靶向小胶质细胞自噬降解NLRP3炎症小体以鉴定阿尔茨海默病中的thonningianin A

Targeting microglial autophagic degradation of the NLRP3 inflammasome for identification of thonningianin A in Alzheimer's disease.

作者信息Xiao-Gang Zhou, Wen-Qiao Qiu, Lu Yu, Rong Pan, Jin-Feng Teng, Zhi-Pei Sang, Betty Yuen-Kwan Law, Ya Zhao, Li Zhang, Lu Yan, Yong Tang, Xiao-Lei Sun, Vincent Kam Wai Wong, Chong-Lin Yu, Jian-Ming Wu, Da-Lian Qin, An-Guo Wu
PMID35918778
发布时间2022-08-03
DOI10.1186/s41232-022-00209-7

实验完整度

包含体外细胞实验(BV-2、原代小胶质细胞、神经元)、线虫模型和APP/PS1小鼠模型,并进行机制验证(AMPK/ULK1和Raf/MEK/ERK通路)及功能验证(认知行为、病理改善)。

主要模型

BV-2小胶质细胞 小鼠原代小胶质细胞 APP/PS1转基因小鼠 AD线虫模型(CL4176、CL2331、BR5270等)

重点核对

TA给药剂量(体外2.5-10 μM,小鼠0.25-1.0 mg/kg) NLRP3炎症小体激活和自噬标记物(LC3、p62)检测 信号通路抑制剂(CC、SBI、SCH、LY)的使用 线虫麻痹实验和APP/PS1小鼠认知行为测试

摘要

背景 NLRP3炎症小体介导的神经炎症在阿尔茨海默病(AD)的发生和发展中起关键作用。小胶质细胞自噬降解不仅减少细胞外Aβ纤维的沉积,还抑制NLRP3炎症小体的激活。在此,我们旨在从赶黄草(PCP)中鉴定有效的自噬增强剂,通过抑制NLRP3炎症小体来减轻AD的病理。 方法 首先,进行自噬活性指导的分离,以鉴定PCP中的自噬增强剂。其次,通过Western blotting检测LC3蛋白表达和共聚焦显微镜计数每个小胶质细胞的GFP-LC3点状结构平均数来监测自噬效果。然后,通过检测NLRP3、ASC和caspase-1的蛋白表达和转染荧光强度以及促炎细胞因子的分泌来测量NLRP3炎症小体的激活。最后,通过测量线虫的麻痹来评估行为表现,并通过Morris水迷宫(MWM)在APP/PS1小鼠中测试认知功能。 结果 四种鞣花单宁黄酮类化合物,包括pinocembrin-7-O-[4'',6''-hexahydroxydiphenoyl]-glucoside(PHG)、pinocembrin-7-O-[3''-O-galloyl-4'',6''-hexahydroxydiphenoyl]-glucoside(PGHG)、thonningianin A(TA)和thonningianin B(TB),被鉴定为PCP中的自噬增强剂。其中,TA表现出最强的自噬诱导效果,机制研究表明TA通过AMPK/ULK1和Raf/MEK/ERK信号通路激活自噬。此外,TA有效促进Aβ(1–42)诱导的小胶质细胞中NLRP3炎症小体的自噬降解,并通过自噬诱导改善神经元损伤。在体内,TA激活自噬并改善线虫的行为症状。此外,TA可能穿透血脑屏障,并能通过AMPK/ULK1和Raf/MEK/ERK信号通路改善APP/PS1小鼠的认知功能、改善Aβ病理和NLRP3炎症小体介导的神经炎症。 结论 我们鉴定出TA是PCP中有效的小胶质细胞自噬增强剂,通过AMPK/ULK1和Raf/MEK/ERK信号通路促进NLRP3炎症小体的自噬降解以减轻AD的病理,这为TA治疗AD提供了新的见解。

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
从赶黄草中鉴定能够通过诱导自噬降解NLRP3炎症小体来缓解阿尔茨海默病病理的活性成分。
核心机制
TA通过激活AMPK/ULK1和Raf/MEK/ERK信号通路诱导小胶质细胞自噬,促进NLRP3炎症小体的自噬降解,从而抑制神经炎症和Aβ病理。
主要证据
体外实验显示TA促进Aβ诱导的BV-2细胞中NLRP3炎症小体降解,改善神经元损伤;线虫和APP/PS1小鼠模型中TA诱导自噬、减轻Aβ沉积和神经炎症,改善认知功能。
研究意义
为TA在AD预防和治疗中作为潜在的新型治疗试剂提供了依据。

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

分离和鉴定活性化合物

从PCP中筛选并鉴定具有自噬增强作用的活性成分

采用活性指导的分离方法,从PCP不同极性部位中分离出TA、TB、PHG、PGHG,并通过UHPLC-DAD-TOF/MS和NMR鉴定结构。

2

评估TA对自噬的诱导作用

验证TA是否诱导小胶质细胞自噬

通过Western blot检测LC3-II转换、GFP-LC3点状结构计数、tfLC3自噬流检测、透射电镜观察自噬体,并使用自噬抑制剂(LY、HCQ)和Atg7敲除MEF细胞验证抑制效果。

