S100A11通过H3K27ac-TFEB-线粒体自噬轴调控神经病理性疼痛中的小胶质细胞炎症反应

S100A11 regulates microglial inflammatory response in neuropathic pain via H3K27ac-TFEB-mitochondrial autophagy axis

作者信息Heqing Zheng, Sheng Tian, Lanxiang Wu, Guangyu Jia, Yao Xiao, Xinping Yu, Qi Zuo, Runyu Zhou, Jun Min, Qingping Wu, Hongwu Xie, Qinghua Luo, Wei Wu
PMID41814168
发布时间2026-03-11
DOI10.1186/s10194-026-02328-9

实验完整度

包含CCI动物模型、原代小胶质细胞和神经元体外模型,结合转录组测序、功能验证(行为学、形态学)和机制验证(Western blot、IF、ChIP-qPCR)等至少两个独立证据层级。

主要模型

CCI诱导的神经病理性疼痛小鼠模型 原代小胶质细胞(LPS刺激) 原代神经元

重点核对

CCI模型建立:坐骨神经结扎,3道4-0缝合线,间隔1mm AAV注射:鞘内注射HBAAV2/9-Cx3cr1-siS100A11,滴度1.0×10^12 vg/mL S100A11敲低效率验证:Western blot和免疫荧光 疼痛行为学检测:机械缩足阈值(Von Frey)和热缩足潜伏期(热板法,52±0.5°C) 自噬抑制剂Mdivi-1处理:体外和体内实验

摘要

神经病理性疼痛(NP)与脊髓小胶质细胞过度激活和持续性神经炎症密切相关;然而,驱动小胶质细胞功能稳态失衡的关键分子调控因子和表观遗传回路仍不完全明确。通过RNA测序,S100钙结合蛋白A11(S100A11)被确定为激活的脊髓小胶质细胞中上调最显著的基因之一。在这里,我们研究了S100A11在NP期间对小胶质细胞功能障碍的功能贡献,并描绘了将S100A11与自噬调节联系起来的潜在分子-表观遗传回路。使用慢性坐骨神经缩窄性损伤(CCI)诱导的NP小鼠模型,体内转录组学结合体外验证表明,在体内和体外NP相关情境中,S100A11在激活的小胶质细胞中显著上调。在功能上,小胶质细胞靶向的S100A11敲低可减轻CCI小鼠的机械或热痛觉过敏,缓解脊髓突触损伤,同时抑制小胶质细胞焦亡和促炎细胞因子释放,并在体外增强自噬流。在机制上,S100A11沉默促进转录因子EB(TFEB)的核转位。为了解析驱动这种效应的特定表观遗传修饰,我们筛选了关键的组蛋白乙酰化位点,并确定组蛋白H3第27位赖氨酸乙酰化(H3K27ac)是关键靶点:S100A11缺失特异性增加了自噬相关基因启动子区域的H3K27ac富集。这种H3K27ac介导的染色质松弛促进了TFEB与这些启动子的结合。这种相互作用直接驱动自噬机制的转录激活,恢复小胶质细胞稳态。总的来说,我们的研究揭示了一个新颖的S100A11-TFEB-H3K27ac-自噬调节轴,它决定了NP中小胶质细胞的功能命运。

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
S100A11是否以及如何通过调控小胶质细胞自噬和炎症反应参与神经病理性疼痛的发病机制?
核心机制
S100A11敲低通过促进TFEB核转位,增加自噬相关基因启动子区域H3K27ac富集,进而激活线粒体自噬,抑制小胶质细胞M1极化和NLRP3炎性小体介导的焦亡,从而减轻神经炎症和疼痛。
主要证据
CCI小鼠模型和LPS刺激的原代小胶质细胞中,S100A11敲低减轻了机械和热痛觉过敏,抑制了M1标志物和焦亡相关蛋白表达,增强了自噬流和线粒体功能;TFEB敲低或A-485处理可逆转这些效应,ChIP-qPCR证实H3K27ac在LC3、PINK1、Parkin启动子区域富集增加。
研究意义
该研究揭示了S100A11-TFEB-H3K27ac-自噬调节轴在NP发病中的关键作用,为NP的治疗提供了新的潜在靶点。

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

筛选和验证S100A11在神经病理性疼痛中的表达

鉴定在CCI模型中异常表达并可能参与NP发病的关键分子。

对CCI小鼠和假手术组小鼠的L4-L6脊髓节段进行转录组测序,筛选差异表达基因,并通过RT-qPCR和Western blot验证S100A11的表达,利用免疫荧光共标记确定其在细胞类型中的定位。

2

验证S100A11敲低对神经病理性疼痛行为和小胶质细胞炎症的影响

评估S100A11在体内对疼痛行为和神经炎症的功能贡献。

通过鞘内注射AAV(HBAAV2/9-Cx3cr1-siS100A11)敲低脊髓小胶质细胞中的S100A11,在CCI模型中检测疼痛行为(MWT、TWL)和小胶质细胞形态及炎症指标。

3

验证S100A11敲低对NLRP3炎性小体介导的焦亡的影响

探究S100A11是否调控小胶质细胞焦亡。

在CCI小鼠和LPS刺激的原代小胶质细胞中,检测S100A11敲低对NLRP3炎性小体相关蛋白(NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD-N)表达的影响,以及下游炎性因子IL-1β和IL-18的释放。

