丙二醛-乙醛细胞外基质蛋白加合物在酒精和吸烟诱导的胰腺炎中减弱未折叠蛋白反应

Malondialdehyde-Acetaldehyde Extracellular Matrix Protein Adducts Attenuate Unfolded Protein Response During Alcohol and Smoking-Induced Pancreatitis

作者信息Rakesh Bhatia, Christopher M Thompson, Emalie J Clement, Koelina Ganguly, Jesse L Cox, Sanchita Rauth, Jawed Akhtar Siddiqui, Simran S Mashiana, Maneesh Jain, Todd A Wyatt, Harmeet S Mashiana, Shailender Singh, Nicholas T Woods, Kusum K Kharbanda, Surinder K Batra, Sushil Kumar
PMID35788346
发布时间2022-10
DOI10.1053/j.gastro.2022.06.071

实验完整度

包含体内RAP小鼠模型及恢复模型、体外原代腺泡细胞培养、TMT定量蛋白质组学、qRT-PCR、Western blot、IHC/IF及人CP样本验证,并进行功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6小鼠RAP模型(Lieber-DeCarli乙醇饮食和烟雾暴露) 小鼠原代胰腺腺泡细胞培养 慢性胰腺炎患者胰腺组织样本

重点核对

联合暴露组(乙醇饮食+烟雾暴露+雨蛙素注射)与对照组(单独暴露或生理盐水)的分组 MAA-ECM加合物的存在及其与Col1A1的共定位 XBP1表达及剪接水平的变化 乙醇浓度50mmol/L和CSE浓度40μg/ml的处理条件 戒断模型中持续暴露或戒断2周后的再生相关指标

摘要

背景与目的:流行病学研究已确定酒精和吸烟是复发性急性胰腺炎(RAP)和慢性胰腺炎(CP)的独立危险因素。然而,导致胰腺实质进行性丧失和纤维炎症反应的分子因素尚未明确。方法:对暴露于酒精、烟雾或其组合的小鼠胰腺进行了基于串联质谱标签的蛋白质组学和生物信息学分析。对胰腺组织和原代腺泡细胞进行了生化、免疫组化和转录组分析,这些细胞用雨蛙素联合乙醇(50mmol/L)和香烟烟雾提取物(40μg/ml)处理,用于机制研究。结果:与单独烟雾(21%)或酒精(17%)相比,慢性联合暴露于酒精和香烟烟雾的小鼠胰腺蛋白质组发生了独特改变(56.5%)。联合暴露时,毒性代谢物的形成(p<0.001)和未折叠蛋白反应的减弱(p<0.04)是显著改变的途径。联合组和具有吸烟饮酒史的CP患者的胰腺中,细胞外基质(ECM)蛋白显示出稳定的丙二醛-乙醛(MAA)加合物。有趣的是,MAA-ECM加合物显著抑制了XBP1的表达,导致在酒精和吸烟存在的情况下腺泡细胞死亡。即使在酒精和吸烟戒断后,稳定的MAA-ECM加合物仍然存在,并通过消除细胞周期依赖性激酶(CDK7、CDK5)和再生标志物的表达,显著延迟胰腺再生。结论:酒精和吸烟联合产生稳定的MAA-ECM加合物,由于UPR减弱而增加内质网应激和腺泡细胞死亡,并抑制细胞周期调节因子的表达。靶向醛加合物可能为RAP和CP的管理提供新的治疗策略。

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
酒精和吸烟联合暴露如何通过MAA-ECM加合物影响胰腺腺泡细胞的生存和再生,从而促进RAP和CP的进展?
核心机制
酒精和吸烟联合产生稳定的MAA-ECM加合物,通过抑制XBP1表达和剪接,减弱适应性UPR,激活PERK/eIF2α/CHOP通路,导致ER应激和腺泡细胞死亡;同时抑制细胞周期调节因子(CDK7、CDK5)和再生标志物,延迟胰腺再生。
主要证据
RAP小鼠模型和原代腺泡细胞实验显示,MAA-ECM加合物降低XBP1表达、增加CHOP和CLIMP63、减少EDEM1和ERdj4、并减少CDK7、CDK5、Mist1、Hes1和Fgf7表达,且这些效应在CP患者样本中得到验证。
研究意义
靶向醛加合物(如阻断MAA-ECM与清道夫受体的相互作用)可能为RAP和CP提供新的治疗策略,并可为血清中加合物水平作为诊断标志物提供依据。

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

构建RAP小鼠模型并验证病理表型

建立慢性酒精和烟雾暴露联合雨蛙素诱导的RAP模型,以模拟人类疾病并评估病理变化。

使用8-10周龄C57BL/6小鼠,喂食Lieber-DeCarli乙醇或对照液体饮食,并进行烟雾暴露,腹腔注射雨蛙素(75μg/kg,每天8次,每周3天,共4周)。通过H&E染色、qRT-PCR、TUNEL染色等评估胰腺损伤。

