衰老细胞通过上调CD47-QPCT/L轴抑制巨噬细胞介导的胞葬作用

Senescent cells suppress macrophage-mediated corpse removal via upregulation of the CD47-QPCT/L axis

作者信息Daniela Schloesser, Laura Lindenthal, Julia Sauer, Kyoung-Jin Chung, Triantafyllos Chavakis, Eva Griesser, Praveen Baskaran, Ulrike Maier-Habelsberger, Katrin Fundel-Clemens, Ines Schlotthauer, Carolin Kirsten Watson, Lee Kim Swee, Frederik Igney, John Edward Park, Markus S Huber-Lang, Matthew-James Thomas, Karim Christian El Kasmi, Peter J Murray
PMID36459066
发布时间2023-02-06
DOI10.1083/jcb.202207097

实验完整度

包含体外细胞共培养、活细胞成像、流式细胞术、免疫荧光、Western blot、qPCR、蛋白质组学、体内组织分析及遗传敲除(CD47 KO)和药理学抑制(SEN177)等多层级验证。

主要模型

小鼠胚胎成纤维细胞(MEF) 人肺成纤维细胞(NHLF、IPF) 人胰腺癌细胞(Panc1) 人小气道上皮细胞(SAEC) 小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDM) 人单核细胞来源巨噬细胞(MDM)

重点核对

衰老诱导方法(palbociclib、etoposide、γ-irradiation、复制性衰老) 细胞共培养比例(如BMDMs与衰老细胞10:1) 凋亡小体标记和比例(pHrodo标记Raji细胞,2.5:1) 处理时间和条件(如NSC-87877预处理1小时,SEN177浓度1、5、10 µM) 对照组设置(增殖细胞对照)

摘要

衰老细胞在衰老和慢性疾病中的进行性积累与组织稳态的有害影响相关。我们发现衰老的成纤维细胞和上皮细胞不仅对巨噬细胞介导的吞噬和清除具有抵抗性,而且还使巨噬细胞清除旁观凋亡细胞尸体的能力瘫痪。衰老细胞介导的胞葬作用抑制(SCES)不依赖于衰老相关分泌表型(SASP),而是需要巨噬细胞与衰老细胞之间的直接接触。SCES涉及衰老细胞CD47表达增加,同时伴有CD47修饰酶QPCT/L的增加。SCES可通过干扰SIRPα-CD47-SHP-1轴或QPCT/L活性而逆转。虽然CD47在人和小鼠衰老细胞中体外和体内表达均增加,但另一种含ITIM的蛋白CD24在人类上皮衰老细胞中特异性地促进SCES,并在CD47遗传缺陷时发挥代偿作用。因此,CD47和CD24将衰老细胞的致病效应与巨噬细胞稳态功能(如胞葬作用)联系起来,我们假设胞葬作用必须高效进行以维持组织稳态。

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
衰老细胞如何影响巨噬细胞的功能,特别是其胞葬作用?
核心机制
衰老细胞通过直接接触上调CD47和CD24表达,经SIRPα-CD47-SHP-1轴(上皮细胞中还有CD24)向巨噬细胞传递抑制信号,从而抑制胞葬作用。QPCT/L介导CD47的焦谷氨酸修饰,是CD47-SIRPα信号所必需。
主要证据
共培养实验显示衰老细胞抑制巨噬细胞吞噬凋亡小体;CD47敲除或阻断、SHP抑制、QPCT/L抑制均能逆转抑制效应;衰老细胞CD47表达增加,且体内衰老相关模型中也观察到CD47增加。
研究意义
该研究揭示了衰老细胞通过抑制胞葬作用干扰组织稳态的机制,为靶向CD47-CD24-SIRPα轴以恢复巨噬细胞功能提供了治疗思路。

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

诱导细胞衰老

建立体外衰老细胞模型,用于后续与巨噬细胞共培养实验。

用palbociclib、etoposide、γ-照射或连续传代诱导多种人鼠细胞衰老,并通过β-gal染色、细胞大小、p21表达和BrdU掺入减少等指标验证衰老特征。

