本文關(guān)鍵詞： 同種移植 CDK9 CD4~+T細胞 免疫耐受 信號通路　出處：《山東大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：迄今為止,器官移植仍是挽救終末期臟器衰竭的最有效措施。器官移植包括同種移植、異種移植和自體移植(同系移植)三大類,其中同種異基因移植是臨床最常見的移植類型。移植排斥反應(yīng)是由多種基因相互作用引起的復(fù)雜病理生理過程,是造成移植物損傷并最終導(dǎo)致治療失敗的最重要因素。近年來免疫抑制療法的成功實施已使移植物短期存活方面得到明顯改善,然而移植物長期存活和患者生存率方面并未獲得明顯進步。目前臨床上常用的免疫抑制劑既無法消除復(fù)雜基因調(diào)控引起的持續(xù)免疫損傷,同時還顯著抑制患者免疫功能,降低移植受者的生存質(zhì)量,這是目前器官移植領(lǐng)域面臨的嚴重問題。因此,研究尋找可在炎癥起始階段有效干預(yù)控制、靶向多種移植排斥相關(guān)基因的靶分子,設(shè)計出更高效高選擇性的抑制移植排斥反應(yīng)的制劑,對于進一步闡明移植排斥機制和改善臨床器官移植成功率具有重要理論和實際意義。細胞周期蛋白依賴性激酶9(Cyclin-dependentkinase9,CDK9)是正性轉(zhuǎn)錄延長因子b(Positive transcription elongation factor b,P-TEFb)的催化激酶,通過磷酸化RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymerase Ⅱ,RNAPⅡ)的羧基末端和負性轉(zhuǎn)錄延長因子,使轉(zhuǎn)錄從起始部位開始延伸。CDK9磷酸化RNAPⅡ是細胞轉(zhuǎn)錄延伸過程中的關(guān)鍵限速環(huán)節(jié)。初始反應(yīng)基因(Primary Response Genes,PRGs)是一組誘導(dǎo)細胞內(nèi)外信號,且其表達無需啟動蛋白質(zhì)合成的基因。在信號反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄鏈中,這些"第一反應(yīng)"的信號發(fā)揮關(guān)鍵作用,包括神經(jīng)細胞的生存可塑性,心肌應(yīng)激反應(yīng),葡萄糖代謝等多種復(fù)雜的的生物學(xué)過程。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)CDK9可通過控制初始反應(yīng)基因的轉(zhuǎn)錄,在炎癥發(fā)生發(fā)展中起中心調(diào)控作用。CDK9包括兩個亞型,CDK9_(42)和CDK9_(55),兩個亞型在不同器官組織和細胞中的表達各有不同。例如有研究發(fā)現(xiàn),隨著培養(yǎng)時間的增加,體外培養(yǎng)的大鼠肝細胞CDK9_(55)分子亞型的表達量逐漸減少,CDK9_(42)分子亞型的表達量逐漸相應(yīng)增多。鑒于CDK9對炎癥的中心調(diào)控作用,本論文對CDK9是否增強同種移植排斥反應(yīng)及其分子調(diào)節(jié)機制進行系統(tǒng)的深入研究,目的是闡明CDK9抑制劑對同種移植物生存狀態(tài)的影響,并研究其作用機制、調(diào)控因素及其調(diào)控的相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,明確CDK9的兩個分子亞型在同種排斥反應(yīng)中的差異表達,從而為研究靶向CDK9特異亞型誘導(dǎo)同種移植物耐受提供理論和實驗依據(jù),為臨床器官移植排斥提供新的治療手段。第一部分同種移植受體CDK9及其伴侶蛋白Cyclin T1表達與移植物生存相關(guān)性研究研究方法1.同種排斥過程中移植物CDK9及其伴侶蛋白Cyclin T1的動態(tài)表達1.1構(gòu)建小鼠同系和同種移植模型無菌條件下,分別將BALB/c和C57BL/6小鼠全厚度皮片移植到BALB/c小鼠背部并進行包扎,此兩種模型分別作為同系移植組和同種移植組。