重组梅毒螺旋体蛋白Tp47通过激活由PKM2依赖的糖酵解诱导的NLRP3炎症小体促进巨噬细胞的吞噬作用

Recombinant Treponema pallidum protein Tp47 promoted the phagocytosis of macrophages by activating NLRP3 inflammasome induced by PKM2-dependent glycolysis

作者信息Y-W Zheng, M Wang, J-W Xie, R Chen, X-T Wang, Y He, T-C Yang, L-L Liu, L-R Lin
PMID37247195
发布时间2023-10
DOI10.1111/jdv.19231

实验完整度

包含细胞实验、药理抑制剂、siRNA敲低及糖酵解代谢检测等多个独立证据层级,明确验证了功能与机制。

主要模型

兔腹腔巨噬细胞 THP-1来源的巨噬细胞

重点核对

Tp47处理浓度:5、10、25、50 μg/mL Tp47处理时间:1、3、6、12小时 NLRP3抑制剂MCC950预处理2小时 糖酵解抑制剂2-DG预处理2小时 PKM2抑制剂shikonin预处理2小时

摘要

背景:糖酵解是细胞葡萄糖代谢中的关键途径,提供能量并参与免疫反应。然而,糖酵解是否参与NOD样受体家族蛋白3(NLRP3)炎症小体激活以及巨噬细胞对梅毒螺旋体感染的吞噬作用仍不清楚。目的:研究糖酵解在激活NLRP3炎症小体以调节巨噬细胞对梅毒螺旋体蛋白Tp47的吞噬反应中的作用及其相关机制。方法:通过腹腔巨噬细胞和人单核细胞系来源的巨噬细胞实验,研究了NLRP3炎症小体激活与吞噬作用之间的相互作用以及糖酵解在Tp47处理的巨噬细胞中的作用。结果:在Tp47处理的巨噬细胞中观察到吞噬作用和NLRP3炎症小体的激活。使用NLRP3抑制剂MCC950或si-NLRP3处理减弱了Tp47诱导的吞噬作用。Tp47刺激增强了巨噬细胞的糖酵解和糖酵解能力,并诱导了糖酵解代谢物(磷酸烯醇丙酮酸、柠檬酸和乳酸)水平的变化。用糖酵解抑制剂2-脱氧-D-葡萄糖抑制糖酵解可降低NLRP3的激活。在Tp47刺激的巨噬细胞中,丙酮酸激酶M2亚型(PKM2)的表达上调,该酶催化糖酵解途径中的限速反应。用紫草素或si-PKM2抑制PKM2可降低糖酵解和NLRP3激活。结论:Tp47通过激活由PKM2依赖的糖酵解增强诱导的NLRP3炎症小体促进巨噬细胞的吞噬作用。

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
糖酵解是否参与梅毒螺旋体蛋白Tp47诱导的NLRP3炎症小体激活以及巨噬细胞吞噬作用的调节?
核心机制
Tp47通过增强PKM2依赖的糖酵解激活NLRP3炎症小体,从而促进巨噬细胞的吞噬作用。
主要证据
Tp47处理的巨噬细胞中观察到NLRP3炎症小体激活和吞噬增强,抑制NLRP3(MCC950或si-NLRP3)减弱吞噬,抑制糖酵解(2-DG)或PKM2(shikonin或si-PKM2)可减少NLRP3激活和糖酵解。
研究意义
揭示PKM2依赖的糖酵解是梅毒病理生理的潜在控制点,为抗感染干预措施的设计提供思路。

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Tp47对巨噬细胞吞噬作用的影响

确定Tp47是否能增强巨噬细胞的吞噬能力

用不同浓度(5、10、25、50 μg/mL)的Tp47处理腹腔巨噬细胞6小时,或25 μg/mL处理不同时间,通过流式细胞术检测吞噬荧光标记乳胶珠的细胞百分比。

