Chestnut Studying
摘要
Background: Sex differences in immune-based disorders are well-established, with female sex associated with a markedly heightened risk of autoimmune disease. Female sex is also overrepresented in other conditions associated with elevated inflammation, including depression, chronic pain, and chronic fatigue. The mechanisms underlying these disparities are unclear. This study used an experimental model of inflammatory challenge to interrogate molecular mechanisms that may contribute to female vulnerability to disorders with an inflammatory basis.
Method: In this analysis of a secondary outcome from a randomized controlled trial, 111 participants (67 female) received either a bolus injection of endotoxin (n = 59) or placebo (n = 52). Participants provided blood samples before and 0.5 h post-injection for assessment of differential activation of key pro-inflammatory (i.e., activator protein (AP)-1; nuclear factor (NF)-κB) and immunoregulatory (i.e., glucocorticoid receptor (GR); cAMP response element binding protein (CREB)) signaling pathways via genome-wide expression profiling and promoter-based bioinformatics analyses.
Results: Relative to males, females exhibited greater endotoxin-induced increases in bioinformatic measures of CREB transcription factor activity (p's < 0.01). However, contrary to hypotheses, female vs. male sex was not associated with greater increases in activation of NF-κB, AP-1, or GR in response to endotoxin vs. placebo administration.
Conclusions: This work suggests CREB signaling as a critical upstream biological pathway that should be further interrogated as a mechanism of female vulnerability to immune-related disorders. Future work should clarify whether increased CREB signaling indicates sex differences in activity of the sympathetic nervous system or other physiological pathways that signal through CREB, such as prostaglandin release.
研究背景：免疫性疾病的性别差异已得到证实，女性患自身免疫性疾病的风险明显增加。在其他与炎症升高相关的疾病中，包括抑郁症、慢性疼痛和慢性疲劳，女性的比例也较高。造成这些差异的机制尚不清楚。本研究利用炎症挑战实验模型来探究可能导致女性易患炎症性疾病的分子机制。
研究方法：在这项对随机对照试验次要结果的分析中，111 名参与者（67 名女性）接受了内毒素注射（59 人）或安慰剂注射（52 人）。参与者在注射前和注射后 0.5 小时提供血液样本，通过全基因组表达谱分析和基于启动子的生物信息学分析，评估关键促炎通路（即激活蛋白 (AP)-1；核因子 (NF)-κB) 和免疫调节通路（即糖皮质激素受体 (GR)；cAMP 反应元件结合蛋白 (CREB)）的不同激活情况。
研究结果：与男性相比，女性在内毒素诱导的 CREB 转录因子活性的生物信息学测量中表现出更大的增长（p's< 0.01）。然而，与假设相反的是，女性与男性的性别差异与内毒素与安慰剂施用时 NF-κB、AP-1 或 GR 的活化增加程度无关。
结论：这项研究表明，CREB 信号传导是一个关键的上游生物通路，应将其作为女性易患免疫相关疾病的机制进行进一步研究。未来的工作应阐明 CREB 信号的增加是否表明交感神经系统或其他通过 CREB 发出信号的生理途径（如前列腺素的释放）的活动存在性别差异。
前言