3

阐明TA诱导自噬的分子机制

研究TA诱导自噬依赖的信号通路

检测AMPK、ULK1、Raf、MEK、ERK的磷酸化水平,并使用AMPK抑制剂(CC)、ULK1抑制剂(SBI)、ERK抑制剂(SCH)验证通路参与。

4

验证TA对NLRP3炎症小体的抑制作用及机制

研究TA是否通过自噬降解NLRP3炎症小体

在Aβ(1–42)诱导的BV-2细胞中,检测NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β等表达,用LC3与ASC共定位、自噬抑制剂和通路抑制剂验证TA的作用依赖于自噬和AMPK/ULK1、Raf/MEK/ERK通路。

5

评估TA对神经元损伤的保护作用

验证TA能否减轻由微胶质炎症或Aβ引起的神经元损伤

将TA处理过的BV-2细胞条件培养基转移到PC-12细胞和小鼠原代海马神经元中,用MTT、Hoechst/PI染色和流式细胞术检测细胞活力凋亡;另用Aβ直接处理神经元检测死亡,并检测神经元自噬。

6

线虫模型中的神经保护作用验证

在体内模型中验证TA诱导自噬和神经保护作用

检测线虫p62水平、GFP-LGG-1点状结构、食物感知行为、Aβ沉积和Aβ诱导的麻痹,并用RNAi敲低自噬相关基因(unc-51、bec-1、vps-34)验证机制。

7

APP/PS1小鼠模型中的认知改善和病理减轻

验证TA在哺乳动物模型中的治疗效果

对6月龄APP/PS1小鼠腹腔注射TA(0.25、0.5、1.0 mg/kg)2个月,进行Morris水迷宫测试,检测脑内Aβ、神经元凋亡、NLRP3炎症小体、自噬相关蛋白和信号通路。

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----
RPMI 1640培养基Gibico--
胎牛血清Gibico--
青霉素-链霉素Gibico--
MTT----
pEGFP-LC3质粒----
mRFP-GFP串联荧光标记LC3(tfLC3)质粒----
pEGFP-N1-NLRP3质粒PPLPPL00151-2a
pEGFP-N1-caspase-1质粒PPLPPL00392-2e
mCherry-C1-ASC质粒PPLPPL01752-2b
LY294002TopscienceT2008
化合物CTopscienceT6146
SCH772984TopscienceT606
SBI-0206925TopscienceT2128
羟氯喹TopscienceT0951
LC3B抗体MBLPM036
Caspase-9抗体MBL0039
p-AMPK抗体CST50071
AMPK抗体CST5832
p-mTOR抗体CST5536
mTOR抗体CST2983
p-Raf抗体CST2696
Raf抗体CST9433
p-MEK抗体CST9154
MEK抗体CST9122
p-ERK抗体CST4370
ERK抗体CST4695
p-ULK1 (Ser555)抗体CST5869
p-ULK1 (Ser757)抗体CST6888
Bax抗体CST14796
Bcl-2抗体CST3498
IL-1β抗体CST12242
NLRP3抗体Santa Cruz Biotechnologysc-134306
caspase-1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-56036
ASC抗体Santa Cruz Biotechnologysc-514414
β-actin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8432
ULK1抗体AbmartT56902S
CD45抗体Abcamab-208022
TREM2抗体Signalway Antibody29208
GFAP抗体Biossbs-0199R
超高效液相色谱-二极管阵列检测-飞行时间质谱联用Agilent--
核磁共振----
Annexin V-FITC/PI染色试剂盒BD Biosciences--
Exfect转染试剂Vazyme Biotech--
FluorSave封片剂Calbiochem--
EMbed 812包埋试剂盒Electron Microscopy Sciences--
RIPA裂解液CST--
Bradford试剂Bio-Rad--
超敏ECL化学发光检测试剂4A Biotech--
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--
Leica SP8共聚焦显微镜Leica Microsystems--
Leica DM6B荧光显微镜Leica Microsystems--
流式细胞仪BD Biosciences--
Prime Script RT试剂盒TransGen Biotech--
Neurobasal-A培养基Procell--
DM/F12培养基Procell--
B-27补充剂----
M9缓冲液----
DAB显色试剂盒----
Morris水迷宫系统Shanghai XinRuan Information Technology--

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
细胞培养及药物处理
细胞系(BV-2、PC-12、原代细胞)的来源和培养条件;TA浓度(2.5-10 μM)和处理时间(24 h)。
阅读提示:Materials and methods: Cell culture; Results: 'TA induces autophagy flux...'
自噬活性检测
GFP-LC3质粒转染、LC3-II/LC3-I比值检测;自噬流分析(tfLC3、LysoTracker等);是否使用自噬抑制剂(LY、HCQ)。
阅读提示:Materials and methods: Quantification of GFP-LC3 puncta; tfLC3 detection; Results: Fig. 1
信号通路验证
是否检测AMPK、ULK1、ERK等磷酸化水平;是否使用通路抑制剂(CC、SCH、SBI)及其浓度和时间。
阅读提示:Materials and methods: Western blot; Results: Fig. 2
NLRP3炎症小体检测
Aβ(1-42)浓度和预处理时间;是否检测NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β等蛋白表达及分泌水平。
阅读提示:Materials and methods: Preparation of Aβ; Results: Fig. 3
线虫实验
线虫株(如CL4176、CL2331)和处理方式(TA浓度、温度、时间);瘫痪评价标准。
阅读提示:Materials and methods: C. elegans strains; Paralysis assay; Results: Fig. 6
小鼠实验
APP/PS1小鼠年龄、性别、给药剂量(0.25, 0.5, 1.0 mg/kg)和给药途径(腹腔注射)及疗程(2个月)。
阅读提示:Materials and methods: APP/PS1 mice and drug administration; Results: Fig. 7, 8