靶向连接蛋白43通过调控YAP信号在脑出血损伤后发挥抗炎作用

Targeting connexin 43 provides anti-inflammatory effects after intracerebral hemorrhage injury by regulating YAP signaling

作者信息Hailong Yu, Xiang Cao, Wei Li, Pinyi Liu, Yuanyuan Zhao, Lilong Song, Jian Chen, Beilei Chen, Wenkui Yu, Yun Xu
PMID33115476
发布时间2020-10-28
DOI10.1186/s12974-020-01978-z

实验完整度

高

包含体外细胞模型(原代星形胶质细胞等)、体内动物模型(胶原酶IV诱导ICH),并进行了功能验证(行为学)和机制验证(Co-IP、PLA、通路抑制剂)等多个独立证据层级。

主要模型

原代星形胶质细胞(血红素刺激) C57BL/6J小鼠脑出血模型(胶原酶IV注射)

重点核对

Gap19剂量:25 mg/kg腹腔注射(TAT-Gap19,Tocris #6227) YCAP抑制剂VP剂量:0.1 mg/kg侧脑室注射(Selleck #1786) 体外血红素刺激浓度:20 μM/mL,处理12小时 Gap19在体外实验中的浓度:100 μM/mL

摘要

背景 在中枢神经系统中,连接蛋白43(Cx43)主要在星形胶质细胞中表达,并调节星形胶质细胞网络的稳态。与Cx43过表达类似,反应性星形胶质细胞上Cx43半通道(Cx43Hcs)的异常过度开放会加剧中枢神经系统病理中的炎症反应和细胞死亡。然而,Cx43Hc过度开放在大脑出血(ICH)损伤中的作用尚不清楚。 方法 原代细胞中的血红素刺激和C57BL/6J(B6)小鼠中的胶原酶IV注射分别用作体外和体内ICH模型。ICH损伤后,使用Cx43模拟肽Gap19进行治疗。使用溴化乙啶(EtBr)摄取实验测量Cx43Hcs的开放。使用Western blotting和免疫荧光测量蛋白质表达。使用qRT-PCR和ELISA测定细胞因子水平。应用免疫共沉淀(Co-IP)和Duolink原位邻位连接实验(PLA)测量蛋白质之间的关联。 结果 在本研究中,观察到ICH损伤后小鼠中Cx43表达上调和Cx43Hc过度开放。延迟使用Gap19治疗显著减轻了ICH损伤后的血肿体积和神经功能缺损。此外,Gap19降低了血肿周围组织中的炎症细胞因子水平,并在体外和体内ICH损伤后减少了反应性星形胶质增生。有趣的是,在培养中,血红素刺激后星形胶质细胞中Cx43的转录活性和表达显著增加。然而,Gap19治疗通过泛素-蛋白酶体途径下调星形胶质细胞Cx43的表达,而不影响Cx43转录。此外,我们的数据表明,Gap19增加了Yes相关蛋白(YAP)的核转位。这随后上调了SOCS1和SOCS3的表达,并抑制了血红素刺激的星形胶质细胞中的TLR4-NFκB和JAK2-STAT3通路。最后,YAP抑制剂维替泊芬(VP)在体外逆转了Gap19的抗炎作用,并在ICH损伤后几乎完全阻断了其在体内的保护作用。 结论 本研究为涉及星形胶质细胞Cx43和Cx43Hcs的ICH损伤治疗策略提供了新的见解。通过Gap19抑制异常的星形胶质细胞Cx43表达和Cx43Hc开放,在ICH损伤后具有抗炎和神经保护作用。

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
探索Cx43半通道过度开放是否在脑出血损伤中起作用,以及Gap19能否通过调控星形胶质细胞功能提供神经保护。
核心机制
Gap19通过泛素-蛋白酶体途径降解星形胶质细胞Cx43,并破坏Cx43与YAP的相互作用,促进YAP核转位,上调SOCS1/SOCS3表达,抑制TLR4-NFκB和JAK2-STAT3通路,从而减轻炎症。
主要证据
在体内外ICH模型中,Gap19减少血肿体积、神经功能缺损、神经元凋亡、反应性星形胶质增生和炎症因子释放;Co-IP和PLA证实Gap19干扰Cx43-YAP结合;VP逆转Gap19的保护效应。
研究意义
该研究为脑出血损伤的治疗策略提供了新见解,靶向星形胶质细胞Cx43和Cx43半通道可能成为潜在的治疗方向。

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ICH体内外模型

模拟脑出血损伤,用于后续机制和治疗研究。

体外使用血红素(20 μM/mL)刺激原代星形胶质细胞;体内通过立体定位注射胶原酶IV(0.075 U)至小鼠纹状体诱导ICH。

2

评估Cx43表达和半通道开放

验证ICH损伤是否导致Cx43上调和半通道过度开放。

Western blot检测不同时间点(6h、12h、24h、72h、96h)脑组织中Cx43蛋白水平;EtBr摄取实验评估半通道活性。

3

评估Gap19对神经功能的保护作用

检验Gap19治疗是否能改善ICH后的神经功能缺损。

ICH后1小时开始腹腔注射TAT-Gap19(25 mg/kg),每日一次,连续3天;第3天进行行为学测试(mNSS、平衡木、前肢抓力、足部失误)和血肿体积评估(LFB染色)。

