动力相关蛋白1通过与己糖激酶1相互作用调节牙周巨噬细胞的炎症反应

Dynamin-Related Protein 1 Orchestrates Inflammatory Responses in Periodontal Macrophages via Interaction With Hexokinase 1

作者信息Yiming Jiang, Zihan Wang, Kaige Zhang, Yue Hu, Dehao Shang, Lulu Jiang, Minghao Huang, Biyao Wang, Xiaomin He, Zhou Wu, Xu Yan, Xinwen Zhang
PMID39762202
发布时间2025-04
DOI10.1111/jcpe.14111

实验完整度

包含患者牙龈组织样本、细胞模型、Western blot、免疫荧光、免疫沉淀等方法,但缺乏体内动物模型验证。

主要模型

RAW264.7细胞 THP-1巨噬细胞 牙周炎患者牙龈组织 健康志愿者牙龈组织

重点核对

Pg LPS处理RAW264.7细胞的浓度1 μg/mL和处理时间0-48小时 Pg刺激THP-1巨噬细胞的MOI为100和处理时间0-48小时 Drp1 shRNA敲低效率在RAW264.7细胞约80%,在THP-1巨噬细胞约77% Mdivi-1抑制Drp1四聚体形成的浓度5 μM及处理时间2小时

摘要

目的:探讨线粒体功能障碍在牙周巨噬细胞炎症启动中的潜在作用,并确定动力相关蛋白1(Drp1)通过与己糖激酶1(HK1)相互作用参与巨噬细胞炎症反应的机制。材料与方法:收集诊断为牙周炎的患者或健康志愿者的牙龈组织。使用Western blot分析Drp1四聚体形成和磷酸化。分别用牙龈卟啉单胞菌(Pg)或Pg脂多糖(Pg LPS)刺激THP-1巨噬细胞和RAW264.7细胞。通过Western blot检测与线粒体动力学相关的蛋白变化。使用免疫荧光评估线粒体损伤和线粒体通透性转换孔(mPTP)开放。Western blot检测炎症标志物NLRP3、caspase-1、IL-1β和GSDMD。通过免疫沉淀验证涉及Drp1的蛋白相互作用。结果:在牙周炎患者样本、Pg LPS处理的RAW264.7细胞和Pg刺激的THP-1巨噬细胞中,过度激活的Drp1能够驱动NLRP3炎症小体激活及随后炎症因子的释放。观察到Drp1与HK1直接相互作用,促进过度的mPTP开放和随后的线粒体功能障碍。结论:在牙周组织的炎症环境中,巨噬细胞中Drp1的过度激活与炎症诱导有关。Drp1对牙周巨噬细胞炎症反应的调节似乎促进mPTP开放。

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
探索线粒体功能障碍在牙周巨噬细胞炎症启动中的作用,并确定Drp1通过与HK1相互作用参与巨噬细胞炎症反应的机制。
核心机制
过度激活的Drp1与HK1结合,导致mPTP过度开放,诱导线粒体功能障碍,进而激活NLRP3炎症小体,促进炎症因子释放。
主要证据
在牙周炎患者牙龈组织和Pg LPS/Pg刺激的巨噬细胞中观察到Drp1过度激活,通过免疫沉淀和免疫荧光验证Drp1与HK1的结合,且沉默Drp1抑制mPTP开放和炎症反应。
研究意义
本研究为探索牙周炎的发病机制提供了实验和理论基础,Drp1抑制剂可能成为牙周炎的有前景的治疗选择,并指出干预Drp1-HK1相互作用可作为未来药物开发靶点。

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

牙周炎患者牙龈组织和细胞模型的Drp1激活检测

验证在牙周炎条件下Drp1是否过度激活

通过Western blot检测牙周炎患者牙龈组织和Pg LPS/Pg处理巨噬细胞中p-Drp1 (Ser616)、Drp1四聚体形成和线粒体转位。免疫荧光观察牙龈组织中p-Drp1 (Ser616)在F4/80+巨噬细胞中的定位。

