Erbin通过IRE1α/Xbp1s-Ca2+轴减轻小胶质细胞焦亡,从而保护脓毒症相关脑病

Erbin protects against sepsis-associated encephalopathy by attenuating microglia pyroptosis via IRE1α/Xbp1s-Ca2+ axis

作者信息Guoqing Jing, Jing Zuo, Qing Fang, Min Yuan, Yun Xia, Qiyan Jin, Yuping Liu, Yanlin Wang, Zongze Zhang, Wanhong Liu, Xiaojing Wu, Xuemin Song
PMID36171629
发布时间2022-09-28
DOI10.1186/s12974-022-02598-5

实验完整度

包含体内CLP小鼠模型、体外原代小胶质细胞和BV2细胞模型,以及功能验证(行为学)、机制验证(Ca2+流、IRE1α/Xbp1s通路)和干预验证(STF083010)。

主要模型

CLP诱导的脓毒症相关脑病小鼠模型 原代小鼠小胶质细胞 BV2小胶质细胞系 HT22海马神经元细胞系

重点核对

Erbin敲除小鼠来源 LPS/nigericin处理浓度和时间 STF083010给药剂量和途径 CLP手术操作细节 行为学测试时间点

摘要

背景:小胶质细胞焦亡介导的神经炎症被认为是脓毒症相关脑病(SAE)的关键发病机制。Erbin已被报道与多种炎症性疾病相关。然而,Erbin在SAE中的作用以及Erbin与小胶质细胞焦亡之间的关系尚不清楚。在本研究中,我们探讨了Erbin在调节小胶质细胞焦亡中的潜在作用及其潜在的分子机制。方法:对WT和Erbin基因敲除小鼠进行盲肠结扎穿刺(CLP)以诱导SAE。体外用LPS/尼日利亚菌素处理原代小鼠小胶质细胞和BV2细胞。进行行为学测试以评估认知功能。使用尼氏染色和透射电子显微镜评估组织学和结构损伤。使用ELISA和qPCR检测神经炎症。使用Western blot和免疫荧光分析蛋白表达。使用流式细胞术和共聚焦显微镜观察细胞质和内质网(ER)中Ca2+的变化。为进一步探讨其潜在机制,给予STF083010阻断IRE1α/Xbp1s通路。结果:Erbin缺失导致CLP小鼠出现更明显的神经元损伤和认知障碍。Erbin敲除在体内和体外促进了小胶质细胞焦亡和炎症细胞因子分泌,这是由IRE1α/Xbp1s的激活介导的。使用选择性抑制剂STF083010治疗可显著抑制IRE1α/Xbp1s通路活性,降低胞质Ca2+,减轻小胶质细胞焦亡,减少促炎细胞因子分泌,减轻神经元损伤,并改善认知功能。结论:在SAE中,Erbin抑制IRE1/Xbp1s通路活性,减少ER Ca2+向细胞质的内流,从而减少小胶质细胞焦亡。

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
Erbin在脓毒症相关脑病(SAE)中的作用及其对小胶质细胞焦亡的调控机制尚不清楚。
核心机制
Erbin通过抑制IRE1α/Xbp1s通路活性,减少内质网Ca2+向细胞质流动,从而抑制NLRP3炎症小体激活和小胶质细胞焦亡。
主要证据
在CLP诱导的SAE小鼠模型和LPS/nigericin处理的体外模型中,Erbin敲除或下调增加了IRE1α磷酸化、Xbp1s表达、胞质Ca2+水平、NLRP3炎症小体激活和焦亡相关蛋白表达,而STF083010(IRE1α抑制剂)可逆转这些效应并改善认知功能。
研究意义
本研究首次揭示了Erbin在SAE中的保护作用,表明其通过抑制IRE1α/Xbp1s-Ca2+信号通路来抑制NLRP3炎症小体和焦亡,为SAE的治疗提供了潜在新靶点。

