硬脂酰辅酶A去饱和酶-1损害脑内巨噬细胞和小胶质细胞的修复特性

Stearoyl-CoA desaturase-1 impairs the reparative properties of macrophages and microglia in the brain

作者信息Jeroen F J Bogie, Elien Grajchen, Elien Wouters, Aida Garcia Corrales, Tess Dierckx, Sam Vanherle, Jo Mailleux, Pascal Gervois, Esther Wolfs, Jonas Dehairs, Jana Van Broeckhoven, Andrew P Bowman, Ivo Lambrichts, Jan-Åke Gustafsson, Alan T Remaley, Monique Mulder, Johannes V Swinnen, Mansour Haidar, Shane R Ellis, James M Ntambi, Noam Zelcer, Jerome J A Hendriks
PMID32097464
期刊J Exp Med
发布时间2020-05-04
DOI10.1084/jem.20191660

实验完整度

包含体外细胞实验、离体脑切片培养和体内小鼠模型(cuprizone诱导脱髓鞘),并通过药理学抑制和基因敲除进行功能验证及机制研究。

主要模型

小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDMs) 小鼠小胶质细胞 人单核细胞来源巨噬细胞(MDMs) 离体小脑脑片培养模型 体内cuprizone诱导脱髓鞘小鼠模型

重点核对

髓鞘处理时间(24h vs 72h) SCD1抑制剂CAY10566浓度(1 µM) PKCδ抑制剂rottlerin浓度(3 µM) 小鼠品系(Scd1fl+/+LysMCre+/− 等) cuprizone饮食浓度(0.3%)及处理时间(6周)

摘要

髓鞘再生失败是脱髓鞘疾病如多发性硬化进展的基础。巨噬细胞和小胶质细胞在脱髓鞘病灶的形成和修复中至关重要。在这里,我们显示髓鞘摄取暂时将这些吞噬细胞转向疾病消退表型,而持续细胞内髓鞘积累则诱导病变促进表型。这种表型转变由硬脂酰辅酶A去饱和酶-1(SCD1)控制,该酶负责饱和脂肪酸的去饱和。SCD1产生的单不饱和脂肪酸降低了胆固醇外排转运体ABCA1的表面丰度,这反过来促进了脂质积累并诱导了炎症性吞噬细胞表型。药理学抑制或吞噬细胞特异性Scd1缺失在体外和体内加速了髓鞘再生。这些发现将SCD1确定为促进髓鞘再生的新型治疗靶点。

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
在脱髓鞘疾病中,巨噬细胞和小胶质细胞在摄取髓鞘后如何从修复表型转变为病变促进表型,以及这种转变的分子机制是什么?
核心机制
SCD1产生的单不饱和脂肪酸通过PKCδ依赖性途径降低ABCA1表面丰度,抑制胆固醇外排,导致细胞内游离胆固醇积累,进而诱导吞噬细胞炎症表型。
主要证据
体外细胞实验(BMDMs、小胶质细胞、MDMs)显示SCD1抑制或缺失可逆转表型转变并降低胆固醇负荷;离体脑片和体内cuprizone模型中,SCD1缺失促进髓鞘再生且伴随炎症减轻。
研究意义
SCD1被确定为促进髓鞘再生的新治疗靶点,可能对多发性硬化等脱髓鞘疾病具有治疗潜力。

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

体外髓鞘摄取模型建立

模拟脱髓鞘病灶中吞噬细胞摄取髓鞘的过程,并比较短时程与长时程髓鞘暴露对细胞表型的影响。

使用小鼠BMDMs、小胶质细胞和人MDMs,以100 µg/ml(小鼠细胞)或10 µg/ml(人MDMs)的髓鞘处理24小时(mye24)或72小时(mye72),每日处理。