同種移植組進一步分為PHA747691(CDK9抑制劑)給藥組和生理鹽水對照組:在移植術(shù)進行第-1、1、3、5、7、9、11日向?qū)嶒灲M小鼠灌胃給藥PHA767491(3,10,30mg/kg);等體積生理鹽水為對照組。于移植術(shù)后第4、8、12和16天脫椎處死小鼠,每組至少3只,分離移植皮片和脾臟。1.2移植物CDK9及其伴侶蛋白Cyclin T1的表達取移植術(shù)后第4、8、12和16天的同系移植組和同種移植對照組的皮膚移植物,提取總RNA,利用RT-qPCR方法,檢測CDK9及其伴侶蛋白CyclinTl在同種排斥過程中的表達及變化。2.CDK9抑制劑對同種移植排斥受體脾CD4~+ T細胞差異表達基因的影響在排斥高峰期處死同種移植對照組小鼠,用CD4~+T細胞分離試劑盒分離純化脾CD4~+ T細胞,用3μM PHA767491或等量PBS處理細胞2h。從本實驗室前期建立的相同模型移植排斥相關(guān)基因SAGE文庫中選出一定數(shù)量的差異表達基因,用RT-qPCR方法檢測CDK9抑制后這些差異表達基因在受體小鼠排斥高峰期脾CD4~+T細胞中的表達。3.CDK9抑制劑對同種移植物生存期的影響小鼠同種皮片移植術(shù)后第7天,拆除包被物,逐日觀察記錄兩組模型小鼠移植物的生存狀況,以移植皮片90%壞死作為完全排斥。移植術(shù)后第12天處死小鼠,HE染色觀察移植物的病理變化,免疫組化染色檢測移植物CDK9的表達。4.CDK9抑制劑對同種移植受體脾CD4~+ T細胞比例的影響移植后第12天處死小鼠,流式細胞術(shù)分析CDK9抑制劑對同種移植受體排斥高峰期脾CD4~+T細胞的影響。5.CDK9抑制劑對同種移植受體皮膚移植物CD4~+ T細胞的影響取移植術(shù)后第12天的同種移植受體小鼠的移植皮片,常規(guī)操作進行免疫組化染色,檢測抑制CDK9對排斥期受體皮膚移植物CD4~+T細胞浸潤的影響。研究結(jié)果1.CDK9表達與同種排斥具有顯著正相關(guān)性:CDK9及其伴侶蛋白Cyclin T1在同種移植對照組中的表達顯著高于同系移植組。CDK9的表達水平在同種排斥高峰期達到最高,并隨著排斥反應(yīng)的緩解而降低;在同種排斥反應(yīng)的發(fā)生發(fā)展中CyclinT1與CDK9的表達趨勢一致。結(jié)果表明CDK9表達與同種排斥反應(yīng)具有顯著正相關(guān)性。2.CDK9調(diào)控CD4~+ T細胞同種排斥相關(guān)基因:CD4~+ T細胞是同種移植排斥反應(yīng)發(fā)生與否的決定因素,本論文從本實驗室前期建立的CD4~+T細胞介導(dǎo)的同種移植排斥基因SAGE文庫中選取相關(guān)差異表達基因,并檢測CDK9抑制對這些移植排斥相關(guān)基因的調(diào)控作用。結(jié)果顯示,PHA767491處理組的STAT1、JAk2、Socs5、RhoA、Ly6e、Med8和Med11的mRNA水平較對照組顯著降低,而Gna13和Fbxw4的mRNA水平較對照組明顯升高,表明CDK9上調(diào)CD4~+T細胞介導(dǎo)的同種排斥反應(yīng)相關(guān)基因,下調(diào)移植耐受基因。3.CDK9抑制明顯延長同種移植物存活期:同系移植組未發(fā)生排斥;同種移植對照組的皮膚移植物較早出發(fā)生排斥。與同種對照組相比,PHA767491給藥組移植物排斥發(fā)生延后且進程較緩慢。對照組小鼠移植皮片在過繼后第10-11天發(fā)生排斥,而PHA767491給藥組在第17-18天排斥(p0.05)。結(jié)果表明CDK9抑制劑顯著改善移植物生存狀態(tài),延長其存活期。4.移植物病理及免疫組化染色結(jié)果:HE染色切片顯示,對照組的移植皮片炎性反應(yīng)明顯,有大量單核巨噬細胞浸潤;而在PHA767491給藥組,移植皮片組織的炎性反應(yīng)較輕,單核巨噬細胞浸潤明顯減弱。免疫組化染色結(jié)果顯示,在PHA767491處理組,皮膚移植物處CDK9表達水平顯著降低。結(jié)果提示CDK9表達水平與排斥嚴重程度正相關(guān),CDK9抑制可明顯延長同種皮膚移植物生存期。