睡眠缺失导致小鼠眶外泪腺功能障碍

Sleep Loss Causes Dysfunction in Murine Extraorbital Lacrimal Glands

作者信息Shenzhen Huang, Hongli Si, Jiangman Liu, Di Qi, Xiaoting Pei, Dingli Lu, Sen Zou, Zhijie Li
PMID35731510
发布时间2022-06-01
DOI10.1167/iovs.63.6.19

实验完整度

研究包含小鼠睡眠剥夺模型、表型监测、转录组测序、免疫组化、ROS检测等体外/体内实验,并进行功能验证和机制探讨。

主要模型

C57BL/6J小鼠睡眠剥夺模型 CX3CR1-GFP小鼠

重点核对

睡眠剥夺装置扫杆每1.5分钟运行一次,仅光照期(ZT0-12)运行,持续4周 ELGs每3小时收集一次,共8个时间点,每个时间点n=3 酚红棉线法测量泪液分泌,于ZT0、ZT6、ZT12、ZT18进行 ROS检测使用二氢乙啶染色,于ZT0、ZT6、ZT12、ZT18进行 SD-NSC和SD-FR-NSC组在睡眠剥夺4周后恢复4周,用于评估不可逆性

摘要

目的:睡眠缺失显著影响泪腺的结构和功能,并可能作为常见的公共卫生问题导致眼表疾病。本研究旨在探讨由睡眠缺失引起的昼夜节律紊乱导致眶外泪腺(ELGs)功能障碍。方法:在C57BL/6J雄性小鼠中建立用于睡眠缺失研究的小鼠睡眠剥夺(SD)模型。四周后,在24小时内每隔三小时收集ELGs。使用Jonckheere-Terpstra-Kendall算法确定ELGs中转录组谱的组成、相位和节律性。此外,我们比较了非睡眠剥夺和SD处理的小鼠ELG的(i)通过荧光素染色的活性氧(ROS),(ii)通过γ-H2Ax免疫染色的DNA损伤,以及(iii)通过CD4、CD8、γδ-TCR、CD64和CX3CR1免疫染色的免疫细胞昼夜迁移。最后,我们还评估了(i)小鼠的运动活性和核心体温节律,以及(ii)ELGs的质量、细胞大小和泪液分泌。结果:SD显著改变了ELGs的昼夜转录组的组成和相位相关的功能富集、免疫细胞运输、代谢、细胞分化和神经分泌活动。此外,SD导致ELGs中ROS积累和随后的DNA损伤,并且由SD引起的ELG功能障碍是不可逆的。结论:SD损害了ELGs的结构、功能和昼夜振荡。这些结果突出了对睡眠不足影响的ELG昼夜转录组的全面表征,可能为抵消SD对ELG功能的影响提供新的治疗途径。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
睡眠缺失是否通过扰乱昼夜节律导致ELG功能障碍?
核心机制
SD通过导致ROS累积和DNA损伤,破坏代谢、免疫和神经功能,从而损害ELG功能。
主要证据
RNA-seq分析显示SD改变ELG昼夜转录组;ROS和γ-H2Ax免疫染色显示ROS累积和DNA损伤;免疫组化显示免疫细胞浸润增加;酚红棉线试验显示泪液分泌减少。
研究意义
为理解睡眠不足导致泪腺功能障碍提供新视角,可能为治疗慢性睡眠不足引起的眼表疾病提供潜在治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立睡眠剥夺小鼠模型