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

建立脓毒症相关脑病动物模型

模拟临床脓毒症相关脑病,并评估Erbin缺失对疾病严重程度的影响。

对WT和Erbin敲除小鼠进行盲肠结扎穿刺(CLP)手术,建立SAE模型,术后给予或不给予STF083010处理。

2

评估神经元损伤和认知功能

确定Erbin缺失对SAE小鼠神经元损伤和认知功能障碍的影响。

通过尼氏染色评估海马CA1和CA3区神经元损伤,透射电镜观察突触超微结构,Western blot检测突触相关蛋白表达,并进行旷场实验、新物体识别实验和Morris水迷宫实验评估认知功能。

3

检测小胶质细胞焦亡和神经炎症

验证Erbin缺失是否加剧SAE中的小胶质细胞焦亡和神经炎症。

通过Western blot、免疫荧光和ELISA检测海马组织和原代小胶质细胞中焦亡相关蛋白(NLRP3、Caspase-1 P20、GSDMD-N)和炎症因子(IL-1β、IL-18、TNF-α、IL-6)的表达水平。

4

探究IRE1α/Xbp1s通路和Ca2+动员

阐明Erbin调控小胶质细胞焦亡的分子机制,特别是IRE1α/Xbp1s通路和Ca2+流动。

使用Western blot检测IRE1α、p-IRE1α、Xbp1s蛋白水平,利用Fluo-4 AM和CMV-ER-LAR-GECO1探针通过流式细胞术和共聚焦显微镜检测胞质和ER中Ca2+浓度变化。

5

验证IRE1α/Xbp1s-Ca2+轴的功能

确认IRE1α/Xbp1s-Ca2+轴介导Erbin对焦亡的调控作用。

使用STF083010阻断IRE1α/Xbp1s通路,观察对胞质和ER Ca2+水平、焦亡相关蛋白表达、炎症因子释放、细胞活力、LDH释放以及体内行为学的影响。

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
STF083010MedChemExpressHY-15845
DMEM-F12培养基GIBCO--
胎牛血清GIBCO--
青霉素/链霉素Biosharp--
DMEM培养基GIBCO--
脂多糖SigmaL2630
尼日利亚菌素MedChemExpressHY-100381
jetPRIME转染试剂Polyplus--
CMV-ER-LAR-GECO1质粒Addgene61244
CCK-8试剂盒Biosharp--
LDH检测试剂盒Beyotime--
TRIZOL试剂Invitrogen--
RT-qPCR快速预混液Vazyme--
Fluo4-AMBeyotime--
RIPA裂解液Beyotime--
磷酸酶抑制剂Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
聚偏二氟乙烯膜MilliPole--
Erbin抗体NovusNBP2-56,104
NLRP3抗体AbclonalA5652
GSDMD抗体AbclonalA10164
Caspase-1抗体AdipogenAG-20B-0042
Iba-1抗体Abcamab178846
IRE1α抗体CST3294
p-IRE1α抗体Abcamab48187
Xbp1s抗体Proteintech24,868-1-AP
PSD95抗体CST3409
突触素抗体AffinityAF0257
突触素-1抗体CST5297
β-肌动蛋白抗体ProteintechHRP-60008
ELISA试剂盒Beijing 4A Biotech--
BioTek酶标仪----
透射电子显微镜HitachiH-600
细胞筛网Corning--

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
CLP手术细节:结扎位置、穿刺次数、针头规格;STF083010给药剂量、途径、时间点
阅读提示:Materials and methods: Animals, Sepsis model and drug treatment
细胞培养和处理
小鼠周龄、原代小胶质细胞分离方法;LPS和尼日利亚菌素处理浓度、时间;STF083010预处理浓度和时间
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and treatment, Establishment of microglia-conditioned medium
Ca2+检测
Fluo4-AM浓度、孵育时间;CMV-ER-LAR-GECO1质粒转染时间;流式细胞术和共聚焦显微镜参数
阅读提示:Materials and methods: Flow cytometry
行为学测试
CLP后测试时间点;OFT、NORT、MWM的具体参数,如训练天数、测试时间、平台位置
阅读提示:Materials and methods: Behavioral tests
蛋白检测
组织或细胞裂解方法;抗体稀释比例;孵育时间和温度;曝光时间
阅读提示:Materials and methods: Western blot analysis