水通道蛋白-4缺失对CD4+CD25+Foxp3+调节性T细胞的影响及其与帕金森病相关性的研究

论文摘要

水通道蛋白（aquaporins,AQPs）是一类广泛存在于真核生物细胞膜上、选择性高效转运水分子的特异孔道。AQPs对机体生理病理状态下的水液平衡发挥着重要的调节作用,至今已发现哺乳动物体内存在有13种水通道蛋白（AQP0-AQP12）。其中,AQP4（aquaporin-4,AQP4）是脑内含量最丰富、转运效率最高的AQPs亚型,主要高表达于星形胶质细胞和室管膜上皮细胞,此外也少量表达在哺乳动物眼、耳、肌肉、胃壁细胞和肾集合管上。AQP4广泛参与了中枢渗透压的感受、神经传导和脑脊液的产生等重要生理功能。先前的研究发现,AQP4在脑水肿、中风、脑肿瘤、感染、癫痫、外伤性脑损伤等中枢神经系统疾病的病理过程中发挥着重要的作用。最近,研究发现了一种新型的自身免疫性通道病-视神经脊髓炎（NMO）,是一种选择性影响视神经和脊髓的炎症脱髓鞘性疾病,而其靶抗原就是AQP4。这一发现第一次提示了AQP4参与了自身免疫性疾病的发病,但是有关AQP4与免疫系统直接关系方面的研究报道还很少。免疫系统是机体非常重要的一个组成部分,对于抵御病原体入侵、维持机体内环境的稳定有着举足轻重的作用。先前的研究发现AQP9在血液白细胞上有表达;AQP3及AQP7在树突状细胞上有表达,但有关AQP4在免疫系统表达及作用方面的研究还很少。因此,本研究的目的就是探讨AQP4与免疫系统之间的相互关系。我们首先运用了逆转录-PCR（RT-PCR）、免疫组化等的实验方法检测免疫器官:脾脏、淋巴结、胸腺中是否有AQP4的表达;其次,我们应用流式细胞仪比较了AQP4基因敲除小鼠和相同遗传背景的野生型小鼠体内主要免疫细胞的比例,包括B细胞、T细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞、Th1/Th2/Th17细胞、CD4+CD25+Foxp3+调节性T细胞（Treg）、自然杀伤细胞（NK）、树突状细胞（DC）、巨噬细胞（MΦ）;最后,基于本实验的发现我们建立了相应的疾病模型,以验证AQP4对免疫系统产生的具体影响。本研究获得如下主要结果:1、正常小鼠脾脏、淋巴结、胸腺中均有AQP4的表达。RT-PCR及免疫组化的结果均显示正常小鼠脾、淋巴结、胸腺中确实有AQP4的表达。2、AQP4基因缺失引起了CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞比例和绝对数量的减少。流式细胞术检测AQP4缺失对脾脏中主要免疫细胞比例的影响,结果发现AQP4基因敲除小鼠和野生型小鼠相比:B细胞、T细胞、CD4+T细胞、CD8+T细胞、Th1细胞、Th2细胞、Th17细胞、NK细胞、DC、MΦ的比例没有统计学显著意义的差异,但AQP4基因敲除小鼠的CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞比例与野生型小鼠相比显著减少;外周血CD4+CD25+Treg细胞的绝对数量在AQP4基因敲除小鼠体内也是显著减少的。3、AQP4基因缺失没有影响CD4+CD25+Treg细胞的免疫抑制功能。[3H]-TdR掺入实验发现AQP4基因敲除小鼠和野生型小鼠的相同数量的Treg细胞的抑制功能无明显统计学差异。4、AQP4缺失抑制了胸腺中CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞的正常生成。下一步我们开始探究AQP4缺失引起CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞减少的原因。结果发现AQP4基因敲除小鼠与野生型小鼠相比CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞的比例在胸腺中的产生阶段已经出现了明显的减少,提示CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞在胸腺中的正常发育有可能受到了抑制;而与此同时胸腺CD4+CD25+Treg细胞群中早期凋亡细胞的比例在AQP4基因敲除小鼠组是增加的,虽然没有达到统计学意义上的差异,但是我们不能完全排除Treg细胞凋亡的增加也参与了其产生减少这一过程。这些结果提示CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞在胸腺中的产生阶段已经出现减少,其原因可能是由于其在胸腺发育中的某个过程受影响引起CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞产生减少、和/或凋亡因素增加。5、AQP4缺失诱导了过强的细胞免疫反应。以上的结果显示具有强烈免疫抑制作用的CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞在AQP4基因缺失小鼠体内是减少的,如果这一结论成立,则AQP4基因缺失小鼠与野生型小鼠相比,对同样的抗原刺激应该会有更强的免疫反应。为了验证这一假说,我们检测了两种小鼠淋巴细胞的增殖能力,结果发现在相同的刺激下,AQP4基因敲除小鼠淋巴细胞的增殖能力的确明显强于野生型小鼠,提示AQP4基因缺失小鼠在体内CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞减少的情况下可能更易发生某些免疫相关疾病或其发病的程度更加严重。6、在MPTP诱导的帕金森病模型中,AQP4基因缺失小鼠小胶质细胞免疫炎症反应明显强于野生型小鼠,其多巴胺能神经元损伤也更加严重。小胶质细胞是脑组织中最主要的免疫细胞,其介导的免疫炎症反应在帕金森病的发病中起了十分重要的作用,因此我们建立了帕金森病模型,以验证AQP4基因缺陷小鼠在CD4+CD25+Foxp3+ Treg细胞减少的情况下,是否其小胶质细胞炎症反应会增强从而导致帕金森病发病的程度更加严重。结果发现在注射MPTP后, AQP4基因敲除小鼠中脑小胶质细胞的活化明显强于野生型小鼠,并且其黑质致密部TH神经元的丧失亦明显多于野生型小鼠。从而证实了AQP4基因缺失小鼠体内Treg细胞的减少加重了MPTP导致的小胶质细胞的活化及其对神经元的损伤。综上所述,本研究发现了正常小鼠胸腺、脾脏和淋巴结等免疫组织中有AQP4的表达;AQP4缺失后引起了CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞比例和数量的减少,引起这一现象的主要原因可能是AQP4缺失影响了CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞在胸腺的正常生成;并且由于AQP4基因缺失小鼠体内CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞的减少导致了淋巴细胞对抗原刺激的免疫反应性明显强于野生型小鼠;在MPTP诱导的帕金森病模型中,AQP4基因缺失小鼠因CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞减少导致其对MPTP诱导的小胶质细胞的炎症反应性明显强于野生型小鼠并引起其帕金森病发病严重程度的增加。总之,我们的研究鉴定了AQP4在胸腺CD4+CD25+Foxp3+Treg细胞产生中的从未被证实的作用,并且提示以AQP4为靶标的对Treg细胞的调节可能成为治疗帕金森病等神经退行性疾病及某些免疫相关疾病的重要策略。

论文目录

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• 材料和方法
• 结果
• 讨论
• 总结
• 参考文献
• 文献综述
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