本文關(guān)鍵詞：腸炎沙門菌效應(yīng)蛋白AvrA參與宿主炎性反應(yīng)機(jī)制　出處：《揚(yáng)州大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：沙門菌(Salmonella)是一種革蘭陰性、兼性厭氧的胞內(nèi)病原菌,可感染人和多種動物,不僅能引起畜禽的發(fā)病和死亡造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,并可通過被污染的畜禽制品引發(fā)人食源性疾病嚴(yán)重危害公共衛(wèi)生安全。腸炎沙門菌(Salmonella enterica serovar Enteritidis,Salmonella Enteritidis)屬于廣宿主譜的沙門菌血清型,在過去20年中盡管采取了一系列的防控措施,該菌已逐漸成為導(dǎo)致人沙門菌病的主要血清型之一。沙門菌通過III型分泌系統(tǒng)(TypeⅢ secretionsystem,T3SS)產(chǎn)生一系列的效應(yīng)蛋白。這些效應(yīng)蛋白具有多種生物學(xué)活性,影響宿主細(xì)胞的功能,以利于其感染宿主細(xì)胞和在胞內(nèi)的存活復(fù)制,其中包括對腸上皮細(xì)胞的緊密連接(Tight junctions,TJs)蛋白及其上游信號分子的調(diào)控。人類因食用被沙門菌污染的畜禽制品而感染沙門菌,在條件較差地區(qū)也可能因糞便污染而感染。沙門菌引起的人沙門菌病主要癥狀包括腹痛、痙攣、腹瀉、惡心、嘔吐、發(fā)燒和頭痛等。近年來相關(guān)報(bào)道顯示,腸炎沙門菌也與腸道外的感染病例相關(guān),如敗血癥、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、紅斑狼瘡、感染性心內(nèi)膜炎、尿路感染等。沙門菌感染宿主后,炎性反應(yīng)的發(fā)生依賴于多種效應(yīng)蛋白分子的參與,且不同的效應(yīng)分子表現(xiàn)出促炎效應(yīng)或抑炎效應(yīng)的特征。因此,開展對腸炎沙門菌炎性相關(guān)效應(yīng)蛋白的研究以揭示該菌在感染宿主過程中的炎性反應(yīng)規(guī)律顯得尤為重要。AvrA在鼠傷寒沙門菌中為致病島I(Salmonella pathogenicity island 1,SPI-1)T3SS效應(yīng)蛋白之一,具有乙酰基轉(zhuǎn)移酶活性,可抑制JNK/AP-1和NF-κB信號通路,AvrA還具有去泛素化酶活性可抑制β-catenin和IκBα的降解,從而抑制NF-κB信號通路和活化β-catenin通路。前期對AvrA效應(yīng)蛋白功能的研究主要以鼠傷寒沙門菌為對象,而關(guān)于腸炎沙門菌的研究涉及很少,效應(yīng)蛋白AvrA在腸炎沙門菌感染過程中發(fā)揮的具體作用也未見報(bào)道。本研究首先構(gòu)建了腸炎沙門菌C50336效應(yīng)蛋白AvrA的基因缺失株與質(zhì)�；貜�(fù)株,其后在體內(nèi)外感染模型中對腸炎沙門菌C50336野生株及C50336△avrA缺失株對宿主細(xì)胞基本炎性反應(yīng)規(guī)律的影響進(jìn)行了研究,并進(jìn)一步揭示了該菌中效應(yīng)蛋白AvrA參與宿主炎性反應(yīng)的機(jī)制。1.腸炎沙門菌C50336△avrA缺失株的構(gòu)建及其生物學(xué)特性利用λ-Red同源重組技術(shù)構(gòu)建了腸炎沙門菌C50336株的avrA基因缺失株,并以pBR322-avrA質(zhì)粒介導(dǎo)的回補(bǔ)法構(gòu)建了相應(yīng)的回復(fù)株。開展了對缺失株生物學(xué)特性的研究,包括測定缺失株及回復(fù)株的生長、生化特性及其對小鼠的致病能力和體外對腸上皮細(xì)胞的黏附侵襲及胞內(nèi)增殖能力。結(jié)果顯示,腸炎沙門菌avrA基因缺失后:(1)在LB中的生長速度、生理生化特性與野生株、回復(fù)株相同;(2)在體外培養(yǎng)條件下無avrA的mRNA轉(zhuǎn)錄,且無AvrA蛋白表達(dá)。