DNA感应炎症小体导致动脉粥样硬化性复发性卒中

DNA-sensing inflammasomes cause recurrent atherosclerotic stroke

作者信息Jiayu Cao, Stefan Roth, Sijia Zhang, Anna Kopczak, Samira Mami, Yaw Asare, Marios K Georgakis, Denise Messerer, Amit Horn, Ruth Shemer, Charlene Jacqmarcq, Audrey Picot, Jack P Green, Christina Schlegl, Xinghai Li, Lukas Tomas, Alexander Dutsch, Thomas G Liman, Matthias Endres, Saskia R Wernsdorf, Christina Fürle, Olga Carofiglio, Jie Zhu, David Brough, DEMDAS Study Group, Veit Hornung, Martin Dichgans, Denis Vivien, Christian Schulz, Yuval Dor, Steffen Tiedt, Hendrik B Sager, Gerrit M Grosse, Arthur Liesz, Martin Dichgans, Matthias Endres, Marios K Georgakis, Thomas G Liman, Gabor Petzold, Annika Spottke, Silke Wunderlich, Inga Zerr
PMID39112714
期刊Nature
发布时间2024-09
DOI10.1038/s41586-024-07803-4

实验完整度

包含体外细胞实验、基因敲除小鼠、动物模型(卒中/心梗)、患者样本和临床队列等多个独立证据层级,并进行了功能验证(DNase、抑制剂治疗)和机制验证。

主要模型

高胆固醇饮食喂养的ApoE−/−小鼠颈动脉串联狭窄模型 实验性缺血性卒中模型 实验性心肌梗死模型 症状性颈动脉狭窄患者颈动脉内膜切除样本 Mx1cre:c-mybfl/fl小鼠骨髓移植模型

重点核对

卒中后24小时内循环cfDNA水平升高,片段长度<400 bp,主要来源于中性粒细胞NETosis AIM2炎症小体在斑块中的激活依赖cfDNA,通过caspase-1活化检测 斑块失稳由MMP2/9介导,通过明胶酶谱和原位酶谱验证 DNase I治疗(1000 U i.v.)或caspase-1抑制剂VX765(100 mg/kg i.p.)可显著降低卒中复发率

摘要

尽管目前已有既定的二级预防策略,卒中后早期复发事件的风险仍然很高。动脉粥样硬化患者的风险尤其高,超过10%的患者经历早期复发事件。然而,尽管这一临床现象造成了巨大的医疗负担,导致血管风险增加和卒中复发的潜在机制在很大程度上是未知的。在此,我们使用一种新的卒中诱导的复发性缺血小鼠模型,表明卒中通过循环游离DNA的增加导致易损动脉粥样硬化斑块中AIM2炎症小体的激活。卒中后增强的斑块炎症导致斑块不稳定和动脉粥样硬化血栓形成,最终在首发卒中后数天内导致动脉-动脉栓塞和复发性卒中。我们在实验性心肌梗死和急性卒中患者的颈动脉斑块样本中也证实了斑块失稳的关键步骤。快速中性粒细胞NETosis被确定为卒中后游离DNA的主要来源,NET-DNA是导致AIM2炎症小体激活的致病因子。通过DNase治疗中和游离DNA或抑制炎症小体激活,可降低实验性卒中后卒中复发率。我们的发现解释了动脉粥样硬化患者缺血事件后高复发率的原因。这里揭示的详细机制提供了临床上尚未探索的治疗靶点,我们展示了这些靶点在预防复发事件方面的高效性。靶向远端组织损伤后DNA介导的炎症小体激活,是预防早期复发事件进一步临床开发的一个有前景的途径。

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
卒中后早期复发事件的潜在免疫机制是什么?
核心机制
卒中后中性粒细胞NETosis释放的游离DNA激活斑块内AIM2炎症小体,导致IL-1β分泌,进而上调MMP表达,促进纤维帽降解和斑块失稳,最终引发动脉粥样硬化血栓形成和复发性卒中。
主要证据
利用小鼠颈动脉串联狭窄和卒中模型证明卒中可诱导斑块失稳,并通过遗传或药理学手段证实AIM2炎症小体关键作用;在人颈动脉斑块样本中验证了cfDNA升高、caspase-1活化和MMP9活性增加。
研究意义
该研究揭示了卒中后免疫机制导致早期复发事件的因果链,并提出了靶向cfDNA或AIM2炎症小体(如DNase治疗)作为预防早期复发的潜在治疗策略,相关临床试验已启动。

