AIBP调控线粒体自噬对巨噬细胞M1/M2极化及动脉粥样硬化的影响和机制研究

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[背景与目的]:动脉粥样硬化(Atherosclerosis,As)是一种慢性炎症病变,血管壁免疫/炎症激活被认为是As发生发展的关键因素之一。作为免疫/炎症系统的主要效应细胞,巨噬细胞聚集在血管壁,吞噬脂质并产生多种炎症因子,从而参与As发生发展的整个过程。因此,深入研究As形成过程中巨噬细胞炎症反应的调控机制对于As性心脑血管疾病的防治具有重要意义。巨噬细胞具有异质性和可塑性,在不同诱导因素刺激下,可形成不同功能的亚群(即巨噬细胞极化),主要分为两大类:经典活化型巨噬细胞(M1型)和替代活化型巨噬细胞(M2型)。M1型巨噬细胞主要由脂多糖(LPS)和干扰素-γ(IFN-γ)诱导,分泌肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素1β(IL-1β)等炎症因子,发挥促炎效应;M2型巨噬细胞主要由IL-4诱导,高表达精氨酸酶1(arginase,Arg1)、IL-10等,发挥抗炎和组织修复效应。在不同发展阶段的As斑块中存在着不同类型的巨噬细胞,M1型巨噬细胞主要存在于斑块的进展期和不稳定性斑块,促进斑块的形成与破裂;M2型主要存在于稳定性斑块,可以缓解斑块形成的炎症环境。载脂蛋白A-I结合蛋白(apolipoprotein A-I binding protein,AIBP)是近年来发现与循环载脂蛋白A-I(apolipoprotein A-I,apoA-I)结合的蛋白质,其表达水平与心血管疾病的风险密切相关。研究证实,外源性给予AIBP可促进apoA-I/腺苷三磷酸结合盒转运体A1(ATP-Binding Cassette Transporter A1,ABCA1)介导的胆固醇流出,减少巨噬细胞内胆固醇蓄积和炎症反应,并减缓As的发生发展。有研究指出AIBP也存在于线粒体中,具体功能尚未明确。线粒体对巨噬细胞极化具有重要的调控作用。但线粒体内AIBP是否影响巨噬细胞M1/M2极化和As发生发展及其机制尚不清楚。因此,本研究的目的是从线粒体AIBP的角度,探究AIBP对巨噬细胞M1/M2极化与As进展的影响及其潜在的分子机制。该研究有助于明确以AIBP等线粒体蛋白通过影响线粒体功能在调节巨噬细胞炎症和As发生发展中的作用,为As防治药物的开发提供了新的理论依据和潜在靶点。[方法]:通过蛋白酶K保护实验及碱裂解实验探究AIBP在线粒体中的定位。随后分离AIBP-/-小鼠骨髓源性巨噬细胞,采用病毒转染过表达全长AIBP和线粒体定位序列(Mitochondrial localization sequence,MLS)突变的AIBP(ΔMLS)。通过qPCR检测AIBP或AIBP(ΔMLS)过表达后,IL-1β,IL-6,TNF-α,IL-4及IL-10等细胞因子的表达。随后用LPS+IFN-γ诱导巨噬细胞M1型极化,用IL-4诱导巨噬细胞M2型极化,通过qPCR检测M1型与M2型巨噬细胞标志物的表达。运用seahorse细胞能量代谢实时测定仪检测线粒体AIBP缺失后对线粒体氧化磷酸化和糖酵解的影响;运用qPCR和Western Blot,检测线粒体AIBP缺失对线粒体数量、LC3b、p62蛋白水平及线粒体自噬相关蛋白PETN诱导的假定激酶1(PTEN induced putative kinase 1,PINK1)、Parkin水平的影响,使用巴弗洛霉素A1抑制自噬进程,观察线粒体AIBP缺失对巨噬细胞M1/M2极化的影响。采用骨髓移植构建巨噬细胞AIBP缺失的LDLR-/-小鼠,并通过Western Blot检测AIBP的表达,采用油红O、HE染色评估小鼠As斑块的大小;收集小鼠的主动脉、血液,采用ELISA、qPCR和Western Blot以及免疫荧光等方法,检测小鼠血清、主动脉和动脉粥样斑块中炎症因子和M1/M2标志基因表达水平。[结果]:蛋白酶K保护实验和碱裂解实验证实AIBP定位于线粒体内膜中。蛋白质免疫印迹结果显示病毒转染后线粒体中AIBP表达显著性增加,而过表达AIBP(ΔMLS)则线粒体中无AIBP表达,表明细胞内过表达全长AIBP与AIBP(ΔMLS)的细胞模型构建成功。qPCR结果显示线粒体AIBP缺失后,巨噬细胞促炎因子表达增加,抗炎因子表达减少。同时线粒体AIBP缺失后,M1型巨噬细胞标志物诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)与环氧化酶(Cyclooxygenase 2,COX2)表达增加,M2型巨噬细胞标志物甘露糖受体(Mannose receptor 1,MRC1)及Arg1表达减少。进一步检测发现AIBP缺失后线粒体氧化磷酸化受损,糖酵解水平增加。而线粒体AIBP缺失增加了细胞内线粒体的数量并抑制了LC3b在线粒体上募集,探究其机制发现线粒体AIBP缺失减少了线粒体自噬相关蛋白PINK1和Parkin的水平,说明线粒体AIBP缺失可能抑制了PINK1介导的线粒体自噬发生,巴弗洛霉素A1处理显著影响了AIBP对巨噬细胞M1/M2极化的调控。Western Blot与qPCR检测结果显示骨髓移植后巨噬细胞AIBP蛋白表达显著减少,说明了巨噬细胞AIBP缺失的模型构建成功。小鼠心脏的主动脉窦的冰冻切片染色显示,巨噬细胞AIBP缺失能够显著的促进动脉粥样斑块的形成;同时血清中炎症因子的水平增高;免疫荧光显示巨噬细胞AIBP缺失促进了巨噬细胞在斑块中的浸润;qPCR检测腹腔巨噬细胞M1/M2标志基因的表达也发现AIBP缺失促进巨噬细胞M1表型,抑制M2表型;[结论]:1.AIBP通过促进PINK1介导的线粒体自噬,抑制巨噬细胞M1型极化,促进巨噬细胞M2型极化,降低巨噬细胞炎症反应。2.巨噬细胞AIBP通过调控巨噬细胞M1/M2极化,降低As斑块内炎症反应,抑制动脉粥样硬化的发生发展。
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