IKKɑ通过决定巨噬细胞M1与M2极化在心肌缺血/再灌注损伤中的调控作用

Regulatory role of IKKɑ in myocardial ischemia/reperfusion injury by the determination of M1 versus M2 polarization of macrophages

作者信息Yide Cao, Yueyue Xu, Merveesh Luveanand Auchoybur, Wen Chen, Shuai He, Wei Qin, Cunhua Su, Fuhua Huang, Zhibing Qiu, Liangpeng Li, Xin Chen
PMID30153439
发布时间2018-10-12
DOI10.1016/j.yjmcc.2018.08.021

实验完整度

包含体内动物模型(巨噬细胞特异性IKKɑ敲除小鼠)和体外细胞实验(RAW264.7),并进行了功能验证(极化、炎症)和机制验证(NF-κB和MAPK通路)

主要模型

巨噬细胞特异性IKKɑ敲除小鼠 IKKɑflox/flox同窝小鼠 RAW264.7巨噬细胞系

重点核对

缺血时间30分钟,再灌注时间3天和7天 LPS刺激浓度1 μg/ml,刺激1小时或24小时 巨噬细胞特异性IKKɑ敲除小鼠(mIKKɑ−/−) LAD结扎模拟心肌缺血/再灌注 M1标志物(iNOS, TNF-ɑ, IL-1β)和M2标志物(Arg1)的检测

摘要

IκB激酶(IKK)复合物在癌症和免疫系统中的作用已被充分证实。这一功能广泛归因于其作为NF-κB家族主调节因子的作用。特别是,IKKɑ作为IKK复合物的一员,据报道在炎症和恶性疾病中具有多种调节作用。然而,其在心肌缺血/再灌注(I/R)损伤后巨噬细胞中的作用及其机制仍未探索。在体内,对巨噬细胞特异性IKKɑ敲除(mIKKɑ−/−)小鼠及其IKKɑflox/flox同窝小鼠进行了假手术或I/R手术。我们结扎了I/R组的左前降支(LAD)冠状动脉,模拟缺血30分钟,随后分别再灌注3天和7天。与IKKɑflox/flox同窝小鼠相比,mIKKɑ−/−小鼠的心脏表现出显著增加的炎症和巨噬细胞聚集。此外,在经受I/R的mIKKɑ−/−组中,巨噬细胞倾向于极化为M1表型。在体外,我们用慢病毒感染RAW264.7细胞(敲低或过表达IKKɑ)后,用脂多糖(LPS)刺激。我们发现,与正常RAW264.7细胞相比,IKKɑ缺陷的RAW264.7细胞在LPS刺激后促炎标志物表达增加。相反,过表达IKKɑ则抑制促炎因子。机制上,IKKɑ直接与RelB结合调节巨噬细胞极化。此外,IKKɑ调节LPS刺激后的MEK1/2-ERK1/2及下游p65信号级联。总之,我们的数据揭示IKKɑ是一种新型介质,通过负调控巨噬细胞向M1表型极化来保护心肌I/R损伤的发展。因此,IKKɑ可能作为治疗心肌I/R损伤的有价值的治疗靶点。

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
IKKɑ在心肌缺血/再灌注损伤后巨噬细胞极化中的作用及其机制是什么?
核心机制
IKKɑ通过直接与RelB结合激活NF-κB非经典途径,同时抑制MEK1/2-ERK1/2及下游p65信号通路,从而负调控巨噬细胞向M1表型极化,减轻炎症反应。
主要证据
巨噬细胞特异性IKKɑ敲除小鼠在I/R后表现出更严重的炎症和心肌损伤,RAW264.7细胞中敲低或过表达IKKɑ影响M1标志物表达;免疫共沉淀证明IKKɑ与RelB直接结合;Western blot显示IKKɑ调节MEK1/2-ERK1/2和p65磷酸化。
研究意义
IKKɑ可能作为治疗心肌I/R损伤的潜在治疗靶点,通过调控巨噬细胞极化减轻炎症反应和改善心室重构。

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

体内I/R模型建立及IKKɑ表达检测

检测心肌I/R损伤后IKKɑ的表达变化及其细胞定位

对IKKɑflox/flox小鼠进行LAD结扎30分钟,再灌注3天或7天,通过Western blot检测IKKɑ、IKKβ、IKKγ表达,并通过共免疫荧光检测IKKɑ与CD68共定位。

2

巨噬细胞特异性IKKɑ敲除对I/R损伤的影响

评估巨噬细胞IKKɑ缺失对心肌损伤、炎症和功能的影响

对mIKKɑ−/−小鼠和IKKɑflox/flox同窝小鼠进行I/R手术,通过HE染色、Masson染色、超声心动图、免疫组化检测炎症因子和巨噬细胞浸润。

3

体内巨噬细胞极化表型分析

检测IKKɑ缺失对心肌组织巨噬细胞极化的影响

通过qPCR检测M1(iNOS, TNF-ɑ, IL-1β)和M2(Arg1, TGF-β, IL-10)标志物mRNA表达,通过Western blot和共免疫荧光检测iNOS和Arg1蛋白表达。