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

临床队列分析卒中复发率

评估不同病因卒中后早期复发风险

合并PROSCIS和DEMDAS/DEDEMAS队列数据,分析卒中后30天和31-360天的复发率,按TOAST分型分层。

2

建立颈动脉串联狭窄小鼠模型

构建易损动脉粥样硬化斑块模型以模拟高危患者状态

对8周龄HCD喂养的ApoE−/−小鼠行右侧颈动脉串联狭窄(TS)手术,术后继续高脂饮食4周,通过超声和MRI确认血流动力学改变及斑块形成。

3

诱导卒中并评估复发事件

验证卒中能否导致远端斑块失稳并引发继发性缺血

对TS小鼠行对侧大脑中动脉闭塞(MCAO)诱导卒中,7天后通过MRI和组织学检测对侧半球继发性缺血事件。

4

检测斑块炎症和AIM2炎症小体激活

确定卒中后斑块内炎症和炎症小体激活状态

通过流式细胞术、Western blot和ELISA检测斑块内免疫细胞浸润、caspase-1活化、IL-1β水平。

5

验证cfDNA和NETosis的作用

确定cfDNA的来源及其对AIM2炎症小体激活的因果作用

通过DNA攻击实验、DNase处理、中性粒细胞耗竭或PAD4抑制等方法,验证cfDNA/NET-DNA的作用。

6

评估MMP活性和斑块失稳

阐明炎症小体激活导致斑块破裂的机制

通过原位酶谱和明胶酶谱检测MMP2/9活性,染色评估纤维帽厚度、胶原含量,并检测因子XIIa沉积。

7

验证治疗干预效果

评估靶向cfDNA或炎症小体是否可减少卒中复发

对TS小鼠经卒中后分别给予VX765、DNase I或安慰剂,7天后评估对侧半球继发性缺血事件发生率。

8

人体样本验证

验证动物模型中发现的机制在患者中的相关性

分析无症状或有症状颈动脉狭窄患者的内膜切除标本,检测cfDNA水平、caspase-1活化、MMP9活性和因子XIIa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
ApoE−/−小鼠JAX002052
C57BL/6J小鼠JAX000664
Aim2−/−小鼠JAX013144
Asc−/−小鼠Jackson Laboratory--
R26-CAG-ASC-citrine小鼠JAX030744
高脂饮食ssniff#88137
阿司匹林Sigma-Aldrich--
瑞舒伐他汀Sigma-Aldrich--
重组人DNase IRoche--
VX765Invivogen--
MCC950Invivogen--
4-磺酸杯芳烃Invivogen--
抗Ly6G抗体(克隆1A8)BioXCell--
PAD4抑制剂(GSK484)----
抗IL-1β抗体(克隆B122)BioXCell--
Dulbecco改良Eagle培养基Gibco--
RPMI 1640培养基Gibco--
胎牛血清----
庆大霉素Thermo Scientific--
脂多糖----
XI型胶原酶Sigma-AldrichC7657
1-s型透明质酸酶Sigma-AldrichH3506
DNase ISigma-AldrichD5319
I型胶原酶Sigma-AldrichC0130
FAM660-YVAD-FMKImmunochemistry Technology#9122
RIPA裂解缓冲液Thermo Fisher Scientific--
Pierce BCA蛋白检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
PVDF膜Bio-Rad--
抗caspase-1抗体Adipogen--
抗肌动蛋白抗体Sigma--
抗因子XII抗体Invitrogen--
ECL底物Millipore--
小鼠IL-1β ELISA试剂盒R&D SystemsMLB00C
Novex 10%酶谱凝胶Thermo ScientificZY00100BOX
酶谱复性缓冲液InvitrogenLC2670
酶谱显影缓冲液InvitrogenLC2671
胶体蓝染色试剂盒InvitrogenLC6025
DQ-明胶InvitrogenD12054
血浆/血清游离DNA纯化试剂盒Norgen Biotek55100
Nanodrop分光光度计Peqlab1000ND
Qubit 2.0荧光计Invitrogen--
HS dsDNA检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
生物分析仪Agilent--
高灵敏度DNA试剂盒Agilent--
OCT包埋剂Tissue-tek--
EDTAC. Roth--
蔗糖Sigma-Aldrich--
SuperfrostPlus载玻片Thermo Scientific--
Picro天狼星红染色试剂盒Abcam--
Fluoro-Jade C即用型染色试剂盒BiosensisTR-100-FJ
Click-iT Plus TUNEL检测试剂盒Thermo ScientificC10619
抗CD68抗体Abcamab53444
抗平滑肌肌动蛋白抗体Abcamab7817
抗Ki67抗体Cell Signaling9129S
抗caspase-1抗体AdipogenAG-20B-0042-C100
抗血管性血友病因子抗体Abcamab11713
抗CD31抗体OriGeneBM4086
抗I型胶原抗体Abcamab279711
DAPIInvitrogen--
Fluoromount封片剂Sigma-Aldrich--
共聚焦显微镜LSM 880Carl Zeiss--
共聚焦显微镜LSM 980Carl Zeiss--
荧光显微镜Axio Imager M2Carl Zeiss--
荧光显微镜Axiovert 200MCarl Zeiss--
Axio Observer Z1显微镜Carl Zeiss--
Vevo 3100LT高频超声系统Visual Sonics--
MX550D换能器Visual Sonics--
3T nanoScan PET/MR小动物扫描仪Mediso--
BioSpec 7T TEP-MRI系统Bruker--
Countess 3自动细胞计数器Thermo Fisher Scientific--
台盼蓝溶液Merck--
中性粒细胞分离试剂盒Miltenyi130-097-658
Hoechst 33342Immunohistochemistry.com--

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、年龄、饮食、手术方式(颈动脉串联狭窄位置和缝线规格)、卒中手术(阻塞时间和血流下降标准)
阅读提示:Methods: Animal experiments, Carotid tandem stenosis model, Ischaemia–reperfusion stroke model
药物干预
给药剂量、给药途径、给药时间(相对于手术)
阅读提示:Methods: Drug administrations
cfDNA分析
血浆采集和处理方法、cfDNA提取试剂盒和步骤、定量方法
阅读提示:Methods: cfDNA isolation from human and mouse plasma
斑块分析
组织处理、切片厚度、染色方法和定量标准(如易损指数计算)
阅读提示:Methods: Histology and immunofluorescence, Mouse CCA plaque analysis
流式细胞术
组织消化酶浓度和时间、抗体克隆和浓度、gating策略
阅读提示:Methods: Flow cytometry analysis, Supplementary Fig. 2
蛋白分析
裂解缓冲液、抗体稀释度、曝光时间
阅读提示:Methods: Immunoblot analysis
统计学
样本量、正态性检验、统计检验方法、多重比较校正
阅读提示:Methods: Statistical analysis and reproducibility