引用本文: 周樹民, 孔繁強, 陳松. 基質金屬蛋白-9抑制劑阻斷視網膜色素上皮細胞表面CD73脫落防治實驗性自身免疫性葡萄膜炎的初步研究. 中華眼底病雜志, 2020, 36(4): 289-294. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20180502-00141 復制
三磷酸腺苷(ATP)及其代謝產物不僅是重要的能量代謝物質也具有顯著免疫調控作用[1-2]。當缺氧或局部炎癥發生時,ATP被大量釋放至胞外加重局部炎癥反應[3-5]。ATP在細胞外并不穩定,可被逐級酶解為腺苷。與ATP作用截然相反,腺苷具有顯著的免疫抑制功能[6-8]。位于細胞膜表面的5'-核苷酸酶CD73控制單磷酸腺苷(AMP)至腺苷的分解過程,是腺苷產生的限速酶。RPE細胞是眼底組織中唯一表達CD73的細胞,當炎癥發生時RPE細胞表面CD73含量急劇下降甚至轉為陰性,腺苷所發揮的免疫抑制功能顯著下降,從而促進炎癥的發生[9]。研究發現,RPE細胞表面CD73含量減少是由于MMP-9在Lys547-Phe548位點水解CD73,使得該分子自RPE細胞膜表面脫落所致[10]。CD73通過調節不同免疫細胞功能參與實驗性自身免疫葡萄膜炎(EAU)的關系研究尚少。本研究旨在驗證MMP-9抑制劑阻斷CD73自RPE細胞脫落,為葡萄膜炎的治療提供初步理論依據。現將結果報道如下。
1 材料和方法
1.1 材料
選擇性MMP-9抑制劑CTK8G1150(美國eBioscience公司);脂多糖(LPS)及TNF-α(美國Invitrogen 公司);CD4+ T細胞分離試劑盒及抗小鼠CD3抗體(美國Stemcell公司),兔抗小鼠CD73多克隆抗體(美國 Santa Cruz公司);氚標記胸腺嘧啶核苷([3H]-TdR)(北京原子能研究所)。
1.2 小鼠RPE細胞分離和培養
雌性野生型C57BL/6、CD73基因敲除(CD73-/-)小鼠各4只。4周齡,體重10 g,無特定病原體(SPF)級;由天津實驗動物中心提供。飼養環境及實驗操作均符合國家科學技術委員會《實驗動物管理條例》的規定,并獲得天津醫科大學動物倫理委員會許可(許可號:TMUAC00281)。參照文獻[11-12]的方法分離RPE細胞,計數后接種于培養瓶中,以含10%胎牛血清(FBS)及雙抗RPMI 1640培養基進行培養,37 ℃、5%CO2分壓。待細胞達到80%融合時以0.2%的胰蛋白酶和0.02%EDTA消化、傳代、凍存。取第3代細胞進行后續實驗。
1.3 [3H]-TdR 摻入法檢測RPE細胞對CD4+ T細胞增生的作用
傳代后的RPE細胞接種于96孔細胞培養板,每種細胞分別接種36副孔。待80%細胞融合后,給予50 ng/ml LPS、200 ng/ml TNF-α干預,激活RPE功能并誘發其表面CD73脫落。依據是否同時加入MMP-9抑制劑CTK8G1150(終濃度5.0 μmol/L)將每種細胞等分為C57BL/6 MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組,CD73-/-MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組。48 h后充分清洗細胞,每組中18副孔細胞培養基中分別加入溶酶、1 μmol/L AMP、1 μmol/L AMP及3 μmol/L CD73抑制劑5'-α,β-亞甲基-二磷酸腺苷(APCP)(AMP+ APCP),不同刺激方式均為6副孔。每孔中均加入分離自B6小鼠的CD4+ T細胞,密度為5×105個/ml。每組6副孔中,3孔細胞加入抗CD3抗體至0.2 μg/ml(增生組),用于刺激CD4+ T細胞的增生;3孔細胞不加入抗CD3抗體(本底組),用于增生反應本底的計算。16 h后每孔中加入1 uci [3H]-TdR。12 h后終止培養,使用Filtermate收集器收集細胞至含有GF/C濾膜的Unifilter 板。液體閃爍計數器測定放射性[3H]的摻入,以增生組減去本底組后放射強度表征該組別RPE細胞刺激CD4+ T細胞增生能力。
