STAT3在小鼠外伤皮肤角质形成细胞中的表达及IL-22对STAT3表达影响的研究

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前言:   STAT3即信号转导和转录激活因子(signal transdueers and activators oftranscription, STAT)3,是一种重要的核转录因子,将细胞外信号传递到细胞核,通过调节一些基因和细胞因子的表达,参与细胞的增殖、分化和存活及血管发生、癌症转移等过程。STAT3作为一个重要的转录调节因子,参与细胞内信号传递,在细胞因子网络调节中起重要作用,调控众多的细胞因子和炎症介质的基因表达,调节免疫反应,在银屑病发病中起着重要作用,影响角质形成细胞的增殖和凋亡、调节表皮血管的发生及细胞因子的表达。银屑病是一种慢性炎症性皮肤疾病,与表皮细胞过度增殖及异常分化,真皮乳头血管增生和淋巴细胞的浸润有关。近年来研究发现,银屑病患者皮肤和免疫系统存在着复杂而又异常的关系,包括基因易感素质和环境因素,发病机制尚不清楚。有学者在银屑病患者皮损中检测到激活的STAT3。Sano等研究发现,所有银屑病皮损中,角质形成细胞的STAT3几乎都呈激活状态。在非银屑病性炎症性棘层增厚的皮损中STAT3的表达和正常皮肤相似,所以银屑病患者中STAT3的活性上调并非表皮异常增生的结果。在K5.STAT3c转基因小鼠模型中STAT3处于持续激活状态,小鼠的皮肤在出生时表现正常,然而,2周后,它们的皮肤变红和脱屑,尾巴上出现角化过度皮损,其组织学改变和银屑病相似,包括角化过度、角化不全、颗粒层缺失及真皮炎症细胞浸润,真皮乳头血管扩张,表皮散发的淋巴细胞浸润。因此,这些数据显示,小鼠STAT3的持续激活增加其对外界刺激的敏感性,导致银屑病样表现。这些发现提示角质形成细胞的STAT3激活是银屑病发病所必须的。早有研究发现,皮肤伤口愈合的表皮再形成过程和银屑病的发病过程有很多相似之处:银屑病的斑块表现了持久的伤口愈合反应、银屑病的角质形成细胞表现出异常的、夸张的伤口愈合反应。当人体受伤时,STAT3被激活,帮助伤口愈合;当愈合结束时,STAT3就失去活性。但如果免疫系统反应过度,STAT3不能按时“关闭”,角化细胞就会持续增生,造成银屑病。STAT3的活化即P-STAT3对于皮肤伤口的愈合过程是必须的,并且在人和鼠的伤口边缘的表皮中发现P-STAT3。P-STAT3蛋白主要表达于表皮棘细胞层和颗粒层角质形成细胞的细胞核中,一些血管内皮细胞的细胞核中亦可见到少量表达,而在正常人皮肤组织中,P-STAT3蛋白几乎不表达。   IL-22是于2000年发现的一种细胞因子,其在结构上属于IL-10家族。主要由活化的T细胞亚群(Th22,Th1,Th17)、单核细胞、树突细胞产生。白介素22(IL-22)是Th17的主要效应因子之一,被称为“银屑病前炎症因子”,IL-22在体内的含量不多,受体仅表达于非免疫细胞,所以IL-22不直接参与免疫细胞间的调节。IL-22的作用具有组织选择性,上皮细胞是其公认的靶细胞,呼吸道、消化道及皮肤组织的上皮细胞是IL-22的主要作用对象,在肠炎、间质性肺病等疾病中IL-22的表达呈上调趋势。IL-22在皮肤中的作用主要体现在对角质形成细胞的作用,该作用具有两面性,既可以是保护性的,也可以是有害性的。具体表现为:1.IL-22诱导角质形成细胞产生调节防御机制的趋化因子、补体因子及细胞因子。由IL-22诱导产生的抗微生物多肽,如S100A7和β-防御素等,形成机体抵御微生物入侵的第一道化学屏障,参与调节皮肤组织的固有免疫,有防止皮肤感染的功能。有研究发现银屑病患者皮损中抗微生物多肽和基质金属蛋白酶的表达增加与IL-22的表达水平呈正相关,证实了IL-22对抗微生物多肽和基质金属蛋白酶的诱导作用。但也有人推测是由于银屑病角质形成细胞的异常增殖和分化提高了它们的表达量。2.IL-22影响角质形成细胞的转录。IL-22下调终末期角质细胞分化基因,使分化相关蛋白如外皮蛋白、热休克蛋白、中间丝相关蛋白等表达减少,抑制分化;上调组织修复相关基因的表达,提高上皮细胞增殖和迁移的能力。IL-22促进角质形成细胞增殖,抑制分化,这种作用可在伤口愈合重塑及固有防御机制中发挥作用。但另一方面,在体内过度表达的IL-22诱导小鼠皮肤显著增生和炎症反应。在银屑病小鼠模型消除或单独减少IL-22可逆转皮肤病理学表现。寻常型银屑病患者血清中IL-22的表达量高于健康对照组,与既往研究结果一致。另外我们还发现进展期组表达量高于静止期组。提示IL-22的表达量可能与寻常型银屑病活动性相关。它可能不仅参与介导寻常型银屑病的发病,在寻常型银屑病的发展及皮损维持过程中也具有重要作用。此外,寻常型银屑病患者血清中IL-22的表达量与PASI评分值有正相关关系,提示血清中IL-22的表达量可能与银屑病皮损面积及严重程度有正相关性,可将血清中IL-22的表达量作为反映评价银屑病严重程度的指标。   