CLL中中性粒细胞的蛋白质组学和生物信息学分析揭示易导致细菌感染的功能缺陷

Proteomic and bioinformatic profiling of neutrophils in CLL reveals functional defects that predispose to bacterial infections

作者信息Nirojah Subramaniam, Jenny Bottek, Stephanie Thiebes, Kristina Zec, Matthias Kudla, Camille Soun, Elena de Dios Panal, Julia K Lill, Aaron Pfennig, Ralf Herrmann, Kirsten Bruderek, Sven Rahmann, Sven Brandau, Patricia Johansson, Hans Christian Reinhardt, Jan Dürig, Martina Seiffert, Thilo Bracht, Barbara Sitek, Daniel Robert Engel
PMID33651101
期刊Blood Adv
发布时间2021-03-09
DOI10.1182/bloodadvances.2020002949

实验完整度

包含小鼠CLL模型、UTI模型、蛋白质组学、生物信息学、功能验证及患者样本验证等多个独立证据层级。

主要模型

Eµ-TCL1小鼠CLL模型 UPEC尿路感染小鼠模型 CLL患者血液样本

重点核对

CLL小鼠模型:肿瘤负荷>20% CD5+CD19+ B细胞 UPEC感染剂量:5×10^8 CFU经尿道接种 中性粒细胞分离:骨髓和血液经MACS和FACS分选Ly6G+细胞 CD62L和CXCR4表达:流式细胞术检测 患者样本:14例CLL患者

摘要

慢性淋巴细胞白血病(CLL)患者通常遭受频繁和严重的细菌感染。尽管众所周知中性粒细胞是促进早期防御的关键先天免疫细胞,但CLL期间中性粒细胞的表型和功能变化在很大程度上仍然难以捉摸。使用CLL的鼠过继转移模型,我们证明了在尿路致病性大肠杆菌引起的尿路感染中,携带CLL的小鼠细菌负担加重。中性粒细胞蛋白质组的生物信息学分析显示,与干扰素信号相关的蛋白质表达增加,而与颗粒组成和中性粒细胞迁移相关的蛋白质表达减少。功能实验验证了这些发现,显示在离体吞噬细菌后,髓过氧化物酶水平和中性粒细胞颗粒酸化降低。通路富集分析表明,对中性粒细胞募集至关重要的分子表达减少,并且中性粒细胞向感染膀胱的迁移显著减少。中性粒细胞这些改变的迁移特性也与CD62L和CXCR4表达降低相关,并与CLL患者感染发生率增加相关。总之,本研究通过蛋白质组学、生物信息学和功能分析描述了中性粒细胞的分子特征,该特征与迁移能力降低有关,可能导致CLL患者细菌感染增加。

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
CLL中中性粒细胞的表型和功能变化是否导致细菌感染易感性增加?
核心机制
CLL通过增强干扰素信号、减少颗粒蛋白表达和下调CD62L/CXCR4等迁移相关分子,损害中性粒细胞的功能和迁移能力,从而导致细菌感染加重。
主要证据
小鼠模型中CLL加重UPEC感染;蛋白质组学显示干扰素信号上调、颗粒和迁移蛋白下调;功能实验证实MPO减少和吞噬后酸化降低;迁移实验显示中性粒细胞浸润受损;患者样本中CD62L和CXCR4表达降低且与感染相关。
研究意义
本研究提供中性粒细胞分子特征,可能作为生物标志物和治疗靶点,以恢复CLL患者的抗细菌反应,减少感染并发症。

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

CLL小鼠模型构建与感染易感性评估

建立CLL小鼠模型,并评估其对UPEC感染的易感性是否增加。

使用Eµ-TCL1细胞过继转移构建CLL小鼠,经尿道感染UPEC-GFP,21小时后通过荧光显微镜定量膀胱细菌负荷。

2

中性粒细胞蛋白质组学分析

比较CLL与对照小鼠骨髓和血液中性粒细胞的蛋白质组差异。

通过MACS和FACS分选Ly6G+中性粒细胞,进行LC-MS/MS分析,使用Proteome Discoverer和Progenesis QI进行蛋白质鉴定和定量,随后进行差异蛋白分析。

