哮喘是一种以慢性气道炎症、气道高反应性和可逆性气流受限为特征的异质性疾病,其全球发病率持续升高,已成为一项重大的公共卫生挑战
[1]。哮喘的本质是免疫介导的慢性气道炎症,其中2型免疫炎症被公认为其核心发病机制
[2]。目前,吸入性糖皮质激素仍是临床控制气道炎症的一线基础疗法,但部分患者存在疗效不佳或面临长期使用发生相关不良反应的风险
[3]。调节性T细胞(regulatory T cells,Treg)在维持机体免疫耐受、抑制过度炎症反应中发挥核心作用
[4]。在哮喘进程中,Treg细胞数量减少或功能缺陷会导致其对Th2等效应性T细胞的抑制作用减弱,从而加剧气道慢性炎症与高反应性
[5]。因此,促进Treg分化已成为哮喘免疫干预的重要方向。
五味子乙素(Schisandrin B,Sch B)作为中药五味子中提取的主要活性木脂素成分,已被证实具有明显的抗炎与免疫调节作用
[6]。研究证实,Sch B可通过促进Treg的分化从而改善哮喘模型的气道炎症,但具体机制尚未完全阐明
[7,8]。因此,本研究通过观察Sch B对E3泛素连接酶无名指蛋白213(ring finger protein 213,
RNF213)介导的叉头框蛋白O1(forkhead box protein O1, FOXO1)的K63连接型泛素化修饰,旨在揭示Sch B诱导初始CD4⁺ T细胞向Treg分化的分子机制,从而阐明其在调控哮喘免疫稳态中的作用,为拓展其临床应用提供新的理论依据。
1 材料与方法
1.1 实验动物
6~8周龄雄性C57BL/6小鼠(SPF级)购自赛业生物科技有限公司[生产许可证号:SCXK(冀)2021‑003]。所有小鼠饲养于无锡浦诺如生物科技有限公司动物实验房SPF级屏障环境,温度控制在(22±2)℃,相对湿度50%±10%,12 h明暗交替循环,自由摄取标准饲料及饮水。所有动物实验操作经黑龙江中医药大学动物伦理委员会审查批准(伦理批号:2021‑07‑04‑01)。
1.2 试剂
Sch B(C24H32O7,分子量:432.51,纯度≥98%)购自美国Sigma‑Aldrich公司(货号:HY‑N0320)。RPMI 1640培养基(货号:11875093)和胎牛血清(货号:10099141)购于美国Gibco公司。青霉素‑链霉素溶液(货号:C0222)、细胞质与细胞核蛋白提取试剂盒(货号:P0027)、RIPA裂解液(货号:P0013B)和BCA蛋白浓度测定试剂盒(货号:P0012)购自上海碧云天生物技术公司。重组小鼠IL‑2(货号:212‑12)和重组小鼠TGF‑β1蛋白(货号:100‑21C)购自美国PeproTech公司。小鼠初始CD4+ T细胞阴性分选试剂盒(货号:MIM007N)购自武汉伊莱瑞特生物科技股份有限公司。抗CD3ε(货号:100340)和抗CD28(货号:102116)单克隆抗体购自美国BioLegend公司。DMSO(货号:D8371)和嘌呤霉素(货号:P8230)购自北京索莱宝科技有限公司。抗小鼠CD4‑APC抗体(货号:APC‑FcA65655)和CD25‑PE抗体(货号:PE‑98288)购自武汉三鹰生物科技有限公司。抗小鼠Foxp3‑FITC抗体(11‑5773‑82)和Foxp3染色缓冲液套装(00‑5523‑00)购自美国eBioscience公司。兔抗小鼠RNF213抗体(货号:sc‑293391)购于美国Santa Cruz Biotechnology公司。泛素(Ub)抗体(货号:ab134953)、GAPDH抗体(货号:ab8245)、Lamin B1抗体(货号:ab16048)及相应的HRP标记山羊抗兔二抗(货号:ab6721)购自英国Abcam公司。兔抗小鼠FOXO1抗体(货号:2880)和同型对照IgG(货号:2729)购自美国CST公司。