IRAK1在系统性红斑狼疮患者外周血Th17细胞分化中的功能研究

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背景:  系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)是一个经典的自身免疫性疾病,以多系统受累为特征,可累及皮肤、肾脏、精神神经系统、造血系统等,临床表现呈现极大的异质性。SLE的病因不清,目前认为遗传因素、环境因素、性激素水平、表观遗传学、免疫细胞和细胞因子先后或同时参与疾病的发生发展。这些因子之间复杂的交互作用使得免疫失衡,机体丧失对自身抗原的免疫耐受,导致自身抗体产生、免疫复合物沉积和炎症,最终造成靶器官损害。  白介素-1受体相关激酶(interlukin-1receptor-associated kinase,IRAK)是一个独特的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族,其中 IRAK1 和 IRAK4 具有激酶活性,参与 Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)/白介素-1受体(interlukin-1receptor,IL-1R)信号通路。当TLR/IL-1R与相应配体结合后,髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)作为最主要的衔接蛋白迅速被募集到受体上,IRAK1 和 IRAK4 通过死亡结构域与MyD88相互作用也被募集到受体上。IRAK1 209位点的苏氨酸残基和387位点的苏氨酸残基被 IRAK4 磷酸化而激活,随后发生自身磷酸化。过度磷酸化的IRAK1与受体复合物的亲和力下降,从而与受体复合物脱离,这对下游信号转导而言是必不可少的关键步骤,最终激活核转录因子-κB和丝裂原活化蛋白激酶。TLR/IL-1R信号通路在抵御外来微生物入侵和保护机体方面发挥重要作用;但另一方面,该通路的过度活化会导致慢性炎症的形成和自身免疫性疾病的发生。  一直以来,IRAK1作为TLR/IL-1R信号通路中的中介分子而被人知晓和关注,近年来有研究显示IRAK1参与小鼠初始CD4+T细胞向T辅助细胞17(T helper 17, Th17)的分化。具体来说,当受到 IL-1 的刺激时,IRAK1 可转移至细胞核内。在核内IRAK1可直接将信号转导和转录激活因子3(signal transducer and activatoroftranscription3,STAT3)用作底物并诱导STAT3 727位点的丝氨酸残基磷酸化。维甲酸相关孤儿核受体γt(retinoid-related orphan nuclear receptorγt,RORγt)是Th17细胞特异性的转录因子,与STAT3有着密切的联系。2009年的一项研究显示在T细胞受体激动剂、转化生长因子-β 和 IL-6 刺激下,来自 IRAK1 基因敲除小鼠的 CD4+ T细胞STAT3 727位点丝氨酸残基磷酸化受阻,IL-17和RORγt表达受抑制。  已有来自不同种族人群的研究发现 IRAK1基因的单核苷酸多态性与 SLE的遗传易感性显著相关,但 IRAK1在SLE患者中的表达及功能尚不明确。越来越多的证据显示Th17细胞及其标志性的细胞因子IL-17A参与SLE炎症的发生发展,因此,本研究在检测SLE患者CD4+ T细胞中IRAK1表达和活性的基础上,侧重从IRAK1参与Th17细胞分化和IL-17A分泌的角度进行初步探索,为寻找抑制炎症的靶位治疗提供新思路。  第一部分 IRAK1在SLE患者外周血CD4+T细胞中的表达及活性  目的:  旨在通过对SLE患者外周血CD4+ T细胞IRAK1表达量及IL-1β诱导下IRAK1磷酸化水平的检测,初步了解IRAK1在SLE发病中的作用。  方法:  纳入SLE患者,依据SLE疾病活动指数(systemic lupus erythematosusdisease activity index,SLEDAI)评估病情活动度。以性别、年龄匹配的健康人群为对照。分离外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclearcell,PBMC),免疫磁珠分选CD4+T 细胞,流式细胞术鉴定细胞纯度。实时荧光定量逆转录聚合酶链反应( quantitive reverse transcription-polymerasechain reaction,qRT-PCR)检测IRAK1 mRNA表达量。酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbentassay,ELISA)检测血浆IL-1β水平。重组人IL-1β刺激CD4+ T细胞,蛋白质免疫印记法检测IRAK1磷酸化蛋白表达水平。IRAK1 mRNA表达量的比较采用Mann-Whitney U 秩和检验,相关性分析采用Spearman相关分析,IRAK1磷酸化蛋白水平的比较采用双侧t检验。P值<0.05有统计学差异。  结果:  1.SLE患者CD4+T细胞中IRAK1 mRNA表达量显著高于对照组(P<0.0001),且与SLEDAI评分呈正相关(r=0.43,P=0.0001)。有蛋白尿的SLE患者IRAK1 mRNA表达量显著高于无蛋白尿者(P=0.0003)。SLE病情活动组IRAK1 mRNA表达量显著高于非活动组(P=0.0003)和对照组(P<0.0001)。SLE病情非活动组IRAK1 mRNA表达量显著高于对照组(P=0.0001)。  2. SLE患者血浆 IL-1β 水平显著高于对照组(P=0.0007),且与 SLEDAI评分呈正相关(r=0.37,P=0.001)。SLE患者外周血CD4+T细胞中IRAK1 mRNA表达量与血浆IL-1β水平呈正相关(r=0.39,P=0.0005)。在IL-1β刺激下,与来自对照的CD4+ T细胞相比,来自SLE患者的CD4+ T细胞IRAK1磷酸化水平显著增高(P=0.0075)。  结论:  1. 活动性和非活动性SLE患者CD4+T细胞IRAK1的表达量均显著高于对照组,提示SLE中IRAK1过表达是一种构成性的和比较稳定的状态。  2. SLE患者异常增高的血浆IL-1β水平提示IL-1R信号通路过度激活。狼疮CD4+T细胞对IL-1β诱导的IRAK1磷酸化更加敏感,提示IRAK1活性增加。  第二部分 IRAK1在SLE患者外周血Th17细胞分化中的作用目的:  旨在分析SLE患者CD4+T 细胞中IRAK1的表达量与外周血Th17细胞频率、血浆IL-17A水平相关性的基础上,通过探索抑制IRAK1对SLE患者初始CD4+T 细胞向Th17细胞分化的影响,为寻找抑制炎症的靶位治疗提供新思路。  方法:  流式细胞术检测SLE患者外周血Th17细胞频率,ELISA检测血浆IL-17A水平。免疫磁珠分离SLE患者和年龄、性别匹配的健康对照的外周血初始CD4+ T细胞,流式细胞术鉴定细胞纯度。收集经IRAK1抑制剂处理或转染IRAK1小干扰RNA后的细胞,蛋白质免疫印记法检测IRAK1总蛋白和IL-1β诱导下IRAK1磷酸化蛋白的表达水平。诱导初始CD4+T细胞向Th17细胞分化,qRT-PCR检测IL-17A、RORc和IL-23受体(IL-23 receptor,IL-23R)mRNA表达量,ELISA检测细胞培养液上清IL-17A浓度。外周血Th17细胞频率和血浆IL-17A水平的比较采用Mann-Whitney U 秩和检验,相关性分析采用Spearman相关分析,细胞培养实验中各指标组间差异的比较采用双侧t检验。P值<0.05有统计学差异。  结果:  1. SLE 患者外周血循环中 Th17 细胞频率显著高于对照组(P<0.0001),且与SLEDAI评分呈正相关(r=0.28,P=0.014)。SLE患者血浆IL-17A水平显著高于对照组(P<0.0001),且与 SLEDAI 评分呈正相关(r=0.30,P=0.008)。SLE 患者CD4+T细胞中IRAK1 mRNA表达量与外周血Th17细胞频率(r=0.27,P=0.018)和血浆IL-17A水平(r=0.24,P=0.035)均呈正相关。  2. IRAK1抑制剂显著抑制SLE患者初始CD4+ T细胞IL-1β诱导的IRAK1磷酸化。在Th17诱导分化条件下,经IRAK1抑制剂处理的狼疮初始CD4+T细胞IL-17A、RORc和IL-23R mRNA表达量和培养液上清IL-17A水平均显著下降 (P<0.05)。IRAK1特异的小干扰RNA有效抑制了IRAK1和IL-1β诱导的IRAK1磷酸化蛋白的表达,在Th17诱导分化条件下,经RNA干扰后的狼疮初始CD4+ T细胞上述4个指标的表达显著下调(P<0.05)。  结论:  1. SLE患者外周血中异常增高的Th17细胞频率及IL-17A水平均与IRAK1表达量呈正相关,提示Th17/IL-17A与IRAK1可能协同参与SLE炎症的发生发展。  2. 当狼疮初始CD4+T细胞中IRAK1的表达和磷酸化被抑制后,外周血Th17细胞分化受阻、IL-17A生成减少,提示抑制IRAK1可能为SLE的治疗提供新思路。
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