雙應(yīng)激下PdL成纖維細(xì)胞中COX2/PGE2過度炎癥由抑制性三甲基化介導(dǎo)
瀏覽次數(shù):434 發(fā)布日期:2023-12-4
來源:Naturethink
表觀遺傳調(diào)控機(jī)制是牙周病發(fā)病和發(fā)展的重要危險(xiǎn)因素。關(guān)于牙周病的炎癥方面,組蛋白尾部氨基酸的翻譯后修飾(PTMs)已被研究。組蛋白的PTMs包括乙;图谆,它們以環(huán)境依賴性的方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄活性。雖然組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)對(duì)乙;母街ǔEc染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的開放和基因表達(dá)的有利環(huán)境有關(guān),但組蛋白甲基化的影響取決于被修飾的氨基酸和這些甲基的豐度。例如,組蛋白H3(H3)第27位賴氨酸(K27)的三甲基化修飾是一類重要的轉(zhuǎn)錄抑制性翻譯后修飾,在生物進(jìn)程的各個(gè)方面都發(fā)揮著重要作用。
血清長(zhǎng)鏈脂肪酸水平升高,如飽和脂肪酸棕櫚酸(PA)通常與肥胖有關(guān),此外,在高脂血癥條件下,PA具有促炎特征。一些研究報(bào)告了這兩種疾病之間的相互關(guān)系,例如,在喂食高脂飲食的小鼠中觀察到對(duì)革蘭陰性厭氧菌牙齦卟啉單胞菌(P. gingivalis)感染的延遲反應(yīng)。牙齦卟啉單胞菌已被描述為影響口腔健康和疾病的關(guān)鍵病原體,可能是由于其逃避宿主免疫反應(yīng)的獨(dú)特能力。
盡管這兩種疾病中的炎癥過程都增加,但它們?cè)谑艿綑C(jī)械力(例如創(chuàng)傷、咀嚼或正畸牙齒運(yùn)動(dòng)期間施加的力)時(shí)對(duì)牙周膜(PdL)炎癥反應(yīng)的伴隨影響仍然研究不足。PdL是牙齒和牙槽骨之間的結(jié)締組織,其最豐富的細(xì)胞是PdL成纖維細(xì)胞(PdLFs),以時(shí)間和空間方式調(diào)節(jié)對(duì)壓縮力的短暫無菌炎癥反應(yīng)。
研究最近報(bào)道,PA刺激的人PdL成纖維細(xì)胞(HPdLFs)對(duì)牙齦卟啉單胞菌脂多糖(LPS)和壓縮力(2 g/cm²)的同時(shí)刺激表現(xiàn)出過度的炎癥反應(yīng),主要是通過增加前列腺素E2(PGE2)的分泌,而PGE2由環(huán)氧合酶2(COX2)調(diào)節(jié)。因此,德國(guó)耶拿大學(xué)醫(yī)院口腔正畸科、保守牙科和牙周病學(xué)系老年牙科課題組的一項(xiàng)研究旨在調(diào)查這種過度炎癥是否由棕櫚酸誘導(dǎo)的表觀遺傳改變介導(dǎo)。研究結(jié)果發(fā)表在 Cells 期刊題為“Palmitate-Triggered COX2/PGE2-Related Hyperinflammation in Dual-Stressed PdL Fibroblasts Is Mediated by Repressive H3K27 Trimethylation”。
為了闡明H3賴氨酸乙酰化(H3Kac)在調(diào)節(jié)同時(shí)受到機(jī)械壓縮和細(xì)菌誘導(dǎo)的應(yīng)激刺激的PA暴露HPdLFs的高炎癥反應(yīng)中的作用,實(shí)驗(yàn)首先檢查了相關(guān)H3Kac調(diào)節(jié)因子(圖1 a、b),其與PdL特性、牙周病和高脂血癥有關(guān)。這些基因包括編碼組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)CREB結(jié)合蛋白(CBP),E1A結(jié)合蛋白p300(p300),賴氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶8(KAT8)和核受體共激活因子3(NCOA3),以及編碼組蛋白去乙酰化相關(guān)蛋白的基因,例如組蛋白去乙;1(HDAC1),HDAC2,HDAC3和對(duì)HDAC活性很重要的蛋白質(zhì),例如SIN3轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子家族成員A(SIN3A)。
