巨噬细胞中NLRC3表达通过调节NF-κB-NFAT5复合物损害糖酵解和宿主免疫防御在脓毒症免疫抑制期间

NLRC3 expression in macrophage impairs glycolysis and host immune defense by modulating the NF-κB-NFAT5 complex during septic immunosuppression

作者信息Jiqian Xu, Chenggang Gao, Yajun He, Xiangzhi Fang, Deyi Sun, Zhekang Peng, Hairong Xiao, Miaomiao Sun, Pei Zhang, Ting Zhou, Xiaobo Yang, Yuan Yu, Ruiting Li, Xiaojing Zou, Huaqing Shu, Yang Qiu, Xi Zhou, Shiying Yuan, Shanglong Yao, You Shang
PMID36068919
期刊Mol Ther
发布时间2023-01-04
DOI10.1016/j.ymthe.2022.08.023

实验完整度

高

包含临床患者样本、小鼠CLP模型、细胞实验、RNA-seq、机制研究及AAV基因治疗等多个独立证据层级,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

脓毒症患者单核细胞 小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDM) RAW 264.7巨噬细胞系 CLP脓毒症小鼠模型

重点核对

NLRC3表达水平与HLA-DR和TNF-α产生的相关性 NLRC3髓系特异性敲除小鼠(NLRC3ΔMac)的构建和验证 LPS诱导的免疫耐受模型(100 ng/mL LPS预处理24小时) CLP手术及继发性铜绿假单胞菌感染模型

摘要

先天免疫细胞功能和新陈代谢的损害是脓毒症免疫抑制的基础;然而,目前缺乏一种有前景的治疗方法来协调这种损害。在本研究中,高水平的NOD样受体家族CARD结构域包含3(NLRC3)与脓毒症患者和小鼠中发生免疫抑制的单核细胞/巨噬细胞的糖酵解缺陷相关。髓系特异性NLRC3缺失改善了巨噬细胞糖酵解和脓毒症诱导的免疫抑制。机制上,NLRC3抑制核因子(NF)-κB p65与活化T细胞核因子5(NFAT5)的结合,后者进一步控制免疫抑制性巨噬细胞的糖酵解基因和促炎细胞因子的表达。这是通过减少NF-κB激活——由肿瘤坏死因子受体相关因子6(TRAF6)或哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)共同诱导——以及通过诱导NLRC3隔离mTOR和p300来减少转录共激活因子p300活性来实现的。NLRC3的遗传抑制破坏了NLRC3-mTOR-p300复合物,并增强了NF-κB与p300协同结合NFAT5启动子的能力。此外,肺内递送携带巨噬细胞特异性NLRC3缺失载体的重组腺相关病毒显著改善了发生免疫抑制的脓毒症小鼠在继发性气管内细菌攻击时的防御能力。总的来说,这些发现表明NLRC3介导了先天免疫的关键方面,这些方面导致了脓毒症期间的免疫受损状态,并确定了潜在的治疗靶点。

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
NLRC3在脓毒症免疫抑制期间如何调节巨噬细胞糖酵解和宿主免疫防御?
核心机制
NLRC3通过抑制NF-κB p65与NFAT5启动子结合,这一过程依赖于mTOR和TRAF6共同诱导的NF-κB激活及mTOR依赖性p300活性,从而抑制糖酵解基因和促炎细胞因子表达,导致免疫抑制。
主要证据
临床样本显示NLRC3与单核细胞糖酵解缺陷相关;NLRC3敲除小鼠的巨噬细胞糖酵解增强,继发感染存活率提高;机制实验证实NLRC3-mTOR-p300复合物及NF-κB-NFAT5相互作用。
研究意义
研究表明NLRC3是脓毒症免疫抑制的潜在治疗靶点,靶向巨噬细胞NLRC3的基因治疗可能改善继发感染防御。

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

临床样本和动物模型中NLRC3表达分析

评估NLRC3在脓毒症免疫抑制中的表达变化及其与免疫抑制标志物的相关性。

检测35例脓毒症患者和29例非脓毒症供者单核细胞中NLRC3表达,并与HLA-DR、TNF-α产生和SOFA评分进行相关性分析;建立CLP小鼠模型,检测肺泡巨噬细胞和腹腔巨噬细胞中NLRC3表达。