在avrA回復(fù)株中,avrAmRNA轉(zhuǎn)錄水平約為野生株的2倍,體外培養(yǎng)條件下AvrA蛋白表達(dá)量高于野生株;(3)在體外培養(yǎng)條件下avrA的缺失不影響其它炎性相關(guān)效應(yīng)蛋白的轉(zhuǎn)錄;(4)C50336△avrA缺失株對小鼠的LDso為6.9×103,野生株與回復(fù)株分別為5.0 × 105和2.0 × 105。相較于野生株,C50336△avrA缺失株對小鼠的毒力增強(qiáng)約70倍;(5)C50336△avrA缺失株對腸上皮細(xì)胞Caco-2 BBE的侵襲能力顯著增強(qiáng);(6)C50336△avrA缺失株在腸上皮細(xì)胞Caco-2BBE中的胞內(nèi)增殖能力降低。此外,本部分內(nèi)容還表達(dá)和純化了 AvrA蛋白并制備了 AvrA蛋白的多克隆抗體,Western blot結(jié)果顯示該多抗具有較高的特異性。構(gòu)建的pCMV-HA-AvrA及AvrA點(diǎn)突變的pCMV-HA-AvrA(C186A)真核表達(dá)質(zhì)粒,對Caco-2BBE有較高的轉(zhuǎn)染及表達(dá)效率。上述結(jié)果為進(jìn)一步研究效應(yīng)蛋白AvrA對腸炎沙門菌與宿主炎性反應(yīng)關(guān)系提供了基本生物學(xué)材料。2.腸炎沙門菌C50336△avrA缺失株體內(nèi)外感染過程中宿主的炎性反應(yīng)規(guī)律利用沙門菌體外感染人腸上皮細(xì)胞Caco-2 BBE模型和鏈霉素預(yù)處理的小鼠體內(nèi)感染模型,對腸炎沙門菌C50336、C50336△avrA缺失株及回復(fù)株在感染過程中宿主炎性反應(yīng)的基本規(guī)律進(jìn)行了研究。包括對體外感染過程中Caco-2 BBE細(xì)胞炎性因子轉(zhuǎn)錄水平及培養(yǎng)上清中炎性因子含量的測定,以及感染后對小鼠存活率的測定、體重變化及各臟器帶菌情況,并分別于感染后8小時(shí)的早期感染點(diǎn)和感染后4天的晚期感染點(diǎn)對小鼠各臟器中炎性因子的轉(zhuǎn)錄水平及血清中炎性因子的濃度進(jìn)行了檢測。結(jié)果顯示,腸炎沙門菌感染Caco-2 BBE 后,IL-1β、COX-2、IL-8、iNOS、TNF-α、IFN-γ、IL-6、IL-10、P62 的轉(zhuǎn)錄水平主要在細(xì)胞感染早期上調(diào),且以IL-8上調(diào)水平最高。IL-17A、IL-4、IL-12β、IL-18、LC3A、LC3B等基因轉(zhuǎn)錄水平均有少量上調(diào),但主要在細(xì)胞感染晚期。感染后6小時(shí),C50336△avrA缺失株感染組細(xì)胞培養(yǎng)上清中IL-6、TNF-α、IL-8、GM-CSF、IP-10、IL-IRα、IL-1β含量顯著高于野生株和回復(fù)株感染組,而IL-12、IFN-γ、MCP-1含量在沙門菌感染后升高,但在不同菌株感染組之間無顯著差異。說明腸炎沙門菌感染可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞產(chǎn)生快速而強(qiáng)烈的炎性反應(yīng),且avrA基因缺失后,腸炎沙門菌誘導(dǎo)宿主炎性反應(yīng)的能力顯著升高。小鼠體內(nèi)感染結(jié)果顯示,C50336△avrA缺失株感染后小鼠體重減輕程度及死亡率均高于野生株與回復(fù)株感染組,進(jìn)一步表明avrA基因缺失導(dǎo)致腸炎沙門菌對小鼠的毒力上升。沙門菌感染后小鼠臟器帶菌結(jié)果顯示,小鼠體內(nèi)臟器帶菌量在感染后第3天達(dá)到最大值。對感染后8小時(shí)和4天臟器帶菌量比較結(jié)果顯示,感染后8小時(shí)小鼠肝臟和脾臟內(nèi)未檢測出沙門菌,而在腸道內(nèi)可檢測出大量沙門菌。感染后4天,小鼠回腸、盲腸和肝臟中沙門菌定殖量在不同菌株感染組間無統(tǒng)計(jì)差異,但C50336△avrA缺失株感染組小鼠脾臟及結(jié)腸帶菌量顯著高于野生株和回復(fù)株感染組。