蛋白A/G磁珠(货号:HY‑K0202)购自美国MedChemExpress公司。TRIzol试剂(货号:T9108)、PrimeScript RT reagent Kit(货号:RR047A)及TB Green Premix Ex Taq Ⅱ(货号:RR820A)购自日本Takara公司。慢病毒载体pLKO.1(用于构建shRNA)和pLVX(用于构建过表达载体)由上海吉玛基因技术有限公司设计并包装,靶向RNF213的shRNA序列及阴性对照由该公司提供。
1.3 初始CD4+T细胞的分离
参照文献[
9]中方法,在无菌条件下取小鼠脾脏及淋巴结,研磨制备单细胞悬液。使用小鼠初始CD4
+ T细胞阴性分选试剂盒,按照制造商说明书,通过磁珠分选法富集初始CD4
+ T细胞(CD4
+CD25
-CD62L
+)。分离后的细胞用含10%胎牛血清、1%青霉素‑链霉素溶液的RPMI 1640完全培养基重悬,流式细胞术检测CD4
+CD25
‑CD62L
+细胞纯度>90%后用于后续实验。
1.4 细胞分组与干预
分离的小鼠初始CD4+ T细胞以1×105个细胞的密度接种于预先包被抗CD3ε单抗(5 μg/mL)和抗CD28单抗(2 μg/mL)的培养板中。所有实验在含重组小鼠IL‑2(4 ng/mL)的基础分化条件下进行,具体分组与干预如下:DMSO组、Sch B低剂量组(Sch B 0.5 μmol/L)、Sch B高剂量组(Sch B 1 μmol/L)与阳性对照组(TGF‑β1 1 ng/mL)。
采用慢病毒转导技术分别构建稳定敲低与稳定过表达RNF213的细胞模型。在完成病毒转导及嘌呤霉素筛选后,进行功能缺失实验:设立空载(Vector)组、空载+Sch B 1 μmol/L(Vector+ Sch B 1 μmol/L)组、RNF213敲低(shRNF213)组以及RNF213敲低+Sch B 1 μmol/L(shRNF213+Sch B 1 μmol/L)组;功能获得实验则设立相应空载(Vector)组、空载+ Sch B 1 μmol/L(Vector+Sch B 1 μmol/L)组、RNF213过表达(OE‑RNF213)组以及RNF213过表达+Sch B 1 μmol/L(OE‑RNF213+ Sch B 1 μmol/L)组。所有细胞在37 ℃、5%CO2条件下培养72 h后收集用于后续检测。
1.5 指标检测
1.5.1 流式细胞术
收集各组细胞,缓冲液洗涤后依次加入抗CD4‑APC和抗CD25‑PE抗体于4 ℃避光孵育30 min。使用Foxp3固定及破膜试剂盒进行固定和破膜后,加入抗Foxp3‑FITC抗体于4 ℃继续避光孵育30 min,上流式细胞仪检测。使用FlowJo软件分析CD4+CD25+Foxp3+细胞占CD4+ T细胞的比例,即为Treg分化率。
1.5.2 Western blot
收集各组细胞,为检测总蛋白及亚细胞定位蛋白,分别使用RIPA裂解液提取总蛋白,或使用细胞质/核蛋白提取试剂盒分级提取胞浆与核蛋白。BCA法测定蛋白浓度。等量蛋白样品经SDS‑PAGE电泳分离后,转至PVDF膜。5%脱脂牛奶室温封闭1 h,加入抗RNF213、FOXO1、GAPDH和Lamin B1一抗,4 ℃孵育过夜。TBST洗涤后,加入相应HRP标记二抗室温孵育1 h。ECL化学发光试剂显影,使用Image Lab软件分析。目的蛋白表达量以与内参(GAPDH或Lamin B1)的灰度值比值表示。
1.5.3 RT‑qPCR
使用TRIzol法提取细胞总RNA,测定浓度和纯度。按照逆转录试剂盒说明书将1 μg RNA逆转录为cDNA。以cDNA为模板,使用SYBR Green法在QuantStudio实时荧光定量PCR仪上进行扩增。反应体系与条件参照试剂盒说明书。以
