多组学联合应用探究马拉色菌调控皮肤脂代谢的分子机制

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目的:皮肤微生态失衡会导致皮肤屏障受损,其中,马拉色菌与许多皮肤病(湿疹、脂溢性皮炎、毛囊炎、花斑病、特异性皮炎等)的发生有关,但作用机理尚不明确。当前研究认为马拉色菌与皮肤脂质代谢紊乱相关,可能原因是马拉色菌分泌的多种酶参与了特定的皮肤脂质代谢,导致皮肤脂质平衡失调。脂质组学联合其他组学的策略可以从基因、蛋白、代谢物的角度深入系统的研究皮肤微生态失衡导致皮肤屏障受损和皮肤脂代谢异常的机制。本研究从临床出发,通过马拉色菌体外生长条件考察,马拉色菌对小鼠皮肤屏障的破坏,马拉色菌对人表皮细胞株Ha Ca T和人皮脂腺细胞株SZ95、脂肪细胞株3T3-L1的作用,采用多组学联合应用手段探究马拉色菌调控皮肤脂代谢的分子机制。方法:(1)通过文献分析及显色培养基确定婴儿湿疹和皮疹的菌群分布情况。(2)体外培养糠秕马拉色菌(Malassezia furfur,M.furfur),紫外分光光度法测定其生长曲线,SDS-PAGE蛋白凝胶电泳检测培养上清和菌体蛋白的表达情况,LC-MS鉴定菌体中表达丰度最高的两个蛋白,多种营养缺陷型培养基观察其对糖类和脂类的需求,利用LC-MS/MS检测分析M.furfur在生长过程中对m Dixon培养基中脂质的利用和代谢情况。(3)C57BL/6小鼠皮下注射M.furfur培养上清造成皮肤损伤,持续观察皮损情况,油红O、HE及Masson染色查看其脂滴变化和皮肤屏障损伤情况,采集皮肤标本进行LC-MS/MS脂代谢组学分析,结合生物信息学寻找差异代谢物及代谢通路。(4)M.furfur与不同皮肤层细胞(表皮层的Ha Ca T细胞,真皮层的SZ95细胞,皮下脂肪层的3T3-L1细胞)transwell共培养,运用RT-q PCR、western blot、透射电镜、油红O染色、Nile red染色、脂代谢组学和转录组学,验证马拉色菌对不同皮肤层细胞脂质代谢的影响。(5)综合(2)、(3)和(4)的体内外实验结果及多组学联合分析数据,从M.furfur自身对脂质需求、对机体(C57小鼠)皮下脂质的利用、以及体外细胞学3个方面进行聚类分析,预测马拉色菌对皮肤脂质利用及调控的作用机制。结果:(1)从临床出发,在综述分析文献之后,结合显色培养基对婴儿湿疹的菌群分布做了调研,确定了婴儿湿疹的发生与马拉色菌存在相关性。(2)进行M.furfur的体外培养,检测了M.furfur菌体表达最高的两个蛋白(未命名蛋白A0A2N1JC25、脂肪酶2【LIP2】);并发现M.furfur主要利用m Dixon培养基中的甘油磷脂类、固醇脂类等大多数脂质,产生鞘脂类中的Cer(神经酰胺)、甘油脂类中的DG(甘油二酯)、糖脂类中的Cer G2(双糖基神经酰胺)以及脂肪酰类中的FA(脂肪酸)等脂质。(3)根据M.furfur的生长曲线和蛋白表达差异,确定了用于后续动物造模的菌液样本(12 h菌液上清、24 h菌液上清),C57小鼠皮下注射马拉色菌培养上清可导致小鼠皮肤损伤破溃;病理表现为:皮肤的表皮层、真皮层、皮下脂肪层皆造成了炎症发生,皮下脂滴分布紊乱,毛囊减少,脂肪层增厚。(4)高浓度(10~6CFU)M.furfur会刺激SZ95、Ha Ca T细胞脂滴的产生;低浓度(10~2CFU)M.furfur能够促进分化后的3T3-L1细胞脂滴的产生,高浓度(10~6CFU)M.furfur促进脂滴的分解,造成脂滴空泡化。(5)综合(2)、(3)和(4)的体内外实验结果及多组学联合分析数据,TG(甘油三酯)、DG(甘油二酯)、FA(脂肪酸)、OAHFA((O-酰基)-1-羧基脂肪酸)等脂质亚类或许可以作为马拉色菌病的潜在生物标志物。确定了Thermogenesis(生热)、Regulation of lipolysis in adipocytes(脂肪细胞脂解调控)2条通路在M.furfur造成皮肤脂代谢紊乱中起重要作用。对组学的结果进行细胞学验证,表明高浓度M.furfur显著抑制了SZ95、Ha Ca T以及分化后的3T3-L1中脂质分解基因的表达。预测M.furfur的代谢产物会抑制脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)的表达,经Thermogenesis途径调控皮肤脂质代谢,抑制免疫反应,造成皮肤损伤。结论:本研究采用体内外多组学联合应用手段确定了大剂量马拉色菌总分泌物可能通过下调皮肤细胞中ATGL的基因表达,经Thermogenesis途径调控皮肤脂质代谢,表现为TG、DG、FA和OAHFA代谢异常,进而抑制皮肤免疫反应,造成皮肤损伤。
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