中性粒细胞将弹性蛋白酶插入肝细胞以调节酒精相关性肝炎中的钙信号

Neutrophils insert elastase into hepatocytes to regulate calcium signaling in alcohol-associated hepatitis

作者信息Noriyoshi Ogino, M Fatima Leite, Mateus T Guerra, Emma Kruglov, Hiromitsu Asashima, David A Hafler, Takeshi Ito, João P Pereira, Brandon J Peiffer, Zhaoli Sun, Barbara E Ehrlich, Michael H Nathanson
PMID38916955
发布时间2024-06-25
DOI10.1172/JCI171691

实验完整度

包含体外共培养、原代细胞、体内AAH模型、患者样本等多个独立证据层级,并有功能验证(如Elane-KO和ITPR2-KO小鼠)和机制验证(如蛋白酶抑制剂、内吞抑制剂等)。

主要模型

HepG2细胞与人类中性粒细胞共培养 原代小鼠肝细胞与小鼠中性粒细胞共培养 酒精相关性肝炎小鼠模型(ELF模型和慢性-狂饮模型) 酒精相关性肝炎患者肝活检和肝外植体

重点核对

中性粒细胞与肝细胞的直接接触 中性粒细胞弹性蛋白酶对ITPR2的降解 肝细胞Serpin E2/A3的表达上调 PI3K介导的内吞作用 体内模型中Elane敲除或弹性蛋白酶抑制剂的效应

摘要

中性粒细胞浸润发生在多种肝脏疾病中,但中性粒细胞与肝细胞如何相互作用尚不清楚。中性粒细胞通常使用颗粒蛋白酶消化吞噬的细菌和异物,或在中性粒细胞胞外陷阱中中和它们。在某些病理状态下,颗粒蛋白酶对宿主也起破坏作用。最近,有报道称中性粒细胞颗粒蛋白具有非破坏性作用,例如调节组织重塑和代谢。在这里,我们报道了一种完全不同的机制,中性粒细胞通过将颗粒直接插入肝细胞而发挥非破坏性作用。具体来说,含弹性蛋白酶的颗粒被转移到肝细胞,在那里弹性蛋白酶选择性降解细胞内钙通道以减少细胞增殖而不产生细胞毒性。作为回应,肝细胞增加了Serpin E2和A3的表达,这抑制了弹性蛋白酶的活性。在酒精相关性肝炎的患者标本中观察到弹性蛋白酶的插入,并在小鼠模型中证实了弹性蛋白酶介导的ITPR2降解与细胞增殖减少之间的关系。此外,来自酒精相关性肝炎患者的中性粒细胞比来自健康个体的中性粒细胞更倾向于脱颗粒,并且在降低钙通道表达方面更有效。这种对肝细胞的非破坏性和可逆作用定义了中性粒细胞在上皮钙信号机制的瞬时调节中先前未被认识的作用。

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
中性粒细胞如何与肝细胞相互作用,以及这种相互作用在酒精相关性肝炎发病机制中的意义。
核心机制
中性粒细胞通过直接接触将含弹性蛋白酶的颗粒经PI3K介导的内吞作用插入肝细胞,弹性蛋白酶降解ITPR2,从而减少肝细胞增殖;肝细胞则通过上调Serpin E2/A3来抑制弹性蛋白酶活性,实现可逆性调节。
主要证据
体外共培养实验显示中性粒细胞降低肝细胞ITPR2和Ca2+信号而不损伤细胞;体内AAH模型(ELF或慢性-狂饮)显示Elane缺失或弹性蛋白酶抑制可恢复ITPR2水平和肝细胞增殖;患者肝活检显示弹性蛋白酶插入与ITPR2降低相关。
研究意义
该研究揭示了一种新的中性粒细胞-肝细胞通讯机制,即非破坏性的颗粒插入和酶介导的信号调节,为酒精相关性肝炎提供了潜在的新治疗靶点。

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

建立中性粒细胞-肝细胞共培养模型

模拟浸润中性粒细胞与肝细胞的相互作用,并观察中性粒细胞对肝细胞表型和功能的影响。

将HepG2细胞与人类中性粒细胞共培养,或原代小鼠肝细胞与小鼠中性粒细胞共培养,检测细胞活力、增殖、Ca2+信号和相关蛋白表达。

2

检测中性粒细胞对肝细胞Ca2+相关蛋白和增殖的影响

验证中性粒细胞是否非破坏性地影响肝细胞功能。

通过EdU增殖实验、Ca2+成像、免疫印迹和细胞活力检测,评估中性粒细胞对肝细胞ITPR2、SERCA2等蛋白表达及增殖的影响。

3

探究ITPR2降低的机制

确定中性粒细胞诱导的ITPR2降低是否通过转录、蛋白降解或分泌因子介导。

通过RT-qPCR分析ITPR2 mRNA水平,测试自噬、蛋白酶体、钙蛋白酶、胰蛋白酶和caspase 3抑制剂,检测条件培养基和Transwell分离的作用,以及去除中性粒细胞后ITPR2的恢复。

