弓形虫感染神经元改变细胞外囊泡的产生和内容,引导星形胶质细胞表型并导致感染脑中GLT-1的缺失

Toxoplasma gondii infection of neurons alters the production and content of extracellular vesicles directing astrocyte phenotype and contributing to the loss of GLT-1 in the infected brain.

作者信息Emily Z Tabaie, Ziting Gao, Nala Kachour, Arzu Ulu, Stacey Gomez, Zoe A Figueroa, Kristina V Bergersen, Wenwan Zhong, Emma H Wilson
PMID40523037
发布时间2025-06-16
DOI10.1371/journal.ppat.1012733

实验完整度

研究包含体外原代神经元感染模型、EVs表征与内容分析、星形胶质细胞体外功能验证及体内scRNAseq转录组验证,形成多层级证据链,并涵盖蛋白组、miRNA和转录组等多组学验证。

主要模型

原代小鼠皮层神经元 原代小鼠皮层星形胶质细胞 弓形虫ME49B7株感染神经元模型 体内小鼠慢性感染模型(scRNAseq)

重点核对

神经元感染MOI为0.50 EV分离采用超速离心结合ExoEasy Kit 星形胶质细胞刺激条件:EVs 2 μg/mL孵育24小时 GLT-1蛋白检测使用western blot 体内转录变化通过scRNAseq验证

摘要

弓形虫(T. gondii)是一种多产的原始寄生虫,在中枢神经系统的神经元内形成包囊,维持宿主终身的感染。星形胶质细胞通过提供营养和结构支持对神经元健康至关重要,并通过与神经元的持续通讯帮助调节神经递质。目前尚不清楚感染和细胞内包囊的存在如何破坏这些细胞之间的关键关系。细胞外囊泡(EVs)在细胞间通讯中发挥作用,可包含蛋白质、脂质、DNA、miRNA和其他RNA亚型。所有细胞都产生EVs,它们在神经元-星形胶质细胞相互作用中发挥重要作用,包括调节星形胶质细胞上的谷氨酸受体。先前的工作表明,弓形虫感染降低了星形胶质细胞主要谷氨酸转运体GLT-1的表达。在这里,我们测试了神经元的包囊感染是否改变了EVs的产生和内容。从未感染和感染的原代小鼠皮层神经元中分离出EVs,并通过纳米粒子追踪分析(NTA)、透射电子显微镜(TEM)、ELISA、western blot、液相色谱(LC)-质谱(MS)/MS和microRNA测序确认了它们的大小、浓度和特征。分析显示,神经元感染减少了神经元的EV产生,并改变了其蛋白质和miRNA内容。除了宿主蛋白内容的变化外,感染神经元的EVs还含有弓形虫蛋白GRA1、GRA2、GRA7、MAG1和MAG2。将神经元的EVs与原代星形胶质细胞孵育后,可以在细胞内EVs和含有GRA7+EV的细胞核中观察到GRA7蛋白。来自感染神经元的EVs改变了星形胶质细胞的基因表达,导致促炎转录特征增加,以及GLT-1蛋白表达下调,体内星形胶质细胞也发现了类似的转录变化。这些结果表明,大脑中的寄生虫感染能够改变EV的产生以及神经元和星形胶质细胞之间的基本通讯。

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
弓形虫包囊感染神经元是否改变细胞外囊泡的产生和内容,并影响星形胶质细胞功能,特别是谷氨酸转运体GLT-1的表达?
核心机制
感染神经元产生的EVs携带寄生虫效应蛋白(如GRA7)及改变宿主蛋白和miRNA,经星形胶质细胞摄取后,诱发促炎转录特征并导致GLT-1蛋白表达下调,而miR-124并非主要调控因子。
主要证据
体外实验显示感染神经元EVs减少,蛋白质组和miRNA测序确认内容改变,EVs孵育星形胶质细胞后GLT-1蛋白下降且炎症基因上调,体内scRNAseq发现类似转录特征。
研究意义
揭示寄生虫感染大脑可通过改变EV介导的神经元-星形胶质细胞通讯,绕过传统免疫识别机制,影响神经化学环境,为感染相关神经病理提供新机制。

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

神经元感染模型建立与EV分离

建立弓形虫感染神经元模型并分离EVs,以分析感染对EV产生的影响。

使用原代小鼠皮层神经元,以MOI 0.50感染弓形虫ME49B7株,3天后收集培养基,通过超速离心和ExoEasy Kit分离EVs,并通过NTA、TEM、CD63 ELISA和Western blot表征EVs。

2

EV蛋白质组和miRNA分析

鉴定感染神经元EVs的蛋白质和miRNA组成变化,特别是寄生虫来源蛋白。

对EVs进行LC-MS/MS和miRNA测序,分析蛋白和miRNA表达变化,并通过Western blot验证部分蛋白。

3

星形胶质细胞摄取EVs

验证星形胶质细胞能否摄取神经元EVs,并观察EVs及寄生虫蛋白GRA7的定位。

用PKH67标记EVs并孵育原代星形胶质细胞2小时,通过免疫荧光观察EVs摄取和GRA7定位,并使用内吞抑制剂(EIPA和Cytochalasin D)检测摄取机制。

