白细胞介素-33通过激活p38 MAPK信号调节儿童急性髓系白血病细胞中IL-4的表达

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  摘要:目的:探究急性髓系白血病(AML)细胞如何通过白细胞介素-33(IL-33)影响骨髓(BM)微环境,从而促进其生存的机制。方法:通过酶联免疫吸附测定或细胞计数微珠阵列试剂盒测量IL-33、IL-4的表达水平。通过免疫印迹定量磷酸化的p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)、p38和GAPDH的表达。使用流式细胞仪通过凋亡评估细胞存活信号。通过实时定量荧光PCR测量IL-4、Actb mRNA的表达;结果:在诊断出的AML患者中,血清IL-33水平与IL-4水平相关;从体外实验中检测到,IL-33诱导的BM和外周血(PB)样品中IL-4水平升高;IL-33以p38 MAPK依赖的方式增加了白血病细胞中IL-4的表达。结论:为IL-33信号传导在AML发生过程中的关键作用提供了证据。
  关键词:急性髓系白血病;白细胞介素-33;白细胞介素-4;P38丝裂原活化蛋白激酶通路
  急性髓细胞性白血病(Acute Myeloid Leukemia,AML)是一种遗传异质性克隆恶性肿瘤,其特征是反复发生染色体重排,最终导致骨髓祖细胞在骨髓(Bone Marrow, BM)和外周血(Peripheral Blood, PB)中积累[1]。尽管近年来儿童AML的治疗有所进步,不到65%的患者在初次诱导缓解治疗后的3年内仍能够存活[2]。但开发新的替代方法对更有效地治疗AML仍至关重要。肿瘤微环境能够通过保护癌细胞免受抗癌药和环境压力的影响[3~4]。白血病细胞和BM微环境之间的相互作用关系一直是探究AML发展机制的研究热点。
  IL-33是一种来自IL-1家族的细胞因子,可调节宿主防御,免疫调节和炎症反应[5]。在表达慢性髓样白血病(CML)的BCR-ABL中,IL-33信号传导可通过促进耐药性促进细胞存活,并且促进细胞因子的分泌[15]。表达融合基因Cbfb-MYH11 的原代小鼠AML细胞高度表达IL-33的受体,即白介素1受体样1(interleukin-1 receptor like 1, IL1RL1)。随后发现,向AML患者白血病细胞中加入IL-33能够有效抑制凋亡,激活P38丝裂原活化蛋白激酶通路(p38 MAPK),并增加IL-4和IL-6 mRNA水平[6~8]。本实验以儿童AML白血病细胞为模型,探讨AML患者细胞中IL-4的表达水平是否受IL-33的调节。
  1材料与方法
  1.1 材料
  选取2020年4~12月在广州市妇女儿童医疗中心(伦理编号:2020-39500)确诊的AML患者。采集初诊儿童AML患者或者健康供者(HD)的血清样本(1~2 ml),BM(2~3 ml)和PB(2~3 ml)来自新诊断的儿童AML患者和HD。采用人单个核细胞分离液分离出单个核细胞 (Mononuclear Cell, MNC)。
  1.2 細胞培养
  白血病细胞培养液为RPMI-1640和含体积分数为10%的FBS,于37℃、体积分数为5% CO2的培养箱中培养,在倒置显微镜下观察细胞生长状况。
  1.3 酶联免疫吸附测定
  根据产品说明书分别测定AML初诊患者和HD对照组的血清IL-33的水平。将样品与辣根过氧化物酶(HRP)缀合的抗体一起温育,然后添加HRP底物TMB导致显色。在过氧化物酶的催化作用下,TMB变成蓝色,并使用酶标仪在450 nm下测量每个孔的吸光度,确定样品的特定浓度。
  1.4 流式细胞仪珠阵列
  将50 μl上清液与50 μl捕获珠在室温下孵育1 h,然后将混合物与50 μl藻红蛋白(Phycoerythrin,PE)检测试剂在室温下孵育2 h。然后将混合物用1 ml BD CBA洗涤缓冲液洗涤1次,以200 g沉淀5 min,重悬于300 μl洗涤缓冲液中。最后通过Beckman Coulter流式仪获取数据,使用FCAP Array Software 3.0进行分析。
  1.5 Western Blot蛋白免疫印迹
  将细胞沉淀重悬于已加入蛋白酶和磷酸酶抑制剂的RIPA缓冲液中,并在冰上孵育20 min,随后在4℃以13000 rpm离心30 min,并收集上清液。采用 BCA 法测定蛋白浓度,调节浓度至同一含量。采用SDS-PAGE进行凝胶电泳,再转移到PVDF膜上,5%的脱脂奶粉室温封闭1 h,然后TBST洗2次。过夜孵育一抗(1:1000),Washing buffer洗3次后,室温孵育1 h二抗(1∶5000),Washing buffer洗3次后,采用ECL显影。
  1.6 实时荧光定量PCR
  将细胞用冰冷的PBS洗2次后,加入总NA提取试剂,室温裂解10 min,然后加入等体积的氯仿,剧烈振荡30 s后,室温静置15 min,然后以12 000 r /min离心10 min,吸取上清液转移到新的离心管中。加入500 μl 冷的异丙醇溶液,上下振荡1 min后室温静置10 min。高速12 000 r /min离心10 min,白色沉淀即为总RNA。采用cDNA合成试剂盒获取反转录产物,得到的cDNA产物采用SYBR荧光定量PCR试剂盒扩增检测基因的相对表达水平,引物序列为: IL-4(正向引物: 5'- CACAACTGAGAAGGAAACCTTCTG-3',反向引物5'-CTCTCTCATGATCGTCTTTAGCCTTTC-3'); Actb(正向引物: 5'-GGATGCAGAAGGAGATCACTG -3',反向引物: 5'- CGATCCACACGGAGTACTTG-3')[9~10]。
