小胶质细胞CD11b敲除通过IGF-1促进急性视神经损伤后轴突碎片清除并减轻轴突变性

Microglial CD11b Knockout Contributes to Axonal Debris Clearance and Axonal Degradation Attenuation via IGF-1 After Acute Optic Nerve Injury

作者信息Jiaxing Zhou, Sen Lin, Qiumei Hu, Xue Li, Xi Chen, Linlin Luo, Shiyang Ye, Wei Liu, Jian Ye
PMID37145604
发布时间2023-05-01
DOI10.1167/iovs.64.5.7

实验完整度

高

包含体外原代小胶质细胞培养、体内ONC模型、基因敲除小鼠、ELISA、Western blot、免疫荧光、免疫组化、RT-qPCR及药物干预等多个独立证据层级,并进行了功能与机制验证。

主要模型

小鼠视神经挤压(ONC)模型 原代小胶质细胞(C57BL/6和Itgam−/−) Itgam−/−基因敲除小鼠

重点核对

CD11b敲除小鼠(Itgam−/−)与野生型C57BL/6J小鼠遗传背景一致性 ONC模型中CD11b表达时间点(第5、7、14天) CTB标记与吞噬定量方法(体积和数量) IGF-1剂量与中和抗体处理(100 ng/mL,1 µg/mL) 药物处理(LA1 1 mg/kg, AXL1717 40 mg/kg)

摘要

目的:小胶质细胞清除轴突碎片是处理外伤性视神经病变的重要反应。外伤性视神经病变后轴突碎片清除不足会导致炎症增加和轴突变性。本研究探讨了CD11b(Itgam)在轴突碎片清除和轴突变性中的作用。方法:采用Western blot和免疫荧光检测小鼠视神经挤压(ONC)模型中CD11b的表达。生物信息学分析预测了CD11b的可能作用。使用霍乱毒素B亚单位(CTB)和酵母聚糖分别检测体内和体外小胶质细胞的吞噬作用。CTB也用于标记ONC后功能完整的轴突。结果:CD11b在ONC后大量表达并参与吞噬。来自Itgam−/−小鼠的小胶质细胞对轴突碎片的吞噬作用比野生型小胶质细胞更显著。体外实验证实,M2小胶质细胞中CD11b基因缺陷导致胰岛素样生长因子-1分泌增加,从而促进吞噬。最后,ONC后,与野生型小鼠相比,Itgam−/−小鼠表现出神经丝重链肽和Tuj1表达升高,以及更完整的CTB标记轴突。此外,抑制胰岛素样生长因子-1可减少损伤后Itgam−/−小鼠的CTB标记。结论:CD11b限制外伤性视神经病变中小胶质细胞对轴突碎片的吞噬作用,CD11b敲除后吞噬作用增强证明了这一点。抑制CD11b活性可能是促进中枢神经修复的新方法。

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
研究CD11b(Itgam)在急性视神经损伤后小胶质细胞清除轴突碎片和轴突变性中的作用及分子机制。
核心机制
CD11b敲除上调小胶质细胞分泌IGF-1,通过IGF-1促进M2型小胶质细胞的吞噬能力,而非改变小胶质细胞极化状态,从而加速轴突碎片清除并减轻轴突变性。
主要证据
Itgam−/−小鼠小胶质细胞在体内对CTB标记轴突碎片的吞噬数量和体积显著增加,体外M2型小胶质细胞吞噬酵母聚糖增强;IGF-1中和抗体或IGF1R抑制剂AXL1717阻断该效应;WB、IF、IHC显示Itgam−/−小鼠轴突标记物NF-H和Tuj1升高,CTB标记轴突区增大。
研究意义
研究首次报道CD11b在调节小胶质细胞吞噬中的新通路,抑制CD11b活性可能是促进中枢神经修复的新策略。

