文摘
本研究旨在调查的作用β半乳糖苷-α2,3-sialyltransferase III (ST3GAL3)呈synoviocytes (FLS)在类风湿关节炎(RA),以及其潜在的作用机制。基因表达的综合(GEO)数据库和基因集富集分析(GSEA)被用来分析的表达ST3GAL3和浓缩相关信号通路ST3GAL3在RA。ST3GAL3的影响对肿瘤坏死因子(TNF)α和白介素- 1 (IL)β对待MH7A细胞测定使用甲基噻唑基四唑(MTT) transwell,酶联免疫吸附测定(ELISA)。proliferation-associated蛋白质的表达和toll样受体(TLR) pathway-enriched蛋白质利用免疫印迹分析。作为一个主要的结果,ST3GAL3从GSE101193筛选作为一个重叠的调节基因和GSE94519数据集。ST3GAL3 MH7A细胞中表达显著增加与增加治疗时间与TNF -α或il - 1β。TLR9识别/骨髓分化主要响应蛋白88 (MyD88)是一个下游ST3GAL3激活途径。ST3GAL3过度提升MH7A细胞增殖和迁移。此外,ST3GAL3过度调节proliferation-associated蛋白质的表达(cyclinD、cyclinE和增殖细胞核抗原)和TLR通路富集因素(TLR9识别和MyD88)和增加的生产矩阵metallopeptidase (MMP) 1, MMP3,白介素- 6 (IL),和引发,而si-ST3GAL3了相反的效果。添加TLR9识别受体激动剂(CpG 2216和CpG 2006)逆转的影响si-ST3GAL3 MH7A细胞增殖,迁移和炎症。TLR9-specific siRNA逆转的影响ST3GAL3过度MH7A细胞增殖,迁移和炎症。总之,ST3GAL3可能参与RA发病机制通过激活TLR9识别/ MyD88通路。
1。介绍
类风湿性关节炎(RA)是一个复杂的,慢性系统性自身免疫性疾病。据统计,全球每年风湿性关节炎的发病率正在增加,发病率为0.5 -2%,尤其是在发展中国家(1]。女性类风湿性关节炎的风险更高(2]。RA的特点是滑膜增生和损伤,关节肿胀和疼痛,激进的关节炎症和渐进破坏软骨的滑膜(3]。它不仅会影响患者的关节也影响大多数的设备和系统,如骨骼、肺、神经、心血管系统(4- - - - - -6]。类风湿性关节炎被认为是一个身体残疾的主要原因,严重影响患者的生活质量,增加医疗费用,和对社会带来严重的经济负担7]。因此,迫切需要确定有效的治疗预防风湿性关节炎的发生。
到目前为止,RA发病的具体分子机制在很大程度上仍然不清楚导致的不确定性和困难找到一个可靠的治疗。呈synoviocytes (FLS)间充质干细胞,像成纤维细胞(8]。FLS的自然可以分泌大量的基质金属蛋白酶(MMPs)和促炎细胞因子产生重大影响的渐进破坏关节软骨(9,10]。FLS的可以引起肿瘤坏死因子(TNF)α白介素- 1 (IL)β并表现出生物行为类似于肿瘤细胞,如抗凋亡和激进的扩散(11,12]。因此,抑制FLS的扩散可能对RA的治疗效果,提供一个合理有效的方法治疗RA。
FLS的病理过程中发挥了重要作用的RA调停几位相关通路8]。toll样受体(TLR)信号通路包括五个适配器蛋白质,包括骨髓分化主要响应蛋白88 (MyD88) [13]。通常是一种模式识别受体,迄今为止,10个亚型已在人类(TLR1-10) [14]。通常扮演着一个关键角色,先天免疫的调节。最近,许多研究已经揭示的重要性通常在自身免疫性疾病,包括类风湿性关节炎(15]。此外,TLR9识别明显高表达在RA活动性疾病患者16]。添加CpG-ODNs (TLR9识别受体激动剂)可以减轻关节炎症通过增强TNF -的生产α或il - 1β和抑制滑膜嗜中性粒细胞浸润17]。迄今为止,TLR9识别/ MyD88途径还没有详细研究RA病程的上下文。