4

星形胶质细胞功能与转录变化评估

测定EVs处理对星形胶质细胞GLT-1表达和基因表达的影响。

星形胶质细胞经地塞米松预处理后,分别加入未感染或感染神经元EVs(2 μg/mL)孵育24小时,通过RNASeq分析基因表达,Western blot检测GLT-1蛋白水平。

5

体内转录特征验证

验证体外EVs诱导的星形胶质细胞转录变化是否在体内感染中发生。

利用scRNAseq分析慢性感染小鼠脑内星形胶质细胞亚群,比较体外EVs处理上调的基因与体内感染后差异表达基因。

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
神经组织解离试剂盒Miltenyi Biotec130-093-231
ExoEasy试剂盒Qiagen76064
小鼠胚胎成纤维细胞EVsSTEMONEDA04-00
NanoSight NS300纳米粒子追踪分析仪Malvern Instruments--
Talos L120C透射电子显微镜Thermo Scientific--
CD63捕获抗体Abcamab253503
CD63标准品Sino Biological50557-MNCH
生物素化CD63检测抗体Abcamab253503
MAP2抗体Abcamab5392
生物素化DBAVector LabsB-1035
NeuN抗体Abcamab177487
羊抗鸡568纳米二抗InvitrogenA11041
链霉亲和素偶联647纳米Invitrogen532357
羊抗兔488纳米二抗InvitrogenA11034
含DAPI的VECTASHIELD封片剂Vector LaboratoriesH-1500
PKH67染料SigmaPKH67GL-1KT
GFAP抗体Invitrogen13-0300
驴抗大鼠568纳米二抗InvitrogenA78946
GRA7抗体(兔抗GRA7)gifted by Li-av Zarko--
驴抗兔647纳米二抗InvitrogenA31573
羊抗兔555纳米二抗InvitrogenA21428
鬼笔环肽647纳米AAT Bioquest23127
EIPABio-techne3378/10
细胞松弛素DGibcoPHZ1063
RIPA裂解液Thermo89901
蛋白酶抑制剂迷你片剂ThermoA32955
二硫苏糖醇Bio-rad1610611
吲哚乙酸Sigma-AldrichI3750
碳酸氢铵Fisher Scientific02-002-270
胰蛋白酶Thermo Scientific20233
C18 ZipTip纯化柱Thermo Scientific87782
EASY-nLC 1200系统Thermo Fisher--
Orbitrap Fusion Tribrid质谱仪Thermo Fisher--
Acclaim PepMap 100 C18 HPLC色谱柱Thermo Scientific164946
Micro BCA蛋白测定试剂盒Thermo23235
抗CD9抗体SigmaSAB4700567
抗HSP90B抗体Proteintech11405-1-AP
抗Vimentin抗体Abcamab92547
抗Calnexin抗体Abcamab22595
羊抗大鼠HRP偶联二抗Cell Signaling70775
羊抗兔HRP偶联二抗Bio-Rad170-5046
ECL蛋白质印迹底物BioRad170-5061
Gel Doc XR+凝胶成像系统BioRad--
地塞米松----
脂多糖----
干扰素γ----
BCA蛋白测定试剂盒Thermo23250
抗β-肌动蛋白抗体AbcamAB8227
抗GLT-1抗体Millipore SigmaAB1783
羊抗豚鼠HRP偶联二抗InvitrogenA18769
exoRNeasy Midi试剂盒Qiagen77144
RNeasy Mini试剂盒Qiagen74104
QIAseq miRNA文库构建试剂盒Qiagen331502
NEBNext文库定量试剂盒(Illumina)NEBE7630S
NextSeq2000测序仪Illumina--
NovaSeqXPlus测序仪IlluminaLH00444

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
神经元感染
神经元培养天数(8天)、感染MOI(0.50)、感染后时间(3天)
阅读提示:Methods: Infections, Results 2.1
EV分离
差速离心参数(500 g, 15 min; 15,000 g, 20 min)、ExoEasy Kit使用、EV储存条件(-80°C)
阅读提示:Methods: EV isolation
星形胶质细胞处理
地塞米松浓度(100 nM)预处理时间(1天)、EV浓度(2 μg/mL)、EV孵育时间(24小时)
阅读提示:Methods: Western blot (astrocyte conditions), Results 2.5
GLT-1蛋白检测
蛋白上样量(星形胶质细胞9 μg/mL)、一抗(anti-GLT-1 1:500)和二抗浓度、孵育时间
阅读提示:Methods: Western blot
体内验证
小鼠品系(C57BL/6)、感染时间点(naïve, 14 dpi, 28 dpi, 42 dpi)
阅读提示:Methods: Animal infection, Results 2.5, Figure 7