半乳糖凝集素-9激活TLR4-NLRP3炎症小体通路并促进阿尔茨海默病中的tau病理

Galectin-9 activates the TLR4-NLRP3 inflammasome pathway and promotes tau pathology in Alzheimer's disease

作者信息Xiaodi Guo, Guoxin Zhang, Qinyu Peng, Hui Liu, Keqiang Ye, Tingting Xiao, Chaoyang Liu, Xiangyan Zhang, Sheng Li, Hualong Wang, Jin Feng, Zhentao Zhang
PMID41151638
发布时间2025-10-26
DOI10.1016/j.bbi.2025.106158

实验完整度

包含体外细胞实验(BV2、原代小胶质细胞、原代神经元)、体内动物模型(tau P301S、Lgals9-/-)以及功能验证(认知行为、病理、突触)和机制验证(Co-IP、siRNA敲低)。

主要模型

tau P301S转基因小鼠 Lgals9敲除小鼠 BV2小胶质细胞 原代皮层神经元

重点核对

tau PFFs浓度与处理时间 Gal-9重组蛋白浓度 siRNA-TLR4转染效率 MCC950抑制NLRP3的浓度

摘要

Tau deposition, microglial activation, and neuroinflammation are prominent features of Alzheimer's disease (AD). Galectin-9 (Gal-9), one of the most abundant beta-galactosidase-binding proteins secreted by active microglia, is elevated in brain tissue and cerebrospinal fluid in patients with AD, associating with cognitive impairments. However, whether Gal-9 is involved in the onset of AD pathology remains unclear. Here, we report that the expression and secretion of Gal-9 are increased in microglia exposed to tau fibrils and in the brain tissue of tau P301S transgenic mice. Gal-9 binds to toll-like receptor 4 (TLR4) on microglia and activates the NLR family, pyrin domain containing 3 (NLRP3) inflammasome, promoting the secretion of interleukin-1β (IL-1β) and IL-18, which are toxic to neurons. Genetic ablation of Gal-9 in tau P301S mice diminishes microglial activation and tau deposition, preserves synaptic integrity, and improves cognitive function. Furthermore, Gal-9 knockout also halted the spread of tau pathology induced by the intracerebral injection of tau fibrils, whereas the intracerebral injection of Gal-9 promoted tau pathology. Overall, our findings demonstrate that microglial activation facilitates tau pathology through Gal-9 and support the therapeutic potential of targeting the Gal-9-TLR4-NLRP3 axis to treat AD.

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
Gal-9是否通过TLR4-NLRP3通路促进tau病理和神经炎症?
核心机制
病理tau促进小胶质细胞分泌Gal-9,Gal-9作为TLR4配体激活MyD88-NF-κB通路,进而激活NLRP3炎症小体,释放IL-1β和IL-18,加剧tau磷酸化和神经元损伤。
主要证据
体外Co-IP证实Gal-9与TLR4结合;siRNA-TLR4抑制NF-κB和NLRP3活化;体内Gal-9敲除减轻tau P301S小鼠的tau病理、炎症和认知缺陷。
研究意义
作者提出靶向Gal-9-TLR4-NLRP3通路可能为tau蛋白病提供新的治疗策略。

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

检测Gal-9在tau P301S小鼠中的表达

验证Gal-9是否参与tau蛋白病

通过Western blot、RT-PCR和免疫荧光检测tau P301S小鼠海马中Gal-9的表达和定位,并与年龄匹配的WT比较。

2

tau PFFs刺激BV2细胞

确定tau纤维是否诱导Gal-9表达和分泌

用不同浓度和时间点tau PFFs处理BV2细胞,检测Gal-9的mRNA、蛋白和分泌水平。

3

Gal-9与tau PFFs协同促进小胶质细胞激活

研究Gal-9对小胶质细胞表型和炎症因子的影响

共同处理BV2细胞,通过Western blot、免疫荧光和ELISA检测M1/M2标志物和促炎因子。

4

验证Gal-9通过TLR4激活NF-κB通路

确定Gal-9激活小胶质细胞是否依赖TLR4

使用siRNA-TLR4敲低TLR4,检测Gal-9诱导的MyD88和p-p65水平及NF-κB核转位。

5

Gal-9激活NLRP3炎症小体的作用

验证Gal-9是否激活NLRP3炎症小体并依赖TLR4

检测Gal-9处理后NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β等炎症小体组分,并通过ASC speck形成和MCC950抑制实验验证。

