沿面放电大气压低温等离子体对银屑病炎症微环境下角质形成细胞的生物学效应

Cold atmospheric plasma (CAP) is the fourth state of matter, which involves the generation of multiple active particles including free radicals. Recently, many studies demonstrated that CAP exhibits different biological effect on the organisms and cells. However, the precise mechanism underlying the interaction between CAP and living cells remains unclear up to date. Previously, we found that a CAP generator free of energetic ions can modulate keratinocytes by regulating the production of several cytokines including IL-6, IL-12, tumor necrosis factor (TNF)-α, vascular endothelial growth factor (VEGF) etc. Also, CAP induces apoptotic death of keratinocytes through reactive oxygen species (ROS)-mediated mitochondrial dysfunction and lysosomal leakage. These findings connected CAP effect to the self-restoring of keratinocytes under psoriatic inflammation. Therefore, we hypothesize that the identification of key active particles and the improvement of instrument parameters may contribute to anti-psoriatic behaviors of keratinocytes. The aim of this study is to investigate into the effect of CAP on the cell cycle-related proteins in keratinocytes and the interaction between CAP active particles and psoriatic cytokines. Moreover, the role of ROS signaling in biological effect of CAP will be elucidated. Furthermore, a novel CAP generator will be applied to the mice with psoriasis vulgaris. The results from this study will not only reveal the molecular mechanism underlying anti-psoriatic effect of CAP, but also be helpful in the development of a digital CAP therapy model with high efficiency but low toxic and cost.

大气压低温等离子体（CAP）是包含自由基等活性粒子的物质第四态，近年被证实对机体与细胞有诸多生物学效应但具体机制不详。我们前期研究发现，用非高能离子CAP发生器可以调控角质形成细胞分泌IL-6、IL-12、TNF-α、VEGF等细胞因子，并通过活性氧（ROS）介导的线粒体膜破坏机制诱导凋亡，展示抑制银屑病炎症效应的初步作用。我们假设，对CAP的关键活性粒子和仪器参数进行鉴定、调控，可以显著增强角质形成细胞抵抗炎症损害并自我修复的能力。因此，本课题拟进一步研究：CAP刺激对体外银屑病炎症细胞模型的细胞周期相关蛋白表达的影响；CAP活性粒子与银屑病炎症因子间相互作用及ROS信号轴介导的具体机制；新型非高能离子CAP发生器对银屑病小鼠的治疗作用与副作用。本课题将阐明CAP抑制银屑病炎症效应的分子机制，并建立一种高效、低毒的数字化CAP治疗银屑病模式。

背景：前期研究发现，用低温离子CAP发生器可以调控角质形成细胞分泌IL-6、IL-12、TNF-α、VEGF等细胞因子，并通过活性氧（ROS）介导的线粒体膜破坏机制诱导凋亡，展示抑制银屑病炎症效应的初步作用。目前有实验证实CAP可以杀伤黑素瘤肿瘤细胞，但对其机制仍了解仍然不深入。.主要研究内容：测定CAP处理后细胞增殖活性、细胞因子分泌及表达水平。观察溶酶体膜稳定性，对细胞色素C释放、caspase-3、caspase-9活性及蛋白表达水平进行测定。测定不同剂量低温等离子体处理后PBS溶液中H2O2浓度及NO2浓度变化。对细胞内ROS及NO水平进行测定。对小鼠进行CAP处理后安全性评估。改良方法构建银屑病小鼠模型，并通过皮损中CD3+、CD4+、CD8+T细胞以及MPO、SOD表达的变化，得出CAP处理银屑病小鼠有效性数据。测定抗氧化蛋白Sestrin2调控CAP处理黑素瘤细胞内活性氧/氮以及Fas的变化促进细胞凋亡。.重要结果：低温等离子体不仅可影响HaCaT细胞形态结构及增殖活性，并可调节细胞因子的分泌与表达。低温等离子体通过ROS导致细胞凋亡，处理后线粒体跨膜电位下降、细胞色素C释放，溶酶体膜稳定性损伤、caspase-9及caspase-3活化。低温等离子体处理可引起HaCaT细胞内ROS及NO水平升高。低温等离子体处理对BALB/c小鼠的健康无明显影响。新银屑病小鼠模型较为优化。低温等离子体处理可显著降低银屑病皮损处组织病理评分，减少小鼠皮肤中真皮层CD3+、CD4+及CD8+ T细胞表达，减少MPO表达并增加SOD表达。低温等离子体诱导肿瘤细胞内ROS拮抗分子Sestrin2的高表达，Sestrin2拮抗了细胞内ROS，并通过p38 MAPK通路促进细胞内iNOS的表达使细胞内产生高浓度的NO，同时促进肿瘤坏死因子家族受体Fas及其配体FasL的表达。.关键数据及科学意义：大气压低温等离子体处理可激活多条细胞凋亡途径而诱导HaCaT细胞发生凋亡，并可导致HaCaT细胞内氧化还原系统状态发生改变。恒定剂量的大气压冷等离子体处理小鼠安全性高。 大气压冷等离子体处理可降低银屑病小鼠模型皮损中炎细细胞浸润，并改善皮损内氧化还原系统功能失调。Sestrin2并通过p38 MAPK通路共同促进了细胞内Caspase-8的活化，最终导致肿瘤细胞的凋亡。

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