调控BET家族蛋白介导的基因转录“超级增强子”对抑制绿脓菌素引起的细胞应激和炎症损伤的研究

In recent years, the worldwide prevalence of hospital-acquired infection (including in China) caused by multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa (PA) is becoming increasingly severe. Because of the serious lagging of antibiotics development, the innovation of new anti-infection treatment strategies is in urgent need. Pyocyanin (PCN), as a critical PA-specific toxin, plays a crucial role in pathogen invasion due to its ability to cause vital oxidative stress and inflammatory damage of host immune cells. In the previous study, we found that inhibiting the function of BET family proteins can regulate expression of genes related to oxidative stress and inflammation, therefore effectively alleviate the toxicity of PCN and inhibit the PA infection on mice. Based on the current "super enhancer" theory in gene transcription field, we plan to systematically demonstrate the core function of BET family members in regulating PCN-mediated host gene transcription that causes cell damage. The aim of the proposed study is to find a potential strategy to alleviate the PCN toxicity, protect host immune system from PA infection as well as to facilitate anti-infection treatment and bacteria elimination by intervening the formation of PCN-mediated oxidative stress "super enhancer".

近年来，包括我国在内，世界范围多重耐药铜绿假单胞菌院内感染流行的形势日益严峻。在目前抗生素研制严重滞后的紧迫形势下，研发新的抗感染补充治疗策略迫在眉睫。绿脓菌素作为铜绿假单胞菌所特有的重要毒素，可导致宿主天然免疫细胞氧化应激和炎症损伤，因此在该病原菌对宿主的入侵中发挥了至关重要的作用。本项目申请者在前期研究中发现抑制BET家族蛋白功能可调节氧化应激和炎症基因表达，有效抑制绿脓菌素毒性并缓解铜绿假单胞菌对小鼠的侵袭。现拟以当前基因转录 “超级增强子”学说为理论基础，系统性地阐释BET家族成员在绿脓菌素介导的细胞损伤过程中的基因转录调控核心作用。以期通过干预氧化应激“超级增强子”的形成来缓解绿脓菌素毒性，保护机体抗感染免疫等功能，从而为病原菌的清除和后续治疗赢得时间。

基于已知的绿脓菌素作用原理，研究者们试图通过补充还原性谷胱甘肽或绿脓菌素合成抑制剂对抗铜绿假单胞菌感染，但是其有效性和特异性还未得到动物或临床研究的证实，因此我们迫切需要新的免疫辅助药物，为铜绿假单胞菌感染提供新的治疗策略。探索BET抑制剂JQ1通过基因转录调控缓解绿脓菌素导致的巨噬细胞功能损伤的作用及机制。结果发现BET抑制剂(+)JQ1具有缓解绿脓菌素引起的巨噬细胞功能损伤和死亡的作用，并在体内具有抵抗绿脓菌素介导的铜绿假单胞菌感染的作用。JQ1发挥上述作用的主要机制是：通过抑制绿脓菌素刺激下巨噬细胞内Brd4蛋白向NOS2基因启动子和外显子区域募集，下调iNOS表达，减少NO生成，同时抑制氧化基因的转录表达，降低细胞内ROS水平,进而减少细胞内强毒性物质ONOO-的生成，抑制细胞凋亡通路的激活，保护细胞吞噬功能和活力。. 为了确证绿脓菌素可诱导巨噬细胞自噬，阐释HMGN2与组蛋白的乙酰化在自噬过程中的作用机制。以绿脓菌素诱导的巨噬细胞自噬为模型，就核蛋白HMGN2和组蛋白H3K27二者的乙酰化修饰对巨噬细胞自噬的影响进行了实验探讨。实验结果显示绿脓菌素具有诱导巨噬细胞自噬的作用。其机制可能是绿脓菌素刺激细胞，通过多种乙酰转移酶或去乙酰化酶作用，使HMGN2 核定位信号结构域赖氨酸乙酰化上调、组蛋白H3K27ac下调。HMGN2ac上调，在Ulk1基因启动子区募集增多，增强了其转录活性；H3K27ac下调，在Ulk1基因启动子区募集减少，抑制了转录。在二者的作用下，调控了绿脓菌素诱导的巨噬细胞自噬。. 探索miR-375-3p通过活化巨噬细胞线粒体，参与炎症条件下组织氧化应激损伤的分子机制。结果显示过表达miR-375-3p的巨噬细胞可直接导致受体小鼠腹腔组织损伤，并招募巨噬细胞及中性粒细胞浸润。MitoQ及TuD-miR-375-3p可通过抑制线粒体ROS生成，来抑制LPS刺激条件下过度活化的巨噬细胞所致的腹腔组织损伤。炎症条件下，miR-375-3p可活化巨噬细胞介导的氧化应激及组织损伤。