GAPDH为内参,采用2
-ΔΔCt法计算目的基因mRNA的相对表达量。引物信息见
表1。
1.5.4 免疫共沉淀
收集各组细胞,使用含蛋白酶抑制剂和去泛素化酶抑制剂的裂解液裂解提取总蛋白。取等量蛋白样品,加入FOXO1特异性抗体或同型对照IgG,4 ℃缓慢旋转孵育过夜。次日加入蛋白A/G磁珠,4 ℃继续孵育4 h。磁性分离珠子,用预冷的裂解液洗涤5次。最后加入1×SDS上样缓冲液,沸水煮10 min,收集上清液进行Western blot分析,使用抗Ub抗体检测被共沉淀的泛素化FOXO1水平。
1.6 统计学处理
所有数据使用GraphPad Prism 9.0软件进行统计分析。计量资料以表示。2组间比较采用独立样本t检验,多组间比较采用单因素方差分析(ANOVA),若方差齐则采用LSD法进行事后多重比较。以P<0.05为差异具有统计学意义。所有实验独立重复3次。
2 结果
2.1 初始CD4+T细胞鉴定
磁珠分选后,流式细胞术检测显示,CD4
+CD25
‑CD62L
+细胞占CD4
+T细胞的比例达97.4%,符合初始CD4
+ T细胞纯度要求,可用于后续实验。见
图1。
2.2 Sch B对CD4+T细胞Treg分化的影响
与DMSO组相比,低、高剂量Sch B处理72 h后,CD4
+CD25
+Foxp3
+ Treg比例呈剂量依赖性明显升高,差异均具有统计学意义(
P<0.01),见
图2A。RT‑qPCR结果显示,
Foxp3 mRNA水平呈现相似的趋势,见
图2B。此外,阳性对照组亦显示出明显的Treg诱导效应。
2.3 Sch B对RNF213表达及FOXO1泛素化的影响
与DMSO组相比,Sch B可剂量依赖性上调RNF213的mRNA和蛋白表达,差异均具有统计学意义(
P<0.01),见
图3A、B。进一步通过核浆分离实验发现,Sch B处理后细胞质内FOXO1蛋白的表达减少,而核内FOXO1蛋白的表达明显增加,与DMSO组相比,差异均具有统计学意义(
P<0.01)。见
图3B。
免疫共沉淀结果显示,Sch B处理后,FOXO1蛋白的K63连接型多聚泛素化水平明显增强,与DMSO组相比,差异具有统计学意义(
P<0.01)。见
图3C。
2.4 Sch B对RNF213沉默CD4+T细胞Treg分化的影响
通过慢病毒转染构建
RNF213稳定敲低的细胞,Western blot和RT‑qPCR证实,与空载组相比,
shRNF213可有效降低RNF213蛋白和mRNA的表达。见
图4A。与sh
RNF213组相比,sh
RNF213联合Sch B组的FOXO1细胞核表达水平和K63泛素化水平未见明显改变,差异均无统计学意义(
P>0.05)。见
图4B、C。
此外,在
RNF213敲低后,高剂量Sch B促进Treg分化的效应被明显逆转,与空载+Sch B组相比,差异具有统计学意义(
P<0.01),而与
RNF213敲低组无明显改变,差异无统计学意义(
P>0.05)。见
图4D。
2.5 Sch B对RNF213过表达CD4+T细胞Treg分化的影响
通过慢病毒转染构建
RNF213稳定过表达的细胞,Western blot和RT‑qPCR证实,与空载组比较,
RNF213过表达可有效上调RNF213蛋白和mRNA的表达,差异具有统计学意义(
P<0.01)。见
图5A。与
RNF213过表达组相比,
RNF213过表达+Sch B组的FOXO1细胞核易位和K63泛素化水平明显增加,差异具有统计学意义(
P<0.01)。见
图5B、C。
此外,与空载组相比,
RNF213过表达组Treg分化率明显增高,差异具有统计学意义(
P<0.01)。与
RNF213过表达组相比,
