本方案描述了在人呼吸道上皮细胞中建立和验证稳定的 STAT6 荧光素酶报告基因检测的方法。该方法可在受控条件下高效筛选可调节 STAT6 活性的环境毒物和空气污染物组分 体外 条件。
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本方案描述了在人呼吸道上皮细胞中建立和验证稳定的 STAT6 荧光素酶报告基因检测的方法。该方法可在受控条件下高效筛选可调节 STAT6 活性的环境毒物和空气污染物组分 体外 条件。
与空气污染相关的过敏性气道炎症正日益成为重要的公共卫生问题。白细胞介素-4(IL-4)和白细胞介素-13(IL-13)可激活信号转导子与转录激活子6(STAT6)通路,该通路是过敏性气道炎症的核心介质,可能调节污染物引起的呼吸系统毒性。本研究描述了一种在人源气道上皮细胞中建立并验证稳定的STAT6荧光素酶报告基因检测方法,用于评估可调节STAT6信号通路的环境毒物。人支气管上皮16HBE14o-细胞− 细胞通过慢病毒载体转导了STAT6响应性荧光素酶报告系统,随后优化了嘌呤霉素筛选浓度和感染复数,并通过有限稀释法进行单克隆分离。筛选获得一个在连续传代中表现出强效且可重复诱导的稳定克隆。通过IL-4/IL-13刺激验证报告系统的响应性,并利用特异性STAT6、STAT5和STAT3抑制剂确认其对STAT6的依赖性。通过Z值量化检测性能′-因子分析,表明可重复的信号分离。此外,该检测方法还应用于单个空气污染物组分,以及苯并[b]荧蒽和颗粒物显著增加了STAT6报告基因活性。该方法为检测气道上皮细胞中STAT6活性以及筛选可调节过敏性气道信号通路的环境毒物提供了一种可扩展的策略。
空气污染是当前最紧迫的全球公共卫生挑战之一,具有深远的健康影响和经济社会后果。目前,空气污染被列为全球第二大死亡风险因素,每年导致810万人死亡1,2,3。在各类空气污染物中,直径小于2.5微米的细颗粒物(PM2.5)因其可深入穿透呼吸道而构成最大的健康风险4,5。长期暴露于高浓度PM2.5已被明确证实与肺功能下降以及呼吸系统疾病住院率升高密切相关6。包括哮喘、过敏性鼻炎和特应性皮炎在内的过敏性炎症性疾病的患病率在全球范围内持续上升,且在污染严重的特大城市中尤为突出4。
变应性气道疾病(如特应性哮喘)主要由2型炎症反应介导,其特征是白细胞介素-4(IL-4)和白细胞介素-13(IL-13)水平升高,并激活信号转导子和转录激活子6(STAT6)信号通路7。在气道上皮细胞中,IL-4和IL-13驱动的STAT6磷酸化可促进黏液过度分泌并破坏上皮屏障,表明STAT6是变应性气道病理过程的核心介质,也是重要的治疗靶点8,9。来自小鼠模型的实验证据表明,暴露于PM2.5和二氧化硫会增强STAT6信号传导,并加剧变应性气道炎症10,11。然而,尚无系统研究评估单个空气污染物组分是否可直接调节人源气道上皮细胞中STAT6的转录活性。
空气污染由多种化学成分复杂的物质组成,包括颗粒物、多环芳烃(PAHs)、重金属和无机盐,这些成分各自对气道STAT6活化的作用尚不明确12,13。目前用于检测气道上皮细胞中STAT6活性的方法,如终点磷酸化检测或基于瞬时转染的报告系统,均不适用于大规模化学物质筛选。因此,建立一种在人源气道上皮细胞中稳定表达的STAT6报告系统,将为识别可调节过敏性气道信号通路的污染物提供可扩展的工具。本实验方案描述了在16HBE14o−气道上皮细胞中构建和验证稳定的STAT6荧光素酶报告检测方法,从而实现对环境样品及单一化学毒物诱导STAT6活化的定量评估,用于系统性筛选。
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本研究使用已建立的16HBE14o−人支气管上皮细胞系,因此不适用人体受试者伦理审批。
1. 生成稳定表达STAT6活性报告基因的16HBE14o− 细胞
注意:图1 展示了工作流程的概览。








2. STAT6 活性报告基因检测方法的建立与验证
注意:图2 展示了工作流程的概览。





3. STAT6 报告基因检测在环境毒物筛选中的应用
警告:多环芳烃和重金属盐类具有毒性且可能致癌,操作时需谨慎。应使用适当的个人防护装备,所有操作均须在经认证的化学通风橱中进行,并按照机构危险废物处理程序处置被污染的材料。
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为确定用于稳定筛选的最佳嘌呤霉素浓度,将亲本16HBE14o−细胞用逐渐增加浓度的嘌呤霉素(0.5–4 µg/mL)处理,并在24、48和72小时后通过细胞活力检测评估细胞活力。嘌呤霉素以剂量和时间依赖的方式降低细胞活力,所有浓度在48–72小时后均使细胞活力降至20%以下(图3)。1 µg/mL的浓度是能够完全清除未转导细胞的最低浓度,可在48小时内将残留的细胞活力信号降低至约4.5%(p < 0.0001)。进一步提高嘌呤霉素浓度并未导致细胞活力进一步下降。因此,选择1 µg/mL嘌呤霉素用于后续转导细胞的筛选。
为了优化慢病毒转导效率,将16HBE14o−细胞分别以1、5、10和20的感染复数(MOI)转导STAT6荧光素酶报告慢病毒,转导时间为48小时,随后用IL-4和IL-13(各10 ng/mL)刺激24小时,以激活STAT6信号通路。如图4所示,相对荧光素酶活性(RLUs)随MOI的...