1.4 過繼免疫誘發EAU及MMP-9抑制劑干預
雌性野生型B6小鼠及CD73-/-小鼠,鼠齡20~24周,體重20 g,SPF級;由天津實驗動物中心提供。隨機選取B6小鼠32只,以過繼免疫方式誘導EAU,每只小鼠IRBP 1-20劑量為150 μg。將IRBP1-20與等容量弗氏完全佐劑充分混勻成乳劑,于小鼠背部皮下及尾根部進行多點注射,注射前4 h腹腔注射百日咳毒素100 ng。14 d后過量麻醉處死,收集脾臟及外周淋巴結組織,制成單細胞懸液。按1×107個/ml細胞密度接種至6孔培養板,加入IRBP1-20至終濃度為10 μg/ml。2 d后收集懸浮細胞,Ficoll密度梯度離心去除死細胞及紅細胞;計數后作為供體細胞。隨機選取B6小鼠及CD73-/-小鼠各8只,經腹腔注射5×106個供體細胞作為受體小鼠。不同受體小鼠均隨機分為MMP-9抑制劑干預組及未干預對照組,每組均為4只;過繼免疫后4、7、10 d視網膜下腔分別注射CTK8G1150或溶媒。自第8天開始,每2天行間接檢眼鏡檢查,進行EAU評分[13]。隨機選取B6小鼠4只作為正常對照組,不做任何處理。過繼免疫誘發EAU后14 d,每組隨機選取2只小鼠過量麻醉處死,摘除眼球。10%中性福爾馬林中固定;石蠟包埋切片,HE染色,光學顯微鏡下觀察眼底組織結構及有無淋巴細胞浸潤。
1.5 MMP-9抑制劑對體內RPE細胞CD73含量的影響
過繼免疫后14 d,每組隨機選取2只小鼠過量麻醉處死,摘除眼球,分離RPE細胞。半數RPE細胞以Trizol法提取細胞總RNA,逆轉錄成cDNA,實時定量PCR(RT-PCR)檢測RPE細胞中CD73 mRNA表達。以GAPDH為內參照,結果以2-△CT表示。另半數RPE細胞進行細胞膜蛋白提取,取200 μg膜蛋白行SDS-PAGE、轉膜,Western blot法測定細胞中CD73蛋白表達。所用初級抗體為兔抗小鼠CD73多克隆抗體,次級抗體為辣根過氧化物酶標記的羊抗兔IgG,鈉鉀ATP酶作為膜蛋白內參照。
1.6 統計學分析
采用SPSS16.0軟件行統計學處理。所有數據以均數±標準差(±s)表示。組間比較采用單因素方差分析;組內兩兩比較行SNK-q檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
[3H]-TdR 摻入法檢測結果顯示,刺激方式為AMP時,C57BL/6 MMP-9抑制劑干預組CD4+ T細胞增生能力較未干預對照組顯著下降,差異有統計學意義(F=13.28,P<0.01);溶媒、AMP+APCP時,兩組CD4+ T細胞增生能力比較,差異無統計學意義(F=7.78、6.58,P>0.05)。C57BL/6 MMP-9抑制劑干預組內CD4+ T細胞增生能力比較,AMP與溶媒、AMP+APCP差異有統計學意義(P<0.05)(圖1A)。CD73-/-MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組不同刺激方式CD4+ T細胞增生能力比較,差異均無統計學意義(F=5.24、6.12、7.04,P>0.05);CD73-/- MMP-9抑制劑干預組內CD4+ T細胞增生能力比較,差異均無統計學意義(P>0.05)(圖1B)。

