胞葬作用诱导巨噬细胞增殖以帮助组织损伤消退

Efferocytosis induces macrophage proliferation to help resolve tissue injury

作者信息Brennan D Gerlach, Patrick B Ampomah, Arif Yurdagul Jr, Chuang Liu, Max C Lauring, Xiaobo Wang, Canan Kasikara, Na Kong, Jinjun Shi, Wei Tao, Ira Tabas
PMID34784501
发布时间2021-12-07
DOI10.1016/j.cmet.2021.10.015

实验完整度

包含体外细胞模型、小鼠体内模型(腹膜炎症、胸腺凋亡、动脉粥样硬化消退)及患者来源巨噬细胞,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDMs) 人单核细胞来源巨噬细胞(HMDMs) 小鼠酵母聚糖诱导的腹膜炎模型 小鼠地塞米松诱导的胸腺细胞凋亡模型 小鼠动脉粥样硬化消退模型

重点核对

巨噬细胞增殖标记物(Ki67、EdU、CFSE)的检测 凋亡细胞摄入与吞噬溶酶体降解(Rubicon、bafilomycin、Dnase2a) DNA-PKcs(Prkdc)和mTORC2(Rictor)信号通路的抑制 Myc及下游Bhlhe40和c-Maf的表达变化 体内模型中巨噬细胞增殖和组织消退的关联性

摘要

Apoptotic cell clearance by macrophages (efferocytosis) promotes resolution signaling pathways, which can be triggered by molecules derived from the phagolysosomal degradation of apoptotic cells. We show here that nucleotides derived from the hydrolysis of apoptotic cell DNA by phagolysosomal DNase2a activate a DNA-PKcs-mTORC2/Rictor pathway that increases Myc to promote non-inflammatory macrophage proliferation. Efferocytosis-induced proliferation expands the pool of resolving macrophages in vitro and in mice, including zymosan-induced peritonitis, dexamethasone-induced thymocyte apoptosis, and atherosclerosis regression. In the dexamethasone-thymus model, hematopoietic Rictor deletion blocked efferocytosing macrophage proliferation, apoptotic cell clearance, and tissue resolution. In atherosclerosis regression, silencing macrophage Rictor or DNase2a blocked efferocyte proliferation, apoptotic cell clearance, and plaque stabilization. In view of previous work showing that other types of apoptotic cell cargo can promote resolution in individual efferocytosing macrophages, the findings here suggest that signaling-triggered apoptotic cell-derived nucleotides can amplify this benefit by increasing the number of these macrophages.

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
凋亡细胞清除(胞葬作用)如何促进组织损伤消退?
核心机制
凋亡细胞DNA经吞噬溶酶体Dnase2a水解产生的核苷酸激活DNA-PKcs–mTORC2/Rictor通路,促进Myc表达,进而上调Bhlhe40并下调c-Maf,驱动巨噬细胞增殖。这一过程与MerTK–ERK1/2信号协同作用。
主要证据
体外实验中,胞葬巨噬细胞表现出增殖,且该增殖依赖于Dnase2a、DNA-PKcs、Rictor、Myc及Bhlhe40;体内模型中,抑制Rictor或Dnase2a均阻断了胞葬巨噬细胞增殖,并损害了凋亡细胞清除和组织消退。
研究意义
该研究揭示了胞葬作用通过核苷酸信号促进巨噬细胞增殖的正反馈回路,为治疗非消退性炎症疾病提供了新思路。