說明avrA缺失后腸炎沙門菌在小鼠體內(nèi)擴(kuò)散定殖能力增強(qiáng)。小鼠不同臟器中炎性因子表達(dá)水平的檢測結(jié)果顯示,沙門菌感染后8小時(shí)的小鼠回腸組織中IFN-γ、IL-1β、IL-10和IL-6轉(zhuǎn)錄水平顯著升高,且在C50336△avrA缺失株感染組小鼠中轉(zhuǎn)錄水平高于野生株與回復(fù)株感染組小鼠。沙門菌感染后8小時(shí),小鼠結(jié)腸組織中TNF-α、IL-17A轉(zhuǎn)錄水平較未感染組顯著升高,但在三個(gè)不同菌株感染組間無顯著差異。感染后4天,iNOS、COX-2轉(zhuǎn)錄水平高于未感染組及感染后8小時(shí)的水平,但在不同菌株間無顯著差異,而IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-10、IL-18和TGF-β1轉(zhuǎn)錄水平較未感染組和感染后8小時(shí)的水平顯著升高,同時(shí)在C50336△avrA缺失株感染組小鼠中表達(dá)量顯著高于野生株與回復(fù)株感染組。腸炎沙門菌感染后可誘導(dǎo)小鼠腸道炎癥的發(fā)生,與體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,avrA缺失后腸炎沙門菌誘導(dǎo)小鼠腸道組織炎性反應(yīng)的能力增強(qiáng)。此外,沙門菌感染后小鼠結(jié)腸組織中炎性因子轉(zhuǎn)錄水平變化高于小鼠回腸組織的變化,說明小鼠結(jié)腸對于沙門菌的炎性反應(yīng)性更強(qiáng)。沙門菌感染后4天的小鼠肝臟組織中炎性因子轉(zhuǎn)錄水平顯著升高,因感染早期沙門菌主要定殖于小鼠消化道,感染后8小時(shí)在肝組織中未檢測到沙門菌。其中IFN-γ、IL-1β、IL-6、iNOS、COX-2和TNF-α轉(zhuǎn)錄水平于沙門菌感染后4天顯著升高,且在C50336△avrA缺失株感染組小鼠中表達(dá)量顯著高于野生株與回復(fù)株感染組。沙門菌感染后4天,小鼠脾臟組織中 TNF-a、IL-17A、IFN-γ、IL-1β、IL-6、IL-18、iNOS 和 COX-2 轉(zhuǎn)錄水平顯著升高,在C50336△avrA缺失株感染組小鼠中表達(dá)量顯著高于野生株與回復(fù)株感染組。沙門菌感染后8小時(shí),小鼠血清中炎性因子含量無明顯變化。但在感染后4天,血清中GM-CSF、IFN-γ、IL-1α、IL-1β、IL-2、IL-6、IL-10、IL-13、IL-17、TNF-α、IP-10、KC、MCP-1 和VEGF含量均顯著升高,且以上因子在C50336△avrA缺失株感染組小鼠血清中含量高于野生株與回復(fù)株感染組。MIG含量在感染后4天高于感染后8小時(shí)和未感染組,但在三個(gè)不同菌株間無差異。沙門菌感染后不僅誘導(dǎo)腸道局部炎性反應(yīng),沙門菌通過腸道屏障后進(jìn)入其它臟器,也引起小鼠全身性的炎性因子表達(dá),avrA缺失后,導(dǎo)致腸炎沙門菌在小鼠體內(nèi)的擴(kuò)散與定殖及誘導(dǎo)小鼠炎性因子產(chǎn)生的能力顯著升高。說明腸炎沙門菌效應(yīng)蛋白AvrA為抑炎分子,它在腸炎沙門菌感染宿主過程中可抑制宿主細(xì)胞的過度炎性反應(yīng)。AvrA缺失后,在小鼠各臟器組織中炎性因子IL-8(IL-6)、IFN-γ、iNOS、IL-1β和IL-18顯著升高,提示AvrA可能還參與宿主細(xì)胞炎性小體形成與細(xì)胞焦亡的發(fā)生。上述結(jié)果進(jìn)一步完善和補(bǔ)充了沙門菌與宿主間相互作用關(guān)系及宿主炎性反應(yīng)規(guī)律的認(rèn)識。同時(shí),為進(jìn)一步揭示效應(yīng)蛋白AvrA抑炎機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。3.