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目的: 1.分析肺炎链球菌(Streptococcus pneumoniae,SP)感染不同时间的肺泡Ⅱ型上皮细胞(A549细胞)转录组表达水平,从分子层面系统探讨细胞对SP感染的防御机制; 2. 研究SIRT1对SP诱导的A549细胞表达LL37、IL-8及TNF-α的影响; 3. 探讨SP感染的A549细胞中SIRT1与NF-κB相关信号通路的关系。 方法: SP感染A549细胞建立细胞感染模型。应用CCK8法检测SP及吡咯烷二硫代氨基甲酸盐(pyrrolidine dithiocarbamate,PDTC)对细胞活力的影响。对SP感染不同时间的A549细胞进行转录组测序,采用DESeq2软件分析差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs)。免疫荧光法检测细胞SIRT1蛋白定位和表达。qRT-PCR检测目的基因mRNA表达水平,WB和ELISA检测目的蛋白表达水平。SIRT1过表达慢病毒(LV-SIRT1)和SIRT1小RNA干扰慢病毒(LV-SIRT1 RNAi)用于转染A549细胞。 结果: 1. SP感染对A549细胞活力影响 感染复数(MOI)为20时,随着感染时间延长,A549细胞活力降低。SP感染18h、24h细胞活力较对照组明显下降(P<0.05)。感染6h时,随着MOI增加细胞活力下降,MOI为75和100时的细胞活力较对照组显著下降(P<0.05)。 2. SP感染不同时间的A549细胞转录组分析 2.1.A549细胞转录组DEGs分析 DESeq2软件分析不同感染时间组与对照组的DEGs,结果显示2hvs0h差异基因179个,其中上调115个,下调64个;4hvs0h差异基因643个,其中上调366个,下调277个;6hvs0h差异基因964个,其中上调569个,下调395个;8hvs0h差异基因1016个,其中上调651个,下调365个。 2.2.A549细胞转录组DEGs功能注释 对SP感染不同时间组与对照组A549细胞的DEGs进行功能注释,结果显示感染早期主要富集在宿主细胞对外界刺激的反应、细胞的迁移和分化等,而感染后期主要富集在细胞内信号的传导及对氧化应激的反应等。KEGG功能富集结果显示2hvs0h 的DEGs主要参与炎症和免疫相关信号通路如FOXO, TNF,MAPK以及T、B细胞受体相关通路,且多组DEGs共同富集到FOXO及TNF相关信号通路。 2.3.A549细胞转录组DEGs表达模式分析 聚类软件分析显示所有DEGs最终形成5种表达模式,不同簇中的基因功能注释显示DEGs主要富集到炎症及免疫相关通路如FOXO、TNF、IL-17等信号通路。 3.SP感染对A549细胞SIRT1、TLR2表达的影响 3.1.A549细胞SIRT1蛋白的定位和表达 免疫荧光法显示SIRT1主要表达于细胞核,SP感染(MOI=20)6h后,细胞SIRT1荧光增强,蛋白表达增加。 3.2.SP感染不同时间A549细胞SIRT1、TLR2的表达差异 SP感染A549细胞转录组及qRT-PCR均显示SIRT1 mRNA于SP感染后2h表达最高,之后呈下降趋势。WB显示SIRT1蛋白表达在感染2h达高峰,之后略下降。qRT-PCR检测显示,随感染时间延长,TLR2 mRNA呈升高趋势,8h升高最明显,12h稍下降,但仍高于对照组。不同感染时间组细胞TLR2蛋白表达较对照组均有升高。 3.3.不同浓度SP诱导A549细胞SIRT1、TLR2的表达差异 qRT-PCR和WB检测显示感染6h,随着MOI升高,SIRT1、TLR2 mRNA及蛋白表达逐渐升高,MOI=50时,表达最明显,与对照组(MOI=0组)比较差异有显著性(P<0.05)。 