卵巢激素缺乏通过转录组和代谢改变增强木烟诱导的免疫功能障碍

Ovarian hormone deficiency enhances wood smoke-induced immune dysfunction via transcriptomic and metabolic alterations

作者信息Mijung Oh, Sydnee Yazzie, Eunju Lim, Onamma Edeh, Charlotte McVeigh, Alicia Bolt, Jennifer M Gillette, Katherine E Zychowski
PMID41879291
发布时间2026-03
DOI10.1093/toxsci/kfag023

实验完整度

高

包含单细胞转录组发现(OVX小鼠)和 Sham/OVX 双队列功能验证(代谢、基因表达、蛋白),证据层级独立且含机制推断。

主要模型

去卵巢(OVX)C57BL/6小鼠模型 骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)

重点核对

卵巢激素状态(OVX vs Sham) 木烟暴露浓度约0.575 mg/m³,每天4小时,连续2天 BMDM分化方案(M-CSF 50 ng/ml,7天) 代谢测定(Seahorse XF96,细胞密度80,000/孔)

摘要

野火发生频率和严重程度的增加提高了公众对烟雾的暴露,强调了识别易感因素(包括卵巢激素缺乏)的重要性。在此,我们使用单细胞RNA测序分析了暴露于过滤空气(FA)或木烟(WS)的去卵巢(OVX)小鼠的骨髓免疫细胞,并在来自OVX和假手术小鼠的巨噬细胞中进行了功能验证。单细胞分析集中在OVX背景下;手术与暴露之间的相互作用在包括Sham和OVX组的检测中于功能水平得到确认。在OVX小鼠中,WS广泛抑制了涉及抗原加工、白细胞活化、抗病毒防御和骨重塑的转录程序。这与免疫细胞组成改变相关,包括记忆CD8+ T细胞增加,粒细胞和干扰素反应细胞群减少。来自WS暴露的OVX小鼠的骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)表现出代谢重编程,其特征是OVX诱导的氧化磷酸化和糖酵解活性抑制被逆转,以及M2相关基因表达降低,同时未诱导M1相关基因。这种免疫-代谢解偶联表明,在卵巢激素缺乏下WS暴露可能在骨髓巨噬细胞轴中印刻持久的程序。总之,这些发现表明卵巢激素缺乏增加了骨髓对WS诱导的免疫破坏的易感性。WS仅在卵巢激素缺乏条件下触发巨噬细胞重编程,导致代谢活性增强伴随关键免疫通路抑制,确定了一种新的免疫毒性机制。这些发现强调了在空气污染风险评估中考虑激素状态的重要性。

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
卵巢激素缺乏如何影响骨髓免疫细胞对急性木烟暴露的转录组和功能性反应?
核心机制
在卵巢激素缺乏下,木烟暴露导致骨髓免疫转录程序广泛抑制,同时诱导巨噬细胞代谢重编程(氧化磷酸化和糖酵解增强)与M2相关基因(如Arg1、Mrc1、Pparg)选择性下调,形成免疫-代谢解偶联,可能涉及PPARγ通路减弱。
主要证据
单细胞RNA-seq显示OVX小鼠WS暴露后免疫基因广泛下调及细胞组成改变;BMDM代谢分析显示OVX-WS组OCR和ECAR升高而Sham组无变化;qRT-PCR和Western blot显示M2基因和ARG1、PPARγ蛋白仅OVX-WS组下调。
研究意义
揭示了卵巢激素缺乏增加骨髓对木烟诱导免疫破坏的易感性,强调在空气污染风险评估中需考虑激素状态,并为免疫毒性提供新机制。

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

建立卵巢激素缺乏模型

模拟绝经后雌激素缺乏状态,比较卵巢切除(OVX)与假手术(Sham)小鼠的差异

C57BL/6雌性小鼠(6-8周龄)进行双侧卵巢切除术或假手术,术后监测10天,记录体重变化以验证激素状态。

2

木烟暴露处理

评估急性木烟暴露对骨髓免疫细胞的影响

将OVX和Sham小鼠暴露于木烟(WS)或过滤空气(FA),每天4小时,连续2天,浓度约0.575±0.12 mg/m³。

3

单细胞转录组发现

在OVX背景下鉴定木烟暴露引起的骨髓免疫细胞转录组变化

收集暴露后骨髓细胞进行单细胞RNA测序,分析免疫细胞组成和差异表达基因,并验证关键通路。

4

巨噬细胞功能验证

验证卵巢激素状态和木烟暴露对BMDM代谢和极化标志物的影响

从Sham和OVX小鼠(暴露于FA或WS)分离骨髓细胞,分化BMDM,进行代谢通量分析(OCR、ECAR)、qRT-PCR(M1/M2相关基因)和Western blot(ARG1、PPARγ)。