  1.7 统计学分析
  研究中的数据采用(±s)表示,数据采用Graphpad Prim 8软件进行作图和统计分析。两组间比较采用Student' s t -test,三组以上数据采用one-way ANOVA,P<0.05为差异有统计学意义。   2结果与分析
  2.1 初诊AML患者的血清IL-4浓度与IL-33浓度呈负相关
  使用表达Cbfb-MYH11融合基因的敲入小鼠的AML细胞,与未处理的AML细胞相比,IL-33处理可提高IL-4 mRNA表达水平,表明IL-33 / IL1RL1通路可能通过诱导IL -4的表达来调节白血病细胞活性。为了进一步检查AML中IL-33和IL-4之间的关系,测量了来自新诊断的AML患者IL-33、IL-4的血清浓度。结果表明,血清IL-4水平与基线水平的IL-33水平呈负相关(r = -0.640,P = 0.046)(见图1)。为了进一步评估IL-4水平与患者预后之间的关系,将来收集患者的临床随访研究非常重要。
  2.2 IL-33调控原代AML细胞中IL-4的产生
  IL-33可以刺激人肥大细胞中Th1,Th2细胞因子和趋化因子的产生,从而促进炎症反应[11]。为了确定IL-33是否调节AML患者样本中的IL-4表达,用IL-33或与IL-33阻断抗体联合处理原代BM和PB MNC细胞,并在72 h后检查IL-4的mRNA表达。结果发现,与未处理的细胞相比,IL-33的加入显著诱导了IL-4 mRNA地表达。IL-33阻断抗体的加入消除了BM和PB样品中IL-33引起的IL-4基因转录的增加(见图2A-B)。为了确定IL-33是否介导IL-4的分泌,测量了上述处理后上清液中IL-4的水平。根据CBA结果,与未处理的细胞相比,IL-33显着增加了BM和PB细胞中IL-4的分泌,而IL-33阻断抗体的加入则显著降低了由IL-33诱导的IL-4的水平(见图2C)。这些结果表明,AML细胞分泌的IL-4受IL-33调节,揭示了由IL-33 / IL1RL1途径调节的抗凋亡机制。
  2.3 在临床AML样本中IL-33通过p38 MAPK促进IL-4表达
  既往工作表明,IL-33通过激活p38 MAPK通路及抑制AML的凋亡,同时诱导的IL-6表达和分泌。本实验中,将使用p38 MAPK途径的特异性抑制剂SB203580(SB)来检查p38 MAPK是否磷酸化调节AML临床样本中IL-4的产生。将特定浓度的外源IL-33单独或联合SB加入培养中的AML患者的BM和PB细胞中。72 h后发现,与对照组相比,IL-33的治疗诱导了p38 MAPK的磷酸化,加入SB后p38 MAPK的磷酸化显着降低(见图3A-B)。通过进行CBA检测上述处理组上清液中的IL-4水平发现,与未经处理的细胞相比,经IL-33处理的细胞中IL-4水平显著升高,而在BM和PB细胞中,与单独使用IL-33处理相比,SB处理显著降低了IL-4分泌水平。此外,通过进行qRT-PCR发现,SB处理可减轻BM样品中由IL-33处理引起的IL-4 mRNA表达增加(见图3C)。结果表明,p38 MAPK信号传导是AML临床样本中IL-33诱导的IL-4水平的重要途径。
  3讨论
  AML约占儿童白血病的20%,总生存率约为65~70%。尽管在过去十年中出现了新的治疗方法,但AML仍与不良预后密切相关。因此,开发针对AML的新替代疗法非常重要。在AML中,在于骨髓中各种类型的细胞因子对帮助AML细胞存活和耐药性起着非常重要的作用,包括IL-10、IL-1β、TNF-α [12~14]。 作为IL-1细胞因子家族的新成员,IL-33已被证明能通过白介素受体相关激酶M(IRAK-M)磷酸化作用以及结合激活脯氨酰顺反异构酶(PIN1)促进树突状细胞(DC)活化[15]。相关研究表明,AML患者的血清中IL-33水平相对于正常人显著升高。IL-33同时促进原代小鼠AML细胞中IL-4 mRNA的表达。为进一步探讨IL-33介导的AML生存率的机制,探究血清中IL-4和IL-33水平之间的关系以及外源性IL-33治疗是否调节AML患者BM及PB樣本IL-4表达。
  研究发现新诊断的AML患者血清IL-33水平与IL-4水平降低有关。由于获取患者样品的数量有限,只能推测IL-4的基线浓度与患者血清IL-33呈中等程度的负相关。因此,分析大量患者样本以证实我们的假设十分必要。通过进行CBA,结果显示IL-33导致原代AML细胞IL-4基因表达以及分泌显著增加。重要的是,p38 MAPK抑制剂可部分消除IL-33诱导的IL-4水平的升高。这些数据表明IL-33通过激活p38 MAPK途径诱导IL-4表达。IL-4被证明可以通过激活STAT6和磷酸化NF-κB来抑制慢性淋巴细胞性白血病(CLL)细胞凋亡。
  综上所述,本研究提供了IL-33可能通过调节IL-4表达来调节白血病细胞存活的证据。更重要的是,p38 MAPK可能确实在AML中通过IL-33 / IL1RL1轴调节IL-4表达和分泌中起关键作用。
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