剂VTD验证Na+内流参与巨噬细胞极化。
  研究目的:
  ASIC1a缺失对小鼠M2型巨噬细胞极化的影响及其机制研究。
  研究方法:
  取WT与ASIC1a-/-小鼠诱导BMM与PM,IL-4刺激24h分别诱导M2型BMM与PM:检测M2型巨噬细胞相关分子、STAT6磷酸化水平、电子传递链、ATP含量、线粒体膜电位、ATP合酶活性及蛋白表达、胞外Na+内流等。皮下注射B16细胞建立ASIC1a-/-小鼠黑色素瘤模型,2周后记录肿瘤体积,免疫荧光检测浸润的巨噬细胞。进一步干预Na+内流后检测巨噬细胞相关分子及ATP含量。
  研究结果:
  1)ASIC1a-/-下调M2型巨噬细胞极化,但不影响STAT6磷酸化。ASIC1a-/-M2型巨噬细胞极化过程中胞外Na+内流减少,进一步影响ATP合酶使其活性下降,胞内ATP含量减少,并下调M2极化,而线粒体膜电位及电子传递链无明显变化。
  2)ASIC1a-/-减缓黑色素瘤小鼠肿瘤生长,浸润的巨噬细胞也有所减少。
  3)用TTX特异性阻断Nav介导的Na+内流后发现,巨噬细胞胞内ATP含量减少,并下调M2极化,但上调M1极化;用VTD特异性激活Nav介导的Na+内流后发现,巨噬细胞胞内ATP含量增加,并上调M2极化,与之相反,VTD下调M1极化。
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