高毒力肺炎克雷伯菌外膜囊泡能够诱发宿主细胞产生炎性反应

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背景:高毒力肺炎克雷伯菌(Hypervirulent Klebsiella pneumoniae,hv KP)因其能造成肝脓肿和各式各样的并发症成为临床工作者的一大难题。含有脂质双分子层膜的空腔小体即外膜囊泡(Outer membrane vesicles,OMVs)能被大多数的革兰氏阴性细菌所产生。很多研究表明,细菌将各种类型的效应分子传递给靶细胞大多数都可将外膜囊泡作为重要媒介之一。然而,hv KP分泌的OMVs的成分及其在细菌致病过程中所发挥的作用尚未确定。基于以上发现,我们提出一种科学假设:高毒力肺炎克雷伯菌感染机体的过程中所诱发的免疫应答反应可能是以所分泌的外膜囊泡为媒介的。目的:本项课题将临床上高毒力肺炎克雷伯菌感染这一公共卫生问题作为重点,从高毒力肺炎克雷伯菌与宿主细胞的相互作用出发,以外膜囊泡参与宿主免疫调节为切入点,研究高毒力肺炎克雷伯菌的外膜囊泡介导的免疫调节作用及机制,为临床上针对高毒力肺炎克雷伯菌感染的治疗提供新思路。方法:1.首先,我们采用目前大多数学者提取外泌体所采用的超速离心法从体外培养的高毒力肺炎克雷伯菌标准菌株ATCC 1706中获得均一性较高的OMVs。此外,我们还对菌体和OMVs进行了蛋白组学分析,对两者所含有的蛋白质种类进行评估。2.在体外进行细胞实验,将不同浓度的OMVs与肝细胞(L02),肝星形细胞(LX2),肝癌细胞(hep G2),支气管肺上皮细胞(BEAS-2B)和肺癌细胞(A549)共同培养一定的时间后,取共孵育的细胞培养上清液使用ELISA检测试剂盒对炎性因子白介素6(Interleukin 6,IL-6),白介素8(Interleukin 8,IL-8),白介素1β(Interleukin 1β,IL-1β)进行定量。采用细胞增殖活性检测试剂盒(Cell Counting Kit-8,CCK8)检测细胞的存活率,观察OMVs对细胞的增殖能力的影响。3.构建野生小鼠模型进行体内实验,将不同蛋白浓度的OMVs重悬经气管注射到小鼠体内作为实验组,同时将等体积的磷酸缓冲盐溶液(phosphate-buffered saline,PBS)以同样的方式注射到小鼠体内作为对照组,取实验组和对照组小鼠的支气管肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage,BAL)通过ELISA进行促炎因子IL-6,IL-8和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor,TNF-α)的定量分析。结果:1.首先,在透射电子显微镜下我们观察到外膜囊泡所特有的典型的茶盏样结构。其次,对外膜囊泡进行粒径分析可看到其直径大多分布在100纳米左右,具有良好的均一性。在此基础上,对外膜囊泡蛋白成分进行十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE),与菌体蛋白电泳条带相比,囊泡蛋白也有清晰分明的条带出现,说明外膜囊泡含有多种蛋白质成分。通过蛋白质组学分析,确证hv KP OMVs含有多种蛋白质,一小部分蛋白质为外膜囊泡和菌体所共有。2.与细胞共孵育发现hv KP OMVs在体外针对不同类型的细胞表现出不同的细胞毒性作用,而且它还能诱导宿主细胞中促炎细胞因子包括IL-6和IL-8表达上调。3.在野生型小鼠模型中,经气管注射hv KP OMVs可引起小鼠炎症反应,表现为与对照组相比,实验组小鼠的BAL中炎症细胞因子IL-6、IL-8和TNF-α水平显著升高,与体外细胞实验一致。然而,hv KP OMVs不足以杀死小鼠。结论:在hv KP侵入机体的过程中,可以将OMVs作为媒介从而引起机体炎症反应。因此,临床治疗hv KP感染可把OMVs作为切入点,从而开发出一种创新型的治疗方案。
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