作者:George T. Noutsios et al. 来源:Biology of Sex Differences 发布时间:2018/6/21 14:27:53
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来个深呼吸:性别差异可能在肺部疾病的发病和治疗中发挥重要作用

论文题目:SP-A2 contributes to miRNA-mediated sex differences in response to oxidative stress: pro-inflammatory, anti-apoptotic, and anti-oxidant pathways are involved

期刊:Biology of Sex Differences

作者:George T. Noutsios et al.

发表时间:2017/12/4

数字识别码:10.1186/s13293-017-0158-2

原文链接:https://bsd.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13293-017-0158-2#Sec14

OSSD性别差异生物学出版奖获得者Joanna Floros阐述了性别差异如何成为她自己研究中一个重要因素,并解释了她在2017年OSSD会议上获奖论文的研究的重要性。Floros博士的研究侧重于肺病发展和治疗中的性别差异。

每年,性别差异研究组织(OSSD)和Biology of Sex Differences的主编选择一篇当年发表的杰出论文,并在年会上给作者颁发OSSD-BSD出版奖。今年的获奖者是Joanna Floros博士。这篇由Floros博士和她的同事们撰写的博客概述了她开始成为一位性别差异研究者以及她获奖论文中的发现。

一位性别差异研究者诞生了

经过了博士后阶段的培训,我(Joanna Floros博士)开始与哈佛医学院小儿科的新生儿科临床团队合作。研究重点是肺表面活性物质,这是一种对生命至关重要的脂蛋白复合物,因为它降低了表面张力并防止肺部塌陷。缺少肺表面活性物质或表面活性物质的量不足的早产儿患有呼吸问题,并可能发展为呼吸窘迫综合征(RDS)。在我哈佛大学的研究中,发现早产男婴具有更高的RDS风险,因为表面活性物质的产生有点延迟。因此,在我职业生涯最开始从事肺相关研究时,我就意识到性别在我的研究中是一个重要的变量。

迄今为止,肺表面活性蛋白仍然是我实验室里最重要的焦点。这些蛋白质(特别是代表着表面活性蛋白A的 “SP-A” 蛋白)和肺泡巨噬细胞(“AM”,也被称为尘细胞,因其在清洁肺部潜在的有害颗粒方面起作用)是抵御许多有害病原体、过敏原和污染物(比如臭氧,O3)的第一道防线。人类的SP-A染色体位点由两个功能基因组成,分别编码SP-A1和SP-A2蛋白。每个基因用几个编码序列内部有所不同的基于SP-A的变异体进行进一步鉴定。遗传学研究表明,这些SP-A1和SP-A2的变异体与多种肺部疾病有所关联,体外研究展示出这两种基因产物及变异体之间在功能、结构和调控上的差异。此时,我们对这些变异体进行在体研究变得势在必行,而且这带来人源化转基因(hTG)小鼠的产生,每只小鼠携带一种不同的人SP-A变异体,而且编码SP-A变异体的基因被敲除(KO)。

2017 OSSD-BSD出版奖获奖论文:研究概述

环境污染(特别是臭氧诱导的氧化应激)不仅对肺功能和炎症造成负面影响,而且对SP-A变异体也有不同地影响。我们和其他研究已经表明,在没有SP-A的情况下,肺炎和其他类型肺损伤的负面影响增加。此外,在经历单独的细菌感染或先经历臭氧诱导氧化应激再经历细菌感染的雄性和雌性野生型和SP-A敲除小鼠中观察到存活率的性别差异。雌性在单独感染时表现出更高的存活率,但是当氧化应激先于感染时,存活率结果则相反,雄性表现更好。性激素显然在其中起到作用,因为没有在摘除卵巢/阉割的小鼠中频繁看到存活率的性别差异。AM蛋白质组中的性别差异与SP-A基因型的函数关系也已被认识到。由于SP-A通过AM的吞噬作用和炎症过程(两者都是几种肺部疾病的核心)调节病原体(包括细菌)的清除,从而在肺的天然免疫中起到关键作用,在我们的研究中,我们力图研究臭氧诱导的氧化应激作为SP-A基因型和性别的函数对AM miRNome的调节的影响机制。