2

巨噬细胞与衰老细胞共培养

观察巨噬细胞对衰老细胞的吞噬作用及衰老细胞对巨噬细胞胞葬功能的影响。

将巨噬细胞(BMDM或MDM)与衰老细胞或增殖细胞直接共培养,采用活细胞成像或流式细胞术检测吞噬和胞葬能力。

3

验证SCES依赖性

确定SCES是否依赖细胞接触和SASP。

使用条件培养基转移和transwell实验验证SCES需要细胞直接接触,与SASP无关。

4

机制验证:CD47和CD24的作用

验证CD47和CD24是否介导SCES。

通过CD47基因敲除、抗CD47和抗CD24 FAB片段阻断、以及检测CD47和CD24表达,验证其在SCES中的作用。

5

下游信号验证:SHP-1

验证SHP-1是否介导SCES。

通过免疫荧光检测SHP-1在巨噬细胞膜上的募集,并使用SHP抑制剂NSC-87877处理,观察对胞葬作用的影响。

6

QPCT/L活性验证

验证QPCT/L是否通过修饰CD47而影响SCES。

检测衰老细胞中QPCT/L表达和活性,并使用QPCT/L抑制剂SEN177处理,评估对SIRPα结合和胞葬作用的影响。

7

体内相关分析

验证体内衰老相关场景中CD47表达是否增加。

分析小鼠衰老组织(Tabula Muris Senis)、肝纤维化大鼠模型(BDL、TAA)、肥胖小鼠脂肪组织的CD47表达。

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Gibco31966-021
RPMI 1640培养基Gibco61870-10
胎牛血清Gibco10500-064
青霉素/链霉素Gibco15140-122
帕博西尼----
依托泊苷----
巨噬细胞集落刺激因子Miltenyi130-096-493
集落刺激因子1----
脂多糖Sigma-AldrichL2880
白介素4R&D404-ML-010/CF
白介素13R&D413-ML/CF
pHrodo染料Sartorius4649
Cell tracker green染料----
CypHer5E染料----
膜联蛋白VSartorius4661
Caspase 3/7检测试剂Sartorius4704
细胞毒性检测试剂Sartorius4633
PKH26染料----
SA-β-半乳糖苷酶染色试剂盒Cell Signaling Technology9860
BrdU掺入实验Roche11647229001
pSpCas9(BB)-2A-GFP (PX458)质粒----
脂质体转染试剂----
TrueGuide合成sgRNAInvitrogen--
TrueCut Cas9蛋白v2Invitrogen--
MagMAX-96总RNA提取试剂盒Thermo Fisher ScientificAM1830
High-Capacity cDNA逆转录试剂盒Thermo Fisher Scientific4368813
TaqMan基因表达检测试剂Thermo Fisher Scientific--
RIPA裂解液Sigma-AldrichR0278
蛋白酶和磷酸酶抑制剂Thermo Fisher Scientific1861284
抗P21抗体Cell Signaling Technology2947S
抗CD47抗体R&D SystemsAF4670
抗CD22抗体Abcamab218340
抗CD24抗体Abcamab179821
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
二抗Amersham/Sigma-AldrichRPN4301/A8924/A3415
化学发光试剂Perkin ElmerNEL104001EA
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
Benzonase核酸酶Merck Millipore71205-25KUN
Oasis HLB固相萃取柱Waters--
Orbitrap Eclipse Tribrid质谱仪Thermo Fisher Scientific--
SensoLyte Green谷氨酰胺环化酶活性检测试剂盒AnaSpecAS72230
SEN177Sigma-AldrichSML1615
SIRPα PathHunter生物检测试剂盒Eurofins93-0933
Meso Scale Discovery多因子细胞因子免疫分析试剂盒Mesoscale Diagnostics--
人CXCL1 ELISA试剂盒R&D SystemsDY275
Cytolight Rapid染料Sartorius4705
鬼笔环肽Cell Signaling8878
Hoechst染料--H3570
DAPI染料Sigma-AldrichD9542
一抗(CD47、CD24、CD45、SHP1)R&D/Invitrogen/Thermo FisherAF4670/MA5-11828/MA5-17687/MA5-11669/PA5-27803
二抗InvitrogenA11015/A32723/A21247/A-31572/A-11055

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
衰老诱导
细胞类型、衰老诱导方法(palbociclib浓度、etoposide浓度、γ-照射剂量、传代次数)
阅读提示:Materials and methods: Senescence induction
巨噬细胞分化
骨髓分离方法、CSF1浓度、分化时间、MDM分离和分化条件
阅读提示:Materials and methods: Primary macrophage cell culture
共培养和胞葬检测
共培养比例、时间、凋亡小体类型和标记方法、检测时间点
阅读提示:Materials and methods: Efferocytosis assays; Figure legends 3, 4, 5
CD47/CD24阻断
抗体克隆和浓度、孵育时间
阅读提示:Materials and methods: Immunostaining; Figure 8
SHP-1抑制
NSC-87877浓度、处理时间
阅读提示:Materials and methods: Efferocytosis assays; Figure 9
QPCT/L抑制
SEN177浓度、处理时间(预孵育48小时)
阅读提示:Materials and methods: Treatment with QPCT/L inhibitor (SEN177)