血管炎症性衰老:TNF-α通过独立激活NF-κB和β-catenin信号通路上调内皮CEACAM1表达

Vascular inflammaging: Endothelial CEACAM1 expression is upregulated by TNF-α via independent activation of NF-κB and β-catenin signaling.

作者信息Lisa Götz, Uwe Rueckschloss, Andreas Reimer, Heike Bömmel, Andreas Beilhack, Süleyman Ergün, Florian Kleefeldt
PMID39434463
发布时间2025-02
DOI10.1111/acel.14384

实验完整度

体内基因敲除小鼠验证、体外细胞系和原代细胞功能实验、药理和siRNA机制干预、免疫共沉淀和核转位分析。

主要模型

野生型及TNF-α敲除小鼠主动脉内皮细胞 EA.hy926内皮细胞系 人脐静脉内皮细胞(HUVEC)

重点核对

TNF-α刺激浓度50 ng/mL及时间点(24h、48h) NF-κB抑制剂Bay11-7085浓度10 μM β-catenin抑制剂PNU-74654浓度20 μM Akt抑制剂MK-2206浓度2 μM TCF4 siRNA敲低效率约65%

摘要

随年龄增长而出现的慢性炎症,被称为炎症性衰老,是心血管疾病发病的重要因素。既往我们已证明,在老龄小鼠和人类中,癌胚抗原相关细胞粘附分子1(CEACAM1)的血管表达增加,推测是与促炎细胞因子TNF-α相互上调所致。CEACAM1对内皮功能障碍、纤维化、氧化应激和持续炎症等衰老相关血管改变至关重要,可被视为血管炎症性衰老的主要贡献者。本研究旨在详细阐明TNF-α上调内皮CEACAM1的机制。使用野生型(WT)和TNF-α敲除(Tnf−/−)小鼠,我们证实衰老相关的内皮CEACAM1上调严格依赖于TNF-α。在内皮细胞培养模型中分析了潜在机制。TNF-α在体外时间依赖性地上调CEACAM1。药理学实验发现早期NF-κB介导的反应和延迟的β-catenin介导的反应。通过siRNA敲低β-catenin靶向转录因子TCF4进一步证实了β-catenin的参与。两种信号通路彼此独立作用。为阐明延迟反应,免疫共沉淀分析显示TNF-α使β-catenin从粘附连接释放。最后,TNF-α通过增加其Ser473磷酸化激活Akt激酶。因此,Akt激酶通过磷酸化GSK3β的Ser9抑制其降解,从而促进β-catenin信号传导,并通过增加β-catenin的Ser552磷酸化增强其转录活性。总之,我们的研究为衰老相关、炎症介导的内皮CEACAM1上调提供了新的机制见解。除了心血管疾病的发病机制外,这些发现可能对炎症性衰老的所有领域都具有重要意义。

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
TNF-α上调内皮CEACAM1表达的分子机制,特别是除NF-κB外是否涉及其他信号通路。
核心机制
TNF-α通过早期NF-κB和延迟β-catenin两条独立通路促进CEACAM1转录;β-catenin从粘附连接释放后,在Akt介导的GSK3β失活和β-catenin Ser552磷酸化作用下稳定并增强转录活性。
主要证据
体内Tnf−/−小鼠模型、EA.hy926和HUVEC细胞实验、药理学抑制、siRNA敲低、免疫共沉淀、核提取分析证实。
研究意义
为炎症性衰老中TNF-α与CEACAM1相互作用的机制提供新见解,可能对心血管疾病及其他炎症性衰老相关疾病具有重要意义。

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

验证体内TNF-α依赖性CEACAM1上调

验证衰老相关的内皮CEACAM1上调是否依赖TNF-α。

比较2月龄和9月龄WT及Tnf−/−小鼠胸主动脉切片的CEACAM1免疫荧光染色。

2

体外验证TNF-α时间依赖性上调CEACAM1及信号通路

确定TNF-α在体外上调CEACAM1的时间过程及涉及的信号通路。

EA.hy926细胞用TNF-α(50 ng/mL)刺激0、6、24、48小时,检测CEACAM1蛋白表达;使用NF-κB抑制剂Bay11-7085、β-catenin抑制剂PNU-74654、Akt抑制剂MK-2206处理,观察对CEACAM1表达的影响。

3

验证β-catenin信号通路参与

验证TNF-α诱导的CEACAM1延迟上调是否依赖β-catenin信号。

通过siRNA敲低TCF4,检测CEACAM1表达变化;同时检测β-catenin靶基因CCND1、AXIN2、MYC的转录。

4

验证CEACAM1转录不依赖新蛋白合成

验证TNF-α诱导的CEACAM1转录是否需要新蛋白合成。

在放线菌酮(100 nM)存在下,检测TNF-α(50 ng/mL)刺激24h和48h后CEACAM1 mRNA和蛋白水平。

5

分析β-catenin从粘附连接的释放和核转位

验证TNF-α导致β-catenin从粘附连接释放并核转位。

用免疫共沉淀(β-catenin抗体沉淀)检测VE-cadherin共沉淀量变化;分离核提取物检测核内β-catenin水平;Transwell实验检测内皮通透性。

