抑制P2X7通路减轻小胶质细胞活化和焦亡促进实验性视网膜脱离中光感受器存活

Attenuation of Microglial Activation and Pyroptosis by Inhibition of P2X7 Pathway Promotes Photoreceptor Survival in Experimental Retinal Detachment

作者信息Manjing Cao, Xinting Huang, Jingling Zou, Yingqian Peng, Yanbing Wang, Xichen Zheng, Luosheng Tang, Lusi Zhang
PMID37351878
发布时间2023-06-01
DOI10.1167/iovs.64.7.34

实验完整度

包含体内(小鼠RD模型)、体外(BV2小胶质细胞和661W PR细胞)、人类和小鼠转录组分析,以及功能验证(TUNEL、ERG、组织学)和机制验证(P2X7/NLRP3通路)。

主要模型

C57BL/6小鼠视网膜脱离模型 BV2小胶质细胞系 661W光感受器细胞系 人类RD视网膜转录组数据

重点核对

RD模型:通过注射3 µL 10 mg/mL透明质酸钠至SRS建立,样品收集时间点包括1、2、3、7、14天 P2X7表达:通过qPCR和WB检测RD后1、2、3天视网膜组织 小胶质细胞焦亡:通过免疫荧光检测Iba-1与caspase-1/IL-1β/GSDMD/NF-κB共定位,在RD后3天 BBG处理:亚视网膜注射10或100 µg/mL,或腹腔注射15、50、100 mM,评估小胶质细胞迁移和PR存活

摘要

目的:光感受器(PR)死亡是视网膜脱离(RD)中不可逆视力丧失的最终原因。尽管在RD后观察到小胶质细胞浸润到视网膜下间隙(SRS),但小胶质细胞活化的分子机制及其浸润后果仍不清楚。我们旨在揭示小胶质细胞活化起始的机制,以帮助探索促进PR存活的潜在疗法。方法:通过向C57BL/6J野生型小鼠的SRS注射透明质酸钠建立RD模型。使用ATP微板测定试剂盒测量三磷酸腺苷(ATP)。使用生物信息学分析评估人类数据集和小鼠RD转录组中与ATP结合相关的上调受体。通过qPCR、WB和免疫荧光在体内和体外确认P2X7、其下游信号通路和小胶质细胞焦亡的表达。通过细胞计数试剂盒-8测量PR的细胞活力。将P2X7拮抗剂亮蓝G(BBG)通过视网膜下或腹腔注射以抑制体内小胶质细胞活化,并用于体外小胶质细胞系处理。通过免疫荧光和WB检测小胶质细胞活化和焦亡的减少。通过苏木精-伊红染色、TUNEL检测和视网膜电图分析测量对PR的保护作用。结果:结果显示,RD后SRS中释放的细胞外ATP触发P2X7活化并吸引小胶质细胞。P2X7活化诱导的炎症小体激活下游级联反应导致小胶质细胞焦亡,进而导致PR死亡。体外ATP活化的小胶质细胞导致PR死亡。P2X7阻断通过抑制小胶质细胞活化和焦亡在形态学和功能上拯救了PR。结论:这些结果阐明,ATP诱导的P2X7介导的小胶质细胞活化导致小胶质细胞焦亡,从而促进PR死亡。适当抑制小胶质细胞焦亡可能作为减少RD中PR死亡的药物治疗策略。

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
视网膜脱离后,细胞外ATP通过P2X7受体触发小胶质细胞活化和焦亡的分子机制,以及抑制P2X7是否能促进光感受器存活。
核心机制
ATP诱导的P2X7激活通过NF-κB/NLRP3通路导致小胶质细胞焦亡,释放炎性因子,进而导致光感受器死亡。
主要证据
在人和小鼠RD转录组中发现P2X7上调;体内和体外实验显示P2X7激活下游NLRP3和GSDMD裂解,亚视网膜小胶质细胞发生焦亡;P2X7拮抗剂BBG减少小胶质细胞迁移和焦亡,改善PR存活和功能。
研究意义
适当抑制小胶质细胞焦亡可能作为减少视网膜脱离中光感受器死亡的药物治疗策略;BBG可能成为手术中调节小胶质细胞的潜在药物或染料。

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

构建视网膜脱离模型及ATP检测

建立实验性视网膜脱离模型,并检测视网膜下间隙中ATP水平的变化,以验证eATP作为小胶质细胞趋化信号的可能性。

向C57BL/6小鼠SRS注射透明质酸钠以造成视网膜脱离,在RD后30分钟收集视网膜下液和视网膜,使用ATP微板测定试剂盒检测ATP浓度。

2

转录组分析鉴定P2X7

通过生物信息学分析人及小鼠RD视网膜转录组,鉴定与ATP结合相关的上调P2X受体。

获取人RD转录组数据(GSE28133)和自测小鼠RD RNA-seq数据,分析差异表达基因,聚焦ATP结合相关基因集,筛选P2X受体家族中显著上调的成员。

3

验证P2X7及其下游通路在体内表达

验证RD后P2X7表达上调,并检测NLRP3和NF-κB通路激活及小胶质细胞焦亡的发生。

通过qPCR和WB检测RD后不同时间点P2X7、NLRP3、caspase-1、GSDMD、NF-κB p-p65的表达;通过免疫荧光观察亚视网膜小胶质细胞中P2X7和焦亡标志物的共定位。

