THP-1基因编辑细胞：免疫疾病与抗炎作用研究利器

使用CRISPR/Cas9构建THP-1细胞的GD模型，助力GD病理生理学研究和高通量药物筛选

使用CRISPR/Cas9构建Nrf2敲除THP-1细胞助力SLE的治疗研究

构建IL-38过表达THP-1细胞细胞株研究抗炎作用

THP-1基因编辑细胞：免疫疾病与抗炎作用研究利器

背景

THP-1细胞系是从一名患有急性单核细胞白血病的1岁小男孩的外周血中分离得到的，在调控组织稳态、炎症反应等方面的研究发挥着重要作用，该细胞株已被广泛用于研究单核/巨噬细胞的功能机制、信号通路、营养和药物转运、免疫应答等方面。相对于U937、HL-60、ML-2等白血病细胞系，THP-1更有类似人原代单核细胞的形态和功能特征（包括细胞分化标记）。相对于人外周血单核细胞（PBMC），THP-1更易在实验室中培养和扩增，且具有更稳定的基因背景，不存在PBMC的个体差异性问题，利于实验结果的重现。因此，THP-1是各大实验室常用的急性单核细胞白血病细胞系，是研究免疫和炎症的理想工具。

1. 使用基因编辑构建THP-1细胞的GD模型，助力GD病理生理学研究和高通量药物筛选

戈谢病(GD)是由酸性β-葡萄糖苷酶基因(GBA1)突变引起的一种常染色体隐性溶酶体沉积病，会导致酸性β-葡萄糖苷酶(GCase)活性不足，随后在溶酶体内逐渐积累糖基神经酰胺(GlcCer)和糖基鞘氨醇(LysoGL1)。一直以来研究人员专注于开发有效的，可重现该病的基因和表型特征的GD细胞模型，以寻求更好的病理生理学研究和开发新的治疗方法。Eleonora Pavan等学者利用CRISPR/Cas9技术对THP-1细胞的GBA1基因进行了编辑，构建了单核细胞的等基因GD模型。

研究人员应用编辑流程后（图1A），通过WB筛选出3个显示出GCase低表达的THP-1克隆（图1B），其中D2克隆几乎没有酶活性(野生型剩余活性为1%)。由于在GD细胞中积累的GlcCer被溶酶体酸性神经酰胺酶转化为其去乙酰化的溶脂酶LysoGL1，被认为是GD的生物标志物。因此，研究人员还检测了这些克隆中的LysoGL1的含量（图1D），研究GCase活性的降低是否导致了LysoGL1的积累。最终发现只有D2克隆中极低的剩余酶活性会导致大量底物积累，因此研究人员选择了D2作为GD模型。THP-1 GBA1突变细胞为进一步探讨GD病理生理学提供了一个很好的模型，可以当作一些难以获得、在体外难增殖的细胞的替代研究对象例如GD患者的单核细胞、单核细胞分化而来的巨噬细胞或iPSC分化的巨噬细胞。

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图1

2.构建Nrf2基因敲除THP-1细胞助力SLE的治疗研究

系统性红斑狼疮(Systemic lupus erythematosus, SLE)是一种多因子自身免疫性疾病。核因子NF-E2相关因子(Nrf2)介导许多抗氧化和抗炎基因的转录和表达。由于Nrf2缺失会导致老年雌性小鼠发生狼疮样自身免疫性肾炎，提示Nrf2对SLE的发生发展至关重要。有研究表明，衣康酸（Itaconate）是Nrf2的一种新型激活剂。Itaconate直接烷基化Keap1上的151、257、288、273和297半胱氨酸残基，使Nrf2蛋白稳定、积累和活化。此外，一种新的细胞渗透性衣康酸衍生物，4-辛基衣康酸(OI)，增加了具有抗氧化和抗炎能力的下游基因Nrf2的表达。为了证实OI诱导的抗炎作用需要激活Nrf2，研究人员利用shRNA和构建 Nrf2基因敲除细胞系来抑制THP-1人巨噬细胞中的Nrf2和完全敲除THP-1细胞中的Nrf2。如图所示，具有Nrf2 shRNA或Nrf2- ko构建的稳定THP-1细胞中Nrf2 mRNA的表达水平显著降低(图2A)。OI诱导的Nrf2蛋白稳定(图2A)、HO1/NQO1mRNA(图2C)和蛋白(图2B)的表达以及NQO1的激活(图2D)几乎被Nrf2沉默或KO阻断(图2B- d)。重要的是，OI预处理并不会抑制LPS诱导的NFκB活化(图2E)和TNF-α的产生(图2F)。

图2

通过进一步的研究表明，Nrf2的激活在OI诱导的抗氧化和抗炎作用中是必需的。Nrf2沉默或敲除几乎完全消除了SLE患者来源的 PBMCs和LPS激活的THP-1细胞中OI诱导的作用。与其他Nrf2激活剂相比，这种新化合物的一个关键优势是它直接与Keap1相关，并导致Keap1乙酰化和Nrf2解离，使得Nrf2直接并持续激活。该研究证明了OI和itaconate对SLE的治疗有重要的治疗价值。

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3.THP-1细胞内IL-38过表达引起抗炎作用

白细胞介素(IL)-38是属于IL-1家族的一种细胞因子，这种细胞因子在类风湿性关节炎(RA)滑膜组织中表达，有研究发现IL-38缺乏的小鼠加剧了关节炎。为了研究IL-38在THP-1单核细胞系体外过表达是否影响其细胞因子的产生，研究人员使用慢病毒转染THP-1细胞法使其过表达人IL-38(图3A, B)。结果显示在THP-1细胞中过表达IL-38显著降低了脂多糖(LPS)刺激后IL-6和IL-23p19 mRNA的表达。此外还显著降低LPS诱导的IL-6、TNFα、IL-23和IL-10蛋白分泌2.5倍(图3C, D)，但IL-1β未受影响(图3D)。

该研究强调了IL-38在体内过表达的抗炎作用：该细胞因子在炎症浸润中作用于巨噬细胞，对Th17细胞因子有间接作用，降低了促炎细胞因子的表达。但IL-38是否能够被认为是关节炎或其他炎症性疾病的一种新的治疗选择，还有待进一步的实验研究。

图3

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