β半乳糖苷-α2,3-sialyltransferase III (ST3GAL3)是一种生物合成的关键酶sialyl路易斯X (sLeX)低聚糖。研究表明,ST3GAL3的表达与分化、进展、转移的肝外胆管癌和胃癌的二次复发18]。il - 1β促进ST3GAL3表达,导致胰腺导管腺癌的细胞的糖基化模式,从而促进胰腺肿瘤的恶性肿瘤19]。此外,ST3GAL3扮演着一个重要的角色在维持高级认知功能,调节大脑发育,参与炎症过程(20.,21]。然而,在RA病程ST3GAL3的分子机制尚未阐明。
在这项研究中,ST3GAL3从基因表达综合筛选(GEO)数据库作为一个基因调节在RA。考虑到其在调节炎症过程中的作用,我们旨在研究其效果在RA滑膜炎症,并试图揭示其监管TLR9识别/ MyD88信号通路。本研究的结果为RA的发病机制提供新的见解。
2。材料和方法
2.1。生物信息学分析
RA患者的表达谱数据集从公开获得地理数据库(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo)。的表达ST3GAL3分析了使用地理数据库(GSE94519和GSE101193)。微阵列筛选GSE94519进行三位女性类风湿性关节炎患者的血清和三个健康女性控制。GSE101193进行的微阵列检测外周血单核细胞(PBMCs) 27岁女RA患者和27个相应的健康对照组。RA患者和健康对照组没有显著不同的平均年龄和性别分布。基因集富集分析(GSEA)进行确认相关的丰富的信号通路ST3GAL3在RA。基因和基因组的京都百科全书(KEGG)通路富集分析使用clusterProfiler包R。
2.2。MH7A细胞培养
人类RA-derived FLS的细胞系(MH7A)从日本获得细胞库(日本筑波)。MH7A细胞培养在罗斯威尔公园纪念研究所(RPMI - 1640中(Hyclone;美国通用电气医疗集团,UT)补充了链霉素1%,1%青霉素(北京Solarbio科技有限公司,北京,中国),和10%胎牛血清(热费希尔科学的边后卫,Inc .)妈,美国95%的空气相对潮湿的环境下5%的股份有限公司2,在37°C。媒介是改变每2天,细胞通道一旦融合达到80%。
2.3。药物治疗
通过3 - 4 MH7A细胞培养时,他们被用于药物治疗根据一项研究[22]。总之,MH7A细胞培养在无菌96孔板( 每rpmi - 1640年)中补充1%的边后卫和1毫米丙酮酸,然后用TNF -α5点ng / mL(研发系统)或il - 1β在20 ng / mL(研发系统,Inc .)来模拟局部炎症0-48 h在37°C。未经处理的MH7A细胞被用作控制。3 - - - - - -sLeX (α-NeuNAc - (2→3)β-D-Gal - (1→4) (α-L-Fuc - (1→3)) -D-GlcNAc)从Sigma-Aldrich购买(圣路易斯,密苏里州,美国)。MH7A细胞治疗0.5米3 - - - - - -sLeX 24 h。
2.4。细胞转染
ST3GAL3核(5 - - - - - -GACAAACACTAGGCTCAGAGT-3 ),核炒-控制(5 - - - - - -GCAATGAGAGCACCGATCAAT-3 ),超表达载体的ST3GAL3,空向量从Ribobio购买(广州)。特定的核TLR9识别(5 - - - - - -GCAACTGGCTGTTCCTGAAGT-3 )及其炒负控制(5 - - - - - -GCATGGTACGCGTCTGATCTA-3 )也从Ribobio购买。MH7A细胞系( 细胞/)培养rpmi - 1640年6-well板块中补充10%的边后卫24 h。然后,当MH7A融合细胞增长到80%,siRNAs和超表达质粒转染到MH7A细胞使用Lipofectamine 2000试剂(热费希尔科学),根据制造商的指示。
CpG寡核苷酸(CpG-ODNs)被认为是有效的TLR9识别受体激动剂。确认TLR9识别影响ST3GAL3表达式,MH7A细胞转染与si-ST3GAL3中被添加到两个不同的CpG-ODNs CpG 2216或2006 CpG (5μg / mL),描述的一项研究[23]。转染48 h后,MH7A细胞进行后续实验。