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IL-4/IL-13–JAK–STAT6 信号通路不仅是过敏性疾病(包括哮喘和过敏性鼻炎)发病机制中的关键驱动因素,也是重要的治疗靶点22。本方案描述了一种基于稳定细胞系的简单报告基因检测方法,用于鉴定调节 STAT6 活性的化合物。该检测可用于评估多种环境化合物对 STAT6 的调节作用,并可轻松适用于高通量筛选,如概念验证筛选研究中所示(图8)。通过将荧光素酶报告系统与平行的细胞活力检测相结合,该方法能够在最小化化合物诱导的细胞毒性干扰效应的同时,实现对 STAT6 信号通路调节作用的定量评估。
该方法的一个显著特征是使用稳定转导的永生化人支气管上皮细胞16HBE14o−,这是一种生理学上相关的细胞类型,其中污染物诱导的IL-4/IL-13信号通路参与过敏性气道炎症的发生。目前检测STAT6活性的方法存在重要的实际局限性。通过蛋白质印迹法(Western blotting)或酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测STAT6磷酸化水平或其下游靶蛋白,操作...
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作者声明无利益冲突。
本工作由泰国国家研究理事会(NRCT)(资助编号:N42A680388)资助,本研究项目由玛希隆大学(2025年战略研究基金)(资助编号:35)支持。图1和图2使用BioRender.com创建(Pothipan, P. (2026). https://BioRender.com/h44gy3h)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.25% 胰蛋白酶-EDTA | Gibco | 25200072 | 细胞解离试剂 |
| 15 mL 圆锥形离心管 | Corning | CLS430791 | 无菌聚丙烯离心管 |
| 16HBE14o- 人支气管上皮细胞系 | 由泰国宋卡王子大学 Nawiya Huipao 博士和美国加州大学旧金山分校 Dieter C. Gruenert 教授惠赠 | RRID:CVCL_0112 | 人支气管上皮细胞系(传代次数 35–40);经确认无支原体污染,保留分化气道上皮形态及屏障特性。参考文献:Cozens AL, 等. Am J Respir Cell Mol Biol. 1994;10(1):38–47. |
| 24 孔透明平底组织培养处理板 | Corning | 3527 | 细胞培养板 |
| 6 孔透明平底组织培养处理板 | Corning | 3516 | 细胞培养板 |
| 96 孔透明平底聚苯乙烯组织培养处理微孔板 | Corning | 3599 | 细胞活力检测板 |
| 96 孔白色透明底聚苯乙烯组织培养处理微孔板 | Corning | 3610 | 发光检测板 |
| AC-4-130(STAT5 抑制剂) | MedChemExpress | HY-124500 | 选择性 STAT5 抑制剂 |
| AS1517499(STAT6 抑制剂) | MedChemExpress | HY-100614 | 选择性 STAT6 抑制剂 |
| 苯并[b]荧蒽 | AccuStandard | H-128N | 多环芳烃 |
| II 级生物安全柜 | Nuaire | NU-543-400E | 用于无菌细胞培养操作 |
| 氯化镉(CdCl2) | Sigma | 202908 | 重金属化合物 |
| 细胞计数试剂盒-8(CCK-8) | MedChemExpress | HY-K0301 | 细胞活力检测 |
| 细胞培养瓶,25 cm²(T-25) | Corning | 430639 | 组织培养瓶 |
| CO2 培养箱 | Nuaire | NU-5710E | 维持在 37 °C、5% CO2、湿润气氛中 |
| 二甲基亚砜(DMSO) | Sigma | D2650 | 溶剂(终浓度 0.1%)和冷冻保护剂(10%) |
| 胎牛血清(FBS) | Sigma | F7524 | 培养基添加剂(10%)和冻存液成分(10%) |
| 血细胞计数板 | BOECO | BOE14 | 手动细胞计数 |
| 倒置相差显微镜 | ZEISS | Primovert | 细胞形态观察 |
| 荧光素酶检测试剂系统(ONE-Step) | BPS Bioscience | 60690 | 荧光素酶报告基因检测 |
| 氯化汞(HgCl2) | Sigma | 215465 | 重金属化合物 |
| 微孔板读板仪 | BioTek | Synergy Neo2 | 由 Gen5 软件(v3.08.01)控制的多功能微孔板读数仪/发光检测仪。在 15–20 秒线性振荡后,于 450 nm 波长测定吸光度,650 nm 作为参比波长。在 20 秒线性振荡后,使用 120 增益设置以终点模式测定发光值。 |
| 最低必需培养基(MEM) | Gibco | 11095-080 | 基础培养基 |
| 硫酸镍(NiSO4) | 东京化成工业 | N1203 | 重金属化合物 |
| 颗粒物(PM) | 美国国家标准与技术研究院 | SRM 2975 | 颗粒物标准参考物质 |
| 青霉素-链霉素(100×) | Gibco | 15140122 | 抗生素添加剂(终浓度 1%) |
| 磷酸盐缓冲液(PBS) | Gibco | 18912014 | 洗涤缓冲液 |
| 聚凝胺 | Sigma | TR-1003-G | 慢病毒转导增强剂 |
| 嘌呤霉素 | MedChemExpress | HY-B1743A | 用于稳定细胞筛选的抗生素 |
| 重组人 IL-13 | Thermo Fisher Scientific | A42526 | 用于刺激的细胞因子 |
| 重组人 IL-4 | Thermo Fisher Scientific | A42602 | 用于刺激的细胞因子 |
| STAT6 荧光素酶报告基因慢病毒 | BPS Bioscience | 78799 | 慢病毒报告载体;储存液滴度为 5 × 107 TU/mL |
| Stattic(STAT3 抑制剂) | MedChemExpress | HY-13818 | 选择性 STAT3 抑制剂 |
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