小胶质细胞SIRT1激活通过抑制mTORC1减轻视网膜内丛状层突触丢失

Microglial SIRT1 activation attenuates synapse loss in retinal inner plexiform layer via mTORC1 inhibition

作者信息Ke Yao, Qianxue Mou, Xiaotong Lou, Meng Ye, Bowen Zhao, Yuanyuan Hu, Jing Luo, Hong Zhang, Xing Li, Yin Zhao
PMID37670386
发布时间2023-09-05
DOI10.1186/s12974-023-02886-8

实验完整度

研究包含体外细胞实验(HEK293、BV2、原代小胶质细胞)、体内动物模型(ONC小鼠及Raptor敲除小鼠)及机制验证(Co-IP、免疫印迹、免疫荧光)。

主要模型

视神经挤压(ONC)小鼠模型 BV2小胶质细胞系 HEK293T细胞系 原代视网膜小胶质细胞

重点核对

ONC手术参数:5mm后损伤,10秒挤压,6-8周龄雄性小鼠 SIRT1激活剂白藜芦醇给药剂量:100mg/kg灌胃,每日一次 mTORC1激活剂L-亮氨酸给药方式:玻璃体内注射,浓度50mM,ONC前2天和后2天 小胶质细胞Raptor敲除小鼠模型:Cx3Cr1-CreERT2/RaptorF/F,他莫昔芬注射 SIRT1抑制剂EX527处理浓度:500nM/ml(体外)

摘要

背景:视神经损伤(ONI)是导致不可逆性失明的关键原因,并触发视网膜神经节细胞(RGCs)变化和突触丢失。小胶质细胞是大脑和视网膜中的常驻免疫细胞,已被证明与神经元和突触损伤高度相关。然而,Sirtuin 1(SIRT1)作为一种神经保护分子,在视神经损伤模型中调节小胶质细胞活化、视网膜突触丢失及随后的视网膜神经节细胞死亡的功能及其调控机制仍不清楚。方法:为此,建立视神经挤压(ONC)模型以模拟视神经损伤。使用白藜芦醇和EX527(分别为SIRT1的高特异性激活剂和抑制剂)来探讨SIRT1在体内和体外的功能。使用Cx3Cr1-CreERT2/RaptorF/F小鼠敲除Raptor以抑制小胶质细胞中哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)的活性。用质粒转染HEK293和BV2细胞以探讨SIRT1的调控机制。结果:我们发现视神经挤压后发生小胶质细胞活化和视网膜内丛状层(IPL)突触丢失,随后出现视网膜神经节细胞死亡。白藜芦醇诱导的SIRT1活化抑制小胶质细胞活化,减轻突触丢失和视网膜神经节细胞损伤。损伤后,小胶质细胞吞噬突触,而SIRT1抑制该过程以保护突触和视网膜神经节细胞。此外,SIRT1通过去乙酰化激活结节性硬化症复合物2(TSC2),并增强TSC2对mTORC1活性的抑制作用,从而发挥神经元保护作用。结论:我们的研究为小胶质细胞SIRT1在视神经损伤中的作用提供了新的见解,并为视神经损伤疾病的神经保护治疗提供了潜在策略。

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
小胶质细胞SIRT1在视神经损伤模型中如何调控视网膜突触丢失和RGC死亡,其分子机制是什么?
核心机制
SIRT1通过去乙酰化TSC2的K1473位点,降低TSC2在Y1462位点的磷酸化,增强TSC2对mTORC1的抑制作用,从而抑制小胶质细胞活化,减轻突触吞噬和RGC损伤。
主要证据
免疫荧光显示ONC后小胶质细胞活化、突触丢失;SIRT1激活抑制小胶质细胞活化和吞噬;Co-IP和免疫印迹证明SIRT1与TSC2相互作用并介导去乙酰化;体内Raptor敲除减轻小胶质细胞活化和突触丢失。
研究意义
揭示小胶质细胞SIRT1-TSC2-mTORC1通路调控突触重塑的新机制,为视神经损伤疾病的神经保护治疗提供潜在靶点。

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

建立ONC模型并观察时间进程

确定视神经损伤后RGC胞体、突触和小胶质细胞的变化时序。

对小鼠进行ONC手术,分别于术后3、5、7天取材,通过免疫荧光检测β3-tubulin、Rbpms、Syn、Psd95和Iba1,观察轴索损伤、RGC数量、突触丢失和小胶质细胞活化。