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

建立视神经挤压(ONC)损伤模型

模拟外伤性视神经病变,诱导轴突损伤和变性。

对成年小鼠左眼视神经在球后1.5 mm处用超细自闭合镊子挤压5秒,右眼作为对照。

2

检测CD11b表达与定位

验证CD11b在ONC后的表达变化和细胞定位。

Western blot检测CD11b蛋白水平,免疫荧光检测CD11b与Iba1共定位。

3

生物信息学分析CD11b相关基因

预测CD11b在ONC中潜在功能和互作网络。

使用STRING数据库筛选CD11b互作基因,与GEO数据集GSE40857中第7天DEGs取交集,进行GO和TISSUES富集分析。

4

体内小胶质细胞吞噬功能检测

评估CD11b敲除对体内小胶质细胞吞噬轴突碎片的影响。

用CTB-555预标记轴突,在ONC后第5天通过免疫荧光共定位,统计小胶质细胞吞噬的CTB点数量和体积。

5

CD11b激动剂LA1处理

验证激活CD11b对吞噬的影响,反向验证其负调控作用。

对WT小鼠腹腔注射LA1或溶剂,检测小胶质细胞吞噬CTB碎片的变化。

6

检测IGF-1表达和来源

探索CD11b敲除促进吞噬的分子机制,寻找关键因子。

RT-qPCR检测M1/M2标志物和细胞因子,WB检测IGF-1蛋白水平,IF定位IGF-1与CD68共定位。

7

体外验证IGF-1对M2型小胶质细胞吞噬的作用

明确IGF-1在CD11b敲除条件下促进吞噬的机制和细胞类型特异性。

分离原代小胶质细胞,用IL-4或LPS极化,检测IGF-1分泌,用酵母聚糖吞噬实验检测吞噬能力,并加入外源IGF-1或IGF-1中和抗体。

8

评估轴突变性和功能轴突

评估CD11b敲除和IGF-1信号对轴突存活和功能的影响。

WB检测NF-H和Tuj1,CTB-647标记功能轴突,并用AXL1717抑制IGF1R,观察CTB+面积变化;双标CTB-555和CTB-647区分功能轴突和残留碎片。

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
C57BL/6J小鼠Animal Center of Army Medical University--
B6.129S4-Itgamtm1Myd/J小鼠Jackson Laboratory003991
LA1MCEHY-15701
AXL1717TagerMolT6943
胰岛素样生长因子-1BioworldBK0085
白细胞介素-4MCEHY-P7080
脂多糖SolarbioL8880
抗IGF-1抗体Abcamab9572
霍乱毒素B亚单位Alexa Fluor 647偶联物InvitrogenC-34778
霍乱毒素B亚单位Alexa Fluor 555偶联物InvitrogenC-34776
抗Iba1抗体Wako019-19741
抗Iba1抗体NovusNB100-1028
抗CD11b抗体Bio-RadMCA711
抗CD68抗体Bio-RadMCA1957
抗CD206抗体Cell Signaling Technology24595
抗IGF-1抗体Abcamab9572
抗精氨酸酶1抗体ABclonal Science, IncA4923
抗CD16/32抗体Novus BiologicalsNBP2-52644
抗神经丝重链多肽抗体Abcamab40796
抗CD11b抗体Abcamab133357
抗IGF-1抗体ABclonalA11985
抗磷酸化S6抗体ABclonalAP0502
抗Tuj1抗体Abcamab18207
抗β-肌动蛋白抗体BioworldBS6007
ECL-Plus化学发光底物Biogrund--
Odyssey Fc成像系统Licor--
小鼠IGF-1 ELISA试剂盒ABclonalRK00171
酶标仪Biotek--
吞噬检测试剂盒Abcamab234053
RNeasy RNA提取试剂盒Qiagen--
PrimeScript逆转录试剂盒Takara Bio, Inc--
CFX96实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
SP-POD试剂盒Solarbio Life ScienceSP0021

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
动物模型与基因型
小鼠品系、年龄、性别、体重;Itgam−/−小鼠的遗传背景和敲除验证方法
阅读提示:Methods: Animals and Genotyping
ONC手术
挤压位置(球后1.5 mm)、挤压持续时间(5秒)、麻醉方式(1%戊巴比妥钠)、术后护理
阅读提示:Methods: Optic Nerve Crush (ONC) Model
CTB标记
CTB偶联物类型(Alexa Fluor 647或555)、注射体积和浓度(1 µL/眼,1 µg/µL)、注射时间点(术前48小时或处死前24小时)
阅读提示:Methods: Intravitreal Injections
药物处理
LA1剂量(1 mg/kg)和给药频率;AXL1717剂量(40 mg/kg)和给药频率;给药起始时间和持续时间
阅读提示:Methods: Drug Treatment
体外微胶质细胞培养与极化
原代小胶质细胞分离方法(1日龄小鼠皮层)、IL-4(20 ng/mL)和LPS(100 ng/mL)处理浓度及时间、IGF-1(100 ng/mL)和中和抗体浓度
阅读提示:Methods: Primary Microglial Cell Culture and Drug Treatment
吞噬定量分析
体内吞噬分析的时间点(第5天)、距挤压点距离(200 µm)、Z轴层扫参数(0.5 µm,12层)、定量方法(数量和体积);体外酵母聚糖吞噬的计数方法
阅读提示:Methods: Immunofluorescence and Microglial Phagocytosis Assay
轴突功能评估
CTB-647标记时间(损伤后第6天)、处死时间(第7天)、统计分析(共定位分析)
阅读提示:Results: CD11b/IGF-1 Favors Axonal Stabilization After ONC
统计设计
每组样本量(n≥3)、独立重复次数(≥3)、统计方法(t检验,单因素方差分析,LSD事后检验)
阅读提示:Methods: Statistical Analysis