2

SCD1表达与活性分析

验证髓鞘摄取是否上调SCD1表达并增加其去饱和酶活性。

通过RT-qPCR检测Scd1 mRNA,流式细胞术检测SCD1蛋白,ESI-MS/MS和GC-MS分析脂肪酸组成及去饱和指数。

3

SCD1功能验证

确定SCD1是否参与介导长时程髓鞘摄取引起的炎症表型转变。

使用SCD1抑制剂CAY10566(1 µM)或Scd1基因敲除BMDMs,检测炎症因子表达、NO和TNF-α释放。

4

机制研究:ABCA1及胆固醇外流

探索SCD1下游机制,特别是对胆固醇外排转运体ABCA1及细胞内胆固醇积累的影响。

检测ABCA1 mRNA和表面蛋白水平,胆固醇外排能力,并通过PKCδ抑制剂rottlerin处理验证PKCδ的参与。

5

体内及离体验证

在更复杂的离体和在体模型中验证SCD1抑制或缺失对髓鞘再生的促进作用。

使用离体小脑脑片培养,用溶血卵磷脂诱导脱髓鞘,并进行SCD1抑制剂处理;体内使用cuprizone诱导脱髓鞘模型,在Scd1fl+/+LysMCre+/−和全身Scd1−/−小鼠中评估髓鞘再生。

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
抗SCD1抗体Cell Signaling Technology2438S
抗肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
抗SCD1抗体Abcamab19862
抗ABCA1抗体Novus BiologicalsNB400-105
抗CCR7抗体Abcamab32527
抗CD32抗体Abcamab23336
抗IL-1β抗体Cell Signaling Technology12242
抗NOS2抗体Abcamab15323
抗神经丝抗体Abcamab8135
抗IBA1抗体Fujifilm019-19741
抗CD68抗体Invitrogen14-0688
抗MBP抗体MilliporeMAB386
抗F4/80抗体Bio-RadMCA497G
抗ABCA1抗体Novus BiologicalsNB400-105
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
L-谷氨酰胺----
CAY10566(SCD1抑制剂)Cayman Chemicals--
Rottlerin(PKCδ抑制剂)Sigma-Aldrich--
甲基-β-环糊精Sigma-Aldrich--
脂多糖Sigma-Aldrich--
干扰素-γPeprotech--
白细胞介素-1βPeprotech--
T0901317(LXR激动剂)Cayman Chemicals--
棕榈油酸Sigma-Aldrich--
油酸Sigma-Aldrich--
11-二十碳烯酸Sigma-Aldrich--
芥酸Sigma-Aldrich--
神经酸Sigma-Aldrich--
DiI荧光染料Sigma-Aldrich--
荧光红色乳胶微球Sigma-AldrichL3030
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
显色法鲎阿米巴样细胞裂解物检测试剂盒Genscript--
RIPA裂解液----
蛋白酶磷酸酶抑制剂混合物Roche--
增强化学发光检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
7-AAD核酸染料Thermo Fisher Scientific--
格里斯试剂系统Promega--
小鼠TNF-α ELISA试剂盒eBioscience--
菲律宾素IIISigma-Aldrich--
油红OSigma-Aldrich--
QIAzol裂解试剂Qiagen--
RNeasy小提试剂盒Qiagen--
qScript cDNA合成试剂盒Quanta Biosciences--
NBD-胆固醇Invitrogen--
载脂蛋白A-I----
Amplex Red胆固醇检测试剂盒----
阿拉尔迪特环氧树脂----
醋酸铀酰----
柠檬酸铅----
去甲哈尔满基质Sigma-Aldrich--
铜腙Sigma-Aldrich--
溶血卵磷脂Sigma-Aldrich--
HeLa-ABCA1gfp细胞系----

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
细胞培养与处理
细胞类型、髓鞘浓度(小鼠细胞100 µg/ml,人MDMs 10 µg/ml)、处理时间(24h/72h)、培养基成分
阅读提示:Materials and methods: Macrophage, microglia, and astrocyte differentiation and treatment
SCD1抑制实验
SCD1抑制剂CAY10566浓度(1 µM)、处理时间
阅读提示:Materials and methods: Macrophage, microglia, and astrocyte differentiation and treatment
表型分析
LPS刺激浓度(100 ng/ml)、IFN-γ/IL-1β浓度(100 ng/ml)、刺激时间(6h或18h)
阅读提示:Materials and methods: Macrophage, microglia, and astrocyte differentiation and treatment
离体脑片培养
脑片年龄(P9-P10)、溶血卵磷脂浓度(0.5 mg/ml)、处理时间(16h)、SCD1抑制剂浓度(10 µM)、处理时间(1周)
阅读提示:Materials and methods: Cerebellar slice cultures
体内动物模型
小鼠品系(Scd1fl+/+LysMCre+/−等)、年龄(9-11周)、cuprizone浓度(0.3%)、处理时间(6周)
阅读提示:Materials and methods: Cuprizone-induced acute demyelination in vivo model