NADPH Oxidase-Dependent Reactive Oxygen Species Mediate Amplified TLR4 Signaling and Sepsis-Induced Mortality in Nrf2-Deficient Mice

NADPH氧化酶 TLR4型 活性氧 败血症 先天免疫系统 氧化酶试验 炎症 细胞生物学 免疫学 基因剔除小鼠 氧化应激 生物 免疫系统 生物化学 受体
作者
Xiaoni Kong,Rajesh K. Thimmulappa,Ponvijay Kombairaju,Shyam Biswal
出处
期刊:Journal of Immunology [The American Association of Immunologists]
卷期号:185 (1): 569-577 被引量:178
标识
DOI:10.4049/jimmunol.0902315
摘要

Sepsis syndrome is characterized by a dysregulated inflammatory response to infection. NADPH oxidase-dependent reactive oxygen species (ROS) play significant roles in the pathophysiology of sepsis. We previously showed that disruption of Nrf2, a master regulator of antioxidant defenses, caused a dysregulation of innate immune response that resulted in greater mortality in a polymicrobial sepsis and LPS shock model; however, the underlying mechanisms are unclear. In the current study, compared with wild-type (Nrf2(+/+)) macrophages, we observed greater protein kinase C-induced NADPH oxidase-dependent ROS generation in Nrf2-disrupted (Nrf2(-/-)) macrophages that was modulated by glutathione levels. To address the NADPH oxidase-mediated hyperinflammatory response and sepsis-induced lung injury and mortality in Nrf2(-/-) mice, we used double knockout mice lacking Nrf2 and NADPH oxidase subunit, gp91(phox) (Nrf2(-/-)//gp91(phox-/-)). Compared with Nrf2(+/+) macrophages, LPS induced greater activation of TLR4 as evident by TLR4 surface trafficking and downstream recruitment of MyD88 and Toll/IL-1R domain-containing adaptor in Nrf2(-/-) macrophages that was diminished by ablation of gp91(phox). Similarly, phosphorylation of IkappaB and IFN regulatory factor 3 as well as cytokine expression was markedly higher in Nrf2(-/-) macrophages; whereas, it was similar in Nrf2(+/+) and Nrf2(-/-)//gp91(phox-/-). In vivo studies showed greater LPS-induced pulmonary inflammation in Nrf2(-/-) mice that was significantly reduced by ablation of gp91(phox). Furthermore, LPS shock and polymicrobial sepsis induced early and greater mortality in Nrf2(-/-) mice; whereas, Nrf2(-/-)//gp91(phox-/-) showed prolonged survival. Together, these results demonstrate that Nrf2 is essential for the regulation of NADPH oxidase-dependent ROS-mediated TLR4 activation and lethal innate immune response in sepsis.

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