4

体外验证ATP对小胶质细胞炎症和光感受器死亡的影响

在BV2小胶质细胞和661W光感受器细胞系中验证ATP对小胶质细胞炎症和焦亡的诱导作用,以及活化小胶质细胞对光感受器细胞活力的影响。

用ATP(1或3 mM)和/或LPS(0.5 µg/mL)处理BV2细胞,通过WB检测NLRP3、NF-κB p-p65、GSDMD和P2X7水平;收集BV2上清液处理661W细胞,用CCK8检测细胞活力。

5

P2X7拮抗剂BBG治疗对体内小胶质细胞和光感受器的影响

评估P2X7拮抗剂BBG对RD小鼠小胶质细胞迁移、焦亡和光感受器存活及功能的影响。

通过亚视网膜注射(SRi)或腹腔注射(IP)给予BBG,通过免疫荧光检测小胶质细胞数量及GSDMD/IL-1β表达,通过TUNEL检测细胞死亡,通过HE染色测量ONL和IS/OS厚度,通过ERG评估光感受器功能。

6

体外验证BBG对小胶质细胞炎症和光感受器死亡的拯救作用

在体外确认BBG通过抑制小胶质细胞炎症和焦亡来保护光感受器,而非直接作用于光感受器。

用BBG预处理BV2细胞后再用ATP和/或LPS刺激,检测NLRP3、P2X7、GSDMD和NF-κB p-p65蛋白水平;收集BV2上清液处理661W细胞,用CCK8检测细胞活力;同时用H2O2诱导661W细胞凋亡,并用BBG处理评估直接保护作用。

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
透明质酸钠Albomed--
微量注射器Hamilton--
ATP微板测定试剂盒Absin--
Triton X-100BioFroxx--
ProLong Gold抗淬灭封片剂ThermoFisher Scientific--
共聚焦显微镜Carl Zeiss--
原位细胞死亡检测试剂盒,荧光素Roche--
RIPA裂解液Solarbio--
蛋白酶抑制剂Roche--
磷酸酶抑制剂Roche--
PVDF膜Millipore--
FluorChem FC3成像系统ProteinSimple--
TRIzol试剂Invitrogen--
RevertAid预混液ThermoFisher Scientific--
TB Green Premix Ex Taq IITakaraRR820A
StepOne Plus实时荧光定量PCR系统ThermoFisher Scientific--
RetiMINER系统AiErXi Medical Equipment Co., Ltd.--
高糖DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
三磷酸腺苷(ATP)----
脂多糖----
亮蓝G----
过氧化氢----
细胞计数试剂盒-8Dojindo--
酶标仪ThermoFisher Scientific--
CaseViewer应用3DHISTECH--
抗CD11b抗体eBioscience14-0112-82
抗Iba-1抗体NovusNB100-1028
抗Iba-1抗体Abcamab178846
抗P2X7抗体Alomone LabAPR-004
抗Caspase-1抗体Santa Cruzsc-56036
抗IL-1β抗体Cell Signaling Technology12242
抗CD68抗体eBioscience14-0681-80
抗GSDMD抗体Santa Cruzsc-393656
抗磷酸化NF-κB p65抗体Cell Signaling Technology3033S
抗NLRP3抗体Biorbytorb101128
抗P2X7抗体MilliporeSigmaP8232
抗GAPDH抗体Abcamab181603
抗兔IgG HRPROCKLAND18-8816-33
抗小鼠IgG HRPROCKLAND18-8817-33
VAHTS Universal V6 RNA测序文库制备试剂盒Vazyme--
Illumina Novaseq 6000平台Illumina--

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
RD模型构建
小鼠品系和体重、麻醉剂剂量(戊巴比妥50 mg/kg)、透明质酸钠浓度和体积(10 mg/mL,3 µL)、注射部位(SRS)、样品收集时间点(1, 2, 3, 7, 14天)
阅读提示:Materials and Methods - Experimental Model of RD and Drug Intervention
ATP检测
视网膜下液收集方法、检测试剂盒(ATP Microplate Assay Kit)、检测波长(635 nm)
阅读提示:Materials and Methods - Sample Preparation and ATP Detection
P2X7表达检测
qPCR引物序列、Western blot抗体及稀释比例、免疫荧光抗体及稀释比例
阅读提示:Materials and Methods - Quantitative Real-Time PCR、Western Blot、Immunohistochemistry
BBG治疗
BBG给药途径(SRi或IP)、剂量(SRi: 10或100 µg/mL;IP: 15, 50, 100 mM)、给药时间(SRi: RD后立即;IP: RD前20分钟)
阅读提示:Materials and Methods - Experimental Model of RD and Drug Intervention
PR存活评估
TUNEL检测时间点(RD后3天)、HE测量时间点(RD后14天)、ONL和IS/OS厚度测量方法(10个点,间距150 µm)、ERG条件(暗适应,刺激强度范围)
阅读提示:Materials and Methods - TUNEL Assay、Histology、ERG Analysis
体外实验
BV2细胞培养条件、ATP和LPS浓度(1, 3 mM ATP;0.5 µg/mL LPS)、处理时间(12小时)、BBG预处理浓度和时间(500 µM,30分钟)、CCK8检测条件
阅读提示:Materials and Methods - Cell Culture and Treatment、Cell Viability Assay