2

线粒体损伤评估

检测Pg LPS或Pg暴露后巨噬细胞线粒体是否受损

使用免疫荧光染色检测线粒体碎片化、ROS产生和膜电位变化。

3

NLRP3炎症小体激活检测

验证急性炎症反应中NLRP3炎症小体是否被激活

通过Western blot检测NLRP3、cleaved caspase-1、GSDMD-CL、pro-IL-1β表达水平,ELISA检测细胞上清中IL-1β释放。

4

Drp1功能抑制实验

验证抑制Drp1能否减轻线粒体损伤和炎症反应

使用Mdivi-1或Drp1 shRNA敲低Drp1,检测线粒体碎片化、NLRP3炎症小体蛋白表达和IL-1β释放。

5

Drp1-HK1相互作用和mPTP开放检测

探究Drp1与HK1的结合是否调节mPTP开放

通过免疫沉淀检测Drp1与HK1的相互作用,免疫荧光检测mPTP开放程度,并使用分子建模预测关键残基。

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。

检测蛋白表达
检测炎症因子释放
检测线粒体功能
验证蛋白相互作用
分子建模

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Procell Life Science & Technology--
胎牛血清Biological Industries--
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯MedChemExpress--
脑心浸液琼脂Aobo Bio-tech--
氯化血红素----
维生素K----
TransIT-2020转染试剂Mirus Bio--
Drp1短发夹RNASigma-AldrichTRCN0000318425
对照shRNAAddgene8453
嘌呤霉素----
Mdivi-1Sigma-AldrichM0199
抗Drp1抗体Cell Signalling5391
抗p-Drp1 (Ser616)抗体Cell Signalling3455
抗p-Drp1 (Ser637)抗体Cell Signalling4867
抗OPA1抗体BD Biosciences612607
抗β-actin抗体AbceptaAM1021B
抗ATPB抗体Abcamab14730
抗NLRP3抗体Abcamab263899
抗GSDMD抗体Abcamab209845
抗烯醇化酶抗体Santa Cruz Biotechnologysc-271384
正常小鼠IgGSanta Cruz Biotechnologysc-2343
抗Mff抗体Proteintech17090-1-AP
抗Fis1抗体Proteintech10956-1-AP
抗MIEF抗体Proteintech20164-1-AP
抗HK1抗体Proteintech19662-1-AP
抗Tom20抗体Proteintech11802-1-AP
抗Mfn1抗体AbnovaJ1281-3C9
抗Mfn2抗体AbnovaJ5091-6A8
抗caspase-1抗体AdipoGenAG-20B-0042-C100
抗IL-1β抗体Biossbs-0812R
抗F4/80抗体InvitrogenCI:A3-1
DAPISigma-AldrichD9542
牙龈卟啉单胞菌脂多糖Invivogentlrl-ppglps
四甲基罗丹明甲酯InvivogenT668
MitoSOX红色线粒体超氧化物指示剂Beyotime BiotechnologyM36008
mPTP检测试剂盒Beyotime BiotechnologyC2009
MitoTracker Red CMXRosBeyotime BiotechnologyC1049B
BCA蛋白定量试剂盒Vazame--
IL-1β ELISA试剂盒R&D SystemsDY401
IL-1β ELISA试剂盒R&D SystemsDY008

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
细胞培养和刺激
RAW264.7细胞用1 μg/mL Pg LPS处理,THP-1巨噬细胞用MOI=100的Pg处理,处理时间0-48小时
阅读提示:Methods 2.3 Cell Culture
Drp1敲低
使用Drp1 shRNA (TRCN0000318425)或对照shRNA(Addgene #8453)转染,嘌呤霉素筛选浓度3 μg/mL,处理48小时
阅读提示:Methods 2.4 Transfection
Drp1抑制
Mdivi-1浓度5 μM,预处理2小时
阅读提示:Figure 4 legend
mPTP开放检测
使用calcein (2 μM)和MitoTracker (100 nM)孵育25分钟,CoCl2 (2 mM)处理15分钟
阅读提示:Methods 2.9 mPTP Opening Detection
统计分析
除Figure 1外所有实验重复3次,使用t检验和单因素方差分析,p<0.05
阅读提示:Methods 2.13 Quantification and Statistical Analysis