从炎症到愈合:GPR91激活与SDH抑制在慢性糖尿病创面恢复中的关键作用

From inflammation to healing: the crucial role of GPR91 activation and SDH inhibition in chronic diabetic wound recovery.

作者信息Hengdeng Liu, Shixin Zhao, Hanwen Wang, Xuefeng He, Suyue Gao, Minmin Su, Miao Zhen, Shuying Chen, Lei Chen, Julin Xie
PMID40702577
发布时间2025-07-23
DOI10.1186/s13287-025-04480-6

实验完整度

高

包含临床样本分析、体外细胞实验(M2巨噬细胞与EpSCs共培养)、功能验证(迁移、增殖、极化)及体内db/db小鼠模型验证,并明确机制通路(pAkt/pGSK3β/β-catenin、PI3K/Akt/pERK1/2)。

主要模型

M2巨噬细胞(RAW 264.7和BMDMs) 表皮干细胞(EpSCs) HaCaT细胞 db/db小鼠全层皮肤缺损模型

重点核对

GPR91过表达或敲低对HG-M2极化及HGF分泌的影响 DMM(10 mM)对NG/HG-M2的SDH活性、ROS水平及Gpr91表达的影响 OE-GPR91或DMM处理对db/db小鼠创面愈合率的影响(残余创面面积百分比) 患者样本(DFU与NW)中琥珀酸、GPR91、SDHA及Krt15的表达差异 HG-M2条件培养基对EpSCs干性标志物(Krt15、Krt5)及迁移能力的影响

摘要

背景:糖尿病足溃疡(DFU)通常因再上皮化失调和过度炎症而表现出愈合受损。琥珀酸是一种关键代谢中间体,目前已知通过G蛋白偶联受体91(GPR91)和琥珀酸脱氢酶(SDH)调节炎症,但其在DFU中的作用仍不清楚。方法:使用M2巨噬细胞和上皮细胞的共培养以及临床样本,分析GPR91和SDH的表达。使用高糖(HG)处理的M2巨噬细胞(HG-M2)和体内模型进行功能测定。测量细胞上清液中的细胞因子和生长因子水平,并通过qRT-PCR、流式细胞术和蛋白质印迹分析探索分子机制。结果:升高的葡萄糖浓度增加了琥珀酸水平,并破坏了M2巨噬细胞与表皮干细胞(EpSCs)的相互作用。GPR91敲低加重了HG-M2功能障碍,而GPR91过表达(OE-GPR91)增强了抗炎反应并减少了琥珀酸。OE-GPR91条件培养基保留了EpSCs的干性,并促进了由肝细胞生长因子(HGF)介导的迁移。SDH抑制(通过丙二酸二甲酯,DMM)通过减少活性氧(ROS)和上调Gpr91表达来增强M2巨噬细胞活性。机制上,GPR91激活了pAkt/pGSK3β/β-catenin通路,而DMM通过PI3K-Akt/pERK1/2通路增强了M2巨噬细胞功能。结论:GPR91上调和SDH抑制改善HG-M2巨噬细胞功能,减少炎症,并增强HGF介导的EpSCs修复。靶向这两条通路可能代表促进DFU愈合的有前景的方法。

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
高糖环境中GPR91和SDH在调节M2巨噬细胞功能及其与表皮干细胞相互作用,从而影响糖尿病创面愈合中起什么作用?
核心机制
GPR91激活通过pAkt/pGSK3β/β-catenin通路促进β-catenin核转位,增强HG-M2巨噬细胞分泌HGF,进而促进EpSCs增殖和迁移;SDH抑制(DMM)通过PI3K/Akt/pERK1/2通路增强NG-M2活性,并通过减少ROS产生改善HG-M2功能。
主要证据
体外实验显示OE-GPR91上调CD206、Arg-1及IL-10,降低琥珀酸,并增加HGF分泌;DMM处理降低ROS、上调Gpr91和Hgf表达。体内db/db小鼠模型显示OE-GPR91或DMM显著加速创面愈合,增加表皮和真皮厚度及胶原沉积。
研究意义
作者提出GPR91和SDH是有前景的糖尿病创面治疗靶点,为使用OE-GPR91和DMM治疗DFU提供了分子基础。

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

临床样本分析

比较糖尿病足溃疡(DFU)患者与正常伤口(NW)个体在琥珀酸水平、GPR91、SDHA及M2标志物表达上的差异。

收集DFU(n=5)和NW(n=5)的皮肤组织、血浆和血清,检测琥珀酸浓度,并通过免疫组化和免疫荧光分析GPR91、SDHA、CD206、Arg-1等表达。

2

细胞培养与M2极化模型建立

建立正常糖(NG)和高糖(HG)环境下M2巨噬细胞模型,并评估高糖对M2极化和功能的影响。

RAW 264.7和BMDMs用IL-4和IL-13极化48小时,随后在NG(5.6 mM葡萄糖)或HG(30 mM葡萄糖)条件下培养,收集条件培养基(NG-M2-sup和HG-M2-sup)。

