PU.1-IL9阳性反馈环路在Th9细胞中促进类风湿关节炎的发展

Positive feedback loop PU.1-IL9 in Th9 promotes rheumatoid arthritis development

作者信息Jiajie Tu, Weile Chen, Wei Huang, Xinming Wang, Yilong Fang, Xuming Wu, Huiru Zhang, Chong Liu, Xuewen Tan, Xiangling Zhu, Huihui Wang, Dafei Han, Yizhao Chen, Anqi Wang, Yuanyuan Zhou, Zimeng Xue, Hui Xue, Shangxue Yan, Lingling Zhang, Zhenbao Li, Chunlan Yang, Yujie Deng, Shihao Zhang, Chen Zhu, Wei Wei
PMID39164066
发布时间2024-11-14
DOI10.1136/ard-2024-226067

实验完整度

包含体外Th9分化、细胞功能实验(增殖、迁移、极化)、双荧光素酶报告基因、ChIP-qPCR、多个基因敲除小鼠模型(PU.1、IL-9、IL-9R)及CAIA/CIA体内模型,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

胶原抗体诱导关节炎(CAIA)小鼠模型 胶原诱导关节炎(CIA)小鼠模型 SPI1flox/flox, Lck-Cre T细胞条件性敲除小鼠 IL-9敲除小鼠 IL-9R敲除小鼠 患者外周血和滑膜组织 体外培养的人CD4+ T细胞分化的Th9细胞 原代小鼠腹腔巨噬细胞 原代RA-FLS

重点核对

PU.1和IL-9在RA患者中的表达水平与临床指标的相关性 PU.1 T细胞条件性敲除对CAIA模型中关节炎评分、Th9/Th17/Treg比例及巨噬细胞极化的影响 IL-9重组蛋白对UREΔ小鼠CAIA模型关节炎症和Th9/Th17/Treg比例的影响 IL-9中和抗体对CIA模型关节炎症和骨损伤的影响 IL-9R敲除对CAIA模型中JAK1/STAT3磷酸化的影响

摘要

目的 T辅助9(Th9)细胞以其特征性表达转录因子PU.1和产生白细胞介素-9(IL-9)而闻名,IL-9已被涉及多种自身免疫性疾病。然而,其与类风湿关节炎(RA)发病机制的精确关系需要进一步阐明。 方法 通过ELISA、蛋白质印迹(WB)和免疫组织化学染色检测RA患者中PU.1和IL-9的表达水平。分别使用PU.1 T细胞条件性敲除(KO)小鼠、IL-9 KO和IL-9R KO小鼠建立胶原抗体诱导的关节炎(CAIA)模型。在胶原诱导的关节炎(CIA)中使用PU.1抑制剂和IL-9阻断抗体。在体外研究中,使用siRNA和IL-9重组蛋白研究IL-9的作用。最后,通过荧光素酶报告基因分析、WB和ChIP-qPCR进一步研究了潜在机制。 结果 RA患者中IL-9表达上调与临床标志物呈正相关。使用CAIA和CIA模型,我们证明靶向PU.1和IL-9的干预措施显著减轻了炎症表型。此外,体外实验提供了IL-9的促炎作用,特别是在巨噬细胞和成纤维样滑膜细胞的过度活化中。机制上,我们发现PU.1和IL-9在RA中形成正反馈环路:(1)PU.1直接结合IL-9启动子,激活其转录;(2)Th9来源的IL-9通过IL-9R-JAK1/STAT3通路诱导PU.1。 结论 这些结果支持PU.1-IL-9轴在RA的Th9失调中形成正反馈环路。靶向该信号轴为治疗RA提供了一种潜在的方法。 关键词:关节炎,类风湿;细胞因子;T淋巴细胞