2.5。实时定量rt - pcr(存在)
试剂盒试剂(表达载体、钙、美国)被用来从MH7A细胞总RNA提取,根据制造商的指示。然后,500年总RNA的ng reverse-transcribed使用PrimeScript RT试剂盒(完美的实时工具、豆类、日本)。互补脱氧核糖核酸扩增后使用一个实时PCR试剂盒(豆类、日本),执行中存在检测的表达ST3GAL3使用SYBR PremixEx Taq II工具包(豆类、日本)7500实时PCR系统(美国应用生物系统公司)。反应条件如下:predenaturation 95°C, 3分钟;变性,96°C, 15秒;和退火,58°C, 30岁,40周期。最后的相对表达ST3GAL3计算使用2ΔΔCt方法,是正常的GAPDH。引物如下:GAPDH- f 5 - - - - - -GGAGCCAAAAGGGTCATC-3 ;GAPDH- r 5 - - - - - -CCAGTGAGTTTCCCGTTC-3 ;ST3GAL3- f 5 - - - - - -AAAACGACACTGCGCATCAC-3 ;和ST3GAL3- r 5 - - - - - -TCGAGTGGCCACAGATTTCC-3 。
2.6。MTT试验
转染后细胞增殖是评估使用甲基噻唑基四唑试验(MTT)。简而言之,转染MH7A细胞种植在96孔板( 细胞每)。随后,20μL (MTT方法(Beyotime、上海、中国)被添加到每个。孵化后4小时37°C, 100μL(二甲亚砜(DMSO)被添加到每个好,和96孔板,放在microoscillator直到孵化晶体消失了。吸光度的测定在使用标570海里(Multiskan去,热费希尔科学)。
2.7。Transwell化验
转染MH7A细胞的迁移能力评估使用transwell钱伯斯和8μ米多孔膜涂层与基底膜基质(生物技术,中国上海)。转染MH7A细胞( 细胞/毫升)rpmi - 1640中被播种的上院transwell插入根据制造商的指示。rpmi - 1640中(500μL)含有10%的边后卫是添加到众议院。48小时后,细胞上的膜被使用棉签,紧随其后的是多个与磷酸盐溶液冲洗。细胞在低表面膜和4%多聚甲醛固定的20分钟,沾0.2%结晶紫(生物、上海、中国)15分钟。一个倒置显微镜(尼康,东京,日本)被用来捕获图像,细胞数。
2.8。酶联免疫吸附试验(ELISA)
转染后48 h, MH7A收集细胞和细胞培养基样本。相应的ELISA试剂盒(Abcam,剑桥,英国)被用来测试细胞因子的浓度(MMP1、ab100603;MMP3 ab100605;il - 6, ab46042;和引发,ab46032),制造商的指示。吸光度监测在使用标450海里。
2.9。西方墨点法
收集细胞,细胞溶解radioimmunoprecipitation化验(里帕)缓冲区(Beyotime)含有蛋白酶和磷酸酶抑制剂在冰上30分钟。蛋白质浓度测定用BCA蛋白质分析工具包(豆类)。接下来,50μ克蛋白质分离10%钠十二烷基sulphate-polyacrylamide凝胶(sds - page)和转移到聚乙二烯二氟化物(PVDF)膜(热费希尔科学)。膜被封锁的5%脱脂奶粉,和初级抗体ST3GAL3, cyclinD, cyclinE, PCNA, GAPDH(1: 1000年,Abcam)在一夜之间被添加在4°C。三与Tris-HCl-buffered盐水洗后0.1% ( )渐变20 (TBST),膜与anti-mouse孵化辣根过氧化物酶,(合)与二级抗体(Beyotime)在室温下1 h。蛋白表达的强度是衡量使用增强化学发光试剂(热费希尔科学)。
2.10。统计分析
GraphPad棱镜6(美国圣地亚哥GraphPad软件)是用来分析数据。两组之间的比较使用成对进行 - - - - - -测试。三个或三个以上的比较进行了使用单向方差分析(方差分析)与图基事后分析。结果表示为 偏差(SD)。每个实验重复三次一式三份。 被认为是重要的。
3所示。结果
3.1。ST3GAL3在RA调节组织和细胞系
