去甲肾上腺素作为隐形眼镜诱导的铜绿假单胞菌角膜炎的内在贡献者

Norepinephrine as the Intrinsic Contributor to Contact Lens-Induced Pseudomonas aeruginosa Keratitis

作者信息Bi Ning Zhang, Benxiang Qi, Wai Kit Chu, Fangying Song, Suxia Li, Qiaoqiao Dong, Zheng Shao, Bin Zhang, Xianli Du, Xiubin Ma, Vishal Jhanji, Qingjun Zhou
PMID37234000
发布时间2023-05-01
DOI10.1167/iovs.64.5.26

实验完整度

包含细胞系实验、动物模型(CLW诱导和擦伤诱导PAK模型)、Adrb2敲除小鼠、RNA测序及功能验证,多层级证据验证机制。

主要模型

小鼠CLW诱导PAK模型 小鼠擦伤诱导PAK模型 Adrb2敲除小鼠 人角膜上皮细胞系(HCEC)

重点核对

NE给药剂量:5 µL 0.5 mg/mL,通过结膜下注射 ICI给药剂量:5 µL 2 mg/mL,结膜下注射 CLW时间:30小时,缝合眼睑 细菌接种量:105 CFU每只眼 P.aeruginosa菌株:ATCC 19660

摘要

目的:隐形眼镜佩戴(CLW)是铜绿假单胞菌角膜炎(PAK)的主要危险因素之一。然而,在CLW期间导致高度易感角膜炎的内在因素尚待阐明。长时间CLW可提高角膜去甲肾上腺素(NE)浓度。本研究探讨了NE在促进PAK中的作用。方法:我们构建了损伤诱导的PAK模型和CLW诱导的PAK模型,以确认NE在角膜感染期间的影响。使用NE的药理学阻断和基因敲除小鼠来研究NE的下游效应物。进行RNA测序以探索NE处理期间的细胞变化。使用非参数Mann-Whitney U检验或Kruskal-Wallis检验来确定显著性(P < 0.05)。结果:补充NE导致PAK,即使在CLW期间无需人工角膜损伤。该效应由角膜上皮中的β2-肾上腺素能受体(β2-AR)介导。通过NE拮抗剂ICI118,551(ICI)或删除其编码基因Adrb2阻断β2-AR,显著减轻了CLW期间的感染。相反,β2-AR激活损害了上皮的完整性,并显著增加了皮质斑块标志物ezrin。转录组分析确定ICI对角膜炎的保护作用是由双特异性磷酸酶介导的。Suramin,一种Dusp5拮抗剂,废除了ICI的保护作用。结论:这些数据揭示了一种新的机制,即NE作为促进CLW诱导的PAK的内在因素,并为通过靶向NE-β2-AR治疗角膜炎提供了新的治疗靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
去甲肾上腺素是否作为内在因素,在长时间隐形眼镜佩戴期间促进铜绿假单胞菌角膜炎的发生。
核心机制
NE通过角膜上皮β2-AR受体,激活MAPK/ERK通路,导致细胞骨架重排,破坏上皮屏障完整性,促进细菌侵入;ICI抑制β2-AR,上调Dusp5磷酸酶,使ERK去磷酸化,从而保护屏障。
主要证据
在CLW小鼠模型中,NE补充可在无角膜擦伤情况下诱导PAK;Adrb2敲除或ICI阻断减轻感染;RNA-seq和Western blot显示ICI上调Dusp5并降低pERK水平;suramin阻断Dusp5逆转ICI的保护作用。
研究意义
揭示NE-β2-AR轴是CLW相关PAK的内在促进因素,为治疗提供新靶点,β-阻滞剂可能成为治疗选择。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建CLW诱导PAK模型,验证NE作用

验证NE是否能在无角膜损伤的情况下促进PAK发生。

小鼠佩戴载菌CL,结膜下注射NE或生理盐水,30小时后观察感染。

2

验证β2-AR受体介导NE作用

确定NE下游受体是否为β2-AR,并验证阻断其活性是否减轻感染。

使用Adrb2敲除小鼠、ICI药物阻断,评估PAK严重程度和细菌载量。

3

探究NE/β2-AR激活影响上皮屏障的分子机制

阐明β2-AR激活如何改变细胞骨架和紧密连接,增加上皮通透性。

在HCEC细胞系中,使用NE、ISO、ICI处理,检测ezrin、F-actin、ZO-1分布及细菌入侵量。

4

RNA测序和信号通路验证

揭示ICI保护作用的分子通路,特别是Dusps和MAPK信号。

对ICI或ISO处理的角膜上皮进行RNA-seq,分析差异表达基因;Western blot验证Dusp5和pERK变化。

5

验证Dusp5在ICI保护作用中的必要性

确认Dusp5是ICI保护作用的关键下游效应分子。

在CLW模型中,给予NE+ICI+suramin(Dusp5拮抗剂),观察感染评分。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
LB肉汤Solarbio Life ScienceL8291
pBBR1MCS5-Tac-EGFP质粒MiaoLing Plasmid Sharing PlatformP9677
ICI118,551盐酸盐MedChemExpressHY-13951
苏拉明MedChemExpressHY-B0879
庆大霉素Solarbio Life ScienceL1312
PrimeScript RT试剂盒TaKaRa Bio Inc.RR037A
FastStart通用SYBR Green预混液Roche4913714001
Adrb2抗体Abcamab182136
Ezrin抗体Cell Signaling Technology3145
ZO-1抗体Invitrogen40-2200
鬼笔环肽-iFluor 594Abcamab176757
驴抗兔IgG H&L Alexa Fluor 594Abcamab150076
驴抗兔IgG H&L Alexa Fluor 488Abcamab150073
DAPISolarbio Life Sciencec0065
Tissue-Tek O.C.T.包埋剂Sakura Finetek--
RIPA裂解液Santa Cruz Biotechnologyr0010
Dusp5抗体Abcamab200708
GAPDH抗体Tianjin Sungene BiotechLK9002
Trizol----
KAPA链特异性RNA测序文库制备试剂盒Illumina--
Gene Pulser Xcell电穿孔系统Bio-Rad--
Rotor-Gene QQiagen--
共聚焦激光显微镜ZeissLSM880
Echo Laboratories RVL-100-G显微镜Discover Echo Inc.--
NanoDrop ND-1000----
Agilent 2100生物分析仪Agilent--
Illumina HiSeq 4000Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
细菌培养
P.aeruginosa菌株ATCC 19660,LB培养基,105 CFU用于体内,107 CFU用于体外
阅读提示:Material and Methods: Bacterial Strain
CLW诱导PAK模型
隐形眼镜材料Hilafilcon B,修剪直径3.5mm,浸泡于细菌悬液24小时,缝合眼睑30小时
阅读提示:Material and Methods: Preparation of Contact Lenses and Bacterial Inoculation; Contact Lens Wear Induced PAK Model
药物处理
NE浓度0.5 mg/mL,ICI 2 mg/mL,suramin 3.5 mg/mL,均为5 µL结膜下注射
阅读提示:Material and Methods: Drug Application
Adrb2敲除小鼠
Adrb2敲除小鼠品系B6/JGpt-Adrb2em1Cd/Gpt,PCR引物序列,基因分型方法
阅读提示:Material and Methods: Adrb2 Knockout Mouse Model
细胞实验
HCEC细胞系,药物浓度23.6 µM,细菌MOI 107 CFU,侵袭实验时间点
阅读提示:Material and Methods: Cell Invasion Assay