GBP5在抗结核感染中对巨噬细胞炎症小体调控的机制研究

GBP5 (guanylate binding protein 5) can promote activation of different macrophage inflammasomes in different bacterial infection. Our previous study found that: (1) the GBP5 gene transcription level significantly increased in TB (tuberculosis) patients, but the concrete mechanism of GBP5 on the immune responses against mycobacterium tuberculosis (MTB) is not clear; (2) the level of IL-1β also obviously increased after peripheral blood mononuclear cells stimulated by MTB; (3) biological information analysis suggested that there may be an interaction between GBP5 and AIM2 (absent in melanoma 2), a member of inflammasomes. Therefore, we proposed the hypothesis: GBP5 may regulate the immune responses against MTB by modulating inflammasomes in macrophages. We want to screen and validate the target protein(s) for GBP5 in the pathway of inflammasomes. After finding the target protein(s), on the condition of different expression level of GBP5, we will try to explore the changes of transcription and expression level of the target protein(s), and changes of immune responses in macrophages stimulated by MTB. Additionally, we will use rescue experiment and knockout target protein(s) of GBP5 to verify the specificity of protein interaction. In all, this study will provide new clues for the mechanisms of host immune responses against MTB infection.

鸟苷酸结合蛋白5（GBP5）在不同细菌感染中可调节不同巨噬细胞炎症小体通路活化。我们前期研究发现：（1）GBP5编码基因转录水平的升高与结核病发病显著相关（作用机制尚不明确）；（2）炎症小体活化指标IL-1β水平在结核分枝杆菌（MTB）体外刺激人外周血单个核细胞后明显升高；（3）生物信息学分析提示GBP5可能与炎症小体通路中黑色素瘤缺乏因子2（AIM2）存在相互作用。因此，提出“GBP5通过调控巨噬细胞炎症小体而调节宿主抗MTB免疫应答”的假说，计划首先筛选和验证炎症小体通路中GBP5作用的靶蛋白，然后检测GBP5基因过表达和低表达巨噬细胞在MTB感染后，炎症小体通路分子转录和表达水平以及抗MTB反应的变化，进而采用GBP5基因回补及靶蛋白敲除验证相互作用的特异性，初步阐明GBP5通过调控炎症小体通路靶蛋白调节巨噬细胞抗MTB感染的机制。本课题的完成可拓展抗MTB感染免疫机制研究的线索。

鸟苷酸结合蛋白5（GBP5）在不同细菌感染中可调节不同炎症小体通路活化。前期研究发现：（1）GBP5编码基因转录水平升高与结核病患者发病显著相关；（2）炎症小体活化指标IL-1β水平在结核分枝杆菌（MTB）体外刺激人外周血单个核细胞后明显升高；（3）生物信息学分析提示GBP5可能与炎症小体通路相互作用。因此，提出“GBP5通过调控巨噬细胞炎症小体而调节宿主抗MTB免疫应答假说”。.基于上述背景及基础，为全面研究GBP5通过调控巨噬细胞炎症小体而调节宿主抗MTB免疫应答，研究团队建立了THP-1细胞感染平台以及小鼠MTB感染平台，进行以下研究：.（1）通过开展GBP5与炎症小体通路相关蛋白的相互作用以及GBP5与NLRP3和AIM2在巨噬细胞的免疫共定位明确了在MTB感染中GBP5通过与NLRP3和AIM2相互作用发挥功能，GBP5与NLRP3和AIM2的共定位在MTB感染后显著增加。.（2）通过研究GBP5表达水平在IFNβ、IFNγ和MTB感染后变化，发现：在刺激24h以内，GBP5水平随着IFN刺激时间延长和浓度升高以及MTB菌量升高而逐渐增加，提示：IFNβ和IFNγ分别可以诱导GBP5产生，并且GBP5与MTB感染密切相关。.（3）通过研究GBP5表达水平对于MTB感染后炎症小体活化的影响，在MTB感染后发现：1）GBP5表达升高促进NLRP3、pro-IL1β以及IL-1β水平升高；2）IFNγ刺激后，GBP5表达降低引发pro-IL1β以及IL-1β水平降低；3）IFNβ刺激后，GBP5表达降低可促进IL-1β水平升高。.（4）成功构建小鼠MTB感染模型，感染7周后，检测小鼠肺和脾脏组织匀浆中的细胞因子水平，发现：与野生型小鼠相比， Gbp5+/-肺和脾脏组织匀浆中IL-1β水平降低，提示Gbp5基因表达水平降低引起小鼠MTB感染后肺和脾脏组织IL-1β水平下降。除此之外，研究团队已经获得Gbp5敲除小鼠纯合子（Gbp5-/-），在进行扩繁后，将采用Gbp5-/-进行今后的体内MTB感染实验。.综上所述，团队完成了研究任务，发表1篇SCI文章，撰写1篇SCI文章和1篇核心期刊文章，培养博士研究生和硕士研究生各1名，不仅明确了GBP5作用于炎症小体通路的靶蛋白，而且初步阐明GBP5通过与炎症小体通路靶蛋白的相互作用调控巨噬细胞抗MTB免疫反应的机制。