4

验证S100A11敲低对线粒体功能和自噬的影响

阐明S100A11调控炎症反应的潜在机制是否涉及线粒体自噬。

在LPS刺激的原代小胶质细胞中,敲低S100A11后检测线粒体膜电位(JC-1)、ROS水平(MitoSOX)、线粒体数量(MitoTracker)、自噬相关蛋白(LC3、P62、Parkin、Pink1)及自噬流(Tom20和LC3B共标记),并使用自噬抑制剂Mdivi-1进行干预。

5

验证S100A11敲低通过TFEB/H3K27ac轴调控自噬

揭示S100A11调控自噬的具体分子和表观遗传机制。

检测S100A11敲低后TFEB的亚细胞定位,以及组蛋白乙酰化修饰(H3K27ac等)的变化。通过TFEB敲低、组蛋白乙酰化抑制剂A-485处理和ChIP-qPCR验证关键机制。

6

验证S100A11敲低对神经元和突触功能的影响

评估S100A11敲低对神经元损伤和突触可塑性的影响。

使用S100A11干扰的小胶质细胞条件培养基孵育原代神经元,检测凋亡相关蛋白(Bax、Bcl-2)和神经元结构(MAP2、Calcein AM染色)。在CCI小鼠脊髓组织中检测突触相关蛋白(PSD-95、SYP)表达。

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
腺相关病毒(HBAAV2/9-Cx3cr1-siS100A11)Hanheng Biotechnology (Nanjing, China)1.0×10^12 vg/mL
DMEM/F12培养基----
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Gibco--
胰蛋白酶Gibco--
多聚赖氨酸----
脂质体3000----
脂多糖----
线粒体分裂抑制剂-1----
A-485----
Hifair® AdvanceFast一步法RT-gDNA消化预混液yeasen11151ES
线粒体分离试剂盒Thermo Scientific89874
核质蛋白提取试剂盒Thermo Scientific78833
PAGE凝胶快速制备试剂盒Shanghai YameiPG113
PVDF膜Millipore--
IL-1β ELISA试剂盒Shanghai TongweiTW158412
IL-18 ELISA试剂盒Shanghai TongweiTW10277
Hoechst染料SigmaB2261
鬼笔环肽UElandyYP0114
抗荧光淬灭封片剂BeyotimeP0126
共聚焦显微镜(ZEISS LSM 980)ZEISS--
JC-1染料InvitrogenT316
MitoSOX染料InvitrogenT316
MitoTracker染料Beyotime--
Yo-Pro染料----
碘化丙啶----
NeuN抗体CST24307
GFAP抗体CST12389
IBA-1抗体Wako019-19741
S100A11抗体Proteintech60024-1-Ig
CD68抗体abcamab31630
iNOS抗体SantaCruzsc7271
IL-10抗体SantaCruzsc8438
CD206抗体SantaCruzsc70585
IL-1β抗体SantaCruzsc-32294
NLRP3抗体AdipoGenAG-20B-0014
GSDMD-N抗体Proteintech20770-1-AP
Caspase-1抗体AdipoGenAG-20B-0042
MAP2抗体CST4542
β-actin抗体Proteintech66009-1-Ig
S100A11抗体Abcamab169530
ASC抗体WanleibioWL02462
Caspase-1抗体CST89332
Bax抗体Proteintech50599-2-Ig
Bcl-2抗体abcloneA19693
COX IV抗体Proteintech11242-1-AP
LC3抗体Proteintech14600-1-AP
P62抗体Proteintech18420-1-AP
Parkin抗体Proteintech14060-1-AP
Pink1抗体Proteintech23274-1-AP
H3抗体Proteintech17168-1-AP
TFEB抗体Proteintech13372-1-AP
TFEC抗体Proteintech13547-1-AP
TFE3抗体Proteintech14480-1-AP
H3K9ac抗体CST9649
H3K18ac抗体CST13998
H3K27ac抗体CST8173
H4K12ac抗体CST13944
H4K16ac抗体CST13534
GraphPad Prism 9.0----

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
动物模型与分组
动物品系、性别、周龄、体重;CCI模型操作细节(缝合线材质、数量、间距);对照组设置(sham组)。
阅读提示:Materials and Methods: Animals, Chronic constriction injury (CCI) model
AAV注射与敲低
AAV载体类型、滴度、注射体积、注射位点、注射后建模时间。
阅读提示:Materials and Methods: Intrathecal injection; Figure 2A
行为学检测
机械痛阈测试方法(Von Frey纤维规格、“up-and-down”法)、热痛阈测试温度、测试时间点、实验者盲法。
阅读提示:Materials and Methods: Behavioral tests, Mechanical withdrawal threshold (MWT), Thermal withdrawal threshold (TWT)
细胞培养与处理
原代小胶质细胞分离方法、培养时间、LPS浓度、处理时间、siRNA转染浓度和时间。
阅读提示:Materials and Methods: Primary microglia culture, Primary microglial si-RNA transfection; Table 1
自噬相关实验
线粒体蛋白提取方法、抗体信息、Mdivi-1处理浓度和时间;线粒体功能检测(JC-1、MitoSOX、MitoTracker)染色浓度和时间。
阅读提示:Materials and Methods: Cellular mitochondrial protein isolation, Mitochondrial assessment in primary microglia; Results sections
机制验证
核质分离方法、组蛋白乙酰化检测抗体、A-485处理浓度和时间、TFEB敲低siRNA序列、ChIP-qPCR具体步骤和引物。
阅读提示:Materials and Methods: Cytosolic and nuclear fraction isolation, Western blot, Primary microglial si-RNA transfection; Results: S100A11 knockdown alleviates...; Supplementary Fig. S4