5

统计分析

评估手术(OVX/Sham)和暴露(FA/WS)的相互作用效应

使用双因素方差分析(代谢参数、蛋白)或线性混合模型(qRT-PCR数据)分析主要效应和交互作用。

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
异氟烷Sigma-Aldrich51144
RPMI-1640培养基Gibco11875085
胎牛血清Gibco10438026
青霉素-链霉素Gibco15140122
小鼠M-CSFPeproTech315-02
EDTAThermo Fisher Scientific15575-038
CD11b抗体Cell Signaling85601
F4/80抗体Cell Signaling40781
IgG2b同型对照Cell Signaling79201
IgG2b同型对照Cell Signaling52572
Seahorse XF细胞线粒体压力测试试剂盒Agilent103015-100
Seahorse XF糖酵解压力测试试剂盒Agilent103020-100
RNeasy迷你试剂盒Qiagen74104
High-Capacity cDNA反转录试剂盒Thermo Fisher Scientific4374966
iTaq通用SYBR Green超混液Bio-Rad1725121
QuantiTect引物检测Qiagen--
RIPA裂解液Thermo Fisher Scientific--
蛋白酶和磷酸酶抑制剂混合物Thermo Fisher Scientific--
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
Mini-PROTEAN TGX预制胶(4-20%)Bio-Rad4561094
PVDF膜Bio-RadIPVH00010
ARG1抗体Cell Signaling Technology93668
PPARγ抗体Cell Signaling Technology2443
Vinculin抗体Cell Signaling Technology13901
HRP标记二抗Cell Signaling Technology7074S
SuperSignal West Femto最大灵敏度底物Thermo Fisher Scientific34095
Chromium iX控制器10X GenomicsPN-1000328
Chromium Next GEM芯片G10X GenomicsPN-1000120
Chromium Next GEM单细胞3'试剂盒v3.110X GenomicsPN-1000286
Dual Index试剂盒TT Set A10X GenomicsPN-1000215
Agilent Bioanalyzer高灵敏度DNA试剂盒Agilent Technologies5067-4626
Qubit DNA HS检测试剂盒Thermo Fisher ScientificQ32851
Illumina NovaSeqX Plus测序仪Illumina--
Seahorse XF96分析仪Agilent--
CXF OPUS 96实时荧光定量PCR系统Bio-Rad--
ChemiDoc成像系统Bio-Rad--
Image Lab软件Bio-Rad--
70 μm细胞筛网Corning352350
ACK红细胞裂解液Quality Biological118-156-101
Nexcelom Cellometer Auto2000细胞计数仪Nexcelom Bioscience--
CytoFLEX S流式细胞仪Beckman Coulter--

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
小鼠品系、年龄、OVX和Sham手术操作、术后恢复时间、体重变化验证
阅读提示:Materials and methods - Animals and surgical procedures
木烟暴露
木烟浓度(约0.575 mg/m³)、暴露时长(每天4h,连续2d)、生物质类型(pinyon)、FA对照
阅读提示:Materials and methods - WS exposure and characterization
单细胞RNA测序
OVX小鼠、每组n=3、细胞加载数(16,000)、测序深度(30,000 reads/细胞)、差异表达阈值
阅读提示:Materials and methods - Library preparation and single-cell RNA sequencing; Results - Fig. 2, Fig. 4, Fig. 5
BMDM分化
M-CSF浓度(50 ng/ml)、分化时间(7天)、培养皿类型、细胞密度(5×10^6/皿)
阅读提示:Materials and methods - BMDM differentiation
代谢通量分析
细胞密度(80,000/孔)、Seahorse试剂盒、药物浓度(oligomycin 1μM、FCCP 1μM、Rotenone/Antimycin A 0.5μM、glucose 10mM、2-DG 50mM)、蛋白归一化方法
阅读提示:Materials and methods - Metabolic flux analysis; Results - Fig. 6
qRT-PCR
RNA量(2000ng)、内参基因(18S rRNA)、ΔΔCt方法、技术重复(3次)
阅读提示:Materials and methods - Quantitative real-time PCR; Results - Fig. 7
Western blot
蛋白上样量(30μg)、抗体稀释比(ARG1 1:1000、PPARγ 1:1000、Vinculin 1:1000、二抗 1:2000)
阅读提示:Materials and methods - Western blot analysis; Results - Fig. 8