雌激素通过GPER下调HIF-1α和MIF表达,减轻低压低氧下的心律失常和心肌炎症

Estrogen via GPER downregulated HIF-1a and MIF expression, attenuated cardiac arrhythmias, and myocardial inflammation during hypobaric hypoxia.

作者信息Prosperl Ivette Wowui, Richard Mprah, Marie Louise Ndzie Noah, Joseph Adu-Amankwaah, Anastasia Wemaaatu Lamawura Kanoseh, Li Tao, Diana Chulu, Simon Kumah Yalley, Saffia Shaheen, Hong Sun
PMID40108505
期刊Mol Med
发布时间2025-03
DOI10.1186/s10020-025-01144-2

实验完整度

包含体内动物模型(卵巢切除小鼠)和体外细胞实验(腹腔巨噬细胞),并使用GPER激动剂/拮抗剂进行功能验证,结合ECG、Western blot、ELISA、组织学等多种检测,证据层级独立且包含功能与机制验证。

主要模型

FVB野生型雌性小鼠 OVX+HH模型 腹腔巨噬细胞

重点核对

雌激素剂量:40 mg/kg/天(Sigma, 50-28-2) 低压低氧暴露:海拔6000米,持续7天 GPER拮抗剂G15浓度:20 nM(Cayman; 14,673) GPER激动剂G1浓度:11 nM PI3K抑制剂LY294002浓度:25 μM

摘要

背景:人体高度依赖于细胞空间的充分氧合以维持生理稳态。细胞空间的氧合不足导致缺氧。低压低氧(HH)是在上升到高海拔期间氧分压和大气压的降低。这种状态诱发适应不良反应。关于女性以及雌激素等激素如何影响缺氧的研究大多在男性中进行,尚未被探索。在本研究中,我们探讨了雌激素和GPER在低压低氧期间对HIF-1α和MIF表达、心律失常和炎症的影响。方法:对FVB野生型(WT)雌性小鼠进行卵巢切除(OVX)和假手术(SHAM)。术后2周,给予小鼠雌激素(40 mg/kg)作为治疗干预,并放置在6000米海拔的低氧舱中7天。使用心电图评估心脏电活动。使用蛋白质印迹、ELISA和免疫荧光研究蛋白表达、炎症和GPER通路的变化。使用Masson三色染色进行组织学评估。分离腹腔巨噬细胞用于体外研究。结果:在低压低氧(HH)下,卵巢切除(OVX)组表现出巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)和缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)表达增加。相比之下,这些因子在雌激素处理和对照组中下调。HH还导致心脏炎症和纤维化,尤其是在OVX+HH组,其促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)升高,抗炎细胞因子(TGF-β、IL-10)降低。用G15(一种GPER拮抗剂)抑制增加了MIF和HIF-1α,而用G1(一种GPER激动剂)激活则降低了它们的表达,突出了GPER在HH期间调节MIF的关键作用。结论:雌激素在低压低氧期间通过GPER调节HIF-1α和MIF表达,提示了一种缓解高海拔上升期间适应不良反应的潜在治疗途径。

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
雌激素是否通过GPER调节HIF-1α和MIF表达,从而影响低压低氧下的心律失常和心肌炎症?
核心机制
雌激素通过GPER介导的PI3K/AKT信号通路,下调HIF-1α和MIF表达,从而抑制炎症和纤维化,改善心脏功能。
主要证据
体内卵巢切除小鼠模型显示,雌激素缺乏(OVX+HH)增加HIF-1α和MIF表达,加重心律失常、炎症和纤维化;雌激素治疗逆转这些效应。体外腹腔巨噬细胞实验中,GPER激动剂G1下调HIF-1α和MIF表达,拮抗剂G15则上调。
研究意义
提示雌激素-GPER通路是缓解高海拔暴露期间适应不良心脏反应的潜在治疗靶点。

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

建立低压低氧动物模型

模拟高海拔低压低氧条件,观察雌激素缺乏对心脏的影响。

对FVB野生型雌性小鼠进行假手术或卵巢切除,术后2周,将小鼠分为6组,接受或不接受雌激素(40 mg/kg/天)治疗,并置于6000米海拔的低压氧舱中7天,对照组为常压常氧。

