糖尿病调节小鼠视网膜中碘甲状腺原氨酸脱碘酶2的表达:甲状腺激素在糖尿病视网膜病变发病机制中的作用

Diabetes Modulates Iodothyronine Deiodinase 2 Expression in the Mouse Retina: A Role for Thyroid Hormone in the Pathogenesis of Diabetic Retinopathy

作者信息Reena Bapputty, Hima Sapa, Miyagi Masaru, Rose A Gubitosi-Klug
PMID38038617
发布时间2023-12-01
DOI10.1167/iovs.64.15.3

实验完整度

包含动物模型、细胞模型,及RNA测序、RT-PCR、免疫染色、质谱、Western blot等功能与机制验证,但缺乏体内功能回复实验。

主要模型

链脲佐菌素诱导的C57BL/6糖尿病小鼠 小鼠视网膜微血管内皮细胞 小鼠视网膜星形胶质细胞

重点核对

糖尿病小鼠视网膜中Dio2表达显著降低(RNA-seq, qPCR, 免疫荧光) 高糖(25 mM)培养5天抑制内皮细胞和星形胶质细胞DIO2蛋白表达 高糖导致内皮细胞内T3降低、T4/T3升高(LC-MS/MS) 补充T3(1 nM)而非T4可抑制高糖诱导的eNOS和ICAM1表达及细胞死亡

摘要

目的:临床研究将甲状腺功能减退与微血管并发症风险增加相关联,但甲状腺激素调节糖尿病视网膜病变发展的机制尚不清楚。我们研究了碘甲状腺原氨酸脱碘酶2(DIO2)在糖尿病视网膜病变发病机制中的作用。方法:通过RNA测序、RT-PCR和免疫染色评估链脲佐菌素诱导的糖尿病和非糖尿病小鼠的视网膜。通过液相色谱-串联质谱法测量暴露于生理(5 mM)和高糖(25 mM)培养基的小鼠视网膜微血管内皮细胞和视网膜星形胶质细胞中的四碘甲状腺原氨酸(T4)和三碘甲状腺原氨酸(T3)浓度,并通过Western blot分析确定T4/T3与氧化应激和炎症介质的关系。通过台盼蓝排斥试验测定细胞死亡。结果:在糖尿病病程12周时,与正常小鼠相比,糖尿病小鼠视网膜中Dio2转录本、Dio2基因和蛋白表达显著降低(P < 0.05)。在高糖条件下培养时,小鼠视网膜星形胶质细胞和微血管内皮细胞的DIO2蛋白较生理葡萄糖培养细胞显著减少。高糖抑制T3的生成,导致T4/T3比值显著升高(P < 0.0079)。补充T3而非T4可阻止高糖诱导的内皮型一氧化氮合酶、细胞间黏附分子1和内皮细胞死亡增加(P < 0.0079)。结论:糖尿病诱导的DIO2缺失导致的视网膜内T3减少可能导致视网膜细胞功能障碍和死亡,从而有助于早期糖尿病视网膜病变的发病。

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
甲状腺激素通过DIO2调节是否参与糖尿病视网膜病变的发病机制?
核心机制
糖尿病诱导的DIO2表达下降导致视网膜内T3生成减少,进而加剧氧化应激和炎症反应,促进视网膜内皮细胞功能障碍和死亡。
主要证据
链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠视网膜中Dio2表达降低;高糖培养的视网膜内皮细胞和星形胶质细胞DIO2蛋白减少,T4/T3升高,eNOS和ICAM1增加;补充T3而非T4可缓解这些效应并减少细胞死亡。
研究意义
研究提示早期检测甲状腺功能减退并补充甲状腺激素,特别是使T3浓度正常化,可能有助于预防糖尿病视网膜病变。

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

建立糖尿病动物模型并验证高血糖

建立链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠模型,用于研究DIO2在糖尿病视网膜中的表达变化。