模拟慢性睡眠缺失状态

使用C57BL/6J雄性小鼠,通过睡眠剥夺装置,在光照期(ZT0-12)每1.5分钟运行扫杆,持续4周。

2

表型分析

评估睡眠剥夺对动物一般行为和昼夜节律行为的影响

监测饲料摄入量、饮水量、体重、运动活性和核心体温。

3

转录组分析

揭示睡眠剥夺对ELG昼夜转录组的影响

每隔3小时收集ELG(共8个时间点),进行RNA-seq,并使用JTK_CYCLE算法分析昼夜节律基因。

4

功能富集和网络分析

分析睡眠剥夺影响的生物学通路和相互作用网络

对节律基因进行KEGG、PSEA、时间序列聚类和蛋白质-蛋白质关联网络分析。

5

检测ROS和DNA损伤

验证睡眠剥夺是否通过ROS累积导致DNA损伤

用二氢乙啶染色检测ROS,用抗γ-H2Ax抗体免疫染色检测DNA损伤,用抗硝基酪氨酸抗体检测蛋白质硝化。

6

评估免疫细胞浸润

检测睡眠剥夺对ELG免疫细胞昼夜迁移的影响

通过免疫组化标记CD4、CD8、γδ-TCR、CD64和CX3CR1,使用CX3CR1-GFP小鼠分析CX3CR1+巨噬细胞。

7

评估泪腺形态和功能

检测睡眠剥夺对ELG质量、细胞大小和泪液分泌的影响

测量ELG质量(根据体重校正),通过免疫组化计算细胞大小,并使用酚红棉线法测量泪液分泌。

8

评估损伤的可逆性

确定睡眠剥夺引起的ELG功能障碍是否可逆

对SD小鼠进行4周正常睡眠(SD-NSC)或强制恢复(SD-FR-NSC)后,检测运动活性、核心体温、泪液分泌和ROS水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
睡眠剥夺装置----
ER-4000 E-MitterMini Mitter--
ER-4000接收器Mini Mitter--
酚红棉线Tianjin Jingming New Technological Development Co., Ltd.30059010
抗β-连环蛋白抗体ServicebioGB11015
抗CD4抗体Cell Signaling Technology25229s
抗CD8抗体Cell Signaling Technology98941s
抗Ki67抗体ServicebioGB111141
抗CD64抗体Abcamab140779
抗γδ T抗体RD Systems553178
抗γ-H2Ax抗体Cell Signaling Technology7631T
抗硝基酪氨酸抗体RD SystemsMAB3248
抗βIII微管蛋白单克隆抗体ServicebioGB12139
磷酸盐缓冲液ServicebioG0002
光学显微镜3DHISTECHPanoramic 250/MIDI
ImageJNIH1.42q
OCT包埋剂Tissue-TekG6059-110ML
自发荧光淬灭剂ServicebioG1221
ROS染料溶液Sigma-AldrichD7008
DAPI染色液ServicebioG1012
抗淬灭封片剂ServicebioG1401
正交荧光显微镜NikonNIKON ECLIPSE C1
载玻片扫描仪NikonNIKON DS-U3
Trizol试剂Invitrogen--
RNAeasy离心柱试剂盒Qiagen--
Nano DropThermo Fisher Scientific--
Agilent 2100生物分析仪Thermo Fisher Scientific--
BGIseq500平台BGI Group--
GraphPad PrismGraphPad Software8.1.0
IBM SPSS StatisticsIBM Corp23.0
Oriana软件Kovach Computing Services4.01

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
睡眠剥夺模型
小鼠品系、性别、年龄;睡眠剥夺装置参数(扫杆间隔、运行时间);持续时间
阅读提示:Materials and Methods, Animals and SD Protocol
行为监测
遥测植入、数据采集间隔
阅读提示:Materials and Methods, Behavioral Activity Monitoring and Analysis
泪液分泌测量
毛果芸香碱剂量、测量时间点、酚红棉线规格
阅读提示:Materials and Methods, Tear Secretion Measurement
转录组分析
采样时间点、样本量、RNA提取方法、测序平台、节律分析参数
阅读提示:Materials and Methods, Tissue Collection, RNA Extraction and RNA-Seq, Analysis of Rhythmic Gene Expression
ROS和DNA损伤检测
取样时间点、染色方法、抗体和试剂来源
阅读提示:Materials and Methods, ROS Measurement; Results, SD Triggers DNA Damage Response
免疫细胞分析
抗体种类、时间点、定量方法
阅读提示:Materials and Methods, ELGs Immunohistochemistry and Quantitative Analysis; Results, SD Alters the Phenotypes and Immunity Transcriptome
可逆性评估
恢复条件、观察时间、检测项目
阅读提示:Materials and Methods, Animals and SD Protocol; Results, SD Causes Irreversible Impairment