2

评估心脏电活动

检测低压低氧和雌激素对心律失常的影响。

使用PowerLab系统进行三导联心电图(ECG)记录,分析心率、QT间期、QTc、JT间期和ST段指标。

3

评估心脏形态和肥大

分析低压低氧和雌激素对心脏肥厚的影响。

测量体重和心脏重量,计算HW/BW比和右室/左室+室间隔比值;用WGA染色测量心肌细胞横截面积;通过Western blot检测GATA4表达,ELISA检测ANP、BNP和cTnI水平。

4

评估心肌炎症和巨噬细胞浸润

检测低压低氧和雌激素对炎症反应的影响。

用ELISA检测促炎因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)和抗炎因子(IL-10、TGF-β);用免疫组化检测F4/80、CD86和CD206表达;用Western blot检测NF-κB磷酸化水平。

5

评估心肌纤维化

检测低压低氧和雌激素对胶原沉积的影响。

用Masson三色染色评估胶原容积分数,并通过Western blot检测胶原1和胶原3表达。

6

检测GPER通路及HIF-1α和MIF表达

探讨雌激素/GPER通路对HIF-1α和MIF表达的影响。

在体内心脏组织中和体外巨噬细胞中,通过Western blot和免疫荧光检测HIF-1α、MIF、GPER、PI3K/AKT表达;并分别用GPER激动剂G1或拮抗剂G15以及PI3K抑制剂LY294002处理细胞。

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
17β-雌二醇Sigma50-28-2
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素----
G1(GPER激动剂)Cayman14,673
G15(GPER拮抗剂)Cayman14,673
LY294002(PI3K抑制剂)----
PowerLab系统ADInstruments--
麦胚凝集素Thermo Fisher ScientificW11261
Masson三色染色试剂盒SolarbioG1340
F4/80抗体Santa Cruz Biotechnologysc-377009
CD86抗体Abcamab53004
CD206抗体Proteintech60143-1-Ig
MIF一抗Abcamab7207
R-PE偶联二抗ProteintechSA00008-2
DAPIBeyotimeP0131
IL-6 ELISA试剂盒Jianglai BiotechnologyJL20268
IL-1β ELISA试剂盒Jianglai BiotechnologyJL18442
TNF-α ELISA试剂盒Jianglai BiotechnologyJL10484
IL-10 ELISA试剂盒Jianglai BiotechnologyJL20242
TGF-β ELISA试剂盒Jianglai BiotechnologyJL13959
ANP ELISA试剂盒SabbiotechEK12636
BNP ELISA试剂盒SabbiotechEK12906
cTnI ELISA试剂盒SabbiotechEK1821
PVDF膜Millipore Immobilon-PIPVH08100
HIF-1α抗体Proteintech20960-1-AP
GATA4抗体Abcamab84593
AKT抗体Cell Signaling Technology4685S
磷酸化AKT抗体Cell Signaling Technology--
ERK1/2抗体Cell Signaling Technology--
磷酸化ERK1/2抗体Proteintech28733-1-AP
GPER-1抗体Abcam--
PI3K抗体Cell Signaling Technology4255S
磷酸化PI3K抗体Cell Signaling Technology--
NF-κB抗体Abmart--
磷酸化NF-κB抗体Abmart--
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
HRP标记的山羊抗兔IgGProteintechSA00001-2
PI3K抗体(体外)AbclonalA11177
磷酸化PI3K抗体(体外)Beyotime--
增强化学发光Tanon--

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
动物模型
小鼠品系:FVB野生型雌性;年龄:8-12周龄;分组:Sham, OVX, OVX+E2;每组6-8只
阅读提示:见Materials and Methods: Experimental animal protocol 和 Ovariectomy 部分
低氧暴露
海拔高度:6000米;持续时间:7天
阅读提示:见Materials and Methods: Experimental animal protocol 部分
药物处理
雌激素剂量:40 mg/kg/天(Sigma, 50-28-2);给药方式:未明确(可能腹腔注射)
阅读提示:见Methods: Ovariectomy 部分
细胞培养和处理
细胞类型:腹腔巨噬细胞;处理:1 nM E2, 400 μM CoCl2, 11 nM G1, 20 nM G15, 25 μM LY294002;培养时间:24小时
阅读提示:见Methods: Cell culture 部分
ECG检测
3导联针电极PowerLab系统;检测指标:心率、QT、QTc、JT、ST高度
阅读提示:见Methods: Electrocardiography 部分