我们假设,无论氧化应激存在与否,两种人SP-A1和SP-A2基因产物对雄性和雌性小鼠的AM miRNome差异调节。小分子核糖核酸(miRNA)是参与基因转录后调控的短链非编码RNA,在多种生物过程中起到关键作用。许多miRNA已在哺乳动物细胞中被识别出来,而且高达三分之一的蛋白编码基因是受这些小分子调节。我们将表达SP-A1或SP-A2的雄性和雌性小鼠暴露于臭氧或过滤空气(对照),并测量372个miRNA的表达水平。那些由于响应氧化应激而被显著改变了表达的miRNAs被识别出来,并被用于识别涉及到的和可能受这些miRNAs影响的通路和分子。研究结果表明,由于响应臭氧暴露,AM miRNome受到两种SP-A基因的差异调节,并且SP-A2雄性(而非雌性)的miRNome与参与炎症通路基因、活性氧调节和细胞死亡(总结在图1中)相关,这表明所涉及的通路具有性别特异性。性激素参与SP-A2性别特异性miRNome的发现得到了我们在经摘除卵巢和阉割的小鼠中的发现的支持,阉割后的SP-A2雄性小鼠的miRNome的调节与雌性小鼠的相比,对氧化应激的响应有着显着改变。这些发现支持了之前在存活者中的性别差异观察。

图1. 图示在臭氧响应方面,与KO小鼠相比,SP-A2小鼠的AM中,miRNAs在介导调节涉及抗凋亡、炎性的、活性氧的通路中的作用。此工作中研究的miRNAs和基因用黄色高亮显示。上(↑)下(↓)箭头表示增加或降低。(Noutsios, G.T.等, 2017).

尽管男性和女性都有类似的呼吸需求,性别已被确认为人类肺部疾病的几个危险因素之一。肺功能的性别差异可能显着影响临床结果并调节肺部疾病易感性,例如呼吸道感染、COPD、哮喘、CF、以及臭氧暴露影响下的哮喘急性发作。

本研究的发现提供了一些性别差异可能发生的机制的认知。将来,此信息可能有助于适当的性别特异性治疗方法的考量和/或避免一种性别相对于另一种性别可能引起的副作用或者甚至是给定的药物或疗法完全无效。此外,无论是关于动物还是人类的性别研究,并不是所有的动物/人类都有同样的临床结果,这表明其他因素也有作用。在此研究中,我们观察到SP-A遗传学在臭氧诱导氧化应激后的结果中起到重要作用。这一点非常重要,因为为了推进个性化的药物治疗,我们需要考虑很多因素,包括性别、遗传学和环境影响。

摘要:

Background

Human innate host defense molecules, surfactant protein A1 (SP-A1), and SP-A2 differentially affect the function and proteome of the alveolar macrophage (AM). We hypothesized that SP-A genes differentially regulate the AM miRNome.

Methods

Humanized transgenic mice expressing SP-A1 and SP-A2 were subjected to O3-induced oxidative stress (OxS) or filtered air (FA), AMs were isolated, and miRNA levels were measured.

Results

In SP-A2 males, we found significant changes in miRNome in terms of sex and sex-OxS effects, with 11 miRNAs differentially expressed under OxS. Their mRNA targets included BCL2, CAT, FOXO1, IL6, NF-kB, SOD2, and STAT3. We followed the expression of these transcripts as well as key cytokines, and we found that (a) the STAT3 mRNA significantly increased at 4 h post OxS and returned to baseline at 18 h post OxS. (b) The anti-oxidant protein SOD2 level significantly increased, but the CAT level did not change after 4 h post OxS compared to control. (c) The anti-apoptotic BCL2 mRNA increased significantly (18 h post OxS), but the levels of the other transcripts were decreased. The presence of the SP-A2 gene had a protective role in apoptosis of AMs under OxS compared to mice lacking SP-A (knockout, KO). (d) Pro-inflammatory cytokine IL-6 protein levels were significantly increased in SP-A2 mice compared to KO (4 and 18 h post OxS), which signifies the role of SP-A2 in pro-inflammatory protein expression. (e) SOD2 and CAT mRNAs changed significantly in OxS indicating a plausible role of SP-A2 in the homeostasis of reactive oxygen species. (f) Gonadectomy of transgenic mice showed that sex hormones contribute to significant changes of the miRNome expression.

Conclusions

We conclude that SP-A2 influences the miRNA-mediated sex-specific differences in response to OxS. In males, these differences pertain to inflammatory, anti-apoptotic, and anti-oxidant pathways.

阅读论文全文,请访问https://bsd.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13293-017-0158-2#Sec14

期刊介绍:Biology of Sex Differences considers manuscripts on all aspects of the effects of sex on biology and disease. Sex has profound effects on physiology and the susceptibility to disease. The function of cells and organs depends on their sex, determined by the interplay among the genome and biological and social environments. The study of sex differences is a discipline in itself, with its own concepts and methods that apply across tissues.

2016 Journal Metrics

Citation Impact

3.635 - 2-year Impact Factor

1.203 - Source Normalized Impact per Paper (SNIP)

2.278 - SCImago Journal Rank (SJR)(来源:科学网)

 
 
 
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