4

确定中性粒细胞与肝细胞直接接触的必要性

验证ITPR2降低是否需要中性粒细胞与肝细胞的直接接触,并排除NETs和分泌因子的作用。

使用PI-PLC处理去除GPI锚定蛋白,使用整合素阻断抗体,添加NETs成分(HMGB1、弹性蛋白酶、MPO),使用PMA诱导NETs,并检测NETs标记物。

5

验证中性粒细胞颗粒插入肝细胞

证实中性粒细胞颗粒蛋白(如弹性蛋白酶和MPO)被转移到肝细胞。

分离中性粒细胞亚细胞组分,将各组分孵育HepG2细胞;共培养后通过免疫荧光、免疫电镜和免疫印迹检测肝细胞中的颗粒蛋白。

6

鉴定ITPR2降解的蛋白酶并检测肝细胞的保护反应

确定中性粒细胞弹性蛋白酶是否为ITPR2降解的直接原因,并探究肝细胞的防御机制。

使用丝氨酸蛋白酶抑制剂AEBSF和MPO抑制剂PF-1355,重组弹性蛋白酶降解实验,2D-DIGE蛋白质组学,RT-qPCR检测Serpin E2/A3,重组Serpin蛋白的抑制效果。

7

揭示颗粒摄取机制

阐明中性粒细胞颗粒如何进入肝细胞。

免疫电镜观察颗粒在肝细胞中的定位,使用PI3K抑制剂(LY294002、wortmannin)和低温实验,共定位LAMP1和PKH67染料。

8

评估体内AAH模型中弹性蛋白酶的作用

验证在体内酒精相关性肝炎模型中,中性粒细胞弹性蛋白酶对ITPR2和肝细胞增殖的影响。

使用Elane-KO和WT小鼠建立ELF或慢性-狂饮AAH模型,检测肝组织ITPR2、cyclin D1、Ki67水平,并给予弹性蛋白酶抑制剂sivelestat或AEBSF。

9

验证人类AAH标本中的发现

评估中性粒细胞弹性蛋白酶介导的ITPR2降解是否在人类AAH中发生。

使用AAH患者肝活检和肝外植体标本,进行免疫组化、免疫印迹和免疫荧光检测ITPR2、MPO、弹性蛋白酶和Serpin A3,并分析相关关系。

10

比较AAH患者与健康对照中性粒细胞的功能差异

确定AAH患者中性粒细胞是否更倾向于脱颗粒和诱导ITPR2降解。

从AAH患者和健康志愿者分离中性粒细胞,与HepG2细胞共培养,检测ITPR2降解动力学,比较MPO和弹性蛋白酶含量及ERK磷酸化。

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
PolymorphPrepProteogenixAN1114683
磷脂酰肌醇特异性磷脂酶CSigma-AldrichP5542
N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸Sigma-AldrichF3506
SYTOX GreenThermo Fisher ScientificS7020
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯----
活/死细胞活力/细胞毒性试剂盒Molecular ProbesL3224
JC-1染料Thermo Fisher ScientificT3168
Transwell系统FALCON353096
抗ITGAM抗体Thermo Fisher Scientific14-0112-82
抗ITGA2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-53502
Fluo-4, AMInvitrogenF14201
PKH67绿色荧光细胞连接微型试剂盒Sigma-AldrichMINI67-1KT
LysoTracker Red DND-99Thermo Fisher ScientificL7528
LY294002Cayman Chemical70920
wortmanninCayman Chemical10010591
RNeasy Mini试剂盒QIAGEN74104
iScript cDNA合成试剂盒Bio-Rad1708891
TaqMan引物和探针Thermo Fisher Scientific--
ABI 7500序列检测系统Applied Biosystems--
重组Serpin E2BioLegend769002
重组Serpin A3R&D Systems1295-PI
丙氨酸转氨酶活性检测试剂盒Abcamab105134
OCT包埋剂Electron Microscopy Sciences72592
抗MPO抗体Thermo Fisher ScientificRB373A0
抗弹性蛋白酶抗体Abcamab131260
抗Ki67抗体Thermo Fisher Scientific14-5698-82
抗CK18抗体Proteintech10830-1-AP
抗裂解caspase 3抗体Cell Signaling Technology9661
NovoLink聚合物检测系统Leica BiosystemsRE7290-K

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
中性粒细胞分离
中性粒细胞来源(健康志愿者或AAH患者)、分离方法(PolymorphPrep)、纯度及活力
阅读提示:Methods: Isolation of neutrophils from human blood
细胞培养与共培养
细胞系(HepG2、原代肝细胞),培养条件(CO2浓度、温度),中性粒细胞与肝细胞比例(1:1),共培养时间
阅读提示:Methods: Cell culture, coculture with neutrophils
药物处理
抑制剂浓度(AEBSF 10 μM, LY294002 40 μM 等),处理时间(1小时)
阅读提示:Methods: Functional blocking interventions, Endocytosis inhibition experiments
体内模型
小鼠品系(C57BL/6?),AAH模型构建(ELF或慢性-狂饮),Elane-KO和ITPR2-KO小鼠,处理时间,样本量
阅读提示:Methods: Mouse models of AAH, Supplemental Methods
检测方法
免疫印迹抗体信息,RT-qPCR引物和探针,Ca2+成像条件(ATP浓度、荧光染料)
阅读提示:Methods: Immunoblotting analysis, RNA isolation and quantitative real-time PCR, Ca2+ signaling