小细胞外囊泡具有谷胱甘肽S-转移酶活性并改善衰老相关的组织损伤

Small Extracellular Vesicles Have GST Activity and Ameliorate Senescence-Related Tissue Damage

作者信息Juan Antonio Fafián-Labora, Jose Antonio Rodríguez-Navarro, Ana O'Loghlen
PMID32574561
发布时间2020-07-07
DOI10.1016/j.cmet.2020.06.004

实验完整度

高

包含体外细胞模型(人原代成纤维细胞、HGPS细胞)、体内小鼠模型(老年小鼠)及患者样本(HGPS患者来源),并进行GST活性、GSH/GSSG比值、ROS和脂质过氧化等机制验证。

主要模型

人原代成纤维细胞(年轻、年老、HGPS供体) HFFF2细胞(iC/iRAS) C57BL/6老年小鼠

重点核对

sEV-Ys处理浓度与时间(如20 μg sEV-Ys,腹腔注射,每周两次,持续3周) BSO浓度(20和40 μM)抑制GSH合成 GSTM2重组蛋白(rGSTM2)转染sEV的效率 4-HNE处理浓度(1.25, 2.5, 5 μM) 对照组设置(PBS、FBS 10%、sEV-Os)

摘要

Aging is a process of cellular and tissue dysfunction characterized by different hallmarks, including cellular senescence. However, there is proof that certain features of aging and senescence can be ameliorated. Here, we provide evidence that small extracellular vesicles (sEVs) isolated from primary fibroblasts of young human donors ameliorate certain biomarkers of senescence in cells derived from old and Hutchinson-Gilford progeria syndrome donors. Importantly, sEVs from young cells ameliorate senescence in a variety of tissues in old mice. Mechanistically, we identified sEVs to have intrinsic glutathione-S-transferase activity partially due to the high levels of expression of the glutathione-related protein (GSTM2). Transfection of recombinant GSTM2 into sEVs derived from old fibroblasts restores their antioxidant capacity. sEVs increase the levels of reduced glutathione and decrease oxidative stress and lipid peroxidation both in vivo and in vitro. Altogether, our data provide an indication of the potential of sEVs as regenerative therapy in aging.

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
来自年轻供体的sEVs是否能通过其内在抗氧化活性改善衰老和细胞衰老的生物标志物?
核心机制
sEV-Ys通过内在的GST活性(部分由GSTM2介导)增加还原型谷胱甘肽(GSH)水平,降低活性氧(ROS)和脂质过氧化,从而改善衰老相关表型。
主要证据
sEV-Ys减少老年成纤维细胞和HGPS细胞的衰老标志物(如SA-β-Gal、p16、p21),降低8-oxodG和p-γH2AX;在老年小鼠中,sEV-Ys减少SA-β-Gal阳性组织、降低血清IL-6和GM-CSF、降低ROS和MDA,并恢复GST活性和GSH水平。
研究意义
研究表明sEV-Ys可能作为再生疗法用于改善衰老和与年龄相关的疾病,但其效果需要更多实验验证。

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

分离和表征年轻供体成纤维细胞的条件培养基组分

验证sEVs是否比可溶性组分或大EVs更有效地改善衰老标志物。

通过差速超速离心分离CM的SF、lEV和sEV组分,并用NTA和蛋白标志物(ALIX、TSG101)进行表征。

2

体外验证sEV-Ys对衰老标志物的影响

确定sEV-Ys是否能改善年老供体细胞和HGPS细胞的衰老表型。

处理年老和HGPS成纤维细胞,检测BrdU掺入、p16、p21、SA-β-Gal和IL-8等标志物。

3

验证sEV-Ys的传递效应

探讨sEV-Ys的改善效应能否传递到次级和三级衰老细胞。

用iCsEVs或RASsEVs处理iC/iRAS细胞,检测SASP和细胞周期抑制因子mRNA水平。

4

鉴定sEV-Ys中富集的抗氧化蛋白

寻找sEV-Ys中可能介导其抗氧化功能的候选蛋白。

利用前期蛋白质组学数据,分析iCsEVs中富集的蛋白,并通过免疫印迹验证GSTM2富集。

5

验证sEV-Ys的GST活性和GSH调节

证明sEV-Ys具有内在GST活性,并通过增加GSH/GSSG比例介导改善作用。

检测sEV-Ys和sEV-Os的GST活性,并用BSO抑制GSH合成,观察对细胞增殖和SA-β-Gal的影响。

6

验证GSTM2的因果作用

确认GSTM2是否部分介导sEV-Ys的抗衰老作用。

过表达myc-Gstm2在iRAS细胞中,或将rGSTM2转染至sEV-Os,处理年老细胞,评估衰老标志物。

7

体内验证sEV-Ys对老年小鼠衰老标志物的影响

评估全身给予sEV-Ys是否能改善老年小鼠多组织的衰老标志物。

腹腔注射20 μg sEV-Ys两周或三周,通过SA-β-Gal染色、qPCR、ELISA等检测肝、肾、肺、BAT和血清中的衰老标志物。

8

体内验证sEV-Ys对ROS、GST和GSH的影响

确认sEV-Ys在体内是否通过相同的抗氧化机制发挥作用。

检测老年小鼠肝、肾、血清中的ROS水平、GST活性和GSH相关基因表达。

9

检测脂质过氧化水平

评估sEV-Ys是否能降低体内外的脂质过氧化。

测定肝、血清中MDA和4-HNE水平,并用4-HNE诱导细胞衰老验证sEV-Ys的保护作用。

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
杜尔贝科改良伊格尔培养基----
胎牛血清----
Optiprep----
TRIzol试剂----
SYBR Green PCR预混液----
Taqman探针----
NanoSight LM10Malvern Instruments--
Lipofectamine2000----
丁硫氨酸亚砜胺Sigma-Aldrich--
4-羟基壬烯醛Cambridge Biosciences--
2',7'-二氯二氢荧光素二乙酸酯Invitrogen--
CDNB----
还原型谷胱甘肽----
NADPHSigma-Aldrich2646-71-1
谷胱甘肽还原酶Roche--
脂质过氧化检测试剂盒Abcamab118970
TBARS检测试剂盒CanvaxCA995
C12FDGSigma-AldrichF2756
半乳糖苷酶检测试剂盒CanvaxCA090
IL-6 ELISA试剂盒Mab Tag GmbHmIL-6-EIA-1
GM-CSF ELISA试剂盒Mab Tag GmbHmGMCSF-EIA-1
His标签重组GSTM2蛋白Sino Biological12042-H07E
qEV柱IZONSP5
Amicon Ultra-0.5超滤管EMD Millipore10088753
PVDF膜----
SuperSignal West Pico PLUS化学发光底物----

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
培养基、血清浓度、细胞系来源及代次
阅读提示:STAR★Methods: Experimental Model and Subject Details
sEV分离
超速离心转速和时间、sEV纯度、粒径和蛋白标志物
阅读提示:STAR★Methods: Differential Ultracentrifugation
功能实验
sEV处理浓度、时间、对照组设置(FBS 10%、sEV-Os)
阅读提示:Results: 图1和图2及其图注
机制验证
GST活性测定方法、GSH/GSSG测定方法、BSO浓度和预处理时间
阅读提示:STAR★Methods: GST Activity, Determination of GSH and GSSG
体内实验
小鼠品系、年龄、性别、给药途径、剂量、频率和持续时间
阅读提示:STAR★Methods: Mice Experiments