鹦鹉热衣原体在体外和体内持续性感染模型中的基因表达差异分析

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目的:通过对鹦鹉热衣原体(Chlamydia psittaci,Cps)急性和持续性感染细胞模型全基因转录组学分析,探索参与调节持续性感染的差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)及相关通路。通过构建Cps急性和持续性感染BALB/c小鼠模型,探索基因芯片所获的DEGs,是否能够在Cps感染的BALB/c小鼠体内得到验证。系统性的研究Cps持续性感染机制,对进一步探索Cps持续性感染防治措施有着重要的指导意义。方法:1.整理课题组前期的急性和持续性感染细胞模型基因芯片结果,应用生物信息学软件和网站做DEGs、Venn、GO分类、KEGG通路分析及蛋白相互作用网络分析。2.Cps 6BC感染单层HeLa细胞,2h后更换为含有35ng/mL人重组干扰素-γ(recombinant human IFN-γ,rhIFN-γ)的新鲜Cps培养基,构建持续性感染模型。在感染12h、24h、36h、48h、60h后提取急性和持续性感染细胞总RNA,采用qRT-PCR技术对20个DEGs进行验证。3.乙醚麻醉BALB/c小鼠,采用滴鼻感染的方式感染5×105 IFUs Cps6BC标准株。感染后第5d开始,对4组小鼠分别给予无菌水、2mg/kg、20mg/kg、40mg/kg阿莫西林(Amoxicillin,Amox)灌胃处理(以下分别简称为Water组、Amox 2组、Amox 20组、Amox 40组),每天2次,连续7d。每天观察其的饮食和活动情况,并动态监测其体重变化和存活率。4.感染后12d处死小鼠,无菌分离肺组织,用间接免疫荧光法(indirect immunofluorescence assay,IFA)和qRT-PCR法同时计数等量肺组织匀浆中的Cps载量,评估Cps生长形态。每组随机取6只小鼠肺组织进行H&E染色、S-P免疫组化,评估病理变化及Cps分布情况。通过电镜观察小鼠肺组织包涵体中Cps颗粒的形态。5.提取肺组织总RNA,采用qRT-PCR技术检测肺组织中Cps基因的转录情况。结果:1.对基因芯片结果进行分析,筛选|log2FC|≥1的DEGs,在感染12h、24h、36h、48h、60h后,DEGs数量分别为247、267、561、263、641,通过Venn分析得到在1260h连续差异表达基因177个,其中上调基因68个,下调基因109个。2.分别对上调和下调的DEGs进行GO分类、KEGG通路分析及蛋白互作网络分析。上调基因中最为显著的术语主要为CC类别如“核糖体”、“细胞内核糖核蛋白复合物”、“核糖核蛋白复合物”。下调基因中最为显著的术语主要为BP类别如“金属离子转运”、“钠离子转运”、“阳离子转运”。上调基因参与一条KEGG通路:“核糖体”途径。下调基因最为显著的三条通路是“代谢途径”、“次生代谢物的生物合成”、“β-内酰胺抗性”。3.分析DEGs的功能发现上调基因主要负责氨基酸合成与代谢、基因翻译、脂质代谢、核苷酸代谢、糖类与能量代谢等,而下调基因主要是与三羧酸(tricarboxylic acid,TCA)循环、基因表达调控与转录、蛋白分泌、膜蛋白、毒力、蛋白水解与肽转运、细胞分裂等相关的基因。提取Cps感染的HeLa细胞总RNA,通过qRT-PCR检测20个功能不同且差异明显的DEGs表达情况,如euo、prmC、ahpC、pyk、atpE、pmpH、ydho、glgA、oppA4、rpoN、clpC、gmk、yyaL、fliN、pth、glmU、pbp3、ligA、hsp60、sucB1,其中18个基因和芯片结果一致(P<0.05),2个基因的上调与下调没有统计学意义(P>0.05)。4.Cps感染后,Water组和Amox 2组小鼠表现出明显的急性感染症状,H&E染色、S-P免疫组化结果显示肺组织有严重的病理损伤。Amox 20组小鼠用药后,症状减轻且不明显,同时肺组织病理损伤较轻。小鼠给予40mg/kg Amox后,症状消退,肺组织无病理损伤。通过电镜观察,Water组小鼠肺组织中包涵体体积较大且充满大量原体(elementary body,EB)颗粒和少量RB颗粒,Amox 20组小鼠肺组织中包涵体体积明显比Water组小,且可见其中充满大的、电子密度较低的异型RB。5.提取肺组织总RNA,通过qRT-PCR技术检测20个功能不同且差异明显的DEGs表达情况,如euo、prmC、ahpC、pth、pyk、atpE、pmpH、ydho、glgA、oppA4、rpoN、clpC、fliN、gmk、yyaL、glmU、pbp3、ligA、hsp60、sucB1,其中8个基因和芯片结果一致(P<0.05),12个基因的上调与下调没有统计学意义(P>0.05)。结论:1.通过基因芯片技术转录1008个Cps基因,上调基因包括与翻译、应激反应、氨基酸代谢、脂代谢、核苷酸代谢、糖代谢等相关的基因。下调基因包括与TCA循环、RB向EB分化、表达调控与转录、蛋白分泌、蛋白水解与肽转运、膜蛋白、毒力、细胞分裂等相关的基因。2.成功构建由Amox诱导的Cps持续性感染BALB/c小鼠模型。持续性感染状态下:Cps引起的病理损伤较弱,是一种隐匿的感染;Cps基因ahpC、euo、prmC表达上调,pbp3、sucB1、oppA4、pmpH、ligA表达下调。
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