B6受體小鼠MMP-9抑制劑干預組EAU發病時間及病情評分均顯著低于未干預對照組(圖2A);CD73-/-小鼠MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組發病時間、病情評分均無差異(圖2B)。

過繼免疫后14 d,B6受體小鼠MMP-9抑制劑干預組EAU評分較未干預對照組顯著降低,差異有統計學意義(F=13.87,P<0.01)(圖3)。間接檢眼鏡檢查結果顯示,未干預對照組小鼠視網膜可見散在、多發的出血斑;MMP-9抑制劑干預組小鼠視網膜僅可見少量點狀滲出。光學顯微鏡觀察結果顯示,未干預對照組小鼠眼底組織結構破壞嚴重,可見明顯出血及細胞浸潤;MMP-9抑制劑干預組小鼠眼底僅可見輕微組織結構改變,無明顯出血及細胞浸潤(圖4)。


RT-PCR檢測結果顯示,B6受體小鼠MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組以及正常對照組小鼠RPE細胞中CD73 mRNA相對表達量比較,差異無統計學意義(F=6.54、7.02,P>0.05)(圖5A)。Western blot檢測結果顯示,B6受體小鼠MMP-9抑制劑干預組、正常對照組小鼠RPE細胞中可見大量CD73蛋白表達,未干預對照組RPE細胞中CD73蛋白顯著降低(圖5B),差異有統計學意義(F=15.24、14.22,P<0.01)(圖5C)。

3 討論
除對眼底組織的支持、營養、保護等作用外,RPE細胞對局部免疫反應的調節作用近年來備受關注。生理條件下RPE細胞主要發揮免疫抑制作用,促使眼底組織處于免疫豁免狀態[14-15]。當某些病理因素存在時,RPE的免疫抑制功能明顯減弱,甚至表現出明顯的對免疫反應及炎癥的促進作用[16-17]。其中,炎癥發生時RPE細胞表面CD73含量的顯著下降也是誘發RPE免疫抑制功能減弱的重要因素。本研究嘗試以MMP-9抑制劑阻斷RPE細胞表面CD73的脫落,強化RPE的免疫抑制功能以治療EAU。結果顯示,MMP-9抑制劑CTK8G1150所干預的野生型RPE在AMP存在時對CD4細胞的增生刺激作用明顯減弱,并可被CD73抑制劑所拮抗。我們據此推論,CTK8G1150阻斷炎癥因子所誘發的RPE細胞表面CD73的脫落,CD73將AMP代謝為腺苷發揮對CD4細胞增生的抑制作用[18]。另外,本研究結果進一步證實CTK8G1150是通過調節CD73的含量變化以影響RPE細胞的功能,其原因是其在CD73-/-小鼠 RPE細胞中未表現出類似作用。
在上述結果基礎上,本研究觀察了給予CTK8G1150是否可阻斷體內RPE細胞表面CD73的脫落,并由此對EAU發揮保護作用。由于MMP-9自身對炎癥反應具有顯著調節作用,可直接影響T淋巴細胞的激活及遷移[19-20]。為盡量避免CTK8G1150的直接免疫調節作用,檢測其是否可通過影響RPE細胞表面CD73含量間接參與免疫調節,本研究以過繼免疫方式誘導EAU,避免MMP-9對外周T細胞激活的影響;采用視網膜下腔注射的方式體內給予CTK8G1150,減少其非眼底組織的作用;設立CD73-/-小鼠為EAU受體實驗,以確定CTK8G1150的作用依賴于CD73的存在。結果顯示,在EAU發生時RPE細胞表面CD73的含量急劇降低,CTK8G1150可在體內有效阻斷CD73的丟失。同時,各組小鼠RPE細胞中CD73 mRNA的表達無明顯差異。與我們此前報道的CD73在RPE細胞中含量的變化由酶解脫落所控制的結論相一致[9]。本研究結果充分證明MMP-9抑制劑在野生型B6受體小鼠中對過繼免疫誘發EAU的保護作用,CTK8G1150的作用依賴于眼底組織中CD73分子的存在。
