小鼠β-防御素-14调节机体获得性免疫应答抑制生物膜感染的实验研究

Mouse β-defensin-14 (MBD-14) plays an important role in anti-infection defense and immunization activitiy of organisms. Our previous study demonstrated that Staphylococcus aureus supernatant induces the release of MBD-14 from osteoblasts via the p38 MAPK and NF-κB pathways. Subsequntly, anisomycin as an activator for p38 MAPK signaling pathway is able to treat osteomyelitis in a mouse model by increasing the release of MBD-14. However, its effect and mechanism in the regulation of immune responses are still unclear. Firstly, this study is focused on the effect of MBD-14 to mediate LPS/TLR4 signal pathway and regulate dendritic cells function. Secondly, we'll study how MBD-14 can regulate the functions of T and B lymphocytes. At last, we'll adress that the expression of MBD-14 can affect the inflammation of bone, the pathological changes in inflammation, the production of inflammatory cytokines, the balance of TH1/TH2 cells and the ability of bacterial clearance. Our findings in this study will elucidate the molecular mechanism for MBD-14 in acquired immune responses and may provide theoretical basis for further research of defensin and development of targets for drugs in clinical application.

小鼠β-防御素14(MBD-14)在机体抗感染和免疫活动中发挥重要作用。前期研究发现，金葡菌上清液刺激小鼠成骨细胞后，可以通过激活p38MAPK及NF-КB促进成骨细胞分泌MBD-14。同时，在耐药金葡菌引起的小鼠急性化脓性骨髓炎模型中，应用p38MAPK激动剂可以促进感染部位MBD-14释放增多，并且明显降低骨髓炎的感染程度。但MBD-14释放增多是如何调节先天性和获得性免疫进而抑制骨感染的，其机制仍未明确。本课题先探讨MBD-14对LPS/TLR4介导信号途径的影响及调节树突状细胞功能的机理；再观察MBD-14如何调控T淋巴细胞和B淋巴细胞的免疫应答，并在体内进一步验证MBD-14表达量的变化对骨组织炎症状态、病理改变、细胞因子的产生、TH1/TH2细胞的平衡及对细菌清除能力的影响。本研究阐明了MBD-14免疫调节的分子机制，为防御素的进一步研究及临床应用提供了理论依据及药物作用靶点。

人β-防御素-3 (HBD-3)具有稳定的理化性质和强效广谱的抗菌作用，并能通过Toll样受体 (TLR) 的介导。TLR不仅能够介导先天免疫对病原微生物的识别，而且能够参与获得性免疫应答。小鼠β-防御素-14（MBD-14）的氨基酸序列具有与HBD-3的高度同源性。本课题首先以MBD-14为切入对象，（1）我们先围绕MBD-14对树突状细胞（DCs）的作用展开，探讨MBD-14与树突状细胞作用的可能信号途径，并进一步观察作用后的树突状细胞对获得性免疫的影响；（2）我们再利用表面具有多孔结构的磺化PEEK，并负载不同浓度的MBD-14于材料表面，在体内进一步验证MBD-14含量的变化对骨组织炎症状态、病理改变、成骨性能及对细菌清除能力的影响。（3）根据前述实验结果的提示，我们提出植入材料一种可能的抗菌和成骨新途径，即免疫抗菌和免疫成骨，并通过磁控溅射分别掺氧化锌和锌元素于表面涂层，然后分别探讨其对抗菌和成骨的具体影响，从而对植入物局部微环境下的机体免疫调节机制进行探讨。通过研究我们得出结论：（1）MBD-14有助于活化DCs，TLR-4可能参与DCs的活化过程。此外，我们发现MBD-14处理后的DCs能有效促进T细胞增殖。（2）多孔PEEK负载的MBD-14涂层具有广谱持久的抗菌活性，同时也具有良好的骨整合性能。（3）氧化锌涂层不仅能直接抗菌，同时还能提高局部免疫微环境下中性粒细胞和巨噬细胞的抗菌功效。掺锌多孔PEEK材料可以诱导巨噬细胞向M2极化并分泌诱导成骨分化的细胞因子，可促进早期骨修复。综上所述，MBD-14不仅能直接杀菌和抑制生物膜，还可以调节机体免疫、参与炎症反应，从而有效增强机体的抗菌防御能力。此外，在无菌状态下，MBD-14还能通过降低局部炎症反应来促进成骨，这样可以控制植入物早期过度炎症，有利于组织修复。最后，我们提出植入物表面涂层的抗菌、成骨新途径，即免疫抗菌和免疫成骨。本课题有望为β-防御素的后续应用探讨和植入物相关炎症微环境的进一步研究提供新的理论基础和实验支持。