2

验证SIRT1激活对微胶质细胞活化和突触丢失的影响

探讨SIRT1激活剂白藜芦醇是否能抑制微胶质细胞活化并保护突触和RGC。

通过白藜芦醇灌胃处理ONC小鼠,免疫荧光检测Iba1、Syn、Psd95和Rbpms,评估微胶质细胞密度、突触面积和RGC数量。

3

体外实验验证SIRT1对微胶质细胞功能的影响

研究SIRT1激活对微胶质细胞炎症因子表达、迁移和吞噬能力的影响。

BV2细胞用LPS和IFN-γ激活,并用白藜芦醇或EX527处理,通过RT-qPCR检测炎症因子,划痕实验检测迁移,荧光微球吞噬实验检测吞噬。

4

验证SIRT1对TSC2的去乙酰化修饰

确定SIRT1是否直接结合TSC2并介导其去乙酰化。

在HEK293T细胞中共转染Flag-TSC2和HA-SIRT1,通过免疫共沉淀和免疫印迹检测TSC2乙酰化水平和相互作用。

5

验证TSC2去乙酰化对mTORC1通路的影响

探讨SIRT1介导的TSC2去乙酰化是否通过调节mTORC1活性影响微胶质细胞功能。

在BV2细胞中过表达SIRT1或使用EX527抑制SIRT1,检测TSC2磷酸化水平和mTORC1下游S6K磷酸化。

6

验证体内Raptor敲除(mTORC1抑制)的效果

确认抑制微胶质细胞mTORC1是否能减轻ONC引起的微胶质细胞活化和突触丢失。

使用Cx3Cr1-CreERT2/RaptorF/F小鼠(他莫昔芬诱导敲除),进行ONC手术,免疫荧光检测Iba1、Syn、Psd95和Rbpms。

7

验证SIRT1激活对视觉功能恢复的影响

评估SIRT1激活对ONC后视觉功能恢复的潜在作用。

双侧ONC小鼠用白藜芦醇处理,进行瞳孔光反射、明暗偏好和视动反应测试。

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。

动物模型建立
免疫荧光检测
蛋白互作与修饰分析
基因表达分析
细胞功能检测

产品清单

实验环节名称品牌货号
N5自动闭合镊----
白藜芦醇Aladdin--
EX527Beyotime--
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素/链霉素Beyotime--
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher Scientific--
脂多糖Sigma Aldrich--
干扰素-γBeyotime--
聚苯乙烯微球(红色荧光)Sigma Aldrich--
抗RBPMS抗体Abcamab152101
抗β3-微管蛋白抗体Abcamab6161
抗突触素抗体Abcamab32127
抗PSD95抗体Abcamab2723
抗Iba1抗体Abcamab5076
抗CD68抗体Abcamab955
DAPIAbcamab228549
抗TSC2抗体Cell Signaling Technology4308
抗SIRT1抗体Abcamab189494
抗磷酸化TSC2 (Ser1387)抗体Cell Signaling Technology5584
抗HA标签抗体Santa Cruzsc-7392

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?性别雄性;年龄6-8周;ONC位置距球后5mm,挤压时间10秒;麻醉剂量20mg/kg戊巴比妥钠
阅读提示:Materials and methods: Animal model of optic nerve crush (ONC)
药物处理
白藜芦醇剂量100mg/kg灌胃,每日一次;EX527体外浓度500nM/ml;L-亮氨酸浓度50mM玻璃体注射
阅读提示:Materials and methods: Reagents administration
细胞培养
BV2和HEK293T细胞来源Procell,培养基DMEM+10%FBS+1%青霉素/链霉素,培养条件37°C、5%CO2
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and transfection
免疫荧光
视网膜铺片固定时间1小时,切片厚度4μm,抗体稀释比例
阅读提示:Materials and methods: Immunofluorescence
Western blot
RIPA裂解液补充蛋白酶和磷酸酶抑制剂,BCA定量,PVDF膜,ECL显影
阅读提示:Materials and methods: Immunoblot and immunoprecipitation
行为学
瞳孔光反射:暗适应1小时,470nm LED光刺激,拍照分析瞳孔收缩百分比;明暗偏好:箱体设计,时间记录;视动反应:空间频率范围0.01-0.06 cycles/degree,转速12°/s
阅读提示:Materials and methods: Visual function analysis