Gαq调控巨噬细胞NLRP3炎症小体活化在溃疡性结肠炎发病中的作用及其机制研究

Gαq, the α subunit Gq protein, is encoded by Gnaq. Our previous research reported that the deficiency of Gαq led to enhanced T cell survival. Our research also found that Gαq regulated the differentiation of Th1 and Th17 cell. NLRP3 inflammasome is multi-protein complexes that trigger the maturation of interleukin-1. NLRP3 inflammasome is involved in pathogenesis of many human immune disorders including ulcerative colitis (UC). Our unpublished data showed that Gnaq-/- mice were more prone to dextran sulphate sodium (DSS) induced UC and the activation of NLRP3 inflammasome was significantly enhanced in colon tissues. We further proved the critical role of Gαq in NLRP3 inflammasome activation in macrophage in vitro. This result indicates that Gαq may regulate macrophage NLRP3 inflammasome activation and participate in the pathogenesis of UC. In this study, we use macrophage specific Gαq conditional knockout mice and clinical samples from UC patients to address the role of Gαq in NLRP3 inflammasome activation and development of UC. Besides, we study the molecular mechanism of Gαq regulated NLRP3 inflammasome activation. This research will uncover the important role of Gαq in innate immunity and open up a new research field of Gαq regulated immune response in pathogenesis of UC. The success of this research will deepen our knowledge in pathogenesis of UC and might provide a potential target for UC therapy.

Gαq是Gq蛋白的α亚单位，由Gnaq编码。申请人先前研究发现，Gαq调控T细胞的存活和分化。NLRP3炎症小体是由NLRP3参与组装的多蛋白复合物，并参与溃疡性结肠炎(UC)等多种免疫相关疾病的发生。我们未发表的结果发现，Gnaq-/-小鼠更易发DSS诱导的UC，并且结肠组织中NLRP3、IL-1β和IL-18的表达显著升高；体外实验发现，LPS/ATP刺激后，Gnaq-/-腹腔巨噬细胞NLRP3炎症小体的活化显著增强。这表明Gαq可能调控巨噬细胞NLRP3炎症小体活化并参与UC发病。本课题将应用巨噬细胞条件性Gαq基因敲除小鼠，并结合UC临床样本，研究Gαq对巨噬细胞NLRP3炎症小体活化的调控及其分子机制；研究Gαq是否通过调控巨噬细胞及其NLRP3炎症小体活化参与UC发病。本课题有望进一步揭示Gαq在固有免疫中的重要作用，并对深入认识UC的发病机制，寻求新型干预靶点具有重要意义。

G蛋白是一类重要的信号转导分子，Gαq是G蛋白家族中Gq蛋白的α功能单位，由Gnaq编码。申请人前期的研究发现，Gαq基因敲除(Gnaq-/-)小鼠T细胞在体外和体内均有明显的存活优势，Gαq可调控Th1细胞、Th17细胞的分化。NLRP3炎症小体可促进IL-1β和IL-18的成熟和分泌，诱发炎症反应，在机体免疫反应中发挥着重要作用，研究证实，巨噬细胞NLRP3炎症小体与溃疡性结肠炎的发病密切相关。我们未发表的结果表明，与野生型（WT）小鼠相比，Gαq基因敲除(Gnaq-/-)小鼠更易发葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的溃疡性结肠炎；发生溃疡性结肠炎的Gnaq-/-小鼠结肠组织中NLRP3、IL-1β和IL-18的表达显著升高。这表明Gαq可能调控NLRP3炎症小体活化并参与溃疡性结肠炎发病。本课题主要包括以下研究内容：一、研究Gαq是否通过调控巨噬细胞NLRP3炎症小体活化参与溃疡性结肠炎发病；二、研究Gαq对溃疡性结肠炎NLRP3炎症小体相关分子表达的调控；三、通过体外实验，研究Gαq对巨噬细胞NLRP3炎症小体活化的调控；四、初步探寻Gαq调控巨噬细胞NLRP3炎症小体活化的分子机制。本课题研究发现，与WT骨髓嵌合鼠相比，Gnaq-/-骨髓嵌合鼠更易发DSS诱导的溃疡性结肠炎，证实了Gαq通过调控免疫系统参与溃疡性结肠炎的发病。发生溃疡性结肠炎的Gnaq-/-骨髓嵌合鼠结肠组织中NLRP3的表达显著升高，NLRP3炎症小体的活化显著增强。发生溃疡性结肠炎的Gnaq-/-骨髓嵌合鼠结肠黏膜固有层巨噬细胞中NLRP3、IL-1β、IL-18的表达均显著升高。Gαq调控溃疡性结肠炎NLRP3炎症小体相关分子的表达。经LPS/ATP刺激后，Gnaq-/-巨噬细胞中NLRP3的表达，IL-1β、IL-18的分泌，线粒体活性氧的含量显著升高；NLRP3炎症小体的活化，active caspase-1的表达显著增强。经LPS刺激后，Gnaq-/-巨噬细胞NF-κB的活化明显增强。以上结果表明，Gαq调控巨噬细胞NLRP3炎症小体的活化并参与溃疡性结肠炎的发病。本课题揭示了Gαq在NLRP3炎症小体活化和溃疡性结肠炎发病中的重要作用，为溃疡性结肠炎的临床治疗提供了潜在干预靶点。