腸炎沙門菌AvrA阻斷JNK通路穩(wěn)定腸上皮緊密連接降低宿主炎性反應(yīng)在已構(gòu)建的腸炎沙門菌C50336△avrA缺失株、回復(fù)株及沙門菌在體內(nèi)外感染模型的基本炎性反應(yīng)規(guī)律的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對AvrA在體內(nèi)外感染過程中所引起的細(xì)胞內(nèi)信號通路的變化及其機(jī)制進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示,腸炎沙門菌感染腸上皮細(xì)胞Caco-2BBE后,細(xì)胞內(nèi) p-JNK、C1eaved-Caspase-3、P53、Beclin-1、Bax、LC3B、P62、ATG16L1、p-P38、p-P65、P65、p-mTOR 表達(dá)量顯著升高,其中 p-JNK、Cleaved-Caspase-3、P53、Beclin-1、Bax 和LC3B的表達(dá)量在C50336△avrA缺失株感染組中顯著高于野生株與回復(fù)株感染組。細(xì)胞凋亡情況檢測結(jié)果顯示,C50336△avrA缺失株感染組細(xì)胞凋亡比率顯著增高,且主要以Annenxin V陽性PI陰性的早期凋亡細(xì)胞為主。Caco-2 BBE細(xì)胞轉(zhuǎn)染pCMV-HA-AvrA后,細(xì)胞中P-JNK表達(dá)量低于空質(zhì)粒及pCMV-HA-AvrA(C186A)轉(zhuǎn)染組,進(jìn)一步證實(shí)腸炎沙門菌AvrA可抑制JNK磷酸化。腸炎沙門菌C50336△avrA缺失株感染Caco-2 BBE細(xì)胞后細(xì)胞中P-JNK表達(dá)量增高,且顯著高于野生株與回復(fù)株感染組。同時(shí),緊密連接蛋白ZO-1在C50336△avrA缺失株感染組表達(dá)量低于野生株與回復(fù)株,而其它緊密連接蛋白,如Occludin、Claudin-1、Claudin-7和黏附連接蛋白E-Cadherin表達(dá)量無明顯變化。此結(jié)果在非極性腸上皮細(xì)胞HCT116和極性細(xì)胞SKC015細(xì)胞系中均得到驗(yàn)證。對ZO-1的mRNA轉(zhuǎn)錄水平檢測結(jié)果顯示,腸炎沙門菌對ZO-1蛋白的調(diào)節(jié)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控,而非轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)。對ZO-1的免疫熒光結(jié)果顯示,沙門菌感染后Caco-2BBE細(xì)胞緊密連接蛋白ZO-1結(jié)構(gòu)遭到不同程度破壞,其中C50336△avrA缺失株感染細(xì)胞ZO-1無清晰完整的結(jié)構(gòu),而黏附連接蛋白E-Cadherin未發(fā)生明顯變化。腸炎沙門菌感染后1-8小時(shí),Caco-2BBE單層細(xì)胞TEER值持續(xù)下降,其中,C50336△avrA缺失株感染組TEER下降程度較野生株與回復(fù)株感染組更大,在感染后2-8小時(shí)有顯著性差異。ZO-1的免疫熒光結(jié)果和TEER結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)前一部分中avrA缺失導(dǎo)致腸炎沙門菌侵襲量升高的原因主要為腸上皮細(xì)胞間緊密連接被破壞。腸炎沙門菌感染后8小時(shí)小鼠盲腸即有病理學(xué)變化出現(xiàn),半定量評分結(jié)果顯示,C50336△avrA缺失株感染組小鼠盲腸出現(xiàn)中度炎癥病變,而野生株與回復(fù)株感染組小鼠盲腸僅出現(xiàn)輕微炎癥,病理學(xué)損傷較小。沙門菌感染后4天,avrA感染組小鼠盲腸出現(xiàn)嚴(yán)重組織水腫,大量PMN浸潤,杯狀細(xì)胞基本消失,組織結(jié)構(gòu)完全破壞,為重度腸道炎癥病變。野生株與回復(fù)株感染組小鼠盲腸也出現(xiàn)較嚴(yán)重的病理損傷現(xiàn)象,但相較于C50336△avrA缺失株組,炎癥損傷較輕。C50336△avrA缺失株感染組小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞中磷酸化的JNK表達(dá)量顯著高于野生株與回復(fù)株感染組,同時(shí),ZO-1表達(dá)量降低,與Caco-2BBE的體外試驗(yàn)結(jié)果相一致。