2

验证NLRP3炎症小体在Tp47诱导吞噬中的作用

确定Tp47诱导的吞噬作用是否依赖于NLRP3炎症小体激活

使用NLRP3抑制剂MCC950预处理或si-NLRP3转染巨噬细胞,再用Tp47处理,检测吞噬能力变化。

3

检测Tp47对巨噬细胞糖酵解的影响

探索Tp47是否增强巨噬细胞的糖酵解

通过Seahorse分析仪测量细胞外酸化率(ECAR)评估糖酵解和糖酵解能力,并检测培养上清中柠檬酸、磷酸烯醇丙酮酸和乳酸的产量。

4

验证糖酵解在NLRP3激活中的作用

确定Tp47诱导的NLRP3激活是否依赖于糖酵解

使用糖酵解抑制剂2-DG预处理巨噬细胞,再用Tp47刺激,检测糖酵解参数、NLRP3炎症小体相关mRNA和蛋白表达。

5

验证PKM2在糖酵解和NLRP3激活中的作用

确定PKM2是否是Tp47诱导糖酵解和NLRP3激活的关键酶

检测Tp47处理后PKM2、HK1、HK2的蛋白表达,并用PKM2抑制剂shikonin或si-PKM2预处理,检测糖酵解和NLRP3激活。

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
EtEraserTM内毒素去除试剂盒Chinese Horseshoe Crab Reagent Manufactory, Ltd.--
DMEM培养基----
RPMI 1640培养基American Type Culture Collection--
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯Sigma-Aldrich79346
MCC950MedChemExpressHY-12815A
2-脱氧-D-葡萄糖Sigma-AldrichD8357
紫草素MedChemExpressHY-N0822
甲基噻唑基四唑比色法SolarbioM1020
荧光标记乳胶珠Sigma-AldrichL4655
流式细胞仪Beckman--
RNA提取试剂盒TIANGENDP419
逆转录试剂盒TransGen BiotechTG-AQ601-02
TBGreen® Premix Ex Taq™IITakaraRR820
Roche480实时荧光定量PCR系统Roche--
RIPA裂解液SolarbioR0010
BCA蛋白定量试剂盒TakaraT9300A
PVDF膜BioRad--
NLRP3抗体Abcamab263899
pro-IL-1β抗体Abcamab216995
IL-1β抗体Cell Signalling Technology83186S
pro-caspase-1抗体Abcamab179515
caspase-1抗体Cell Signalling Technology4199T
PKM2抗体Cell Signalling Technology8337T
HK1抗体Cell Signalling Technology8337T
β-actin抗体Abcamab8226
HRP标记的山羊抗兔IgG H&L抗体Abcamab205718
抗小鼠IgG(H+L)Cell Signalling Technology14709
IL-1β ELISA试剂盒NeoBioscienceEHC002b.96
Lipofectamine™ 3000转染试剂盒InvitrogenL3000150
Seahorse XF96生物分析仪Seahorse Bioscience--
XF糖酵解压力测试试剂盒Seahorse Bioscience102194-100
柠檬酸检测试剂盒Abcamab83396
乳酸检测试剂盒Abcamab65330
GraphPad Prism 8.0GraphPad Software--

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
细胞培养与分化
腹腔巨噬细胞提取方法:15%胰蛋白胨腹腔注射4天;THP-1分化:50 ng/mL PMA处理24小时;培养基成分:DMEM或RPMI1640含10%热灭活FBS。
阅读提示:Materials and Methods, Cell culture
药物处理
抑制剂浓度:MCC950、2-DG、shikonin的浓度未明确说明;预处理时间均为2小时。
阅读提示:Materials and Methods, Cell culture
吞噬实验
细胞密度:10^6细胞/孔;荧光乳胶珠体积:0.3 μL/mL;共培养时间:1小时;检测方法:流式细胞术。
阅读提示:Materials and Methods, Phagocytosis assay
糖酵解功能测定
细胞数量:7.5×10^4/孔;使用XF糖酵解压力测试试剂盒;测量ECAR参数。
阅读提示:Materials and Methods, Glycolytic function assay
基因敲低
siRNA序列及转染量:si-NLRP3和si-PKM2序列已提供;150 pmol/well。
阅读提示:Materials and Methods, Transfection of siRNA