AXL激酶介导的星形胶质细胞吞噬作用调节创伤性脑损伤的结局

AXL kinase-mediated astrocytic phagocytosis modulates outcomes of traumatic brain injury

作者信息Hang Zhou, Libin Hu, Jianru Li, Wu Ruan, Yang Cao, Jianfeng Zhuang, Hangzhe Xu, Yucong Peng, Zhongyuan Zhang, Chaoran Xu, Qian Yu, Yin Li, Zhangqi Dou, Junwen Hu, Xinyan Wu, Xiaobo Yu, Chi Gu, Shenglong Cao, Feng Yan, Gao Chen
PMID34233703
发布时间2021-07-07
DOI10.1186/s12974-021-02201-3

实验完整度

包含体内CCI模型、体外原代星形胶质细胞培养、TEM、免疫荧光、Western blot、流式细胞术、siRNA敲低及行为学等多层级验证,明确功能与机制验证。

主要模型

雄性C57BL/6J小鼠CCI模型 原代星形胶质细胞体外培养 BV2小胶质细胞系 原代神经元(与星形胶质细胞共培养)

重点核对

CCI模型参数(2.5mm冲击头,3.0m/s,100ms,1mm位移) 药物剂量和给药方式(R428 125mg/kg腹腔注射,rmGas6 0.4mg/kg脑室内注射) 体外药物浓度(rmGas6 400ng/mL,R428 1μM,fludarabine 1μM) siRNA转染浓度(100nM)和时间(48h) 行为学测试时间点(mNSS 3dpi,TST 7和14dpi)

摘要

背景:创伤性脑损伤(TBI)后脑微环境的复杂变化可导致神经功能损伤,但有效的治疗干预措施很少。星形胶质细胞的反应性是微环境变化(如神经炎症)的关键之一,但其作用和分子机制仍不清楚。方法:雄性C57BL/6J小鼠接受控制性皮质撞击(CCI)建立TBI模型。在建模后30分钟,分别脑室内给予AXL受体酪氨酸激酶的特异性配体重组小鼠生长停滞特异性蛋白6(rmGas6),腹腔注射选择性AXL拮抗剂R428。TBI后评估包括神经行为评估、透射电子显微镜、免疫组织化学和蛋白质印迹。进行实时聚合酶链反应(RT-PCR)、siRNA转染和流式细胞术以评估原代培养星形胶质细胞的机制。结果:TBI后AXL主要在星形胶质细胞中上调,并促进星形胶质细胞转变为具有吞噬退化神经元或碎片能力的表型。因此,这种星形胶质细胞转化有助于限制神经炎症和神经功能障碍的恢复。与rmGas6治疗的效果相反,药理学抑制星形胶质细胞中的AXL在体内和原代星形胶质细胞培养中均显著降低了星形胶质细胞的吞噬作用。AXL激活信号转导和转录激活因子1(STAT1)通路,从而进一步上调ATP结合盒转运体A1(ABCA1)。此外,GAS6耗竭的BV2细胞的上清液在体外诱导星形胶质细胞吞噬作用的增强有限。结论:我们的工作确立了AXL通过AXL/STAT1/ABCA1通路在星形胶质细胞向吞噬表型转化中的作用,这有助于将健康脑组织与损伤诱导的细胞碎片分离,进一步改善TBI后的神经炎症和神经功能损伤。总之,我们的发现为TBI提供了一个潜在的治疗靶点。

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
TBI后星形胶质细胞是否转变为吞噬表型,AXL是否介导该过程及其分子机制和对神经功能的影响。
核心机制
AXL通过STAT1磷酸化上调ABCA1表达,促进星形胶质细胞吞噬能力,抑制神经炎症和ROS产生。
主要证据
体内CCI模型显示AXL在反应性星形胶质细胞上调,rmGas6增强、R428抑制吞噬;体外实验证实AXL/STAT1/ABCA1通路;BV2上清液实验证实GAS6/AXL相互作用。
研究意义
靶向AXL可能成为TBI的一种新的治疗策略,通过促进星形胶质细胞吞噬清除碎片并减轻炎症。

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

TBI模型建立与星形胶质细胞反应性分析

建立TBI模型,观察星形胶质细胞和小胶质细胞的时空反应模式及AXL表达变化。

对雄性C57BL/6J小鼠进行CCI手术,在损伤后不同时间点(1,3,7dpi)通过Western blot和免疫荧光检测GFAP、CD68、AXL和GAS6的表达及定位。