免疫相关健康结果中的性别差异是有据可查的。女性患自身免疫性疾病的风险明显增加，在几种自身免疫性疾病的患者中，女性占 80% 以上。此外，在与炎症指标升高相关的多种疾病中，女性所占比例过高，包括抑郁症、慢性疼痛和慢性疲劳。除了这些差异，与男性相比，女性对感染和疫苗接种的先天免疫和体液免疫反应更强，全身炎症生物标志物（如 C 反应蛋白）水平更高，睡眠不足后细胞免疫活化程度更高。这些差异的内在机制尚不清楚。本研究旨在探究可能导致女性易患炎症性疾病的分子机制。
全身性炎症的实验模型可以对免疫系统进行精确的检测。在这些模型中，内毒素挑战因其能够模拟由致病细菌诱导的自然发生的炎症免疫反应而脱颖而出。内毒素会引发炎症级联反应，导致促炎症细胞因子增加，其程度与炎症性疾病和慢性感染中发现的细胞因子相当，但影响仅限于数小时内。一些研究表明，女性与男性相比，内毒素诱导的促炎细胞因子的增加更为强劲，而另一些研究则表明没有性别差异。此外，尽管对相关行为症状（包括抑郁情绪、疲劳和疼痛）的性别差异的研究结果并不一致，但在少数几个发现差异的实例中，通常显示女性比男性表现出更大的脆弱性。然而，很少有研究对上游分子机制进行了评估，这些机制可能会导致在易受炎症挑战影响方面存在潜在的性别差异，或导致有充分证据表明女性在自身免疫性疾病、抑郁症、慢性疼痛和疲劳方面占优势。那些检查了内毒素挑战后基因表达和转录因子活性变化的研究报告，由于样本量太小，无法评估性别差异。
因此，本研究（对一项已完成的随机对照试验的次要结果进行的分析）测试了一个假设，即在 111 个成年人的大样本中，急性炎症挑战与炎症和免疫调节信号通路在女性与男性之间的激活差异有关。我们重点研究了两种关键的促炎症转录因子，即核因子（NF）-κB 和激活蛋白（AP）-1，以及两种免疫调节神经内分泌介质--糖皮质激素受体（GR；表明下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴的活性）和 cAMP 反应元件结合蛋白（CREB；表明交感神经系统（SNS）的活性）。研究表明，GR 和 CREB 都会在急性炎症挑战时上调。我们假设，女性与男性相比，在内毒素与安慰剂给药反应中，NF-κB、AP-1、GR 和 CREB 的激活会增加。
实验结果1
急性炎症挑战对基因表达和转录因子活性的影响与性别的关系
为了解决本研究的主要假设，作者确定了与内毒素按时间和性别交互作用相关的平均表达量变化大于 1.2 倍的所有基因。达到这一临界值的基因相对较少（47 个上调，8 个下调），但雌性基因在内毒素作用下上调幅度更大的基因包括促炎介质（TNF、CXCL8/IL8、FOS、JUN、CCL3）以及ADRB2（β2-肾上腺素能受体）。
为了评估目标转录控制途径在这些经验性转录组差异中的作用，对基因进行了基于启动子的 TELiS 生物信息学分析（结果概览见图 1）。与假设相反，没有证据表明内毒素诱导的 NF-κB （p= 0.39）或 AP-1 （p= 0.48）转录因子促炎信号转导的变化程度存在性别差异。就潜在的免疫调节神经内分泌介质而言，抗炎 GR 转录因子没有变化（p= 0.37），但有证据表明 CREB 转录因子的活性不同（表明 SNS 活性）。具体来说，从基线到注射后 0.5 小时，内毒素与安慰剂相比，女性参与者的 CREB TFBM 活性随时间的生物信息学测量值增加的程度更大（上调基因与下调基因中结合位点的比率为 5.01 倍；log2比率 = 2.33 ± 0.81 SE；p= 0.004）。
讨论
本研究旨在探讨可能导致炎症性疾病性别差异的分子机制。这项研究使用了一个可靠的急性炎症挑战实验模型，并采用了足以评估性别差异的样本量，从而确定了 CREB 信号传导是一个关键的上游生物通路，应将其作为女性易患免疫相关疾病的机制加以进一步研究。相比之下，尽管多种促炎基因的表达增加，但没有证据表明内毒素诱导的典型促炎转录因子NF-κB或AP-1的活性存在性别差异。因此，基因表达的性别差异似乎不是由于经典细胞因子诱导的促炎信号通路的不同激活所致。此外，也没有证据表明 GR 有不同程度的激活，这可能表明抗炎途径是一种合理的机制。
CREB 信号的增加可能表明 SNS 活动的潜在差异，SNS 可通过 beta 肾上腺素能受体激活 CREB。另外，CREB 活性的增加也可能表明通过 CREB 发出信号的另一种生理途径（如前列腺素）的活性增加。促炎细胞因子和前列腺素都与激活疾病行为有关，而 COX 抑制剂（可将花生四烯酸转化为前列腺素 H2）可减轻疼痛、发热和食欲不振等疾病症状。此外，临床前和临床研究显示，前列腺素信号传导存在性别差异，女性神经元表达的前列腺素 D2 合成酶更高。因此，这些结果可能表明，对内毒素的炎症反应的性别差异是通过女性与男性前列腺素分泌的增加而产生的，而不是促炎细胞因子释放的差异。事实上，我们之前对该样本的报告发现，在内毒素与安慰剂挑战后，IL-6或TNF-α的释放没有性别差异。
之前评估内毒素挑战反应基因表达的研究也发现了类似的少量差异表达基因，据我们所知，没有一项研究进行了生物信息学分析，以确定系统炎症反应上游介质的特征，或检测这种反应的性别差异。事实上，许多内毒素研究通常只针对男性参与者，第一项包含女性参与者的行为效应研究发表于 2009 年。因此，这项工作是对文献的一个显著贡献。不足之处包括缺乏有关月经周期阶段或使用荷尔蒙避孕药的数据，鉴于性激素在免疫调节中的作用，这两者都可能调节炎症反应。然而，激素差异并不能完全解释免疫反应或疾病中的性别差异，因为这些差异在整个生命周期中都可能很明显。与许多内毒素研究一样，该样本主要由年轻成年人组成，因此研究结果只针对该年龄组。此外，目前还没有直接的下游蛋白质生成（或 CREB 转录因子激活）测量方法来验证本报告中基于 RNA 的发现。对这些生物信息学推论的确认是未来研究的一个重要课题。尽管存在这些局限性，但这项研究强调了将性别作为生物变量纳入免疫相关疾病研究的重要性，揭示了不同性别对炎症挑战的反应并不一致，可能涉及不同的分子通路，如 CREB 信号转导，以及潜在的前列腺素分泌和/或 beta 肾上腺素能信号转导。未来的研究应在这些发现的基础上进一步探讨性激素和其他生理介质在不同年龄组中的作用，以更好地了解性别、炎症和免疫调节之间复杂的相互作用。这将为更个性化的治疗和管理炎症性疾病的方法铺平道路，同时考虑到性别特有的脆弱性。