2

髓系特异性NLRC3敲除小鼠的构建及表型分析

确定髓系NLRC3缺失对脓毒症免疫抑制和继发感染抵抗力的影响。

将NLRC3 floxed小鼠与LysM-Cre小鼠杂交,获得髓系特异性敲除小鼠(NLRC3ΔMac),进行CLP手术和继发铜绿假单胞菌感染,评估生存率、细菌载量、细胞因子水平和肺部病理。

3

糖酵解和免疫代谢分析

研究NLRC3对巨噬细胞糖酵解的影响。

通过qPCR检测糖酵解基因表达,测量乳酸产生,使用Seahorse分析ECAR,并在NLRC3敲除或过表达细胞中验证。

4

机制解析:NLRC3-mTOR-p300复合物和NF-κB-NFAT5信号

阐明NLRC3调节糖酵解的分子机制。

通过免疫共沉淀、ChIP、qPCR和报告基因实验,检测NLRC3与mTOR、p300的相互作用,以及NF-κB与NFAT5启动子的结合。

5

NLRC3基因治疗评估

评估AAV介导的巨噬细胞特异性NLRC3敲低对脓毒症小鼠继发感染的防御效果。

构建AAV-SP146-miR30-shNLRC3-eGFP,通过气管内注射感染小鼠,诱导CLP和继发感染,评估生存率、细菌载量和细胞因子水平。

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
RPMI 1640培养基Invitrogen12-167F
胎牛血清MilliporeTMS-013-B
青霉素/链霉素HyClone15070-063
脂多糖SigmaL6529
重组巨噬细胞集落刺激因子PeproTech315-02
聚凝胺SigmaH9268
INK128Selleck ChemicalsS281104
BAY 11-7082Selleck ChemicalsS2913
浅蓝菌素SigmaC2389
KRN2Sigma248260-75-5
Ficoll/Paque分离液GE Healthcare17-1440-03
HLA-DR抗体BioLegend307619
TRIzol试剂----
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA去除剂)TaKaRaRR047B
SYBR Premix Ex Taq II检测试剂盒TaKaRaRR820A
TNF-α ELISA试剂盒Cayman Chemical500850
IL-6 ELISA试剂盒Cayman Chemical583371
IL-1β ELISA试剂盒NeobioscienceEMC001b
乳酸检测试剂盒Cayman Chemicals700510
Seahorse XFe24细胞外流量分析仪Agilent Technologies--
XF糖酵解压力测试试剂盒Agilent Technologies103020-100
抗TRAF6抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8409
抗K63泛素抗体Cell Signaling Technology5621
蛋白G琼脂糖珠Cell Signaling Technology9863
抗NLRC3抗体Abcamab77817
抗p65抗体Cell Signaling Technology8242
Pierce琼脂糖ChIP试剂盒Pierce26156
AAV-SP-shNLRC3Hanbio Biotechnology--
亚胺培南-西司他丁Merck--

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
临床样本收集
脓毒症患者纳入标准:SOFA评分变化≥2;样本采集时间:入院第1-2天;单核细胞分离方法:密度梯度离心和塑料贴壁法
阅读提示:Materials and methods - Patients and samples
小鼠模型
小鼠品系:C57BL/6;年龄:8-9周;CLP手术:50%盲肠结扎,20号针穿刺两次;抗生素:亚胺培南-西司他丁25 mg/kg,CLP后6小时开始,每12小时一次,持续4天;继发感染:CLP后48小时气管内注射3×10^9 CFU/mL铜绿假单胞菌20 μL
阅读提示:Materials and methods - Polymicrobial sepsis model and secondary infection
细胞培养和LPS耐受模型
细胞类型:BMDM、RAW 264.7;LPS浓度:100 ng/mL(预处理和再刺激);耐受诱导:LPS预处理24小时,洗涤,恢复2小时,再刺激;巨噬细胞集落刺激因子浓度:30 ng/mL(BMDM分化)
阅读提示:Materials and methods - Cell preparation
代谢测定
ECAR检测:Seahorse XFe24分析仪,细胞数2×10^5/孔;乳酸检测:使用乳酸检测试剂盒,样品去蛋白处理
阅读提示:Materials and methods - Metabolism assays
机制实验
抑制剂浓度:INK128 300 nM,BAY11-7082 300 μM,KRN2 0.8 μM,cerulenin 10 μM;预处理时间:1小时;ChIP实验:抗p65抗体,甲醛交联5分钟
阅读提示:Materials and methods - Cell preparation and Chromatin immunoprecipitation