β-arrestins对类风湿性关节炎中炎症反应的调控机制研究

【摘要】：类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种以关节滑膜慢性炎症为主要特征的自身免疫性疾病，其确切的病因和发病机理目前尚不明确。在RA后期，患者关节软骨和骨组织被严重侵蚀，最终导致整个关节结构的损坏和功能的丧失。RA患者约占世界总人口的1%，因此RA是致残和造成劳动力丧失的主要原因之一。据报导，炎症细胞因子和趋化因子等炎症介质在RA以及其他自身免疫性疾病中均起重要作用。其中，TNF（tumor necrosis factor）α、IL-1β（interleukin-1β）和IL-6在介导RA发病、滑膜炎症反应以及骨破坏过程中具有关键性的作用。目前，一些TNFα、IL-1β和IL-6的抑制剂已经被用于RA的临床研究和治疗，并取得了不错的成效。因此，研究RA中调控炎症介质的相关信号通路及其在RA中的作用可以帮助我们进一步了解RA的发病机理，并有助于发现新的RA治疗靶点。 作为调控天然免疫反应和炎症介质表达的主要信号通路，Toll样受体（toll-like receptors，TLRs）信号通路在RA中的重要作用近年来得到了广泛的证实。研究表明，TLRs和其内源性配体如LMW-HA（low molecular weighthyaluronan）和HMGB1（high-mobility group box 1）等在RA病人的滑膜组织中高度表达。与来自健康病人的树突状细胞（dendritic cells，DCs）相比，TLR4活化的RA患者的DCs可以分泌更多的炎症细胞因子。将TLR4的配体细菌内毒素LPS（lipopolysaccharide）注射到小鼠关节中则可以自发诱导RA，且和人类RA患者具有很多相似的病理学和免疫学特征。总之，TLRs信号通路在RA中具有非常重要的功能与作用。 β-arrestins广泛表达于哺乳动物的各种组织细胞中，是G蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptors，GPCRs）信号通路的重要调节蛋白。β-arrestins既可以阻止GPCRs与G蛋白的相互作用进而抑制G蛋白活化，也可以引导GPCRs与笼形蛋白小泡（clathrin-coated pits，CCP）相互作用进而介导GPCRs内吞。除作为GPCRs的调控蛋白外，β-arrestins还可以作为支架蛋白和接头蛋白，激活ERK（extracellular signal-regulated kinase）、JNK（c-Jun-NH2-terminalkinase）、p38和Src家族激酶等信号通路。近年来的研究则揭示了β-arrestins对炎症反应的调控作用。大量研究证实，β-arrestins是趋化作用的重要调控蛋白。作为天然免疫反应中最重要的信号通路之一，TLRs信号通路主要通过活化NF-κB（nuclear factor kappa B）和MAPK（mitogen activated protein kinase）信号通路激活免疫相关基因和炎症介质的表达。据报导，β-arrestins可以直接或间接的作用于NF-κB和ERK1/2，进而对TLRs信号通路进行调控。研究显示，在LPS的刺激下，β-arrestin 1和2对细胞中ERK1/2信号通路有着不同的调控功能，但都可以抑制NF-κB的活化。有研究进一步表明，β-arrestins既可以和TRAF（TNF receptor-associated factor）6相互作用进而抑制下游NF-κB的活化，也可以直接和IκB（inhibitor kappa B）α结合并阻止后者磷酸化和降解从而负调NF-κB。总之，β-arrestins在TLRs信号通路的调控中具有重要作用。TLRs信号通路以及炎症介质在RA中的重要作用已经得到广泛的证实和认可。因此，β-arrestins调控TLRs信号通路和炎症介质表达的功能预示着其可能在RA中具有重要作用。但是，β-arrestins在小鼠RA模型中的表达变化以及功能作用至今仍没有研究报道。因此，本论文旨在系统研究β-arrestins在小鼠类风湿性关节炎模型中的作用及其分子机制。 我们首先检测了胶原性关节炎（collagen-induced arthritis，CIA）小鼠脾组织及各种脾免疫细胞中β-arrestin 1和2的表达量。结果表明，与对照小鼠相比，β-arrestin 1的表达量在CIA小鼠脾组织中无明显变化，而β-arrestin 2的表达量则有所提高；在CD4+T细胞和DCs中，β-arrestin 1和2的表达量有显著上调；而在CD8+T细胞和巨噬细胞中，β-arrestin 1的表达量却明显下降，但β-arrestin 2的表达量却不变。大量研究表明，关节成纤维样滑膜细胞（fibroblast-like synoviocytes，FLS）在介导RA炎症反应和软骨损伤中具有至关重要的作用。接下来我们重点考察了β-arrestins在RA小鼠膝关节组织和FLS中的表达量变化。通过使用两种RA模型小鼠：胶原性关节炎（CIA）小鼠和人类TNFα转基因（human TNFαtransgenic，TNFtg）小鼠，我们测定了β-arrestins在RA模型小鼠后腿膝关节组织和FLS中的表达量。我们的研究结果第一次证实了β-arrestin 1和2在RA模型小鼠膝关节组织和FLS中表达量的上调。通过使用在RA中高度表达的炎症相关因子TNFα、LMW-HA以及HMGB1体外刺激FLS，我们的研究结果表明，TNFα和LMW-HA可以上调FLS中β-arrestin 1和2的表达量，而HMGB1只上调FLS中β-arrestin 1的表达量。使用PI3K、MEK、JNK和p38信号通路的特异性抑制剂，我们发现TNFα或LMW-HA诱导的FLS中β-arrestin 2表达量的上调可以被p38的抑制剂SB203580所阻止。因此，FLS中β-arrestin 2的表达量变化或许受p38信号通路的调控。为了研究β-arrestins在FLS中对炎症反应的调控作用，我们测定了β-arrestins过表达或缺失对LMW-HA活化诱导的FLS中炎症介质的表达量的影响。结果表明，β-arrestin 1过表达可以上调体外活化FLS中产生的炎症细胞因子，β-arrestin 1缺失则导致体外活化FLS中炎症细胞因子表达量的下降。而β-arrestin 2过表达却明显抑制体外活化FLS中炎症细胞因子的表达。为了进一步研究β-arrestin 2对RA中炎症反应的调控作用，β-arrestin 2的基因敲除（KO）小鼠和对照组小鼠被用于建立胶原抗体诱导的关节炎模型（collagen antibody-induced arthritis，CAIA）。研究结果显示：与对照组CAIA小鼠相比，β-arrestin 2缺失的CAIA小鼠的关节炎症状和滑膜组织中的炎症反应更为严重。这些研究结果首次揭示了β-arrestin 1和β-arrestin 2对RA中炎症反应的不同调控功能：β-arrestin 1在FLS中正调控炎症反应，而β-arrestin 2则在FLS中负调控炎症反应并延缓RA的进程。 综上所述，本论文的研究成果揭示了RA中调控炎症反应的新机制，β-arrestin 1和2有可能成为治疗RA和其他自身免疫性疾病的新的潜在靶标。

【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：R593.22