5.CDK9抑制可顯著降低同種移植受體CD4~+T細胞比例:流式分析結(jié)果表明,同種移植組受體脾CD4~+T細胞顯著高于同系移植組,而PHA767491可顯著抑制同種排斥反應(yīng)引起的CD4~+T細胞擴增。免疫組化染色結(jié)果表明,PHA767491體內(nèi)應(yīng)用可顯著抑制同種皮膚移植物CD4~+T細胞浸潤。結(jié)果進一步證實CDK9高表達促進同種移植排斥反應(yīng)。第二部分CDK9抑制劑對CD4~+T細胞介導(dǎo)的同種移植排斥的影響及機制研究研究方法1.構(gòu)建CD4~+T細胞過繼轉(zhuǎn)輸C57BL/6-SCID小鼠同種皮膚移植模型無菌狀態(tài)下,將野生型C57BL/6小鼠全厚度皮片移植到SCID小鼠右側(cè)背部,并用創(chuàng)口貼和透明膠帶進行包扎固定,術(shù)后第7天拆包。移植術(shù)3周后,移植皮片愈合。分離純化野生型BALB/c小鼠脾CD4~+ T細胞,分別用PHA767491(3μM)和等體積PBS處理細胞6小時,然后分別通過腹腔注射過繼轉(zhuǎn)輸?shù)缴鲜鯟57BL/6-SCID同種移植受體小鼠體內(nèi)作為PHA767491處理組和對照組。2.CDK9抑制劑對CD4~+ T細胞介導(dǎo)的同種皮片移植物生存的影響過繼CD4~+T細胞后,逐日觀察并記錄兩組小鼠移植皮片生存情況。過繼后第12天對移植皮片HE染色,顯微鏡下觀察其病理變化。3.CDK9抑制劑對過繼轉(zhuǎn)輸CD4~+ T細胞介導(dǎo)的同種排斥反應(yīng)的影響3.1 CDK9抑制劑對過繼轉(zhuǎn)輸CD4~+ T細胞細胞因子譜的影響CD4~+T細胞過繼第12天,脫椎處死兩組小鼠,獲得小鼠移植皮片、移植同側(cè)腋窩引流淋巴結(jié)和脾。利用細胞因子蛋白芯片分別檢測皮膚移植物、腋窩引流淋巴結(jié)和脾CD4~+T細胞中IFN-γ、IL-4、IL-10、IL-17和IL-22的水平。3.2 CDK9抑制劑對過繼轉(zhuǎn)輸CD4~+T細胞中同種Teff活化的影響CD4~+T細胞過繼后第7天,提取脾同種反應(yīng)性CD4~+CD25-Teff,并提取野生型BALB/c小鼠Teff作為陰性對照,利用流式細胞術(shù)檢測細胞CD69、CD25和胞內(nèi)IL-2水平。3.3 CDK9抑制劑體外處理對Teff增殖能力的影響提取野生型BALB/c小鼠CD4~+CD25-Teff,用PHA767491(3μM)和等量的PBS處理Teff2小時,之后加入抗CD3抗體(2 μg/ml)和抗CD28抗體(1μg/ml)刺激細胞,利用CCK8法檢測Teff增殖情況。4.CDK9抑制劑對CD4~+CD25+Foxp3+Treg細胞的影響4.1 CDK9抑制劑對同種移植受體Treg細胞亞群比例的影響細胞過繼后第12天處死兩組小鼠,應(yīng)用CD4、CD25、Foxp3流式抗體對小鼠脾細胞進行熒光染色,利用流式細胞術(shù)檢測CD4~+CD25+Foxp3+ Treg細胞在CD4~+細胞中的比例。4.2 CDK9抑制劑體外處理對Treg細胞增殖能力的影響分離野生型BALB/c小鼠脾臟CD4~+CD25+Treg細胞。用PHA767491(3μM)或等量的PBS處理分離的Treg細胞2小時,之后加入抗CD3抗體(2 μg/ml)和抗CD28抗體(1 μg/ml)刺激細胞,利用CCK8法檢測Treg細胞增殖狀況。4.3 CDK9抑制劑體外處理對Treg細胞免疫負調(diào)控功能的影響分離純化野生型BALB/c小鼠脾臟CD4~+CD25+Treg和CD4~+CD25-Teff細胞。用PHA767491(3μM或5μM)或等量的PBS處理分離的Treg細胞2小時,之后與Teff細胞混合,并加入抗CD3抗體(2μg/ml)和抗CD28抗體(1μg/ml)刺激細胞,利用CCK8法檢測Treg對Teff的抑制。研究結(jié)果1.成功建立同種移植模型:移植術(shù)后3周,移植部位愈合,移植皮片生長良好,表明C57BL/6-SCID小鼠同種皮膚移植模型成功建立。對照組的移植物在細胞過繼后第12-15天發(fā)生排斥,而PHA767491處理組在第23-27天排斥,表明CDK9抑制劑處理可明顯減弱CD4~+ T細胞介導(dǎo)的同種排斥反應(yīng),延長同種移植物生存期。