2

体内星形胶质细胞吞噬功能评估

验证AXL是否介导反应性星形胶质细胞对退化神经元和碎片的吞噬。

在CCI后30分钟给予rmGas6或R428,通过Fluoro-Jade C染色和TEM观察星形胶质细胞吞噬情况。

3

体外吞噬实验

在原代星形胶质细胞中验证AXL对吞噬功能的影响及机制。

原代星形胶质细胞与PKH26标记的受损神经元共培养,经rmGas6、R428或siRNA处理,通过流式细胞术和免疫荧光检测吞噬率。

4

机制研究:STAT1/ABCA1通路

阐明AXL介导吞噬作用的分子机制,验证STAT1和ABCA1的作用。

Western blot检测STAT1磷酸化水平及ABCA1表达,使用STAT1抑制剂fludarabine验证其对ABCA1和吞噬的影响。

5

微胶质细胞-星形胶质细胞相互作用研究

验证微胶质细胞是否通过分泌GAS6影响星形胶质细胞吞噬。

用小胶质细胞抑制剂米诺环素处理,观察GAS6和ABCA1表达;用siRNA敲低BV2细胞GAS6,收集条件培养基处理星形胶质细胞,检测吞噬作用。

6

神经行为学评估

评估AXL介导的星形胶质细胞吞噬对TBI后神经功能的影响。

进行mNSS、转棒实验、尾部悬挂实验,评估运动功能和抑郁样行为。

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
PinPoint™精密皮质撞击器Cary, NC, USA--
R428MedChemExpress--
重组小鼠Gas6蛋白R&D Systems--
Fluoro-Jade C染色试剂盒Biosensis--
DPX封片剂Sigma--
荧光显微镜(Leica DM550)Leica--
多聚赖氨酸Sigma--
DMEM培养基----
Neurobasal培养基Gibco--
B-27添加剂Gibco--
L-谷氨酰胺Gibco--
脂多糖Sigma--
Lipofectamine™ 3000转染试剂Invitrogen--
PKH26红色荧光染料Sigma--
ACSA-2抗体,抗小鼠,APCMiltenyi Biotec--
同型对照抗体,大鼠IgG2b,APCMiltenyi Biotec--
TRIzol试剂Invitrogen--
NanoDrop分光光度计Thermo Fisher--
PrimeScript™ II 1st Strand cDNA合成试剂盒Takara--
One Step TB Green® PrimeScript™ RT-PCR试剂盒Takara--
Applied Biosystems 7500实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
RIPA裂解液----
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
PVDF膜EMD Millipore--
兔抗AXL抗体Biossbs-5180R
兔抗GAS6抗体Biossbs-7549R
小鼠抗GFAP抗体MilliporeMAB360
兔抗CD68抗体Biossbs-0649R
小鼠抗ABCA1抗体Abcamab18180
兔抗IL-1β抗体Abcamab9722
兔抗TNFα抗体Abcamab6671
兔抗IL-6抗体Abcamab7737
兔抗STAT1抗体CST14994
兔抗磷酸化STAT1(Tyr701)抗体CST9167
β-actin抗体Abcamab8227
小鼠抗NeuN抗体Abcamab104224
山羊抗Iba-1抗体Abcamab5076
氟达拉滨MCE--
ImageJ软件----
SPSS 22统计软件SPSS Inc.--

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
CCI参数(冲击头直径、速度、持续时间、位移)、小鼠品系、性别、年龄、体重
阅读提示:Materials and Methods: Animals, Controlled cortical impact
药物处理
R428剂量(125mg/kg)、给药途径(ip)、时间(CCI后30min);rmGas6剂量(0.4mg/kg)、给药途径(icv)、体积(4μL)、速率(0.5μL/min)
阅读提示:Materials and Methods: Drug administration
体外细胞培养
原代星形胶质细胞培养条件(培养基、血清、密度)、神经元培养条件(Neurobasal、B27)、BV2细胞刺激条件(LPS浓度100ng/ml,刺激12h)
阅读提示:Materials and Methods: Cell culture
体外吞噬实验
共培养时间(24h)、药物浓度(rmGas6 400ng/mL,R428 1μM)、siRNA浓度(100nM)和转染时间(48h)、PKH26标记方法
阅读提示:Materials and Methods: In vitro phagocytosis assay, Transient cell transfection
行为学测试
mNSS评分时间点(1,3,7dpi)、转棒实验时间点(1,3,7dpi)、TST时间点(7,14dpi)、测试参数(转速、加速度、休息间隔)
阅读提示:Materials and Methods: Behavioral assessments