本研究以過繼免疫EAU模型證實以MMP-9抑制劑阻斷RPE細胞中CD73的脫落可保護EAU,為免疫性葡萄膜炎的治療提供初步理論依據。但值得注意的是,雖然MMP-9在理論上可通過阻斷RPE細胞中CD73的脫落而對EAU具有保護作用,但其價值更多在于理論層面。由于MMP-9在體內有諸多生理作用,其抑制劑的體內應用具有很大不確定性。
三磷酸腺苷(ATP)及其代謝產物不僅是重要的能量代謝物質也具有顯著免疫調控作用[1-2]。當缺氧或局部炎癥發生時,ATP被大量釋放至胞外加重局部炎癥反應[3-5]。ATP在細胞外并不穩定,可被逐級酶解為腺苷。與ATP作用截然相反,腺苷具有顯著的免疫抑制功能[6-8]。位于細胞膜表面的5'-核苷酸酶CD73控制單磷酸腺苷(AMP)至腺苷的分解過程,是腺苷產生的限速酶。RPE細胞是眼底組織中唯一表達CD73的細胞,當炎癥發生時RPE細胞表面CD73含量急劇下降甚至轉為陰性,腺苷所發揮的免疫抑制功能顯著下降,從而促進炎癥的發生[9]。研究發現,RPE細胞表面CD73含量減少是由于MMP-9在Lys547-Phe548位點水解CD73,使得該分子自RPE細胞膜表面脫落所致[10]。CD73通過調節不同免疫細胞功能參與實驗性自身免疫葡萄膜炎(EAU)的關系研究尚少。本研究旨在驗證MMP-9抑制劑阻斷CD73自RPE細胞脫落,為葡萄膜炎的治療提供初步理論依據。現將結果報道如下。
1 材料和方法
1.1 材料
選擇性MMP-9抑制劑CTK8G1150(美國eBioscience公司);脂多糖(LPS)及TNF-α(美國Invitrogen 公司);CD4+ T細胞分離試劑盒及抗小鼠CD3抗體(美國Stemcell公司),兔抗小鼠CD73多克隆抗體(美國 Santa Cruz公司);氚標記胸腺嘧啶核苷([3H]-TdR)(北京原子能研究所)。
1.2 小鼠RPE細胞分離和培養
雌性野生型C57BL/6、CD73基因敲除(CD73-/-)小鼠各4只。4周齡,體重10 g,無特定病原體(SPF)級;由天津實驗動物中心提供。飼養環境及實驗操作均符合國家科學技術委員會《實驗動物管理條例》的規定,并獲得天津醫科大學動物倫理委員會許可(許可號:TMUAC00281)。參照文獻[11-12]的方法分離RPE細胞,計數后接種于培養瓶中,以含10%胎牛血清(FBS)及雙抗RPMI 1640培養基進行培養,37 ℃、5%CO2分壓。待細胞達到80%融合時以0.2%的胰蛋白酶和0.02%EDTA消化、傳代、凍存。取第3代細胞進行后續實驗。
1.3 [3H]-TdR 摻入法檢測RPE細胞對CD4+ T細胞增生的作用
傳代后的RPE細胞接種于96孔細胞培養板,每種細胞分別接種36副孔。待80%細胞融合后,給予50 ng/ml LPS、200 ng/ml TNF-α干預,激活RPE功能并誘發其表面CD73脫落。依據是否同時加入MMP-9抑制劑CTK8G1150(終濃度5.0 μmol/L)將每種細胞等分為C57BL/6 MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組,CD73-/-MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組。48 h后充分清洗細胞,每組中18副孔細胞培養基中分別加入溶酶、1 μmol/L AMP、1 μmol/L AMP及3 μmol/L CD73抑制劑5'-α,β-亞甲基-二磷酸腺苷(APCP)(AMP+ APCP),不同刺激方式均為6副孔。每孔中均加入分離自B6小鼠的CD4+ T細胞,密度為5×105個/ml。每組6副孔中,3孔細胞加入抗CD3抗體至0.2 μg/ml(增生組),用于刺激CD4+ T細胞的增生;3孔細胞不加入抗CD3抗體(本底組),用于增生反應本底的計算。16 h后每孔中加入1 uci [3H]-TdR。12 h后終止培養,使用Filtermate收集器收集細胞至含有GF/C濾膜的Unifilter 板。液體閃爍計數器測定放射性[3H]的摻入,以增生組減去本底組后放射強度表征該組別RPE細胞刺激CD4+ T細胞增生能力。