2.CDK9促進Th1極化:在同種皮膚移植物和脾臟CD4~+T細胞中,PHA767491處理組IFN-y水平較對照組顯著降低,而IL-4和IL-10的水平顯著升高。腋窩引流淋巴結(jié)未檢測到細胞因子水平改變。IL-17和IL-22均無顯著變化。結(jié)果提示CDK9通過促進Th1極化增強同種移植排斥。3.CDK9促進同種反應(yīng)性Teff的活化和增殖:為探討CDK9是否在細胞活化階段促進同種排斥反應(yīng),本論文在細胞過繼后第7天(過繼轉(zhuǎn)輸?shù)腡細胞開始識別同種抗原)提取受體小鼠脾Teff,利用流式細胞術(shù)和CCK-8法檢測細胞活化和增殖情況。結(jié)果顯示,PHA767491處理組Teff的CD69、CD25和胞內(nèi)IL-2水平及增殖能力均明顯低于對照組。結(jié)果表明CDK9在同種反應(yīng)性Teff活化和增殖過程中起促進作用。4.CDK9提高同種移植受體Treg細胞比例:PHA767491處理組小鼠Treg細胞亞群在脾CD4~+T細胞中的比例顯著高于對照組。而兩組Treg的增殖能力無顯著區(qū)別,PHA767491處理對Treg的抑制能力也無顯著影響。結(jié)果提示PHA767491可通過抑制Teff的活化和增殖,相應(yīng)提高同種移植受體Treg細胞比例。第三部分cDK942和CDK9_(55)亞型在同種移植排斥中作用機制的研究研究方法1.CDK9兩個亞型在同種抗原刺激下的表達用野生型C57BL/6小鼠的脾細胞制備的可溶性同種抗原對PHA767491(3μM)或PBS預(yù)處理2h的BALB/c小鼠CD4~+ T細胞進行梯度時間刺激,留取細胞培養(yǎng)上清液,備用。用Western blot檢測各時間點CDK9_(42)、CDK9_(55)、RNA聚合酶Ⅱ和β-actin的表達。2.CDK9兩亞型在同種抗原刺激下的轉(zhuǎn)位分離上述細胞的細胞核蛋白和胞漿蛋白,用Western blot和ELISA檢測各時間點細胞核、胞漿和細胞培養(yǎng)上清液中的CDK9_(42)、CDK9_(55)以及其伴侶蛋白Cyclin T1的表達。3.CDK9_(42)的核質(zhì)轉(zhuǎn)位促進形成炎癥微環(huán)境為探究CDK9_(42)的轉(zhuǎn)位對細胞外微環(huán)境所起作用,本文用ELISA檢測上述方法2中細胞培養(yǎng)上清液中IFN-y、IL-1β和IL-6的水平。4.CDK9_(42) 活化 STAT1/IFN-γ 信號通路4.1 CDK9活化的移植排斥相關(guān)基因與STAT1相關(guān)用CDK9 siRNA轉(zhuǎn)染RAW264.7細胞系,從CD4~+T細胞介導(dǎo)的移植排斥基因SAGE文庫中選出多個基因,用實時定量PCR檢測CDK9 siRNA轉(zhuǎn)染的RAW264.7細胞系中相關(guān)基因水平,探討CDK9對移植排斥反應(yīng)相關(guān)信號通路的作用。4.2 PHA767491顯著抑制STAT1的活化用可溶性同系抗原或同種抗原對IL-6單克隆抗體、IFN-γ單克隆抗體、PHA767491(3μM)或等量PBS預(yù)處理2h的野生型BALB/c小鼠脾細胞進行刺激,用磷酸化STAT1和磷酸化STAT3的流式抗體染色,用流式細胞術(shù)分析STAT1和STAT3的活化。5.CDK9主要通過調(diào)控STAT1促進同種排斥反應(yīng)建立小鼠同種皮膚移植模型,移植術(shù)后12天處死小鼠并取移植皮片進行固定、石蠟包埋、切片、免疫組織化學(xué)染色,顯微鏡下觀察皮膚移植物CDK9、STAT1、STAT3 和 STAT5 的表達。研究結(jié)果1.CDK9_(42)是同種排斥的主要分子亞型:同種抗原刺激后15min開始,CDK9_(42)亞型的表達水平逐漸升高,而CDK9_(55)明顯降低,RNA聚合酶11與CDK9_(42)亞型的表達趨勢基本一致。PHA767491處理顯著抑制這三者的表達,提示CDK9_(42)是應(yīng)答同種抗原刺激、促進下游免疫反應(yīng)的主要分子亞型。