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
PU.1和IL-9在类风湿关节炎(RA)发病机制中的确切关系及其潜在治疗价值尚需阐明。
核心机制
PU.1和IL-9形成正反馈环路:PU.1直接结合IL-9启动子激活其转录;Th9来源的IL-9通过IL-9R-JAK1/STAT3通路诱导PU.1表达。
主要证据
基于患者样本、CAIA/CIA模型、基因敲除小鼠(PU.1、IL-9、IL-9R)及体外Th9分化实验,验证了PU.1和IL-9的促炎作用及机制。
研究意义
靶向PU.1-IL-9轴可能为治疗RA提供一种潜在的治疗策略。

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

临床样本分析

检测RA患者中PU.1和IL-9的表达水平及其与临床指标的相关性。

收集RA患者和健康对照的外周血及滑膜组织,通过ELISA、Western blot、免疫组化和免疫荧光检测IL-9和PU.1的表达及共定位。

2

动物模型建立

在体内验证PU.1和IL-9在关节炎发病中的作用。

使用DBA/1J小鼠构建CAIA和CIA模型,分别给予PU.1抑制剂(DB2313)和IL-9中和抗体治疗,评估关节炎严重程度和组织病理变化。

3

基因敲除小鼠实验

明确PU.1在T细胞中及IL-9/IL-9R在关节炎发病中的必要性。

使用SPI1flox/flox, Lck-Cre小鼠、IL-9 KO小鼠和IL-9R KO小鼠构建CAIA模型,评估关节炎表型和免疫细胞亚群变化。

4

体外Th9细胞分化

研究PU.1对Th9分化和IL-9产生的作用。

从RA患者外周血分选CD4+ T细胞,在Th9极化条件下分化,并通过siRNA敲低PU.1,检测IL-9表达。

5

分子机制研究

验证PU.1直接结合IL-9启动子以及STAT3直接结合PU.1启动子。

通过双荧光素酶报告基因和ChIP-qPCR检测PU.1与IL-9启动子、STAT3与PU.1启动子的结合。

6

JAK1/STAT3通路验证

验证IL-9通过JAK1/STAT3通路诱导PU.1表达。

用重组IL-9处理Jurkat、EL4和RA-Th9细胞,并给予JAK抑制剂Tofacitinib和STAT3抑制剂Stattic,检测PU.1表达和通路磷酸化。