我们比较了RA血清组织表达数据集(GEO加入GSE94519)与RA PBMC表达数据集(GEO加入GSE101193)从地理。如图1(一)调节基因中,ST3GAL3是一个两者之间的重叠基因微阵列。进一步阐明的分子机制ST3GAL3在RA, GEO数据库被用来分析的表达ST3GAL3。结果表明,ST3GAL3表达在RA组织与正常组织相比显著升高( ,图1 (b))。我们还研究了ST3GAL3在TNF的表达α——或者il - 1β全身MH7A细胞。存在和免疫印迹结果表明ST3GAL3炎性滑膜细胞表达il - 1的显著增加和延长β和肿瘤坏死因子-α治疗( ,数据1 (c)- - - - - -1 (f))。这些结果表明,高ST3GAL3表达可能参与了RA的发展。
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3.2。ST3GAL3提升MH7A细胞的增殖和迁移
进一步验证ST3GAL3特定功能的调节MH7A细胞的生物学性质,il - 1β——/肿瘤坏死因子-α全身MH7A细胞转染与ST3GAL3超表达质粒或ST3GAL3核。ST3GAL3的基因和蛋白表达均显著调节ST3GAL3超表达,并且都被大幅下调si-ST3GAL3 MH7A细胞相比,矢量控制或si-NC集团( ,数据2(一个)- - - - - -2 (d))。MH7A细胞的增殖使用MTT试验检测。结果表明,il - 1β和肿瘤坏死因子-α治疗MH7A细胞导致细胞增殖显著增加。ST3GAL3过度增加il - 1的扩散β和肿瘤坏死因子α对待MH7A细胞相比空向量组( ,图2 (e)),而ST3GAL3核抑制il - 1的扩散β和肿瘤坏死因子α对待MH7A细胞相比,炒对照组( ,图2 (f))。此外,proliferation-associated因子的蛋白表达转染MH7A细胞利用免疫印迹检测。结果表明,超表达cyclinD ST3GAL3促进了蛋白表达,cyclinE和PCNA ( ,图2 (g)小干扰rna有相反的影响),而ST3GAL3这些蛋白质( ,图2 (h))。我们还发现使用transwell测定MH7A细胞的迁移。il - 1β和肿瘤坏死因子-αMH7A细胞治疗导致的数量显著增加细胞迁移。迁移细胞的数量进一步增加ST3GAL3超表达组( ,数据3(一个)和3 (b))和减少ST3GAL3核组( ,数据3(一个)和3 (c)相应的对照组相比)。因此,ST3GAL3促进MH7A细胞的增殖和迁移。
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3.3。ST3GAL3促进了基质金属蛋白酶的生产和炎症因素
炎性细胞因子的异常分泌和降解酶对风湿性关节炎的进展至关重要。炎症因子和基质金属蛋白酶的浓度MH7A细胞的上清液用ELISA测定。il - 1β和肿瘤坏死因子-α治疗能够在很大程度上增加基质金属蛋白酶和细胞因子的水平。ST3GAL3超表达的水平进一步提高MMP1、MMP3, il - 6,引发( ,数据4(一)- - - - - -4 (d)),而ST3GAL3 siRNA显著降低il - 1的水平β和肿瘤坏死因子α对待MH7A细胞( ,数据4 (e)- - - - - -4 (h))。因此,ST3GAL3促进基质金属蛋白酶的生产和炎症因素。这些结果表明,ST3GAL3促进基质金属蛋白酶的生产在MH7A细胞和炎症因子。
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3.4。ST3GAL3监管TLR9识别/ MyD88信号通路
探索的潜在机制ST3GAL3在RA病程,GSEA进行,TLR信号通路终于筛选(图5(一个))。考虑TLR信号通路的重要性在RA调节免疫和炎症过程中,这个途径被选为进一步研究[24- - - - - -26]。TLR通路富集因子的蛋白质含量(TLR9识别和MyD88)使用免疫印迹检测。中给出的结果数据5 (b)和5 (c)显示,控制相比,ST3GAL3超表达明显提升,而si-ST3GAL3明显抑制TLR9识别和MyD88蛋白表达( )。这些结果表明,ST3GAL3调节TLR9识别/ MyD88 MH7A细胞信号通路。