给予雄性C57BL/6小鼠连续5天腹腔注射链脲佐菌素(60 mg/kg),随机血糖>250 mg/dL归为糖尿病组,测定血糖和糖化血红蛋白。

2

检测糖尿病视网膜中Dio2表达

评估糖尿病对视网膜Dio2 mRNA和蛋白表达的影响。

取12周糖尿病小鼠视网膜进行RNA测序和RT-PCR检测Dio2表达;对28周糖尿病小鼠视网膜切片进行免疫荧光染色并定量DIO2荧光强度。

3

体外高糖处理对DIO2蛋白表达的影响

验证高糖环境是否直接抑制视网膜细胞DIO2蛋白表达。

将小鼠视网膜微血管内皮细胞和星形胶质细胞分别培养于生理葡萄糖(5.5 mM)和高糖(25 mM)培养基中5天,通过Western blot和免疫荧光检测DIO2蛋白水平。

4

高糖对细胞内甲状腺激素水平的影响

确定高糖是否通过抑制DIO2导致细胞内T3降低和T4/T3升高。

用LC-MS/MS检测高糖和补充T3/T4后内皮细胞及培养基中的T3、T4浓度,计算T4/T3比值。

5

补充T3对高糖诱导的氧化应激和炎症标志物的影响

探讨T3或T4补充能否逆转高糖诱导的eNOS和ICAM1表达增加。

在高糖培养的内皮细胞中分别加入T3或T4(1 nM),通过Western blot和免疫荧光检测eNOS和ICAM1的表达。

6

补充T3对高糖诱导的内皮细胞死亡的影响

验证T3或T4能否保护内皮细胞免受高糖诱导的细胞死亡。

在高糖培养的内皮细胞中持续加入T3或T4(1 nM,每天换液),5天后用台盼蓝排斥试验检测细胞死亡率。

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
链脲佐菌素Sigma--
小鼠视网膜内皮细胞培养基Cell Biologics, Inc.M1168-Kit
DMEM培养基----
胎牛血清----
甲状腺素Sigma--
三碘甲状腺原氨酸Sigma--
RNeasy Plus微型试剂盒Qiagen--
NEBNext rRNA去除试剂盒(人/小鼠/大鼠)New England BiolabsE6310X
NEBNext Ultra II 定向RNA文库制备试剂盒(Illumina)New England BiolabsE7760L
Illumina HiSeq 2500测序仪Illumina--
Superscript III第一链合成超混液Invitrogen--
iCycler用SYBR green定量PCR超混液Invitrogen--
DIO2抗体 (ab-77779)Abcamab-77779
eNOS抗体 (ab-199956)Abcamab-199956
山羊抗兔Alexa Fluor 568二抗Invitrogen--
DAPIMolecular Probes--
奥林巴斯FV1200共聚焦激光扫描显微镜Olympus--
13C6-T3内标Toronto Research Chemicals--
13C6-T4内标Toronto Research Chemicals--
安捷伦6460三重四极杆液质联用系统Agilent--
Phenomenex C18色谱柱Phenomenex--
ICAM1抗体 (10020-1-AP)Proteintech10020-1-AP
微管蛋白抗体 (ab21057)Abcamab21057
IRDye 800CW驴抗兔二抗Li-COR Biosciences926-32213
IRDye 680RD驴抗山羊二抗Li-COR Biosciences926-68074
台盼蓝----

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
糖尿病小鼠模型
小鼠品系、性别、年龄、链脲佐菌素剂量和给药方式、高血糖判定标准、糖尿病病程
阅读提示:Materials and Methods - Experimental Animals
视网膜细胞培养
细胞来源、代数、培养基成分、葡萄糖浓度(5.5 mM vs 25 mM)、培养时间(5天)、血清浓度、T3/T4处理浓度(1 nM)和时间(过夜)
阅读提示:Materials and Methods - Cell Culture
DIO2表达检测
RNA-seq和RT-PCR的样本量(n=6)、引物序列、免疫荧光染色的抗体稀释度、图像获取和分析方法
阅读提示:Materials and Methods - RNA Sequencing, Real-time PCR, Immunofluorescence
甲状腺激素测量
LC-MS/MS的样品制备、内标浓度、标准曲线范围、检测限、T3/T4浓度归一化方法
阅读提示:Materials and Methods - Mass Spectrometry
氧化应激和炎症标志物检测
Western blot抗体的稀释度、孵育时间、条带定量方法;免疫荧光的固定和染色步骤
阅读提示:Materials and Methods - Western Blotting, Immunofluorescence
细胞死亡检测
台盼蓝染色具体步骤、计数方法、细胞死亡率计算
阅读提示:Materials and Methods - Supplementation of Cultured Cells With Thyroid Hormone and Cell Death Assay