然而,定量表達(dá)分析顯示,在PA處理下,無論是在編碼HATs的基因(圖1 a)還是HDACs 或 SIN3A的基因(圖1 b),都沒有生物學(xué)上相關(guān)的顯著差異。因此,通過免疫熒光泛染色分析了H3K9/14/18/23/27ac(H3Kac)(圖1 c、d),結(jié)果檢測(cè)到,施加壓縮力后H3K乙酰化水平增加,然而,由于PA暴露,沒有觀察到差異,這表明在這些條件下PA對(duì)H3Kac的影響相當(dāng)小。
圖1 棕櫚酸對(duì)受牙齦假單胞菌LPS刺激的壓縮下HPdLFs中的H3Kac沒有影響。
考慮到PA也可以影響組蛋白甲基化的抑制形式,例如H3K27三甲基化(H3K27me3),接下來研究了這種修飾的改變是否有助于引發(fā)過度的炎癥應(yīng)激反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)對(duì)編碼多梳抑制復(fù)合物2(PRC2)核心成分的基因進(jìn)行了定量PCR,該基因?qū)dL功能很重要,包含EZH2及其高度相關(guān)的同源物EZH1、胚胎外胚層發(fā)育的抑制子(EED)、zeste 12的抑制子(SUZ12)。
數(shù)據(jù)顯示,無論是壓縮力還是脂肪酸暴露,均未檢測(cè)到基因表達(dá)的相關(guān)變化(圖2 a)。然而,PRC2的活性和特異性被證明受到核心成分的翻譯后修飾的調(diào)節(jié)。因此,用定量免疫熒光分析了雙刺激下HPdLFs中H3K27三甲基化水平(圖2 b、c),發(fā)現(xiàn)施加額外的壓縮力導(dǎo)致H3K27me3水平降低,然而,與對(duì)照組(82.68%±3.66)相比,PA培養(yǎng)組的變化(62.17%±4.24)明顯較低。這說明,棕櫚酸影響LPS 刺激的HPdLFs中壓縮力誘導(dǎo)的H3K27me3降低。
圖2 在PA 暴露的HPdLFs中,K27三甲基化對(duì)雙重刺激的反應(yīng)較小。
隨后研究了雙應(yīng)激PA培養(yǎng)中相應(yīng)H3K27特異性組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(HMTs)活性的變化是否可能導(dǎo)致H3K27me3水平的改變,發(fā)現(xiàn)HMT活性在施加壓縮力時(shí)降低,同樣,在PA處理的HPdLFs中,這種趨勢(shì)明顯較弱。
為了評(píng)估H3K27三甲基化和HMT活性的這些微小變化是否與PA在雙刺激HPdLFs中的促炎作用有關(guān),實(shí)驗(yàn)用UNC1999抑制了PRC2、EZH1和EZH2的核心酶。濃度為1.00 μM 的UNC1999處理HPdLFs 后發(fā)現(xiàn),H3K27相關(guān)組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(HMTs)的活性降低至23.23%±2.56%,盡管較低的抑制劑濃度也導(dǎo)致HMT活性的強(qiáng)烈抑制。
為了驗(yàn)證1.00 μM UNC1999對(duì)雙應(yīng)激下PA培養(yǎng)物中H3K27三甲基化的抑制作用,分析了HMT活性,在BSA對(duì)照和PA培養(yǎng)中,UNC1999處理導(dǎo)致HMT活性降低,證實(shí)了其在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的抑制作用。因此,與BSA對(duì)照相比,PA處理的HPdLFs對(duì)H3K27特異性HMT表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)幕钚浴?br />
為了說明炎癥過程,對(duì)單核細(xì)胞THP1細(xì)胞進(jìn)行了粘附實(shí)驗(yàn),與BSA對(duì)照相比,PA暴露導(dǎo)致雙重刺激下HPdLFs的炎癥反應(yīng)增強(qiáng)。雖然UNC1999介導(dǎo)的EZH1和EZH2活性降低不會(huì)改變雙刺激下BSA對(duì)照中貼壁THP1細(xì)胞的數(shù)量,但它將PA培養(yǎng)物中單核細(xì)胞的過度活化降低到與BSA對(duì)照相當(dāng)?shù)乃健?br />
