IRF-1诱导巨噬细胞线粒体损伤在脓毒症发病中的作用及机制研究

Macrophages mitochondrial damage plays an important role in the pathogenesis of sepsis. However, the exactly mechanisms and downstream effectors of sepsis-induced mitochondrial damage remain largely unknown. Nuclear transcription factor, interferon regulatory factor-1 (IRF-1) has been demonstrated to lead to mitochondrial damage in several diseases. Previously, our group demonstrated that IRF-1 participates in sepsis-induced injury. In addition to promoting systemic inflammation, IRF-1 could also promote apoptosis and inhibit autophagy in macrophages. As autophagy plays an important role in the maintenance of mitochondrial homeostasis, we hypothesized that in sepsis, IRF-1 activation in macrophages inhibits autophagy, which results in the accumulation of intracellular damaged mitochondrial and disruption of mitochondrial homeostasis, with increased mtDNA release and ROS production, leading to the activation of systemic inflammatory responses. Specific knockdown or overexpression of IRF-1, induction or inhibition of autophagy will be used to explore the role and the mechanism of IRF-1 induced macrophages mitochondrial damage. Fully understand of the mechanisms and downstream effectors of sepsis induced macrophage mitochondrial damage will help us to clarify the pathogenesis of sepsis and to provide a potential therapeutic target.

巨噬细胞线粒体损伤在脓毒症的发病中扮演重要角色。但是遗憾的是，其发生机制及下游效应因子，仍知之甚少。核转录调节因子，干扰素调节因子－1(IRF-1)在多种疾病模型中导致线粒体损伤。我们前期研究证实，IRF-1参与了脓毒症介导的机体损伤。除了促进全身炎症因子释放外，IRF-1还可以抑制巨噬细胞自噬，并促进其凋亡。基于课题组前期发现，结合自噬在线粒体稳态维持中的作用，我们提出科学假说，即脓毒症中，巨噬细胞IRF-1被激活，通过抑制自噬，导致损伤线粒体清除障碍、线粒体稳态失衡；mtDNA释放和ROS产生增加，参与全身炎症反应。本研究通过体内、体外实验，特异性干扰或诱导IRF-1的表达，并抑制或诱导自噬发生，探讨IRF-1在脓毒症中的作用及机制。通过本研究拟阐明脓毒症中巨噬细胞线粒体损伤的发生机制和下游效应因子，为阐明脓毒症的发病机制提供新的理论基础和实验依据。

脓毒症发病率及病死率均极高，终末脏器损伤和全身炎症反应是其主要死亡原因。申请人前期研究证实，干扰素调节因子-1(IRF-1)可以抑制巨噬细胞自噬、促进凋亡。本项目深入研究，证实脓毒症中，IRF-1通过抑制巨噬细胞自噬，导致线粒体损伤、氧化应激反应，线粒体DNA(mtDNA)释放；mtDNA通过TLR9/MAPK通路，参与急性肺损伤和全身炎症反应发生。.第一，通过使用不同浓度LPS刺激鼠巨噬细胞株RAW 264.7细胞，证实LPS导致巨噬细胞IRF-1激活、线粒体损伤及氧化应激反应，呈一定时间依赖性和剂量依赖性。第二，构建特异性IRF-1 低表达及过表达的RAW264.7细胞株，使用IRF-1 KO小鼠。证实脓毒症中，IRF-1导致巨噬细胞线粒体损伤，ROS、MDA产生增加，SOD、ATP消耗增加，以及mtDNA释放。第三，使用 TLR4 KO小鼠，证实脓毒症中，LPS通过TLR4导致巨噬细胞线粒体损伤，ROS产生以及mtDNA释放。第四，证实mtDNA通过TLR9/MAPK通路，参与急性肺损伤和全身炎症反应发生。从小鼠肝组织中提取mtDNA，腹腔内注射mtDNA导致小鼠死亡及急性肺损伤发生；引起IL-1β、IL-18、IL-6 以及HMGB1水平升高；TLR4 KO和IRF-1 KO小鼠腹腔内注射mtDNA后，肺损伤及炎症因子水平与野生型小鼠相似，提示TLR4和IRF-1并非mtDNA下游效应因子。使用TLR9受体特异性抑制剂预处理后腹腔内注射mtDNA，可以显著改善小鼠96h生存率和急性肺损伤；降低 IL-1β、IL-18、IL-6以及HMGB1水平。同时，p38 MAPK的磷酸化显著降低，提示mtDNA可能通过MAPK通路，参与急性肺损伤和全身炎症反应发生。第五，特异性IRF-1低表达及过表达的RAW 264.7细胞株，分别使用自噬抑制剂、诱导剂，证实IRF-1通过抑制巨噬细胞自噬，导致线粒体损伤、ROS产生以及mtDNA释放。.本研究全面、深入探讨巨噬细胞IRF-1在脓毒症急性肺损伤及全身炎症反应中的作用；探讨IRF-1介导巨噬细胞线粒体损伤、线粒体DAMPs释放的机制。通过本研究，有助于我们进一步深入了解脓毒症中巨噬细胞线粒体损伤的发生机制和下游效应因子，为阐明脓毒症的发病机制提供新的理论基础和实验依据。