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SIRT5调控炎症反应与血糖平衡的相关机制研究及巨噬细胞脂质组学研究

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  • 【题名】:SIRT5调控炎症反应与血糖平衡的相关机制研究及巨噬细胞脂质组学研究
  • 【年度】:2019
  • 【作者】:张翠萍
  • 【关键词】:免疫代谢  巨噬细胞  SIRT5  炎症反应  血糖调节  多重反应监测  脂质组学
  • 【摘要】:免疫代谢是研究免疫和代谢相互作用途径和模式的一门新兴学科。阐明免疫与代谢相互作用的分子机制,是目前亟需解决的科学问题。SIRT5蛋白具有多种去酰基化功能,可以调节各种重要代谢通路的关键代谢酶。然而,目前我们对于SIRT5在炎症中的作用,以及在免疫代谢中的调控作用还知之甚少。在本课题的第一部分,我们从体内和体外试验系统地考察了SIRT5在细菌感染中调控机体血糖平衡的分子机制。证明了SIRT5在炎症反应,细胞代谢和能量平衡过程中起着动态调控的重要作用,为干预巨噬细胞相关的炎症疾病提供重要依据,为感染以及代谢紊乱相关疾病的治疗提供新的靶点。越来越多的研究证明,脂质不仅仅是一种储存能量的物质,也是一种具有生物活性的免疫代谢调控分子。脂质代谢参与了多种细胞生物学过程,包括能量转移,信号转导,细胞生长、发育和凋亡等。脂代谢失衡是诱发细胞氧化应激与炎症反应的重要机制。巨噬细胞在分化过程中发生脂质代的改变,因此脂质在巨噬细胞活化过程中十分关键。目前,针对巨噬细胞分化和极化完整过程的脂质组学研究还很少。随着质谱手段的不断进步,脂质等小分子代谢物的检测也变得更全面和快速,使其成为脂质组学研究主要依赖的工具。在本论文第二部分中,我们利用靶向脂质组学手段动态观察人单核细胞以及小鼠巨噬细胞在分化和极化的各个阶段中脂质分子的变化。阐述了巨噬细胞和单核细胞磷脂种类和数量的变化规律。扩充了巨噬细胞代谢组学的内容,为炎症相关脂质的筛选以及其功能的探索提供了新方法与新思路。本论文通过四个章节进行论述第一章为前言,本部分首先从两方面概述了免疫代谢的研究现状:一方面是代谢疾病中免疫调控机制的研究,另一方面是免疫细胞代谢与免疫功能之间相互作用的研究。其次,我们概述了SIRT5在代谢与炎症中的研究进展。SIRT5蛋白具有多种去酰基化酶活性,包括去琥珀酰化、去丙二酰化、去戊二酰化和去乙酰化修饰功能。因此,SIRT5通过调节各种代谢关键酶的酰基化水平,从而影响酶的活性,调控细胞代谢。这些细胞代谢,包括脂肪酸β氧化、酮体生成、尿素循环和丝氨酸代谢,在炎症反应、细胞ROS的产生和清除过程中起着非常重要的作用。最后我们简要概述了脂质的功能与代谢,脂质组学的研究方法以及脂质组学在代谢及炎症疾病中的应用。第二章的工作是关于SIRT5在炎症反应中血糖调节的分子机制研究。本章工作首先发现了Sirt5 KO的小鼠在发生炎症反应或代谢压力状态下出现血糖下降伴随胰岛素水平升高,并且血清炎性因子IL-1β显著上调;随后,我们利用Sirt5 KO小鼠来源的巨噬细胞考察SIRT5与细胞炎症和代谢相关通路的相互作用机制,发现Sirt5缺失的巨噬细胞在LPS刺激下NLRP3炎性小体活化水平上调,并且整合NF-κB和AMPK通路调控IL-1β与ROS的产生;最后,我们采用了鼠伤寒沙门菌感染小鼠的模型来验证SIRT5在细菌感染过程起着维持机体血糖平衡的重要作用。这意味着SIRT5可能成为治疗感染以及代谢紊乱相关疾病的关键靶标。第三章的工作是基于MRM方法的人和小鼠巨噬细胞定量脂质组学研究。在本章工作中我们利用LC-MRM的方法从整体上动态分析了人单核细胞系和人外周血来源的单核细胞,以及小鼠巨噬细胞系的分化和极化过程中脂质的改变。我们利用不同的细胞因子诱导细胞分化至不同阶段,然后取原始的单核细胞、未分化的巨噬细胞和极化的巨噬细胞进行脂质的提取。接着我们利用液相色谱分离后进行MRM扫描,可同时鉴定将近500种脂质分子,包含了磷脂和鞘脂类脂质分子:PC、PS、PE、PI、PG、SM和Cer。通过分析各个阶段细胞的脂质组成变化,我们发现,在单核细胞分化过程中发生饱和及单不饱和脂质向长链非不饱和脂质的转变。相比于M1巨噬细胞,M2巨噬细胞产生更多的单脂肪酸链的溶血磷脂。通过特定的脂质组学分析我们更进一步了解脂质变化与免疫细胞分化发育功能的关系,为免疫反应相关的脂质标志物的发现提供了依据。第四章为综述,本章节简要概述了生物质谱的原理以及在生命科学和临床医学研究中的应用。生物质谱已经成为生物医学研究的一个重要的分析工具,这依赖于该技术的高灵敏度、强选择性、高准确性等优势。电喷雾电离和基质辅助激光解吸电离的出现,促使质谱技术在生命科学领域获得广泛应用和发展。生物质谱主要应用于蛋白质,脂类,代谢物,乃至核酸等生物分子的分析,成为蛋白质组学、代谢组学、脂质组学等新兴学科的核心技术。目前,生物质谱不仅应用于生命科学研究领域,还广泛应用于临床诊断、疾病筛查和医药检测等领域。结论第一部分工作:1.SIRT5在炎症-代谢压力下维持小鼠血糖平衡,抑制IL-1β产生。2.LPS诱导的IL-1β主要来源于巨噬细胞;巨噬细胞在Sirt5 KO小鼠的炎症反应中起着调控血糖和胰岛素的作用。3.在LPS激活的骨髓来源巨噬细胞中,SIRT5通过调节NLRP3炎性小体、NF-κB和AMPK通路以及ROS的产生来调控IL-1β的分泌。4.巨噬细胞来源的IL-1β促进Sirt5 KO小鼠胰岛素分泌,胰岛素分泌增加进一步促进Sirt5 KO BMDMs产生IL-1β。5.SIRT5在细菌感染的炎症反应中具有维持机体血糖稳态的作用。第二部分工作:1.在体外成功诱导获得具有典型特征的不同活化状态的M0、M1和M2巨噬细胞;并且基于LC-MRM的质谱检测方法,在人单核和巨噬细胞中总共鉴定到了368种脂质分子,在小鼠巨噬细胞中鉴定到了420种脂质分子。2.经过差异脂质分析发现,人单核细胞系THP-1在分化和极化过程中出现中链和长链多不饱和脂质的累积。3.小鼠巨噬细胞RAW264.7在极化过程中,GPs在M1细胞中上调,而相对应的lysoGPs在M2中上调,其中以lysoPI的上调最为显著。
  • 【分类号】:R392
  • 【学位名称】:博士
  • 【导师名称】:李山
  • 【学位授予单位】:广西医科大学
  • 【学位年度】:2019
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