6

体外神经元毒性实验

探究Gal-9激活的小胶质细胞对神经元的影响

收集Gal-9处理BV2细胞的条件培养基,处理原代神经元和SH-SY5Y细胞,检测凋亡、存活和tau磷酸化。

7

体内验证Gal-9敲除对tau P301S小鼠的作用

检验内源性Gal-9缺乏是否改善tau病理和认知

将tau P301S与Lgals9-/-杂交,分析10月龄小鼠的行为学、病理和突触参数。

8

tau PFFs注射模型的传播研究

评估Gal-9敲除对tau病理传播的影响

在2月龄小鼠海马注射tau PFFs,4个月后分析tau病理和认知。

9

Gal-9注射加重tau病理

验证外源性Gal-9促进tau病理和炎症

在2月龄tau P301S小鼠海马注射重组Gal-9,6个月后检测病理和炎症标志物。

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
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素-链霉素溶液----
Neurobasal培养基Gibco--
B27添加剂Gibco--
MCC950MCEHY-12815
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher--
核浆蛋白提取试剂盒BeyotimeP0028
裂解液BeyotimeP0013J
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-Aldrich--
PVDF膜----
增强化学发光试剂----
TLR4抗体Proteintech66350-1-Ig
Gal-9抗体Abcamab69630
GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
IBA1抗体Abcamab283319
GFAP抗体InvitrogenPA5-16291
NF-κB p65抗体Proteintech10745-1-AP
磷酸化NF-κB p65抗体Cell Signaling Technology#3033
tau5抗体Thermo FisherMA5-12808
AT8抗体Thermo FisherMN1020
磷酸化tau Ser396抗体Abcamab109390
NLRP3抗体ABclonalA5652
IL-1β抗体ABclonalA17361
cleaved IL-1β抗体AffinityAF4006
caspase-1抗体ABclonalA0964
IL-18抗体ABclonalA16737
ASC抗体ABclonalA1170
GSDMD抗体ABclonalA18281
MBP抗体Proteintech10458-1-AP
MyD88抗体ABclonalA0980
蛋白A/G PLUS-琼脂糖Santa Cruz Biotechnologysc-2003
小鼠IgGBeyotimeA7028
小鼠Gal-9 ELISA试剂盒Mlbioml558358-C
小鼠IL-6 ELISA试剂盒Mlbioml063159
小鼠TNF-α ELISA试剂盒Mlbioml002095
小鼠IL-1β ELISA试剂盒Mlbioml301814
小鼠IL-18 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0730c
TRIzol试剂Invitrogen--
iScript cDNA合成试剂盒Bio-Rad--
LightCycler 480 SYBR Green I预混液Roche--
CCK-8溶液BeyotimeC0038
TUNEL BrightRed凋亡检测试剂盒Vazyme--
Histostain-SP试剂盒Invitrogen--
TSA荧光染料反应液RecordBioRC0086Plus-34R
汉密尔顿注射器----
一步法小鼠基因分型试剂盒Vazyme--
FD快速高尔基染色试剂盒FD NeurotechnologiesPK401
EtEraser HP内毒素去除试剂盒BioendoER0015
重组因子C内毒素检测试剂盒Hzymes BiotechnologyHBP008001-1
立体定位仪----
荧光显微镜IX73Olympus--
共聚焦激光显微镜Leica--
JEOL 200CX电子显微镜JEOL--
Zeiss Axioplan显微镜Zeiss--

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
BV2细胞培养条件、原代小胶质细胞来源(Procell CP-M110)、原代神经元取材胚胎日龄(E18)
阅读提示:Methods - Cells and treatment; Primary neuronal culture
tau PFFs制备与处理
tau PFFs制备浓度(1 mg/mL)、震荡时间(8-12h)、温度(37°C)、DTT浓度(1 mM)、处理浓度(5 μg/mL)、处理时间(24h)
阅读提示:Methods - Preparation of tau preformed fibrils (PFFs) and Gal-9
Gal-9处理
重组Gal-9浓度(1 μg/mL)、处理时间(0-48h)、溶解缓冲液(PBS)
阅读提示:Methods - Cells and treatment
siRNA敲低
siRNA-TLR4浓度(50 nM)、转染试剂(Lipofectamine 2000)、转染效率(FAM-siRNA验证>80%)
阅读提示:Methods - Transfection of siRNA
NLRP3抑制
MCC950浓度(10 μM)、处理时间(24h)
阅读提示:Methods - Preparation of conditioned medium (CM)
体内实验
小鼠基因型(WT、Lgals9-/-、tau P301S、tau P301S/Lgals9-/-)、性别(雄性)、年龄(2月龄起始)、注射剂量(5 μg tau PFFs或Gal-9)、注射坐标、行为学评价时间点(10月龄或注射后4/6个月)
阅读提示:Methods - Mice; Stereotaxic surgery; Results - 相应结果部分
认知行为学测试
Morris水迷宫训练天数(5天)、每天训练次数(4次)、平台搜索时间(60s)、Y迷宫训练时间(5分钟)和间隔(1小时)
阅读提示:Methods - Morris water maze test; Y-maze test