為了進(jìn)一步研究UNC1999對(duì)炎癥過程的影響,實(shí)驗(yàn)確定了COX2的表達(dá),它似乎與PA誘導(dǎo)的雙重刺激下HPdLFs的過度炎癥反應(yīng)有關(guān)。分析顯示,PA培養(yǎng)物中的COX2表達(dá)顯著高于BSA對(duì)照,這種上調(diào)的COX2轉(zhuǎn)錄被UNC1999抑制。為了確認(rèn)COX2水平改變對(duì)相關(guān)細(xì)胞因子分泌的潛在影響,分析了雙刺激下HPdLFs加UNC1999處理后上清中分泌的PGE2水平,結(jié)果支持先前在COX2表達(dá)背景下提出的假設(shè),即雙重刺激PA培養(yǎng)中PGE2的過量分泌被UNC1999所減弱。
總之,這些數(shù)據(jù)表明,雙重刺激下PA培養(yǎng)物中H3K27me3的減少通過改變HMT活性可能導(dǎo)致HPdLFs的過度炎癥反應(yīng),這可能是通過COX2/PGE2調(diào)節(jié)。
最后,實(shí)驗(yàn)研究了編碼抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素10(IL-10,圖3 a),已被證明可以調(diào)節(jié)COX2轉(zhuǎn)錄,其表達(dá)可能受到組蛋白修飾中脂肪酸依賴性變化的影響,發(fā)現(xiàn)在雙刺激PA培養(yǎng)物中檢測(cè)到IL10轉(zhuǎn)錄顯著降低。
為了驗(yàn)證抑制H3K27三甲基化對(duì)IL10基因活性的影響,對(duì)與H3K27me3結(jié)合的DNA片段進(jìn)行了染色質(zhì)免疫沉淀。分析顯示,在暴露于PA的雙應(yīng)激HPdLFs中,這種抑制組蛋白標(biāo)記在兩個(gè)IL10啟動(dòng)子相關(guān)側(cè)(#1和#3)的水平增加(圖3 b、c)。H3K27me3與IL10啟動(dòng)子位點(diǎn)(#1和#3)的增強(qiáng)關(guān)聯(lián)被使用UNC1999而抑制的EZH1和EHZ2所抵消,結(jié)果與BSA對(duì)照相似(圖3 b、c)?傊,與三甲基化H3K27的增強(qiáng)關(guān)聯(lián)可能是PA處理雙應(yīng)激下HPdLFs中IL10表達(dá)降低的潛在原因,而IL10表達(dá)降低又可能導(dǎo)致這些條件下COX2/PGE信號(hào)傳導(dǎo)增強(qiáng)。
圖3 雙應(yīng)激下HPdLFs暴露于棕櫚酸導(dǎo)致IL10啟動(dòng)子區(qū)域附近H3K27三甲基化降低,與IL10表達(dá)降低相關(guān)。
圖4 圖形概要
組蛋白的高度動(dòng)態(tài)表觀遺傳修飾可以調(diào)節(jié)基因表達(dá),以響應(yīng)各種環(huán)境線索。該研究首次表明,肥胖相關(guān)的高脂血癥狀態(tài)可以通過影響其炎癥反應(yīng)的機(jī)械力影響細(xì)菌刺激的成纖維細(xì)胞中啟動(dòng)的表觀遺傳變化。因此,棕櫚酸相關(guān)的對(duì)牙齦卟啉單胞菌LPS刺激的壓縮下人PdLFs細(xì)胞的高炎癥反應(yīng)似乎是通過增強(qiáng)COX2抑制因子IL-10基因啟動(dòng)子附近的H3K27三甲基化而下調(diào)實(shí)現(xiàn)的。獲得的結(jié)果強(qiáng)烈表明,代謝相關(guān)的變化在表觀遺傳調(diào)控中起著核心作用,這些調(diào)控是由致病性和機(jī)械應(yīng)力引起的軟硬組織重塑,為未來的靶向治療提供了有希望的潛力。
參考文獻(xiàn):Schuldt L, Reimann M, von Brandenstein K, Steinmetz J, Döding A, Schulze-Späte U, Jacobs C, Symmank J. Palmitate-Triggered COX2/PGE2-Related Hyperinflammation in Dual-Stressed PdL Fibroblasts Is Mediated by Repressive H3K27 Trimethylation. Cells. 2022 Mar 10;11(6):955. doi: 10.3390/cells11060955. PMID: 35326406; PMCID: PMC8946768.
原文鏈接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35326406/
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