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

验证胞葬作用诱导巨噬细胞增殖

确定凋亡细胞摄入是否能促进巨噬细胞增殖

将BMDMs与DiD标记的凋亡Jurkat细胞共孵育,去除未吞噬的ACs后继续培养,通过Ki67、EdU和CFSE检测增殖。

2

鉴定吞噬溶酶体降解凋亡细胞DNA的必要性

探究凋亡细胞DNA降解是否驱动增殖

使用siRNA敲低Rubicon或Dnase2a,或用bafilomycin处理,以阻断吞噬溶酶体降解,检测EdU掺入和细胞数变化。

3

验证核苷酸–DNA-PKcs–mTORC2通路

确定凋亡细胞衍生的核苷酸激活DNA-PKcs和mTORC2是否介导增殖

敲低Prkdc或Rictor,检测EdU掺入、DNA-PKcs磷酸化、Akt磷酸化,并评估MK-2206的作用。

4

验证Myc及其下游靶点

确定Myc和Bhlhe40/c-Maf在增殖中的作用

敲低Myc或Bhlhe40,过表达c-Maf,检测EdU掺入、细胞数和相关蛋白表达。

5

体外验证EIMP巨噬细胞的功能

评估EIMP巨噬细胞的胞葬能力和细胞因子产生

比较EIMP巨噬细胞和对照巨噬细胞对单次和连续凋亡细胞摄入的能力,以及TGFβ和IL-10的产生。

6

体内验证EIMP及其对消退的贡献

在动物模型中验证EIMP的存在及其对组织消退的作用

在酵母聚糖诱导的腹膜炎、地塞米松诱导的胸腺凋亡和动脉粥样硬化消退模型中,检测胞葬巨噬细胞的增殖,并通过基因敲除验证其功能。

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
DMEM培养基Corning10-013-CV
胎牛血清GIBCO10438-026
青霉素/链霉素Corning30-002-CI
Vybrant DiD细胞标记试剂Invitrogen--
膜联蛋白VBD Biosciences560931
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Life Technologies13778-150
EdU增殖检测试剂盒Abcamab219801
FACS Canto II流式细胞仪BD--
Countess II自动细胞计数器Invitrogen--
硝酸纤维素膜Bio-Rad1620115
PureLink RNA小量提取试剂盒Thermo Fisher Scientific12183025
SYBR Green主混合物Applied Biosystems4367659
白细胞介素4Sigma-AldrichSRP3211
干扰素γPeprotech315-05
巴佛洛霉素A1Sigma-AldrichB1793
U0126Tocris Bio-Techne1144
MK-2206----
pHrodo Green荧光染料Thermo ScientificP35373
pHrodo Red荧光染料Thermo ScientificP35372
PKH67细胞荧光标记染料Sigma-AldrichPKH67GL-1KT
PKH26细胞荧光标记染料Sigma-AldrichPKH26GL-1KT
地塞米松Calbiochem265005
酵母聚糖ASigma-AldrichZ4250
聚乳酸-羟基乙酸共聚物LACTEL Absorbable PolymersB6013-2
马来酰亚胺修饰的DSPE-PEGNanocs Inc.PG2-DSML-3k
S2P肽GLS Biochem Systems Inc652358
TAT-Cre重组酶Millipore--
TUNEL凋亡检测试剂盒Roche12156792910
Ki67抗体Abcamab16667
Myc抗体Proteintech10828-1-AP
Rictor抗体Cell Signaling Technology2114S
Mac2抗体CedarlaneCL8942AP
DNA-PKcs抗体InvitrogenMA5-32192
Bhlhe40抗体InvitrogenPA1-16546
c-Maf抗体InvitrogenPA5-23179

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
体外细胞培养
BMDMs培养条件:骨髓细胞培养于含10% HI-FBS和20% L-929条件培养基的DMEM中7-10天
阅读提示:STAR Methods, Primary Cell Culture
巨噬细胞极化
IL-4浓度10 ng/mL处理24小时;LPS浓度50 ng/mL和IFN-γ浓度25 ng/mL处理24小时
阅读提示:STAR Methods, Primary Cell Culture
胞葬作用诱导增殖实验
AC:巨噬细胞比例为5:1,共孵育45分钟,去除未吞噬的ACs后继续培养24小时
阅读提示:STAR Methods, Efferocytosis-Induced Macrophage Proliferation Assay and Flow Cytometry
基因沉默
siRNA浓度50 nM,Lipofectamine RNAiMAX转染18小时,再培养30小时
阅读提示:STAR Methods, siRNA-mediated Gene Silencing
体内腹膜炎模型
腹腔注射1 mg zymosan A诱导腹膜炎,EdU预注射剂量200 μg/小鼠
阅读提示:STAR Methods, Zymosan-Induced Peritonitis and Peritoneal Uptake of Labeled ACs
体内胸腺凋亡模型
腹腔注射250 μg地塞米松,18小时后分析胸腺
阅读提示:STAR Methods, Thymus Assays
动脉粥样硬化消退模型
Ldlr-/-小鼠喂西方饮食16周,然后注射HDAd-LDLR并转换饮食5周
阅读提示:STAR Methods, Tissue Collection and Lesion Analysis
纳米颗粒给药
S2P-NPs(siRictor或siDnase2a)每周两次静脉注射,持续5周
阅读提示:STAR Methods, siRictor and siDnase2a S2P-Nanoparticles