2

TMT定量蛋白质组学分析

比较不同处理组(对照、酒精、烟雾、联合)的胰腺蛋白质组差异,识别关键分子和通路。

提取胰腺组织蛋白,酶解后进行TMT标记,通过LC-MS/MS分析,使用Proteome Discoverer进行蛋白质鉴定和定量,并进行通路富集分析。

3

验证氧化应激和醛加合物形成

验证联合暴露是否导致氧化应激标志物和MAA加合物的形成及其在ECM上的定位。

通过IF分析检测4HNE、MAA加合物,并与胶原蛋白I共定位分析;检测Sord、Arf1等蛋白表达。

4

评估UPR通路变化

探讨MAA-ECM加合物对UPR的影响。

通过GSEA分析蛋白质组数据,检测UPR相关基因表达,并在原代腺泡细胞中验证XBP1剪接及PERK通路激活。

5

验证MAA-ECM加合物对腺泡细胞凋亡的影响

确定MAA-ECM加合物是否增加腺泡细胞对酒精和烟雾的敏感性并诱导凋亡。

在原代腺泡细胞中,用Annexin V染色和PARP切割Western blot检测细胞凋亡。

6

戒断实验评估胰腺再生

研究停止酒精和烟雾后MAA-ECM加合物的持续性及对再生的影响。

RAP模型建立后,将动物分为持续组和戒断组(戒断2周),检测纤维化标志物、MAA加合物、ER应激标志物及增殖/再生相关蛋白。

7

人CP样本验证

验证小鼠模型中的发现是否在人类CP患者中重现。

对CP患者胰腺组织进行IF染色,检测MAA加合物与Col2A1共定位、TUNEL染色、CHOP和CLIMP63表达。

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
Dionex Nano Ultimate 3000 RSLCnano系统ThermoFisher Scientific--
Orbitrap Fusion Lumos质谱仪ThermoFisher Scientific--
Proteome Discoverer软件----
Teague TE-10C吸烟箱Teague--
3R4F标准香烟University of Kentucky--
胶原酶PRoche11213865001
Waymouth培养基ThermoFisher Scientific11220035
地塞米松Millipore SigmaD4902
大豆胰蛋白酶抑制剂Millipore Sigma10109886001
青霉素-链霉素ThermoFisher Scientific15140122
Hank's平衡盐溶液ThermoFisher Scientific24020117
胶原包被6孔板GibcoA11428-01
胶原包被96孔板GibcoA11428-03
TUNEL染色试剂盒Abcamab206386
天狼星红染色试剂盒VitroVivo BiotechVB-3017
PARP1抗体Cell Signaling Technology9542T
Actin抗体Millipore SigmaA1978
pPERK抗体Signalway antibody12814
pEIF2A抗体Cell Signaling Technology3398
IRE1A抗体Cell Signaling Technology3294
CHOP抗体Cell Signaling TechnologyL63F7
GAPDH抗体Cell Signaling Technology5174
EDEM1抗体Santa Cruz Biotechnologysc377394
ERp57抗体Cell Signaling Technology2881T
CDK4抗体Cell Signaling Technology23972
CDK5抗体Cell Signaling Technology2506
β-catenin抗体Novus BiologicalsNBP1-54467SS
Ki67抗体Cell Signaling Technology8D5
α-平滑肌肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology19245
Climp63/CKAP4抗体Proteintech16686-1-AP
Col1A1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-293182
Col2A1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-52658
MDA抗体Alpha DiagnosticsMDA-11-S
4HNE抗体Alpha DiagnosticsHNE-11-S
SORD抗体Sigma Prestige AntibodiesHPA040621
ARF1抗体Abcamab11038
F4/80抗体Santa Cruz Biotechnologysc-377009
ImmPRESS通用抗体试剂盒Vector Laboratories--
DAB底物试剂盒Vector Laboratories--
含DAPI的Vectashield封片剂Vector Laboratories--

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
RAP小鼠模型建立
小鼠品系、年龄、饮食成分、烟雾暴露参数、雨蛙素剂量、注射频率和持续时间
阅读提示:Materials and Methods: Recurrent acute pancreatitis murine model
原代腺泡细胞培养
细胞分离方法、培养基成分、培养时间、处理物浓度和时长
阅读提示:Materials and Methods: Primary acinar cell cultures
蛋白质组学分析
TMT标记试剂盒、LC-MS/MS仪器设置、数据库搜索参数
阅读提示:Materials and Methods: Quantitative proteomic analysis from murine pancreas
MAA-ECM加合物检测
抗体来源、稀释比例、共定位分析方法
阅读提示:Results section and Figure legends (Figures 2 and 3)
戒断实验
持续/戒断时长、是否继续给予雨蛙素、检测时间点
阅读提示:Materials and Methods: Recovery model
入类样本验证
CP患者病史、组织处理、染色条件
阅读提示:Results: CP patients with a history of alcohol and smoke exposure exhibit stable MAA-adducted ECM and ER stress