2.CDK9_(42)轉(zhuǎn)位促進形成炎癥微環(huán)境:隨著同種抗原刺激,CDK9_(42)從細胞核向胞漿轉(zhuǎn)位,并釋放到胞外,而CDK9_(55)較穩(wěn)定地在核內(nèi)表達。CyclinT1相應(yīng)轉(zhuǎn)位,但其表達趨勢與CDK9兩個亞型均不一致。對照組細胞培養(yǎng)上清液中IFN-γ、IL-1β和IL-6水平顯著升高,表達趨勢與CDK9_(42) 一致。PHA767491可顯著抑制CDK9_(42)的轉(zhuǎn)位以及上清液中促炎細胞因子的表達,提示CDK9_(42)的轉(zhuǎn)位可促進形成炎癥微環(huán)境。3.CDK9抑制劑明顯降低STAT1相關(guān)基因表達:CDK9抑制組的CXCL9、CXCL10、CXCL11、GBP4、STAT1、JAk2 和 Socs5 的 mRNA 表達水平較對照組顯著降低,這些基因均與STAT1相關(guān),涉及細胞增殖、細胞活化、細胞生長與維持和信號傳導(dǎo);與上述基因相比,與STAT3相關(guān)的基因如C4a、CXCL12、Chl1和Socs3無顯著改變。4.CDK9主要通過調(diào)控STAT1/IFN-γ信號通路影響同種排斥反應(yīng):同種抗原刺激下,STAT1的活化水平明顯高于STAT3,IFN-y阻斷組STAT1和STAT3的活化均被顯著抑制,但IL-6阻斷組僅STAT3的活化受抑制,而且PHA767491顯著抑制磷酸化STAT1和STAT3的表達。結(jié)果表明,與STAT3相比,STAT1在同種反應(yīng)中發(fā)揮更重要的促炎作用;CDK9在此過程中可能主要通過活化STAT1/IFN-y信號通路而促進同種排斥反應(yīng)。5.免疫組化染色結(jié)果:與對照組相比,PHA767491給藥組移植物CDK9和STAT1受到顯著抑制,STAT3的表達也相應(yīng)降低。STAT5在同種排斥組和PHA767491處理組均低水平表達,兩組間無顯著差異,提示CDK9主要通過調(diào)控STAT1促進同種排斥反應(yīng)。全文結(jié)論1.同種移植物CDK9及其伴侶蛋白CyclinT1表達水平與移植物的損害程度密切正相關(guān)。CDK9抑制劑體內(nèi)應(yīng)用可顯著延長同種移植物生存期。2.CDK9抑制劑體內(nèi)應(yīng)用可明顯提高同種移植受體CD4~+CD25+Foxp3+ Treg細胞比例,顯著抑制Teff活化和增殖,而對Treg的增殖和免疫負調(diào)控功能無明顯影響。3.CDK9_(42)是應(yīng)答同種抗原刺激、促進下游免疫應(yīng)答的主要分子亞型,調(diào)控多種移植排斥相關(guān)基因,其轉(zhuǎn)位可促進形成炎癥微環(huán)境。CDK9主要通過活化STAT1/IFN-γ信號通路促進同種排斥反應(yīng)。全文創(chuàng)新點1.首次研究CDK9在同種移植排斥反應(yīng)中的作用,證實CDK9抑制劑PHA767491可明顯延長小鼠皮膚同種移植物生存期,誘導(dǎo)移植免疫耐受形成。研究結(jié)果為臨床器官移植排斥提供新的治療手段。2.首次證明CDK9可調(diào)控多種同種移植排斥相關(guān)基因,促進同種排斥反應(yīng)發(fā)生發(fā)展,并在此過程中起中心調(diào)控作用。研究結(jié)果為進一步揭示移植排斥的分子調(diào)控機制提供新的研究思路。3.首次證明CDK9_(42)是應(yīng)答同種抗原刺激、促進下游免疫應(yīng)答的主要分子亞型,其轉(zhuǎn)位可促進形成炎癥微環(huán)境。研究結(jié)果為研發(fā)高選擇性CDK9_(42)抑制劑并應(yīng)用于抗炎抗移植排斥奠定重要理論和實驗基礎(chǔ)。
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【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R617
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本文編號：1442848