4

体外RAW264.7细胞极化实验

验证IKKɑ对巨噬细胞极化的直接调控作用

使用siRNA或慢病毒敲低/过表达RAW264.7细胞中的IKKɑ,再用LPS刺激,检测M1标志物表达。

5

机制研究:NF-κB和MAPK通路

阐明IKKɑ调控巨噬细胞极化的分子机制

在RAW264.7中敲低或过表达IKKɑ,LPS刺激1小时后,通过Western blot检测NF-κB通路(p65, IκBɑ, RelB, p100/p52)和MAPK通路(MEK1/2, ERK1/2, JNK, p38)的磷酸化水平;通过免疫共沉淀检测IKKɑ与RelB的相互作用。

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
5%水合氯醛----
异氟烷----
Lipofectamine-2000转染试剂Invitrogen11668-019
脂多糖SigmaL4391
Trizol试剂Invitrogen15596-026
PrimScript逆转录试剂盒TakaraRR047A
SYBR Premix Ex Taq IITakaraRR082A
Applied Biosystems 7500实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
PVDF膜Millipore--
Immobilon Western化学发光HRP底物MilliporeWBKLS0500
ChemiScope 3300 Mini化学发光成像系统Clinx Science Instruments3300 Mini
Protein G磁珠系统MilliporeLSKMAGG02
RIPA裂解液BeyotimeP0013D
山羊血清北京中杉金桥ZLI-9022
抗IL-12A抗体Abcamab131039
抗TNF-α抗体Biossbs-2081R
抗IL-10抗体Biossbs-0698R
抗CD68抗体Abcamab125212
抗波形蛋白抗体Cell Signaling Technology5741S
山羊抗兔IgGMXBKIT-5004
山羊抗小鼠IgGMXBKIT-5001
抗iNOS抗体Abcamab49999
抗Arg1抗体NovusNBP1-32731
抗CXCR4抗体Abcamab2074
Alexa Fluor 488鸡抗兔IgG (H+L)InvitrogenA21441
Alexa Fluor 488鸡抗小鼠IgG (H+L)InvitrogenA21220
Alexa Fluor 594鸡抗兔IgG (H+L)InvitrogenA21442
Hoechst染料SigmaB-2261
抗IKKα抗体NovusNB100-56704
抗磷酸化p65抗体Cell Signaling Technologycs3033
抗p65抗体Santa Cruzsc8008
抗磷酸化IκBα抗体Cell Signaling Technology2859s
抗IκBα抗体Santa Cruzsc371
抗磷酸化p100/p52抗体Abcamab31474
抗p100/p52抗体Abcamab109440
抗磷酸化RelB抗体Abcamab47366
抗RelB抗体Abcamab180127
抗磷酸化p38抗体Cell Signaling Technology4511s
抗p38抗体Cell Signaling Technology9212s
抗磷酸化JNK抗体Cell Signaling Technology4668s
抗JNK抗体Cell Signaling Technology9258s
抗磷酸化MEK1/2抗体Cell Signaling Technology9154s
抗MEK1/2抗体Cell Signaling Technology9122s
抗磷酸化ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4370s
抗ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695s
HRP偶联GAPDH抗体KangChenKC-5G5
山羊抗小鼠IgG/HRPBiossbs-0296G-HRP
抗兔IgG HRP连接抗体Cell Signaling Technology7074P2

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
小鼠品系(C57BL/6背景,IKKαflox/flox和Lyz2-Cre),年龄6-8周,体重20-25g
阅读提示:Materials and methods - Animals
缺血/再灌注手术
LAD结扎位置(距起点3mm),缺血时间30分钟,再灌注时间3天和7天
阅读提示:Materials and methods - Ischemia/reperfusion protocol
超声心动图
麻醉方式(1.5-2%异氟烷吸入),探头频率30MHz,测量参数(LVIDd, LVIDs, IVSd)
阅读提示:Materials and methods - Echocardiography evaluation
体外细胞实验
RAW264.7细胞系,LPS浓度1 μg/ml,刺激时间1小时或24小时,siRNA转染效率>70%,慢病毒感染MOI=10,感染16小时,培养72小时
阅读提示:Materials and methods - Transfection, Lentivirus infection, and Results
Western blot
蛋白上样量30 μg,一抗稀释比例(见文中相应抗体),使用PVDF膜,TBST洗涤,5% BSA封闭
阅读提示:Materials and methods - Western blotting analysis