电离辐射对小鼠免疫细胞ICOS/ICOSL及其相关信号通路的影响

【摘要】辐射免疫学效应的研究一直受到放射医学界的重视，辐射免疫效应机制的研究已涉及整体调节、细胞功能、分子表达、信号转导和基因调控等诸多领域。伴随基础免疫学的发展，对免疫细胞表面的共刺激分子又有了更加深入的认识，新的共刺激分子及其功能也在不断地出现，其在辐射免疫效应机制中的作用也有待于进行系统的深入研究。目前关于小鼠免疫器官中，胸腺细胞和脾细胞表面可诱导共刺激分子及其配体（ICOS/ICOSL）和共刺激分子CD40/CD40L在辐射免疫效应领域研究报道甚少，本文主要从蛋白水平和细胞水平探讨小鼠免疫细胞中的CD40/CD40L、ICOS/ICOSL与相关信号分子NF-κB、PI3K以及细胞因子IL-21在不同剂量电离辐射作用下表达的时程和量效变化，拟进一步阐明高剂量和低剂量辐射诱导不同免疫功能的细胞学机制。本实验结果将为阐明辐射免疫效应机制增添新的实验依据。1X射线照射后小鼠胸腺脾细胞表面ICOS/ICOSL表达量的影响采用流式细胞术检测0.075Gy和2.0GyX射线全身照射后，小鼠胸腺细胞表面ICOS和ICOSL阳性细胞百分数。结果显示：从胸腺的时程效应实验结果中可以看出，0.075GyX射线照射后，ICOS的阳性率呈下降趋势（P<0.01）；而2.0Gy照射后其表达呈时间依赖性升高（P<0.01）。ICOSL的阳性率也有类似的变化趋势。0.075Gy和2.0GyX射线全身照射后，小鼠脾细胞表面ICOS和ICOSL阳性细胞百分。结果显示:从脾脏的时程实验结果中可以看到：0.075GyX射线全身照射后ICOS阳性细胞百分数的变化，于照射4h后呈时间依赖性降低趋势（P<0.01）；2.0Gy照射后4~8h几乎没有变化，随后逐渐升高。0.075GyX射线照射后8hICOS/ICOSL双阳性细胞的表达量开始下降，并于16h降到最低（P<0.01)，稍后稍有回升，但仍低于对照组；而2.0Gy照射后却恰恰相反，ICOS/ICOSL双阳性细胞的表达量呈上升趋势。由此分析，胸腺在低剂量辐射照射后机体免疫系统通过对免疫应答起正向作用的共刺激分子CD28/B7激活T细胞（本实验室以往的研究结果），此时不表达负向作用的协同共刺激分子ICOS/ICOSL，进而引起免疫功能增强；而高剂量辐射作用后免疫细胞不仅表达CTLA-4（本实验室以往的研究结果），同时表达ICOS/ICOSL，最终导致免疫抑制。上述的这些结果其变化趋势均与胸腺中类似，脾脏内各指标的变化很可能依赖于胸腺内相应指标的变化。2X射线照射后小鼠脾细胞表面CD40/CD40L表达量的影响采用流式细胞术检测0.075Gy和2.0GyX射线全身照射后，小鼠脾细胞表面CD40和CD40L阳性细胞百分数。结果显示：0.075GyX射线全身照射后8h时小鼠脾细胞CD40的表达水平显著低于假照组（P<0.01）；而2.0GyX射线照射后随着剂量加大CD40表达水平随之增多，与假照组比较除16h外均有显著性差异（P<0.05，P<0.01）。CD40L在0.075GyX射线照射后脾细胞CD40L的表达水平明显高于假照组，而2.0GyX射线照射却降低其表达，照射后4h开始明显低于假照组，到72h一直维持低表达（P<0.01）。在本实验中低剂量电离辐射照射后CD40表达降低，而CD40L表达升高，说明在低剂量电离辐射诱导的免疫兴奋效应中，CD40/CD40L的辅助作用并不起关键作用。3不同剂量X射线照射对小鼠胸腺和脾脏NF-κB蛋白表达水平的影响高、低剂量X射线全身照射后，采用WesternBlot法观察小鼠胸腺和脾脏核因子NF-κB活性的时程变化。结果显示，胸腺在低剂量X射线照射后NF-κB蛋白水平降低，而高剂量X射线照射后表达水平增多；与胸腺相似，脾脏的时程变化也有相似的趋势。高、低剂量X射线全身照射后，观察小鼠胸腺和脾脏的量效变化，结果显示胸腺NF-κB蛋白表达水平在低剂量照射组的蛋白水平表达升高，高剂量照射组蛋白水平明显下降，但是脾脏的NF-κB蛋白表达水平的量效变化恰恰与胸腺相反。本实验结果提示，低剂量辐射不能激活免疫细胞核因子NF-κB，而高剂量辐射可激活NF-κB。这可能与高、低剂量辐射诱导JAK-SOCS信号通路分子的表达不相同有关（本实验室另一部分结果，不显示在该论文中），最终导致低剂量辐射降低核因子NF-κB的活性，而高剂量辐射增强NF-κB的活性。4不同剂量X射线照射对小鼠胸腺和脾脏PI3K蛋白表达水平的影响高、低剂量X射线照射后，采用WesternBlot法观察小鼠胸腺和脾脏PI3K蛋白表达的时程变化，结果显示胸腺在低剂量辐射照射后PI3K蛋白水平升高，而高剂量辐射照射后其表达水平降低；与胸腺不同的是，脾脏的高剂量照射没有明显的变化趋势。照射后胸腺和脾脏PI3K蛋白表达的量效实验结果显示，无论是在低剂量照射组还是高剂量照射组胸腺和脾脏PI3K蛋白表达水平均有不同程度的升高。5不同剂量X射线照射对小鼠胸腺和脾脏IL-21分泌的影响高、低剂量X射线全身照射后，采用ELISA方法检测小鼠胸腺和脾脏IL-21分泌的时程变化，IL-21的分泌量在0.075GyX射线照射后呈下降趋势，而在2.0Gy照射后均呈大幅度的上升趋势，其表达趋势相一致；在胸腺和脾脏量效的结果中可以看出，二者的趋势也基本一致，低剂量照射组IL-21分泌量下降，高剂量组分泌量上升，IL-21的分泌量与ICOS/ICOSL表达量的变化相似。总之，从本实验结果可以得出，低剂量辐射照射后可诱导协同刺激分子CD40、ICOS及其配体ICOSL表达量下降，随之核因子NF-κB、细胞因子IL-21分泌量也下降，但PI3K分子在信号通路中表达量增加；而高剂量辐射诱导的免疫抑制效应可能与免疫活化后期的ICOS/ICOSL表达量增加及其下游的信号通路分子和IL-21分泌增多有关。
【作者】史涛；
【导师】单玉兴；金顺子；
【作者基本信息】吉林大学，临床医学，2014，硕士
【关键词】电离辐射；CD40/CD40L；ICOS/ICOSL；细胞因子；信号通路；

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