1.4 過繼免疫誘發EAU及MMP-9抑制劑干預
雌性野生型B6小鼠及CD73-/-小鼠,鼠齡20~24周,體重20 g,SPF級;由天津實驗動物中心提供。隨機選取B6小鼠32只,以過繼免疫方式誘導EAU,每只小鼠IRBP 1-20劑量為150 μg。將IRBP1-20與等容量弗氏完全佐劑充分混勻成乳劑,于小鼠背部皮下及尾根部進行多點注射,注射前4 h腹腔注射百日咳毒素100 ng。14 d后過量麻醉處死,收集脾臟及外周淋巴結組織,制成單細胞懸液。按1×107個/ml細胞密度接種至6孔培養板,加入IRBP1-20至終濃度為10 μg/ml。2 d后收集懸浮細胞,Ficoll密度梯度離心去除死細胞及紅細胞;計數后作為供體細胞。隨機選取B6小鼠及CD73-/-小鼠各8只,經腹腔注射5×106個供體細胞作為受體小鼠。不同受體小鼠均隨機分為MMP-9抑制劑干預組及未干預對照組,每組均為4只;過繼免疫后4、7、10 d視網膜下腔分別注射CTK8G1150或溶媒。自第8天開始,每2天行間接檢眼鏡檢查,進行EAU評分[13]。隨機選取B6小鼠4只作為正常對照組,不做任何處理。過繼免疫誘發EAU后14 d,每組隨機選取2只小鼠過量麻醉處死,摘除眼球。10%中性福爾馬林中固定;石蠟包埋切片,HE染色,光學顯微鏡下觀察眼底組織結構及有無淋巴細胞浸潤。
1.5 MMP-9抑制劑對體內RPE細胞CD73含量的影響
過繼免疫后14 d,每組隨機選取2只小鼠過量麻醉處死,摘除眼球,分離RPE細胞。半數RPE細胞以Trizol法提取細胞總RNA,逆轉錄成cDNA,實時定量PCR(RT-PCR)檢測RPE細胞中CD73 mRNA表達。以GAPDH為內參照,結果以2-△CT表示。另半數RPE細胞進行細胞膜蛋白提取,取200 μg膜蛋白行SDS-PAGE、轉膜,Western blot法測定細胞中CD73蛋白表達。所用初級抗體為兔抗小鼠CD73多克隆抗體,次級抗體為辣根過氧化物酶標記的羊抗兔IgG,鈉鉀ATP酶作為膜蛋白內參照。
1.6 統計學分析
采用SPSS16.0軟件行統計學處理。所有數據以均數±標準差(±s)表示。組間比較采用單因素方差分析;組內兩兩比較行SNK-q檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
[3H]-TdR 摻入法檢測結果顯示,刺激方式為AMP時,C57BL/6 MMP-9抑制劑干預組CD4+ T細胞增生能力較未干預對照組顯著下降,差異有統計學意義(F=13.28,P<0.01);溶媒、AMP+APCP時,兩組CD4+ T細胞增生能力比較,差異無統計學意義(F=7.78、6.58,P>0.05)。C57BL/6 MMP-9抑制劑干預組內CD4+ T細胞增生能力比較,AMP與溶媒、AMP+APCP差異有統計學意義(P<0.05)(圖1A)。CD73-/-MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組不同刺激方式CD4+ T細胞增生能力比較,差異均無統計學意義(F=5.24、6.12、7.04,P>0.05);CD73-/- MMP-9抑制劑干預組內CD4+ T細胞增生能力比較,差異均無統計學意義(P>0.05)(圖1B)。

B6受體小鼠MMP-9抑制劑干預組EAU發病時間及病情評分均顯著低于未干預對照組(圖2A);CD73-/-小鼠MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組發病時間、病情評分均無差異(圖2B)。

