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胸腺基质淋巴细胞生成素受体介导的人气道平滑肌细胞中IL-6和CC/CXC趋化因子的表达:MAPKs(ERK1/2、p38和JNK)和STAT3通路的作用

期刊:The Journal of ImmunologyDOI:10.4049/jimmunol.0902515

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作者及研究机构
本研究的主要作者包括Lianyu Shan、Naresh Singh Redhu、Ali Saleh、Andrew J. Halayko、Jamila Chakir和Abdelilah S. Gounni。研究由加拿大曼尼托巴大学(University of Manitoba)的免疫学系和生理学系以及加拿大魁北克拉瓦尔大学医院(Hospital Laval, Laval University)合作完成。研究于2010年6月15日发表在《The Journal of Immunology》期刊上,文章编号为184卷12期,页码7134-7143。

学术背景
本研究聚焦于免疫学和呼吸系统疾病领域,特别是哮喘(asthma)和慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)的炎症机制。胸腺基质淋巴细胞生成素(thymic stromal lymphopoietin, TSLP)是一种新型的IL-7样细胞因子,在过敏性疾病如哮喘、COPD和特应性皮炎(atopic dermatitis, AD)中发挥关键作用。尽管已有研究表明TSLP在哮喘患者的气道中表达增加,并与疾病严重程度相关,但TSLP在气道平滑肌细胞(human airway smooth muscle cells, HASM)中的作用机制尚不明确。本研究旨在探讨HASM细胞是否表达TSLP受体(TSLPR),以及TSLP是否通过激活HASM细胞参与气道炎症的调控。

研究流程
研究分为多个步骤,具体如下:
1. TSLPR在HASM细胞中的表达验证
- 使用RT-PCR(逆转录聚合酶链反应)检测HASM细胞中TSLPR和IL-7Rα(IL-7受体α链)的mRNA表达。
- 通过流式细胞术(flow cytometry)和免疫荧光染色(immunofluorescence staining)验证TSLPR在HASM细胞表面的蛋白表达。
- 以人外周血单核细胞(PBMCs)作为阳性对照。

  1. TSLP诱导的炎症因子和趋化因子表达

    • 使用不同浓度的TSLP(0.1 ng/ml和1.0 ng/ml)刺激HASM细胞,分别在2、6和24小时时间点检测IL-6、IL-8/CXCL8和eotaxin-1/CCL11的mRNA表达,采用实时定量PCR(real-time RT-PCR)进行分析。
    • 通过ELISA(酶联免疫吸附试验)检测细胞上清液中IL-6、IL-8/CXCL8和eotaxin-1/CCL11的蛋白释放水平。
  2. TSLP诱导的基因转录机制研究

    • 构建IL-8/CXCL8、eotaxin-1/CCL11和IL-6基因的启动子荧光素酶报告载体,转染HASM细胞后,检测TSLP对启动子活性的影响。
  3. TSLP信号通路研究

    • 使用Western blot(蛋白质印迹法)检测TSLP诱导的STAT3、ERK1/2、p38和JNK MAPKs(丝裂原活化蛋白激酶)的磷酸化水平。
    • 使用特异性抑制剂(SB-203580、U-0126和SP-600125)分别抑制p38、ERK1/2和JNK MAPKs,观察其对TSLP诱导的炎症因子和趋化因子表达的影响。
  4. STAT3在TSLP信号通路中的作用

    • 通过慢病毒介导的shRNA(短发夹RNA)技术敲低HASM细胞中的STAT3表达,检测TSLP诱导的IL-6、IL-8/CXCL8和eotaxin-1/CCL11 mRNA表达的变化。
  5. TSLPR在哮喘患者气道中的表达

    • 使用免疫组织化学(immunohistochemistry)检测轻度过敏性哮喘患者支气管活检组织中TSLPR的表达情况。

主要结果
1. TSLPR在HASM细胞中的表达
- RT-PCR、流式细胞术和免疫荧光染色均证实HASM细胞表达TSLPR和IL-7Rα的mRNA和蛋白。

  1. TSLP诱导的炎症因子和趋化因子表达

    • TSLP显著增加IL-6、IL-8/CXCL8和eotaxin-1/CCL11的mRNA和蛋白表达,且具有时间依赖性。
  2. TSLP诱导的基因转录机制

    • TSLP通过激活IL-8/CXCL8、eotaxin-1/CCL11和IL-6基因的启动子,促进其转录。
  3. TSLP信号通路

    • TSLP诱导STAT3、ERK1/2、p38和JNK MAPKs的磷酸化,且这些信号通路的激活对TSLP诱导的炎症因子和趋化因子表达至关重要。
  4. STAT3在TSLP信号通路中的作用

    • 敲低STAT3显著抑制TSLP诱导的IL-6、IL-8/CXCL8和eotaxin-1/CCL11表达,表明STAT3在TSLP信号通路中发挥关键作用。
  5. TSLPR在哮喘患者气道中的表达

    • 免疫组织化学结果显示,轻度过敏性哮喘患者的气道平滑肌组织中存在TSLPR的阳性表达。

结论
本研究首次证实HASM细胞表达功能性TSLPR,并揭示TSLP通过激活STAT3和MAPKs信号通路,诱导炎症因子和趋化因子的释放,从而参与气道炎症的调控。这一发现为TSLP在哮喘等过敏性疾病中的病理机制提供了新的见解,并为开发针对TSLP信号通路的治疗策略提供了理论依据。

研究亮点
1. 首次证实HASM细胞表达功能性TSLPR,并揭示其在气道炎症中的重要作用。
2. 系统阐明了TSLP通过STAT3和MAPKs信号通路调控炎症因子和趋化因子表达的分子机制。
3. 通过慢病毒介导的shRNA技术敲低STAT3,验证了其在TSLP信号通路中的关键作用。
4. 免疫组织化学结果表明,TSLPR在哮喘患者的气道平滑肌组织中表达,进一步支持了其在哮喘病理中的潜在作用。

其他有价值的内容
本研究还探讨了TSLP与其他细胞因子(如TNF-α)的协同作用,并提供了TSLP在气道平滑肌细胞中的转录调控机制,为未来研究TSLP在其他细胞类型中的作用奠定了基础。


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