3

GPR91功能调控

通过siRNA敲低和质粒过表达GPR91,在HG-M2中验证其对极化、炎症和琥珀酸代谢的影响。

使用siRNA(siGPR91-2)和过表达质粒(OE-GPR91)转染HG-M2,检测CD206、Arg-1、IL-10表达,以及琥珀酸和HGF水平。

4

SDH抑制(DMM)处理

评估DMM对NG-M2和HG-M2极化、ROS产生及信号通路的影响。

用10 mM DMM处理M2巨噬细胞,检测SDHA表达、ROS水平、Gpr91和Hgf mRNA表达,以及PI3K/Akt/pERK1/2通路蛋白变化。

5

体外功能验证

评估GPR91过表达或DMM处理的HG-M2条件培养基对EpSCs和HaCaT细胞增殖、迁移及分化标志物的影响。

收集OE-GPR91-sup或DMM处理的M2条件培养基,用于EpSCs和HaCaT细胞的划痕实验、Transwell迁移实验、CCK-8增殖实验,以及免疫荧光检测Krt15、Krt5、Krt1和N-cadherin表达。

6

体内动物实验

在db/db小鼠全层皮肤缺损模型中验证GPR91过表达和DMM处理对创面愈合及组织再生的影响。

在db/db小鼠背部创建8 mm全层缺损,分别给予OE-GPR91质粒(皮下注射7.5 μg)或DMM(100 mg/kg),测量残余创面面积至21天,并进行H&E、Masson染色和免疫荧光分析。

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Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素-链霉素Sigma-Aldrich--
分散酶----
纤连蛋白Corning356008
角质形成细胞生长培养基LONZA00192152
重组小鼠巨噬细胞集落刺激因子SinoBiological51112-MNAH
白细胞介素-4Sino Biological51084-MNAE
白细胞介素-13Sino Biological50225-MNAH
siRNA(GPR91小鼠预设计siRNA套装A)MCEHY-RS14004
Lipo8000转染试剂Beyotime Biotechnology--
质粒pRP[Exp]-EF1A-GPR91VectorBuilder--
Trizol试剂----
RT第一链cDNA合成试剂盒Servicebio--
CFX Connect系统Bio-Rad--
HGF ELISA试剂盒FineTestEM0234
IL-10 ELISA试剂盒BYABSCIENCEBY-EM220162
抗小鼠CD16/32抗体BD Pharmingen553141
固定/透化试剂盒BD Pharmingen554714
细胞分析仪(CytoFLEX)Beckman--
细胞计数试剂盒-8Dojindo--
Transwell系统Corning--
Matrigel基质胶Corning--
RIPA细胞裂解液MIKXDB258
BCA蛋白定量试剂盒Solarbio--
PVDF膜----
HRP底物Millipore Corp., Merck--
化学发光成像系统(Amersham ImageQuant 800)Amersham--
琥珀酸比色测定试剂盒Sigma-AldrichMAK335
琥珀酸MedChemExpressHY-W015410
丙二酸二甲酯MedChemExpressHY-Y1787
ROS检测试剂盒(DCFH-DA)BeyotimeS0033S
多功能酶标仪(Varioskan LUX)ThermoFisher--
SOD ELISA试剂盒BYABSCIENCEBY-EM221637
抗GPR91抗体AffinityAF5316
抗SDHA抗体ABclonalA13852
抗IL-10抗体ABclonalA15680
抗β-catenin抗体Proteintech51067-2-AP
抗HGF抗体ABclonalA1193
抗CD206抗体Abcamab64693
抗Arg-1抗体ABclonalA1847
抗Krt15抗体Abcamab52816
抗Krt5抗体Abcamab52635
抗Krt1抗体InvitrogenPA5-114755
抗N-cadherin抗体Abcamab18203
Alexa Fluor 488偶联的山羊抗兔IgGCell Signaling Technology4412
ActinRed 555InvitrogenR37112
H&E染色试剂盒ServicebioG1003
Masson三色染色试剂盒ServicebioG1006
病理切片扫描仪(KF-PRO-020)Ningbo--
抗GPR91抗体(IHC)InvitrogenPA5-98179
抗SDHA抗体(IHC)ServicebioGB113278
DAB显色剂ServicebioG1211

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
细胞培养与极化
RAW 264.7和BMDMs的极化条件(IL-4/IL-13浓度、时间),NG/HG葡萄糖浓度,M2极化后培养时间。
阅读提示:参照Methods中“M2 macrophage polarization and cultivation in NG and HG”一节。
GPR91调控
siRNA和过表达质粒的转染浓度、时间、验证效率(qPCR和Western blot)。
阅读提示:参照Methods中“SiRNA transfection”和“Transfection of plasmid”部分。
SDH抑制(DMM处理)
DMM浓度(10 mM)、处理时间、细胞类型(NG-M2还是HG-M2),以及ROS检测的具体条件。
阅读提示:参照Methods中“Cells pre-treated with succinic acid or dimethyl malonate (DMM)”和“ROS assay”。
体内动物实验
db/db小鼠的年龄、性别、创面大小、给药剂量(OE-GPR91 7.5 μg,DMM 100 mg/kg)、时间点(0-21天)及分组。
阅读提示:参照Methods中“Full-thickness skin defect wounds with silicone splint models in db/db mice”部分。
临床样本
DFU和NW患者的纳入/排除标准、样本类型(组织、血浆、血清)、储存条件,以及GPR91/SDHA免疫组化染色的具体条件。
阅读提示:参照Methods中“Human samples”和结果部分“The low expression of GPR91 is implicated in the inhibition of M2 macrophages under high glucose conditions”。