過繼免疫后14 d,B6受體小鼠MMP-9抑制劑干預組EAU評分較未干預對照組顯著降低,差異有統計學意義(F=13.87,P<0.01)(圖3)。間接檢眼鏡檢查結果顯示,未干預對照組小鼠視網膜可見散在、多發的出血斑;MMP-9抑制劑干預組小鼠視網膜僅可見少量點狀滲出。光學顯微鏡觀察結果顯示,未干預對照組小鼠眼底組織結構破壞嚴重,可見明顯出血及細胞浸潤;MMP-9抑制劑干預組小鼠眼底僅可見輕微組織結構改變,無明顯出血及細胞浸潤(圖4)。


RT-PCR檢測結果顯示,B6受體小鼠MMP-9抑制劑干預組、未干預對照組以及正常對照組小鼠RPE細胞中CD73 mRNA相對表達量比較,差異無統計學意義(F=6.54、7.02,P>0.05)(圖5A)。Western blot檢測結果顯示,B6受體小鼠MMP-9抑制劑干預組、正常對照組小鼠RPE細胞中可見大量CD73蛋白表達,未干預對照組RPE細胞中CD73蛋白顯著降低(圖5B),差異有統計學意義(F=15.24、14.22,P<0.01)(圖5C)。

3 討論
除對眼底組織的支持、營養、保護等作用外,RPE細胞對局部免疫反應的調節作用近年來備受關注。生理條件下RPE細胞主要發揮免疫抑制作用,促使眼底組織處于免疫豁免狀態[14-15]。當某些病理因素存在時,RPE的免疫抑制功能明顯減弱,甚至表現出明顯的對免疫反應及炎癥的促進作用[16-17]。其中,炎癥發生時RPE細胞表面CD73含量的顯著下降也是誘發RPE免疫抑制功能減弱的重要因素。本研究嘗試以MMP-9抑制劑阻斷RPE細胞表面CD73的脫落,強化RPE的免疫抑制功能以治療EAU。結果顯示,MMP-9抑制劑CTK8G1150所干預的野生型RPE在AMP存在時對CD4細胞的增生刺激作用明顯減弱,并可被CD73抑制劑所拮抗。我們據此推論,CTK8G1150阻斷炎癥因子所誘發的RPE細胞表面CD73的脫落,CD73將AMP代謝為腺苷發揮對CD4細胞增生的抑制作用[18]。另外,本研究結果進一步證實CTK8G1150是通過調節CD73的含量變化以影響RPE細胞的功能,其原因是其在CD73-/-小鼠 RPE細胞中未表現出類似作用。
在上述結果基礎上,本研究觀察了給予CTK8G1150是否可阻斷體內RPE細胞表面CD73的脫落,并由此對EAU發揮保護作用。由于MMP-9自身對炎癥反應具有顯著調節作用,可直接影響T淋巴細胞的激活及遷移[19-20]。為盡量避免CTK8G1150的直接免疫調節作用,檢測其是否可通過影響RPE細胞表面CD73含量間接參與免疫調節,本研究以過繼免疫方式誘導EAU,避免MMP-9對外周T細胞激活的影響;采用視網膜下腔注射的方式體內給予CTK8G1150,減少其非眼底組織的作用;設立CD73-/-小鼠為EAU受體實驗,以確定CTK8G1150的作用依賴于CD73的存在。結果顯示,在EAU發生時RPE細胞表面CD73的含量急劇降低,CTK8G1150可在體內有效阻斷CD73的丟失。同時,各組小鼠RPE細胞中CD73 mRNA的表達無明顯差異。與我們此前報道的CD73在RPE細胞中含量的變化由酶解脫落所控制的結論相一致[9]。本研究結果充分證明MMP-9抑制劑在野生型B6受體小鼠中對過繼免疫誘發EAU的保護作用,CTK8G1150的作用依賴于眼底組織中CD73分子的存在。
本研究以過繼免疫EAU模型證實以MMP-9抑制劑阻斷RPE細胞中CD73的脫落可保護EAU,為免疫性葡萄膜炎的治療提供初步理論依據。但值得注意的是,雖然MMP-9在理論上可通過阻斷RPE細胞中CD73的脫落而對EAU具有保護作用,但其價值更多在于理論層面。由于MMP-9在體內有諸多生理作用,其抑制劑的體內應用具有很大不確定性。