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考虑到ST3GAL3是sLeX低聚糖的生物合成的关键酶,在ST3GAL3-silenced sLeX细胞研究的水平。图5 (d)表明,si-NC相比,沉默的ST3GAL3显著减少了sLeX水平。培养基的添加sLeX MH7A细胞显著激活TLR9识别/ MyD88信号通路,所观察到的upregulation TLR9识别和MyD88 ( ,图5 (e))。这些数据表明,ST3GAL3 sLeX水平增加,进一步激活TLR9识别/ MyD88 MH7A细胞信号通路。此外,过度的ST3GAL3 MH7A细胞也可能改变il - 1β和肿瘤坏死因子-α水平( ,图5 (f))。
3.5。ST3GAL3提升MH7A细胞的炎症反应通过激活TLR9识别/ MyD88通路
确认是否ST3GAL3 il - 1的生物学行为的影响β全身MH7A细胞通过TLR9识别/ MyD88通路,我们执行救援实验。TLR9识别受体激动剂(CpG-ODNs: 2216年CpG或CpG 2006;图6(一))被用于MH7A细胞转染si-ST3GAL3或si-NC。此外,MH7A细胞转染与ST3GAL3超表达质粒,si-TLR9,或两者兼而有之。MTT试验结果表明,添加si-TLR9显著逆转的促进效应ST3GAL3 MH7A细胞增殖过度( ,图6 (b))。CpG-ODNs显著逆转的抑制性影响si-ST3GAL3 MH7A细胞增殖( ,图6 (c))。Transwell试验结果表明,添加si-TLR9逆转的促进效应ST3GAL3过度MH7A细胞迁移( ,数据6 (d)和6 (e))。一致,CpG-ODNs逆转的抑制性影响si-ST3GAL3 MH7A细胞迁移( ,数据6 (d)和6 (f))。
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最后,ELISA结果显示增加的MMP1、MMP3, il - 6,引发水平ST3GAL3-overexpressing细胞逆转了转染si-TLR9 ( ,数据7(一)- - - - - -7 (d))。减少MMP1、MMP3 ST3GAL3-silencing细胞il - 6,引发水平被添加CpG-ODNs(逆转 ,数据7 (e)- - - - - -7 (h))。因此,ST3GAL3促进MH7A细胞的炎症反应通过激活TLR9识别/ MyD88通路。
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4所示。讨论
作为一个系统性自身免疫性炎症性疾病,风湿性关节炎主要影响关节滑膜和被认为是心血管疾病的高危因素27]。基因表达的改变已被确定为一个重要因素在RA的发病机制28]。虽然做了大量的工作来证实或评估特定基因和通路参与风湿性关节炎的进展,目前仍缺乏有效的基因及其机制研究在RA。异常表达ST3GAL3发展在许多疾病,特别是人类癌症(18]。此外,ST3GAL3和il - 1的协同效应β具有显著的毒性和副作用胰腺肿瘤(19]。因为ST3GAL3在RA的表达水平没有研究之前,我们首先研究ST3GAL3在RA的表达。生物信息学分析表明,ST3GAL3高度表达的PMBC RA患者。