4.SP诱导A549细胞LL37、IL-8及TNF-α的表达 qRT-PCR和ELISA检测显示,当MOI=20时,随着感染时间延长,LL37 mRNA 2h开始升高,8h到达峰值,12h稍有下降,而LL37蛋白分泌随感染时间延长逐渐增加。IL-8 mRNA随着感染时间延长在6h明显升高,8h达峰值,12h稍下降,但IL-8蛋白分泌有升高趋势。TNF-αmRNA 4h明显升高, 8h达峰值,12h稍下降,TNF-α蛋白则随感染时间延长逐渐升高。当感染时间为6h时,随着感染浓度增加,LL37、IL-8以及TNF-αmRNA表达及蛋白逐渐升高,MOI=50时,LL37、IL-8以及TNF-αmRNA及蛋白表达最高。 5.SIRT1对SP诱导的A549细胞LL37、IL-8及TNF-α表达的影响 上调SIRT1可降低IL-8及TNF-α表达,下调SIRT1则增加IL-8及TNF-α表达,故SIRT1对IL-8及TNF-α起负调控作用。然而上调或下调SIRT1对SP诱导的LL37表达未发现有影响。 6.SP诱导A549细胞NF-κB的表达 SP感染(MOI=20)A549细胞后P-P65蛋白0.5h开始升高,2h达高峰, 4h略下降,P65蛋白变化不明显;IκB蛋白表达则随感染时间延长逐渐降低。 7.PDTC对SP诱导的NF-κB的表达发挥抑制作用 不同浓度PDTC(0、10、25、50、100μM)预处理A549细胞后,WB检测显示PDTC为25μM时即可明显抑制SP诱导的P-P65的表达。 8.PDTC和Nam对SP诱导的SIRT1及TLR2表达的影响 与细胞对照组比较,SP感染组及PDTC+SP感染组SIRT1 mRNA及蛋白表达均升高(P<0.05)。Nam+SP感染组及Nam+PDTC+SP感染组与细胞对照组比较,SIRT1 mRNA及蛋白表达稍升高,但差异无显著性(P>0.05)。Nam+SP感染组与SP感染组比较,Nam+PDTC+SP感染组与PDTC+SP感染组比较,SIRT1蛋白表达均下降(P<0.05)。 与细胞对照组比较,SP感染组、PDTC+SP感染组、Nam+SP感染组及Nam+PDTC+SP感染组TLR2 mRNA及蛋白表达升高(P<0.05),但4组两两比较差异无显著性(P>0.05)。 9.PDTC和Nam对SP诱导的LL37、IL-8及TNF-α表达的影响 qRT-PCR及ELISA检测显示,与细胞对照组比较,SP感染组、PDTC+SP感染组、Nam+SP感染组以及Nam+PDTC+SP感染组LL37 mRNA的表达及蛋白均升高(P<0.05),但4组两两比较差异无显著性。 与细胞对照组比较,SP感染组、PDTC+SP感染组、Nam+SP感染组以及Nam+PDTC+SP感染组中IL-8、TNF-αmRNA及蛋白均升高(P<0.05),其中Nam+SP感染组升高最明显;与SP感染组比较,PDTC+SP感染组IL-8、TNF-αmRNA及蛋白下降(P<0.05),而Nam+SP感染组中IL-8、TNF-αmRNA及蛋白升高(P<0.05);与PDTC+SP感染组比较,Nam+PDTC+SP感染组中IL-8、TNF-αmRNA及蛋白亦升高(P<0.05)。 结论: 1. 肺炎链球菌感染宿主后,可导致氧化应激等生物学反应,并影响FOXO,TNF, MAPK等多种细胞内参与炎症和免疫相关信号的激活和传导。 2. 不同感染时间宿主细胞的转录组学分析可以作为深入剖析肺炎链球菌感染致病机制的重要技术手段,并为临床诊断和治疗提供关键的遗传信息。 3. SIRT1对SP诱导的A549细胞IL-8及TNF-α表达起负调控作用,对LL37的表达未发现有影响。 4. SIRT1部分通过抑制NF-κB调节SP诱导的A549细胞IL-8及TNF-α的表达。