目前STAT3被认为是IL-22活化的一个指标,只有当IL-22与IL-10R和IL-22R结合以后,IL-22才能被活化,使STAT3表达增加。Katia Boniface等报道短期培养人类表皮角质形成细胞其表面就能功能性表达IL-22R,且与IL-22结合后能诱导角质形成细胞使其STAT3磷酸化从而诱导STAT3处于活化的状态,进而促进角质形成细胞过度增生,诱发棘层肥厚,另外,IL-22通过与靶细胞表面的IL-22受体结合,启动酪氨酸激酶活化Jak1和Tyk2,进而磷酸化STAT3形成二聚体并转移至细胞核,与特异性DNA序列结合从而调节转录。这样可使IL-22信号级联放大,诱导靶细胞产生多种效应因子,参与固有免疫和炎症反应,参与银屑病的发生及发展。   本实验用免疫组化法对照研究STAT3在小鼠创伤皮肤模型中不同时间点处的表达,以及IL-22(20ng/ml)作用后,STAT3在小鼠创伤皮肤模型中不同时间点处的表达,并比较两组间STAT3的表达情况。以探讨STAT3从皮肤损伤到愈合过程中在角质形成细胞中的表达情况,以及在此过程中IL-22对STAT3抗原表达的影响。   材料和方法:   一、标本收集   空白组:收集品系相同(balB/c鼠)、8~10周龄成鼠36只,体重25~30g。随机分为6组(T1、T2、T3、T4、T5、T6),每组6只,雌雄各半。常规备皮、消毒,及10%水合氯醛全身麻醉后,各组内小鼠于同一时间切开背部皮肤组织(切口约0.5cm),缝合(2针)。   T1组:切开背部皮肤后立即取皮,缝合创口。   T2组:24h后于原创口处再次取皮,缝合创口。   T3组:48h后于原创口处再次取皮,缝合创口。   T4组:72h后于原创口处再次取皮,缝合创口。   T5组:5天后于原创口处再次取皮,缝合创口。   T6组:7天后于原创口处再次取皮,缝合创口。   每块组织用10%福尔马林固定后制成5um石蜡切片。   IL-22组:收集品系相同(balB/c鼠)、8~10周龄成鼠30只,体重25~30g。随机分为6组(S1、S2、S3、S4、S5、S6),每组6只,雌雄各半。常规备皮、消毒,及10%水合氯醛全身麻醉后,各组内小鼠于同一时间切开背部皮肤组织(切口约0.5cm),于创口处滴加1滴(50μl) IL-22(用PBS缓冲液稀释为20ng/ml),30分钟后缝合创口(2针)。   S1组:30分钟后于原创口处取皮,缝合创口。   S2组:24h后于原创口处再次取皮,缝合创口。   S3组:48h后于原创口处再次取皮,缝合创口。   S4组:72h后于原创口处再次取皮,缝合创口。   S5组:5天后于原创口处再次取皮,缝合创口。   S6组:7天后于原创口处再次取皮,缝合创口。   每块组织用10%福尔马林固定后制成5um石蜡切片。   二、材料   1、兔抗鼠STAT3多克隆抗体   2、即用型SABC免疫组化试剂盒   3、3-二氨基联苯胺(DAB)显色系统   三、实验方法   制备5u厚石蜡切片。抗原高压热修复。先后滴加兔抗鼠多克隆抗STAT3(一)抗,BSA封闭液、生物素化羊抗兔IgG和SABC,IL-22作阳性对照。DAB显色,苏木素复染。脱水、透明、封片。光镜下观察。   四、结果判定   光镜下(×40倍),每张切片随机选取至少2个视野,每组切片随机选取至少12个视野,以细胞膜或胞浆内出现棕黄色或棕褐色颗粒为阳性。采用Image-proPlus6.0显微图像分析系统采集图像,分析阳性表达的积分光密度值,取平均值,获得每例标本阳性染色的积分光密度值。   五、统计学分析   采用SPSS16.0软件包进行数据处理。采用两因素重复测量的方差分析,经过球形度检验,本组数据满足上述方法的使用条件。空白组:24h、72h、5d分别与0h相比,差异有统计学意义;7d、5d分别与72h相比,差异有统计学意义(T2、T4、T5>T1,T5、T6<T4,P<0.05); IL-22组:72h与30min相比,差异有统计学意义;5d与24h相比,差异有统计学意义(S4<S1,S2<S5,P<0.05)。   结果:   1、空白组:不同时间点处STAT3在表皮角质形成细胞中的表达的积分光密度值有统计学差异。   2.IL-22组:不同时间点处STAT3在表皮角质形成细胞中的表达的积分光密度值有统计学差异。   结论:   1、正常balB/c鼠皮肤外伤后72h之内,创口处角质形成细胞中STAT3的表达随时间的变化逐渐增强,于72h时达到高峰,之后随着创口不断愈合,STAT3的表达逐渐减弱。   2、经IL-22作用后,在创伤初期(30分钟内)STAT3强烈表达,从24h后逐渐升高,于5d时达到高峰。
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