考虑到可以激活TNF - FLS的α和il - 1β并表现出生物行为类似于肿瘤细胞(11,12),我们使用il - 1β和肿瘤坏死因子-α治疗人类RA-derived FLS的MH7A细胞构建RA细胞模型。我们发现的表达ST3GAL3 MH7A细胞il - 1增加而延长β和肿瘤坏死因子-α治疗,这说明成功的细胞模型。调查的角色ST3GAL3在风湿性关节炎的进展,MH7A细胞转染与ST3GAL3超表达质粒或ST3GAL3 siRNA。关节肿胀和RA滑膜增生是突出特点,诱导的炎性滑膜细胞增生,特别是FLS的(29日]。MTT试验和免疫印迹结果表明,沉默ST3GAL3明显抑制RA-FLS的扩散,表明ST3GAL3可能RA-FLS的重要监管对经济增长的影响。骨和软骨破坏侵蚀两个主要的组织病理学特征RA (30.]。早熟的炎症微环境的迁移和入侵燃料FLS的关节的内部结构,最终导致软骨下骨和软骨损伤(31日]。这表明迁移和入侵RA-FLS可能是RA的发病机制的主要变化。在这项研究中,transwell分析表明,ST3GAL3的过度表达与肿瘤坏死因子,促进了细胞的迁移α——/ il - 1β全身的炎症,而ST3GAL3沉默了相反的效果。
激活FLS的可以作为关键调节器的RA滑膜炎症反应。RA-FLS通常分泌il - 6等多种促炎细胞因子和趋化因子,引发,基质金属蛋白酶,招募和激活更多的免疫细胞炎性微环境,导致破坏软骨和关节的32]。因此,如果这些炎症因子的生产是镇压,风湿性关节炎的症状和体征可能意味深长地改善(9,10]。在我们的研究中,超表达的ST3GAL3促进了基质金属蛋白酶的分泌可以和MMP3)和炎症因子(il - 6和引发)在体外类风湿性关节炎模型。相比之下,ST3GAL3沉默逆转这些影响。这些结果表明,ST3GAL3积极调节增殖,迁移,和FLS的炎症在体外。过度的ST3GAL3 RA-FLS可能导致增加类风湿性滑膜增生和侵略,最终导致关节破坏。此外,增加ST3GAL3 MH7A细胞也改变了肿瘤坏死因子的水平α和il - 1β。反馈监管进一步增加了风湿性关节炎的炎症过程。
通常是先天免疫受体。最近的研究表明通常的关键作用形成的一种自适应免疫反应,为疾病治疗提供潜在的治疗价值(15,33]。此外,在人类RA-FLS细胞系MH7A,通常可以刺激细胞因子的激活,包括il - 6和TNF -α,这是重要的炎症介质,也可以诱导的急性炎症趋化因子(15]。通过MyD88-dependent途径最TLR信号的功能。黄和阳确认TLR9识别/ MyD88通路的作用调节适应性免疫反应的自身免疫性疾病(34]。然而,TLR9识别/ MyD88通路的影响从未风湿性关节炎研究进展。在这项研究中,TLR9识别/ MyD88被发现ST3GAL3下游活化剂。验证的机制之间的交互ST3GAL3和TLR9识别/ MyD88通路在风湿性关节炎的进展,一些验证实验。转染的细胞和TLR9识别siRNA逆转的促进效应ST3GAL3 MH7A细胞增殖,迁移和炎症。添加TLR9识别受体激动剂CpG-ODNs逆转的影响ST3GAL3沉默MH7A细胞增殖,迁移和炎症。这些结果表明,ST3GAL3有助于FLS的炎症反应在RA通过激活TLR9识别/ MyD88通路。此外,我们发现,沉默的ST3GAL3 MH7A细胞减少sLeX的水平,能够活跃TLR9识别/ MyD88通路。
本研究有一些局限性。(1)尽管这项研究揭示了监管ST3GAL3和sLeX之间MH7A细胞,还需要进一步的研究来证实其监管在活的有机体内。(2)RA的特点是激活淋巴细胞(35)和血清和PBMC中的差异表达生物标记36,37]。这里,我们观察到的增加表达ST3GAL3 RA患者血清和PBMC的地理数据集。但ST3GAL3 PBMC或淋巴细胞的影响并没有透露。(3)目前尚不清楚ST3GAL3发挥它对正常FLS的影响。大量的研究需要确定的复杂性ST3GAL3在促进风湿性关节炎的进展。
总之,ST3GAL3 RA-FLS中高度表达。ST3GAL3积极调节增殖、迁移和炎症RA-FLS细胞系MH7A通过激活TLR9识别/ MyD88途径,参与了RA的发病机制。因此,ST3GAL3可能作为一种新型治疗RA的目标。
数据可用性
所使用的数据集和分析当前的研究可从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
作者的贡献
李明徐设计研究。李明徐和Xuegang牛进行了研究。一帆刘和衬里刘分析数据。李明徐写的论文。所有作者都阅读和批准了手稿。李明徐和Xuegang妞妞co-first作者。