RNF213过表达+Sch B组Treg分化率明显增高,差异具有统计学意义(
P<0.01)。见
图5D。
3 讨论
哮喘的发病机制复杂,其中辅助性T淋巴细胞亚群失衡导致的免疫功能紊乱是核心病理基础
[12]。根据其分泌的细胞因子及功能差异,Th细胞主要分为4个亚群:具有免疫抑制功能的Treg、分泌IL‑17的Th17细胞、分泌INF‑γ的Th1细胞及分泌IL‑4的Th2细胞。作为所有Th细胞亚群的共同前体,初始CD4
+T细胞的分化由抗原刺激、共刺激信号及局部细胞因子的调控。其中,Foxp3⁺ Treg通过高表达CTLA‑4抑制共刺激信号,并分泌TGF‑β、IL‑10等抑制性细胞因子,从而抑制效应T细胞功能、调节树突状细胞成熟,在维持免疫耐受、抑制炎症及稳定免疫内环境中发挥关键作用
[13]。此外,临床研究证实,Treg亚群的耗竭与过敏性哮喘患者的急性发作风险及疾病严重程度明显相关
[14]。本研究结果证实,在体外TCR激活及IL‑2存在的基础条件下,Sch B能够剂量依赖性地促进初始CD4
+ T细胞向Foxp3
+ Treg分化,与TGF‑β1的趋势相同。为此,本研究进一步探讨了其上游分子机制。
FOXO1是FOXO转录因子家族的核心成员,广泛表达于机体免疫细胞、实质细胞等多种细胞类型中,在细胞分化、增殖、凋亡、代谢及免疫稳态调控等生理病理过程中发挥核心调控作用
[15,16]。
FOXO1基因定位于人类染色体13q14.1,编码的蛋白质包含高度保守的叉头结构域,该结构域通过特异性识别并结合启动子区域的核心序列,进而调控靶基因的转录表达,是FOXO1发挥转录调控功能的结构基础
[17]。作为进化上高度保守的DNA结合蛋白,FOXO1的活性受到其亚细胞定位的精密调控。在静息或生长因子丰富的状态下,FOXO1主要滞留在细胞质中,其经典的失活机制涉及PI3K‑AKT信号通路的激活。反之,当AKT活性受到抑制,FOXO1进入细胞核后并以单体或二聚体形式结合到靶基因启动子区的特定DNA应答元件上,并招募p300/CBP等组蛋白乙酰转移酶,改变局部染色质构象,从而精确启动或抑制下游基因的转录程序
[18]。本研究结果显示,Sch B能够剂量依赖性地促进初始CD4⁺ T细胞中FOXO1的细胞核易位,提示其可能通过调控FOXO1的亚细胞定位来影响Treg的分化进程。
泛素化修饰是真核细胞中一种高度保守的蛋白质翻译后修饰过程,其核心是将泛素小分子通过级联酶促反应共价连接至底物蛋白的特定赖氨酸残基上
[19]。该过程由泛素激活酶、结合酶和连接酶依次催化完成,其中E3泛素连接酶决定了底物的特异性。经典的K48连接多聚泛素化主要标记靶蛋白并被蛋白酶体降解,从而控制蛋白质稳态;而非经典的K63连接多聚泛素化则不引发降解,而是作为一种精细的调控信号,广泛参与调节蛋白质的活性、构象、相互作用及亚细胞定位等过程
[20]。RNF213作为一种包含RING指结构域的大型E3泛素连接酶,已被证实为调控Treg分化的关键分子
[21]。
RNF213通过特异性识别转录因子FOXO1,并催化其发生K63连接的多聚泛素化,通过引起FOXO1蛋白结构的改变,从而减弱其与细胞质锚定蛋白的结合,并驱动FOXO1从细胞质向细胞核的易位。本研究结果显示,Sch B能够上调
RNF213的表达,进而增强其对FOXO1的K63泛素化修饰来发挥促进FOXO1的细胞核易位。
综上所示,本研究阐明Sch B通过上调RNF213表达,增强其对FOXO1的K63连接型泛素化修饰,从而驱动FOXO1核转位并促进初始CD4⁺ T细胞向Treg分化。
作者贡献度说明:
高鑫:细胞实验,实验数据进行统计,并撰写论文;田春燕:细胞实验,指标检测;李竹英:研究设计。
所有作者声明不存在利益冲突关系。
黑龙江省中医药科研项目(ZHY2025‑207)