4

评估Gap19的抗炎作用

检测Gap19是否减少炎症因子释放和星形胶质细胞激活。

体内检测血肿周围组织炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、MCP-1、IL-4、IL-10)蛋白表达;体外检测星形胶质细胞炎症因子转录和释放;GFAP染色评估星形胶质细胞激活。

5

阐明Gap19降解Cx43的机制

研究Gap19如何下调星形胶质细胞Cx43蛋白水平。

使用蛋白酶体抑制剂MG132和溶酶体抑制剂氯喹处理,Western blot检测Cx43蛋白水平;免疫共沉淀检测Cx43泛素化水平。

6

验证Gap19对YAP信号的影响

明确Gap19是否影响YAP活性及其核转位。

免疫荧光和亚细胞分离检测YAP核转位;Western blot检测YAP磷酸化水平。

7

验证Cx43-YAP相互作用

检验Gap19是否影响Cx43与YAP的结合。

使用Co-IP和PLA检测Cx43与YAP的相互作用;过表达Cx43观察YAP核转位变化。

8

验证YAP在Gap19抗炎作用中的必要性

确认YAP信号是否为Gap19保护作用所必需。

使用YAP抑制剂VP(5 μM/mL)处理体外培养的星形胶质细胞,检测SOCS1/SOCS3表达和炎症通路;体内注射VP(0.1 mg/kg)观察对Gap19保护作用的影响。

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
胶原酶IVSigma-Aldrich--
TAT-Gap19Tocris6227
维替泊芬Selleck1786
DMEM培养基----
胎牛血清----
Neurobasal培养基Invitrogen--
B27添加剂Invitrogen--
谷氨酰胺补充剂----
溴化乙啶----
过表达Cx43慢病毒Genechem--
阴性对照慢病毒Genechem--
核质分离提取试剂盒Thermo-Fisher Scientific--
BCA蛋白浓度测定试剂盒Thermo-Fisher Scientific--
TRIzol试剂Invitrogen--
PrimeScript逆转录试剂盒Takara--
SYBR Green试剂盒Takara--
ABI 7500实时荧光定量PCR系统----
链霉亲和素磁珠MCEHY-K0208
生物素化Gap19----
Duolink原位检测试剂盒Sigma-AldrichDuo92012
抗GFAP抗体Cell Signaling Technology80788
抗Iba1抗体Cell Signaling Technology17198
抗MAP-2抗体SANTA CRUZsc-74421
抗YAP抗体Cell Signaling Technology14074
4',6-二脒基-2-苯基吲哚----
抗IL-1β抗体Cell Signaling Technology12703
抗IL-4抗体Cell Signaling Technology12227
抗IL-6抗体Cell Signaling Technology12912
抗IL-10抗体Cell Signaling Technology12163
抗MCP-1抗体Cell Signaling Technology2027
抗TNF-α抗体Cell Signaling Technology11948
抗Cx43抗体Cell Signaling Technology3512
抗磷酸化YAP抗体Cell Signaling Technology13008
抗SOCS1抗体Cell Signaling Technology3950
抗SOCS3抗体Cell Signaling Technology52113
抗JAK2抗体Cell Signaling Technology3230
抗磷酸化JAK2抗体Cell Signaling Technology3771
抗STAT3抗体Cell Signaling Technology9139
抗磷酸化STAT3抗体Cell Signaling Technology9145
抗TLR4抗体Cell Signaling Technology14358
抗p65抗体Cell Signaling Technology8242
抗磷酸化p65抗体Cell Signaling Technology3033
抗IKBα抗体Abcam32518
抗IKKβ抗体Cell Signaling Technology8943
抗磷酸化IKKβ抗体Cell Signaling Technology2697
抗H3抗体Cell Signaling Technology4499
抗微管蛋白抗体Cell Signaling Technology2128
异氟烷----
固蓝----
Fluoro-Jade C染料----
MG132(蛋白酶体抑制剂)----
氯喹----
蛋白A琼脂糖珠----
振动切片机LeicaVT
ImageJ软件----
GraphPad Prism 7统计软件----

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
动物模型制备
胶原酶IV剂量(0.075 U)、注射体积(0.6 μL)、注射位点(前囟后0.5 mm,中线左2 mm,深度3.5 mm)、注射速度(0.12 μL/min)
阅读提示:见Methods 'Mice ICH model and treatment administration'
药物处理
Gap19给药剂量(25 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药时间(术后1h开始,每日一次,连续3天);VP给药剂量(0.1 mg/kg)、给药途径(侧脑室注射)、给药时间(同Gap19)
阅读提示:见Methods 'Mice ICH model and treatment administration'
体外细胞处理
原代星形胶质细胞培养条件(DMEM+10%FBS+双抗);血红素刺激浓度(20 μM/mL)、时间(12h);Gap19浓度(100 μM/mL)、VP浓度(5 μM/mL)
阅读提示:见Methods 'Cultivation of primary astrocytes and treatment administration'
半通道活性检测
EtBr浓度(0.01%)、孵育时间(体内切片2分钟、体外细胞5分钟)
阅读提示:见Methods 'Ethidium bromide uptake experiment'
蛋白检测
各抗体稀释比例和来源;蛋白提取时间和组织部位
阅读提示:见Methods 'Western blot' 和 'Co-immunoprecipitation'