3

生物信息学分析

通过GSEA和STRING分析识别受CLL影响的中性粒细胞功能通路和蛋白相互作用网络。

使用GSEA和STRING分析差异蛋白,鉴定干扰素信号、颗粒组成和迁移相关通路的变化,并通过机器学习(RFC)确定关键特征蛋白。

4

功能性验证

验证蛋白质组学发现的颗粒功能缺陷。

通过流式细胞术检测中性粒细胞MPO表达和吞噬pHrodo标记大肠杆菌后的吞噬溶酶体酸化程度。

5

迁移功能评估

验证CLL中性粒细胞迁移能力是否受损。

在UPEC感染后,通过荧光显微镜定量膀胱内中性粒细胞浸润数量,并评估其与细菌负荷的关系。

6

表面分子验证和患者样本分析

验证CD62L和CXCR4表达变化,并评估其在CLL患者中的相关性。

通过流式细胞术检测小鼠和患者中性粒细胞CD62L和CXCR4表达,并进行线性回归分析与CLL负荷和感染发生率的相关性。

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
中性粒细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-097-658
CD5抗体eBioscience45-0051-82
人CD16抗体BD Bioscience557744
CD19抗体BioLegend115539, 115507
CD45抗体BioLegend103154
CD62L抗体BioLegend104437
人CD62L抗体BD Bioscience560440
人CD66b抗体Beckmann CoulterIM0531U
鸡抗GFP抗体AvesGFP-1020
CXCR4抗体BioLegend146511
人CXCR4抗体BioLegend306506
ICAM-1抗体BioLegend116105
人ICAM-1抗体eBioscience17-0549-42
Ly6G抗体BioLegend127607
碳酸氢铵PanReac AppliChemA3583 0500
牛血清白蛋白GE HealthcareK45-001
胶原酶Sigma-AldrichC2674
DAPILife TechnologiesD1306
二硫苏糖醇PanReac AppliChemA1101 0025
脱氧核糖核酸酶ISigma-AldrichD4513-1VL
异氟烷AbbottNA
LB培养基Carl Roth GmbHX64.
L-赖氨酸Sigma-AldrichL5626
磷酸盐缓冲液Life Technologies18912-014
pHrodo Green大肠杆菌生物颗粒偶联物(用于吞噬)Thermo Fisher ScientificP35366
磷酸盐缓冲液Sigma-Aldrich71500
磷酸二氢钠和磷酸氢二钠Carl Roth GmbHP030.1
RapiGest SF表面活性剂Waters186001861
蔗糖Carl Roth GmbH9097.1
Tissue-Tek OCT包埋剂Sakura4583
Triton X-100Carl Roth GmbH3051.4
胰蛋白酶Serva37286
C57BL/6J小鼠Jackson Laboratories000664
UPEC菌株536gfpEngel et aldoi:10.1128/IAI.00881-06
Orbitrap Elite质谱仪----
Ultimate 3000 RSLCnano系统----
Acclaim PepMap 100捕集柱----
Acclaim PepMap RSLC分析柱----
蔡司AxioObserverZ1显微镜Zeiss--
FlowJo 10FlowJoRRID:SCR_008520
GraphPad Prism 8GraphPad SoftwareRRID:SCR_002798

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
CLL小鼠模型
CLL细胞来源、注射细胞数、小鼠品系和性别、肿瘤负荷标准
阅读提示:Methods: Mice and CLL induction
UTI模型
UPEC菌株、培养条件、感染剂量、感染途径、检测时间
阅读提示:Methods: Murine UTI model
中性粒细胞蛋白质组学
样本来源、分离方法、质谱参数、数据处理流程
阅读提示:Methods: Neutrophil cell isolation, Sample preparation and LC-MS/MS analysis, Protein identification and data analysis
流式细胞术
抗体克隆号、稀释度、染色条件、门控策略
阅读提示:Methods: FC analysis, Table 1, Figure legends
功能实验
MPO和酸化检测的具体试剂、孵育时间、样本量
阅读提示:Results: Altered composition of neutrophil granule proteins, Figure 5 legends
患者样本分析
患者纳入标准、样本数量、CLL负荷指标
阅读提示:Methods: FC analysis (human blood samples), Results: Aberrant expression of surface molecules, Figure 7 legends