6

验证TNF-α激活Akt及其下游GSK3β和β-catenin磷酸化

验证TNF-α是否通过Akt激酶调节β-catenin稳定性及转录活性。

检测TNF-α刺激后Akt(Ser473)、GSK3β(Ser9)、β-catenin(Ser552)的磷酸化水平;使用AKT抑制剂MK-2206验证其依赖性。

7

验证NF-κB和β-catenin通路无串扰

验证NF-κB和β-catenin通路是否独立发挥作用。

检测MK-2206存在下TNF-α诱导的NF-κB激活(p65磷酸化、IκB降解);检测Bay11-7085存在下TNF-α诱导的β-catenin Ser552磷酸化。

8

在原代内皮细胞中验证关键发现

在HUVEC中确认主要结果的可靠性和普适性。

HUVEC用TNF-α(50 ng/mL)刺激,检测CEACAM1表达、抑制剂的效应及NF-κB、β-catenin、VE-cadherin的亚细胞定位。

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
C57BL/6J小鼠The Jackson Laboratory--
B6.129S-Tnftm1Gkl/J小鼠The Jackson Laboratory--
EA.hy926细胞系CLS Cell Lines Service--
人脐静脉内皮细胞Cell Lines Service--
DMEM培养基Thermo Fisher--
胎牛血清Biochrom GmbH--
内皮细胞生长培养基MVPromoCell--
TNF-αThermo Fisher--
Bay11-7085Cayman Chemical--
PNU-74654Absource Diagnostics GmbH--
MK-2206Biomol GmbH--
TCF4 siRNASanta Cruz Biotechnologysc-43525
对照siRNA-ASanta Cruz Biotechnologysc-37007
siRNA转染试剂Santa Cruz Biotechnology--
siRNA转染培养基Santa Cruz Biotechnology--
蛋白A/G UltraLink树脂珠Thermo Fisher--
抗pS473-Akt抗体Cell Signaling Technology9271
抗β-catenin抗体BD BiosciencesBD-610153
抗β-catenin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7963
抗pS552-β-catenin抗体Cell Signaling Technology5651
抗CEACAM1抗体Cell Signaling Technology14771
抗CEACAM1抗体Sino Biological50571-R030
抗Fibrillarin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-374022
抗GAPDH抗体Proteintech60004-1-lg
抗pS9-GSK3β抗体Cell Signaling Technology9323
抗4-HNE抗体BiossBS-6313R
抗IκB-α抗体Santa Cruz Biotechnologysc-1643
抗pS536-p65 NF-κB抗体Cell Signaling Technology3033
抗NF-κB p65抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8008
抗TCF4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-166699
抗TNF-α抗体Santa Cruz Biotechnologysc-52746
抗β-tubulin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-58886
抗VE-cadherin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-9989
二抗Dako (Agilent Technologies)--
二抗Pierce (Thermo Fisher)--
细胞过滤器pluriSelect--
RIPA裂解液Santa Cruz Biotechnology--
24孔细胞培养插入小室(PET膜,1 μm孔径)Cellqart, Sabeu--
FITC-葡聚糖(70 kDa)Merck--
FLUOstar Omega酶标仪BMG Labtech--
Direct Red 80Sigma-Aldrich--
Qiazol裂解液Qiagen--
DNase IPromega--
SuperScript II逆转录酶Thermo Fisher--
GoTaq qPCR预混液Promega--
PCR引物Invitrogen (Thermo Fisher)--

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
动物实验
小鼠品系(WT和Tnf−/−)、年龄(2个月和9个月)、饲养条件、伦理审批
阅读提示:Methods 2.1 动物实验
细胞培养
细胞系(EA.hy926和HUVEC)、培养基、血清浓度、培养条件、细胞代数
阅读提示:Methods 2.2 细胞培养
药物处理
TNF-α浓度(50 ng/mL)、刺激时间(24h、48h等)、抑制剂浓度(Bay11-7085 10 μM、PNU-74654 20 μM、MK-2206 2 μM)、抑制剂预处理时间(24h)
阅读提示:Methods 2.2 细胞培养
TCF4敲低
siRNA序列(sc-43525)、转染试剂、转染时间、敲低效率(约65%)、TNF-α刺激时间(48h)
阅读提示:Methods 2.3 siRNA介导的TCF4敲低
免疫沉淀
裂解液成分、蛋白量(500 μg)、抗体量(2 μg)、孵育条件、洗涤步骤
阅读提示:Methods 2.4 免疫沉淀和免疫印迹
核提取
裂解缓冲液配方、离心条件、细胞过滤器孔径(40 μm和20 μm)
阅读提示:Methods 2.5 核提取
Transwell通透性实验
Transwell膜孔径(1 μm)、FITC-dextran浓度(1 mg/mL)、检测波长(485/520 nm)
阅读提示:Methods 2.6 Transwell实验
实时定量PCR
引物序列、PCR循环参数、内参基因(GAPDH)
阅读提示:Methods 2.9 实时定量RT-PCR,表2