小鼠腸組織切片的免疫熒光進(jìn)一步顯示,腸炎沙門菌感染后,小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞中緊密連接和黏附連接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度破壞,其中Claudin-7及E-Cadherin在不同菌株感染組間無明顯差異,而ZO-1在C50336△avrA缺失株感染小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞中無相對完整結(jié)構(gòu),破壞程度高于野生株與回復(fù)株感染小鼠。小鼠腸黏膜層組織的Western blot結(jié)果顯示,C50336△avrA缺失株感染后8小時(shí)小鼠腸上皮黏膜層腸上皮細(xì)胞Cleaved-Caspase-3表達(dá)量升高。免疫熒光結(jié)果進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)C50336△avrA缺失株感染后8小時(shí),腸道細(xì)胞即可檢測到凋亡細(xì)胞的出現(xiàn),而在野生株、回復(fù)株感染組與未感染組中未檢測到細(xì)胞凋亡。腸炎沙門菌感染后4天,腸組織細(xì)胞均可觀察到凋亡細(xì)胞,而相較于野生株與回復(fù)株,C50336△avrA缺失株感染組中凋亡細(xì)胞數(shù)量顯著增多。JNK抑制劑預(yù)處理的腸上皮細(xì)胞感染結(jié)果顯示,SP600125可抑制C50336△avrA缺失株感染Caco-2 BBE細(xì)胞后引起的p-JNK的上調(diào)和ZO-1表達(dá)量的下降,且JNK抑制劑處理后,細(xì)胞培養(yǎng)上清中IL-8含量也相應(yīng)的降低。說明AvrA通過對JNK信號通路的抑制而穩(wěn)定腸上皮緊密連接,降低宿主細(xì)胞炎性反應(yīng)。進(jìn)一步對JNK下游通路的檢測結(jié)果顯示,腸炎沙門菌感染Caco-2 BBE和HCT116后,細(xì)胞中p-c-Jun和c-Jun表達(dá)量在沙門菌感染后顯著增高,且C50336△avrA缺失株感染組細(xì)胞中c-Jun的磷酸化水平顯著高于野生株與回復(fù)株感染組。而FoxO4及磷酸化的FoxO4表達(dá)無明顯變化。JNK抑制劑可抑制p-c-Jun和c-Jun的表達(dá),但對FoxO4及其磷酸化無顯著影響。雙熒光報(bào)告載體檢測AP-1轉(zhuǎn)錄活性的結(jié)果顯示,C50336△avrA缺失株感染的Caco-2BBE和HCT116細(xì)胞中AP-1熒光素酶活性均顯著高于野生株與回復(fù)株,同時(shí)SP600125抑制AP-1熒光素酶活性。本部分內(nèi)容對腸炎沙門菌在體內(nèi)外感染過程中宿主炎性反應(yīng)及其機(jī)制作了進(jìn)一步研究,揭示腸炎沙門菌效應(yīng)蛋白AvrA抑制宿主細(xì)胞JNK信號通路,穩(wěn)定腸上皮細(xì)胞緊密連接,從而阻止細(xì)菌的侵襲,并降低宿主炎性反應(yīng)的發(fā)生,同時(shí)抑制被感染的宿主細(xì)胞凋亡。本研究首次在腸炎沙門菌中對效應(yīng)蛋白AvrA在宿主炎性反應(yīng)中的功能及具體機(jī)制進(jìn)行研究,同時(shí)發(fā)現(xiàn)AvrA在腸炎沙門菌與鼠傷寒沙門菌對小鼠致病、對細(xì)胞內(nèi)炎性相關(guān)的信號通路和對緊密連接調(diào)節(jié)機(jī)制不同。這為腸炎沙門菌感染機(jī)制提供了新的認(rèn)識。
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【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S852.61
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本文編號：1429015