人高遷移率族蛋白1的克隆、表達及其功能研究.pdf

1、研究的目的和意義膿毒癥(sepsis)指由感染引起的全身炎癥反應綜合征(systemicinflammatoryresponsesyndrome，SIRS)，是各種嚴重創(chuàng)傷、燒傷、缺氧、再灌注損傷及外科大手術(shù)后常見的并發(fā)癥，進一步發(fā)展可導致膿毒性休克、多器官功能障礙綜合征(multipleorgandysfunctionsyndrome，MODS)，是當前創(chuàng)傷外科面臨的棘手難題，已成為臨床危重患者的重要死因之一。近十年來，隨著炎癥反應機

2、制研究的不斷深入，人們對于膿毒癥的本質(zhì)與病理過程有了進一步的理解，即認識到膿毒癥、嚴重膿毒癥、膿毒性休克及MODS是反映體內(nèi)一系列病理生理改變及臨床病情嚴重程度變化的動態(tài)過程，實質(zhì)是機體全身炎癥反應不斷加劇、持續(xù)惡化的結(jié)果。嚴重創(chuàng)傷可以誘發(fā)初期的炎癥反應，但由于機體產(chǎn)生的多種炎癥介質(zhì)所形成的級聯(lián)效應，可使炎癥反應擴大甚至失去控制，最終導致以細胞自身性破壞為特征的全身性炎癥反應。過去普遍認為“早期”炎癥介質(zhì)如TNF-a和IL-1是引起多器

3、官損害和死亡的“核心因子”，然而TNF-a和IL-1受體拮抗劑的臨床應用并未取得明顯效果。膿毒癥后期，雖然患者病情持續(xù)加重直至死亡，但是TNF-a和IL-1水平往往已恢復至正常。這提示人們，可能存在某些晚期炎癥介質(zhì)參與了膿毒癥后期的病理生理過程。 1999年，Wang等首次報道高遷移率族蛋白1(highmobilitygroupbox-1protein，HMGB-1)作為新的潛在的晚期炎癥介質(zhì)參與了膿毒癥的發(fā)病過程，是內(nèi)毒素致死

4、效應的晚期重要炎癥介質(zhì)。此后，有關HMGB1與膿毒癥的關系日益成為人們關注的熱點。越來越多的文獻報道，在各種急性炎癥條件下，HMGB1可在細胞外或胞漿的表達。在對小鼠內(nèi)毒素血癥的研究中發(fā)現(xiàn)，LPS激發(fā)16-32h后血清HMGB1水平顯著升高，且給小鼠全身注射rHMGB1可致死。體外研究發(fā)現(xiàn)，HMGB1能誘導巨噬細胞和中性粒細胞產(chǎn)生炎癥介質(zhì)TNF-α、IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、MIP-1α、MIP-1β；用全長HMGB1

5、分子或HMGB1的B盒片段刺激人臍靜脈內(nèi)皮細胞可上調(diào)ICAM-1、VCAM-1、E-選擇素等粘附分子，并促進IL-8、G-CSF釋放，且呈劑量關系。 目前，有關HMGB1作為膿毒癥新的“晚期”介質(zhì)研究尚處于探索階段，許多重要問題亟待研究。例如，HMGB1是否確實參與了全身炎癥反應的發(fā)生、發(fā)展過程?HMG21介導炎癥細胞活化的信號轉(zhuǎn)導過程是什么?其改變與嚴重創(chuàng)傷后膿毒癥的本質(zhì)聯(lián)系及臨床意義如何?針對HMGB1這一潛在“晚期”介質(zhì)進

6、行干預是否有助于膿毒癥及MODS的防治?這些問題的解決可望為膿毒癥和MODS的發(fā)病機制提供新的理論解釋，并為其防治開辟新的途徑。 基于上述研究背景，本課題擬通過重組HMGB1，觀察其對參與炎癥反應的重要細胞——內(nèi)皮細胞釋放細胞因子的影響；了解HMGB1能否協(xié)同LPS刺激內(nèi)皮細胞釋放炎性細胞因子?為進一步探討HMGB1病理生理作用及其調(diào)控機制打下基礎。 研究方法1.HMGB1基因的克?。和ㄟ^聚合酶鏈反應(polymeras

