中枢神经系统来源的IL-33在实验性自身免疫性脑脊髓炎中的作用

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背景:  IL-1家族的新成员白介素-33(Interleukin-33,IL-33)既可作为核因子发挥转录抑制的作用,又具有细胞因子的信息传递功能。除了在细胞受损时被动释放至胞外,IL-33能否主动释放目前尚不清楚。IL-33在中枢神经系统(Central nervous system,CNS)的多种细胞核内组成性高表达,被证明与 CNS最常见的自身免疫性疾病多发性硬化症/实验性自身免疫性脑脊髓炎(Multiple sclerosis/ Experimental autoimmune encephalomyelitis,MS/EAE)具有相关性,但 CNS中的IL-33的释放特征及其对MS/EAE疾病进展的作用远未阐明。  目的:  阐明EAE病程中CNS中的IL-33的释放特征及对EAE疾病进展的作用,为探讨IL-33可能的生理学和病理学意义提供依据,并为治疗MS提供新的生物学靶标。  方法:  一、体内实验  1.用 C57BL/6小鼠制备 EAE动物模型,根据 EAE的临床症状和疾病的发展趋势将EAE病程分为发病前期(Pre-onset)、初期(Onset)、高峰期(Peak)和慢性期(Chronic)四期,以正常的、未经任何处理(Naive)的C57BL/6小鼠为对照。在EAE病程的相应时间点取材并进行以下检测:  (1)EAE各期脊髓组织中IL-33的表达变化:Western Blot检测总蛋白水平,免疫组化检测胞内蛋白的水平,ELISA检测脊髓组织匀浆液、释放到脑脊液(Cerebrospinal fluid,CSF)和血清中的水平,ELISA同时还检测可溶性ST2(sST2)以及IL-1β、IL-17A和TNF-α等炎症相关细胞因子水平的变化。  (2)脊髓组织中IL-33及ST2的细胞定位:免疫荧光染色检测Naive小鼠脊髓组织切片中IL-33、ST2与星形胶质细胞(GFAP标记)、小胶质细胞(CD11b标记)以及神经元(NeuN标记)的共定位情况,并检测EAE各期IL-33和IL-33阳性细胞的荧光强度的变化。  2.利用小鼠脑定位仪将C57BL/6小鼠进行侧脑室埋管,放置7天小鼠创伤愈合后再进行EAE造模,并于造模后的第10~20天从埋入侧脑室的导管给予IL-33 mAb处理,2μg/次/只,隔天给药。以同型抗体IgG2a和PBS组为对照。同时对小鼠EAE发病的临床症状进行评分,并于EAE高峰期(造模后第19天)取材进行以下检测:  (1)检验IL-33 mAb中和IL-33的效果:Western Blot检测脊髓组织中IL-33的总蛋白水平,组化检测脊髓切片中胞内 IL-33的水平,ELISA检测脊髓组织匀浆液的IL-33、sST2的水平。  (2)检验IL-33 mAb处理对CNS的影响:LFB染色检测脊髓髓鞘脱失情况,免疫组化染色检测星形胶质细胞(GFAP标记)、小胶质细胞(CD11b标记)的增殖活化以及神经元(NeuN标记)的数量变化;ELISA检测脊髓组织匀浆液的TNF-α、HMGB1等炎症相关细胞因子的水平。  (3)检测IL-33 mAb处理对T细胞亚群的影响:脊髓切片CD3免疫组化染色检测浸润到 CNS的T淋巴细胞水平;流式细胞术检测脾脏、腹股沟和腋窝引流淋巴结Th1/17型细胞亚群的变化。  二、体外实验  1.IL-33在原代CNS细胞中的表达:分离培养原代星形胶质细胞、神经元,Western Blot分别检测IL-33在原代星形胶质细胞、神经元胞浆-胞核蛋白中的表达。  2.IL-33主动释放:  (1)培养原代星形胶质细胞,分别用脊髓组织匀浆液(Naive、Pre-onset和Peak期)、TNF-α联合 ATP处理细胞,用超滤管浓缩法将刺激后的培养上清浓缩10倍后,ELISA检测IL-33的水平,Western Blot检测细胞裂解液中IL-33的含量,台盼蓝活细胞拒染法检测细胞的生存率,GFAP荧光染色检测星形胶质细胞的活化。  (2)培养人星形胶质母细胞瘤细胞系 U87细胞,用免疫荧光染色确定 U87细胞表达IL-33后,用PTX和/或ATP处理细胞,用超滤管浓缩将刺激后的培养上清浓缩10倍后,ELISA检测浓缩上清中IL-33的水平,台盼蓝活细胞拒染法检测细胞的生存率。  3.EAE高峰期释放的IL-33对胶质细胞功能的调控:  (1)对原代星形胶质细胞的作用:用EAE高峰期脊髓组织匀浆液(含有高水平IL-33)处理细胞,再加入IL-33 mAb中和IL-33,MTT检测细胞的增殖,GFAP荧光染色检测星形胶质细胞的活化。  (2)对小胶质细胞系BV2细胞的作用:用EAE高峰期脊髓组织匀浆液(含有高水平IL-33)处理细胞,再加入IL-33 mAb中和IL-33,MTT检测细胞的增殖,NO检测反映细胞的活化;荧光微球吞噬实验检测吞噬功能。然后用 LPS模拟炎症微环境激活BV2细胞,再用重组IL-33干预LPS激活的细胞并进行以上检测加以佐证。  结果:  1.IL-33在EAE进展中被释放到脊髓组织局部:在Pre-onset、Onset和Peak期脊髓组织胞核内IL-33表达减少,而IL-33总蛋白并未减少,Chronic期胞核内IL-33和IL-33总蛋白均显著增加;ELISA检测发现脊髓组织匀浆上清从 Pre-onset期开始即有 IL-33释放,Peak期释放水平最高;但血清和 CSF中未检测到 IL-33;此外,脊髓组织匀浆液中的TNF-α和IL-17A等炎症相关细胞因子的水平也有所增加。  2.脊髓组织定居细胞表达 IL-33和其受体 ST2:在正常小鼠脊髓组织中,IL-33不仅定位在星形胶质细胞的胞核中,而且还表达在神经元的胞核和胞浆中;提取原代培养的星形胶质细胞和神经元的胞浆-胞核蛋白进行Western Blot检测 IL-33进一步证实了这点。ST2主要由星形胶质细胞和小胶质细胞表达。  3.IL-33释放的来源:  (1)IL-33可能被神经元被动释放:在EAE进展中,胞内IL-33的减少与神经元的损伤正相关。  (2)IL-33被星形胶质细胞主动释放:在EAE进展中,胞内IL-33的减少与星形胶质细胞的激活负相关。体外实验进一步证明在炎症刺激如脊髓组织匀浆液和 ATP能诱导原代星形胶质细胞活化并主动释放IL-33;TNF-α也能诱导原代星形胶质细胞活化并主动释放IL-33,而且这种释放不需依赖ATP;EAE造模试剂PTX和/或ATP刺激也能诱导U87细胞主动释放IL-33。  4.CNS局部给予IL-33 mAb处理加重EAE:EAE发病期侧脑室给予IL-33 mAb处理,EAE的临床症状、CNS的组织损伤(脱髓鞘)、T淋巴细胞浸润和炎症加重;同时,星形胶质细胞、小胶质细胞活化增加,而外周 Th1/17细胞的比例和数量不受影响。  5.EAE高峰期释放的IL-33调控胶质细胞的功能:  (1)IL-33抑制星形胶质细胞的增殖。  (2)IL-33抑制小胶质细胞的增殖和活化,同时促进其吞噬功能。  结论:  1.在正常小鼠脊髓组织中,IL-33主要由星形胶质细胞和神经元表达;ST2主要由星形胶质细胞和小胶质细胞表达。  2.在EAE进展中,受损神经元可能被动释放IL-33,激活的星形胶质细胞主动释放IL-33到脊髓组织局部,以旁分泌或自分泌的方式发挥作用。  3.CNS局部给予IL-33 mAb处理加重EAE。  4.EAE高峰期释放的IL-33抑制星形胶质细胞和小胶质细胞的增殖、活化,同时促进小胶质细胞的吞噬功能。  综上,CNS来源的IL-33在EAE炎症的刺激下释放到脊髓组织局部,抑制T淋巴细胞浸润到 CNS和星形胶质细胞、小胶质细胞的增殖活化,减轻 CNS局部的炎症,从而抑制EAE的加重。
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