7

体外功能实验

验证IL-9对RA-FLS和巨噬细胞功能的影响。

用重组IL-9处理RA-FLS和巨噬细胞,或使用Th9细胞条件培养基,检测RA-FLS的增殖、迁移和MMP表达,以及巨噬细胞极化和炎症因子表达。

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
IL-9 ELISA试剂盒Signalway AntibodyEK1226
抗人IL-9抗体Abcamab181397
抗鼠IL-9抗体LS BioLS-C487693
抗PU.1/Spi1抗体Abcamab230336
抗JAK1抗体Cell Signaling3344S
抗磷酸化JAK1抗体Cell Signaling3344S
抗STAT3抗体Abcamab119352
抗磷酸化STAT3抗体Cell Signaling9145S
β-肌动蛋白抗体AffinityT0022
快速封闭液NCS BiotechP30500
显影液BiosharpBL520B
抗人IL-9抗体Abcamab181397
抗人PU.1抗体Abcamab88082
抗人CD4抗体Proteintech67786-1-Ig
多重荧光免疫组化试剂盒Panovue10002100050
双染检测试剂盒ZSGB-BioDS-0003
抗人IL-9抗体Abcamab181397
抗人PU.1抗体Abcamab88082
抗人CD4抗体Proteintech67786-1-Ig
抗小鼠CD4抗体Biolegend100438
抗小鼠CD25抗体Biolegend102011
抗小鼠CD11b抗体Biolegend101236
抗小鼠F4/80抗体Biolegend123108
抗小鼠CD86抗体Miltenyi Biotec130-102-604
抗人CD4抗体Biolegend302604
抗人CD86抗体Biolegend374208
抗小鼠IL-17A抗体eBioscience2317033
抗小鼠Foxp3抗体eBioscience2403335
抗小鼠IL-9抗体Biolegend514106
抗小鼠CD206抗体Biolegend141708
抗人IL-9抗体Biolegend507605
抗人CD68抗体eBioscience1984137
抗人CD206抗体Biolegend321125
流式细胞仪Beckman CoulterA00-1-1102
抗人CD4磁珠Miltenyi Biotec130-045-101
抗小鼠CD4磁珠Miltenyi Biotec130-117-043
抗人CD3抗体eBioscience16-0037-81
抗人CD28抗体eBioscience16-0289-81
重组人TGF-β1R&D Systems240-B-002
重组人IL-4R&D Systems204-IL-010
抗人IFN-γ抗体eBioscience16-7318-81
DMEM培养基----
RPMI-1640培养基----
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
胰蛋白酶-EDTA----
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen13778-150
OPTI-MEM培养基Gibco--
P3000试剂Invitrogen100022058
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen100022052
双荧光素酶报告基因检测试剂盒PromegaE2920
TRIzol试剂----
逆转录试剂盒VazymeR222-01
PCR扩增试剂盒VazymeQ111-02
CCK-8溶液----
酶标仪TecanInfinite
重组人IL-9AbcamAB50119
托法替尼MCEHY-40354
StatticMCEHY-13818
TNF-αPeprotech300-01A
凋亡检测试剂盒BestBioBB-41033
胶原抗体Chondrex53010
脂多糖----
鸡II型胶原Chondrex20011
完全Fuchs佐剂Chondrex7023
DB2313MCEHY-124629
IL-9中和抗体BiolegendMM9C1
D-荧光素----
活体成像系统Spectral InstrumentsAmix
microCT系统NEMONMC-100
高分辨率小动物超声系统VisualSonics1800568S
TRAP染色试剂盒BestBioBB-44212-3
荧光显微镜LeicaSP8
光学显微镜3DHISTECHPannoramic

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
临床样本分析
RA患者和健康对照的样本量、ELISA检测步骤、滑膜组织处理
阅读提示:患者和正常志愿者部分,图1图注
动物模型建立
小鼠品系(DBA/1J)、周龄、性别、剂量:胶原抗体4mg/只、LPS 40μg/只、CII 10mg/5mL、CFA 5mg/mL、DB2313剂量0.3mg/只、IL-9抗体200μg/只、给药频率和时间
阅读提示:Materials and methods中Collagen antibody-induced arthritis model、Collagen-induced arthritis model部分
基因敲除小鼠
SPI1flox/flox, Lck-Cre小鼠、IL-9 KO、IL-9R KO的来源、构建CAIA模型的方法是否与普通小鼠一致
阅读提示:Materials and methods中Animal部分,图2、图5、图6图注
体外Th9分化
CD4+ T细胞分选方法、分化因子浓度(TGF-β1 3ng/mL、IL-4 10ng/mL、anti-IFN-γ 10ng/mL)、分化时间4天
阅读提示:Materials and methods中Human Th9 cell differentiation部分
分子机制研究
ChIP-qPCR使用的抗体(PU.1抗体CST 2266S、STAT3抗体CST 12640S)、IP用量5-10μg染色质、双荧光素酶报告基因使用HEK293T细胞
阅读提示:Materials and methods中CHIP-qPCR、Dual-luciferase reporter assay部分
JAK1/STAT3通路验证
重组IL-9浓度(100ng/mL)、Tofacitinib浓度(10μM)、Stattic浓度(2.5μM)、处理时间48小时
阅读提示:Materials and methods中Apoptosis部分,图7图注
体外功能实验
RA-FLS迁移实验Transwell孔径8μm、细胞密度5×10^3/孔、迁移时间24小时;CCK-8细胞密度5×10^5/mL、处理3小时;巨噬细胞极化检测的抗体
阅读提示:Materials and methods中Transwell assay、CCK-8 assay、Flow cytometry部分,图3图注