7、echainreaction，PCR)擴增出HMGB1的編碼基因，克隆到載體pET14bMCS，通過PCR、酶切和測序鑒定克隆的正確性。 2.HMGB1蛋白的原核表達及純化：將陽性克隆轉(zhuǎn)化大腸桿菌BL21(DE3)，IPTG誘導表達His-HMGB1融合蛋白，使用Ni-NTA親和樹脂純化。將純化得到的HMGB1蛋白經(jīng)透析過濾除菌后-20℃保存。 3.用不同劑量(終濃度分別為3μg/ml、15μg/ml、75μg/ml)重

8、組HMGB1刺激HUVEC，24h后收集培養(yǎng)上清，經(jīng)LiquiChip液相蛋白芯片系統(tǒng)檢測GMCSF、IFN-γ、IL-10、IL-12、IL-1β、IL-2、IL-4、IL-6、IL-8、TNF-a、MCP-1等11種細胞因子的水平。 4.用不同劑量(終濃度分別為3μg/ml、15μg/ml、75μg/ml)重組HMGB1刺激HUVEC，24h后收集培養(yǎng)上清；或在HMGB1(15μg/ml)刺激HUVEC后不同時間點收集培養(yǎng)上

9、清，經(jīng)LiquiChip液相蛋白芯片系統(tǒng)檢測細胞因子IL-6、IL-8以及MCP-1的水平。 5.用不同劑量(終濃度分別為3μg/ml、15μg/ml、75μg/ml)重組HMGB1與LPS(10ng/ml)共刺激HUVEC，24h后收集培養(yǎng)上清，經(jīng)LiquiChip液相蛋白芯片系統(tǒng)檢測細胞因子IL-6、IL-8以及MCP-1的水平。 結(jié)果1.克隆的His-taggedHMGB1表達載體經(jīng)酶切和測序驗證正確，并用Ni-N

10、TA親和層析法純化得到了His-HMGB1融合蛋白。 2.用不同劑量的HMGB1蛋白分別刺激HUVEC，發(fā)現(xiàn)只有IL-6、IL-8和MCP-1三種細胞因子隨著HMGB1蛋白刺激劑量的增加，釋放亦隨之遞增。 3.用不同劑量的HMGB1蛋白分別刺激HUVEC，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著蛋白刺激劑量的增加，IL-6、IL-8和MCP-1的釋放亦隨之遞增，HMGB1蛋白刺激組與對照組之間的差別具有統(tǒng)計學意義。 4.用HMGB1蛋白刺

11、激HUVEC1h、3h、6h、12h、24h后，IL-6、IL-8和MCP-1的水平隨著刺激時間的延長，分泌量呈遞增趨勢。 5.通過HMGB1蛋白與LPS共同誘導細胞因子生成的實驗發(fā)現(xiàn)，在重組HMGB1蛋白刺激劑量為75μg/ml時，對LPS誘導細胞因子IL-6、IL-8生成的效應最強；在HMGB1蛋白刺激劑量為15μg/ml時，對LPS誘導趨化因子MCP-1生成的效應最強。 結(jié)論1.成功克隆、表達和純化了His-HMG

12、B1蛋白，為進一步研究HMGB1蛋白的生物學功能提供了實驗材料。 2.HMGB1蛋白刺激HUVEC，可引起IL-6、IL-8和MCP-1的上調(diào)，并且具有時效性和量效性關系。提示HMGB1作為炎癥介質(zhì)可刺激內(nèi)皮細胞釋放炎性細胞因子。 3.HMGB1蛋白可顯著增強LPS誘導炎性細胞因子的生成，提示HMGB1可能通過LPS非依賴途徑誘導炎性細胞因子的釋放。 上述研究結(jié)果為進一步探討HMGB1病理生理作用及其調(diào)控機制打下