通过ADIPOR(脂联素受体)激活恢复糖尿病心肌缺血/再灌注中自噬流阻滞涉及AMPK依赖性和AMPK非依赖性信号

Restoring diabetes-induced autophagic flux arrest in ischemic/reperfused heart by ADIPOR (adiponectin receptor) activation involves both AMPK-dependent and AMPK-independent signaling.

作者信息Yajing Wang, Bin Liang, Wayne Bond Lau, Yunhui Du, Rui Guo, Zheyi Yan, Lu Gan, Wenjun Yan, Jianli Zhao, Erhe Gao, Walter Koch, Xin-Liang Ma
PMID28825851
期刊Autophagy
发布时间2017
DOI10.1080/15548627.2017.1358848

实验完整度

包含正常对照、糖尿病和adipoq−/−小鼠的体内MI-R模型,体外成年心肌细胞和新生大鼠心肌细胞模拟SI-R,并采用RFP-GFP-LC3转基因小鼠、Western blot、激酶活性检测等验证机制。

主要模型

高脂饮食诱导的糖尿病小鼠心肌缺血再灌注模型 Adipoq敲除小鼠心肌缺血再灌注模型 成年小鼠原代心肌细胞模拟缺血再灌注模型 新生大鼠心肌细胞模拟缺血再灌注模型

重点核对

小鼠模型:NC、DB、adipoq−/−,高脂饮食10周,心肌缺血30分钟再灌注3小时或24小时。 AdipoRon给药:再灌注前10分钟静脉注射50 mg/kg。 氯喹处理:冠脉闭塞前5分钟腹腔注射10 mg/kg。 AMPK抑制:compound C在AdipoRon前10分钟静脉注射。 心肌细胞处理:AdipoRon、MnTMPyP (50 μM) 处理,SI-R条件(3小时缺血/6小时复灌)

摘要

巨自噬/自噬日益被认为是心肌缺血再灌注(MI-R)损伤的重要调节因子。然而,糖尿病是否以及如何改变对MI-R的自噬反应仍不清楚。ADIPOQ(一种心脏保护分子)的缺乏显著增加MI-R损伤。然而,糖尿病性低脂联素血症在MI-R后心脏自噬改变中的作用尚不清楚。利用正常对照(NC)、高脂饮食诱导的糖尿病和Adipoq敲除(adipoq−/−)小鼠,我们证明在经受MI-R的糖尿病心脏中,自噬体形成受到适度抑制,自噬体清除显著受损。adipoq−/−在很大程度上重现了在缺血再灌注糖尿病心脏中观察到的表型改变。用AdipoRon(一种新型ADIPOR(脂联素受体)激动剂)治疗糖尿病和adipoq−/−小鼠,刺激了自噬体形成,显著增加了自噬体清除,减少了梗死面积,并改善了心脏功能(与载体相比P < 0.01)。机制上,AdipoRon在体内和分离的成年心肌细胞中均引起AMPK-BECN1(Ser93/Thr119)-III类PtdIns3K(Ser164)的显著磷酸化,并增强溶酶体蛋白LAMP2的表达。药理学AMPK抑制或遗传性Prkaa2突变 abolished AdipoRon诱导的BECN1(Ser93/Thr119)-PtdIns3K(Ser164)磷酸化和AdipoRon刺激的自噬体形成。然而,AdipoRon诱导的LAMP2表达、AdipoRon刺激的自噬体清除以及AdipoRon抑制的超氧化物生成不受AMPK抑制的影响。用MnTMPyP(一种超氧化物清除剂)处理增加了LAMP2表达并刺激了模拟缺血再灌注心肌细胞中的自噬体清除。然而,在AdipoRon和MnTMPyP之间未观察到叠加效应。总的来说,这些结果表明低脂联素血症损害自噬流,导致糖尿病状态下MI-R损伤增强。ADIPOR激活恢复AMPK介导的自噬体形成和抗氧化剂介导的自噬体清除,代表了在糖尿病条件下针对MI-R损伤的新干预措施。

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
糖尿病如何影响心肌缺血再灌注(MI-R)后的自噬流,低脂联素血症是否参与其中,以及激活ADIPOR能否恢复自噬流并提供心脏保护。
核心机制
ADIPOR激活通过AMPK依赖途径促进自噬体形成(磷酸化BECN1-Ser93/Thr119和PIK3C3-Ser164),并通过AMPK非依赖的抗氧化作用(减少超氧化物生成,增加LAMP2表达)促进自噬体清除。
主要证据
糖尿病和adipoq−/−小鼠MI-R后自噬体形成减少、清除受阻;AdipoRon治疗可恢复自噬流,减少梗死面积,改善心功能;compound C和Prkaa2 DN实验显示AMPK对自噬体形成必需但清除非必需;MnTMPyP实验提示抗氧化作用。
研究意义
该研究首次证明糖尿病导致心脏自噬流"双重困境"(形成和清除均受损),并揭示ADIPOR激活是糖尿病MI-R损伤的新型干预策略,具有转化医学意义。

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

建立糖尿病和低脂联素血症模型

模拟2型糖尿病和低脂联素血症状态,以研究其对MI-R后自噬流的影响。

成年雄性C57BL/6小鼠喂食高脂饮食或正常饮食10周诱导糖尿病,并使用adipoq−/−小鼠;验证体重、血糖、胰岛素和血浆脂联素水平。

2

MI-R手术及药物处理

诱导心肌缺血再灌注损伤,并评估AdipoRon治疗的效果。

小鼠经历30分钟冠脉闭塞和3小时或24小时再灌注;再灌注前10分钟静脉注射AdipoRon或载体;部分实验使用氯喹或compound C预处理。

3

评估自噬流

定量检测自噬体形成和清除。

使用MAP1LC3B:ACTC1比率(±CQ)、RFP-GFP-LC3转基因小鼠检测自噬体和自溶酶体、Western blot检测BECN1、SQSTM1、LAMP2,以及CTSB/CTSL活性。

4

信号通路机制研究

阐明AdipoRon调节自噬的分子机制。

在体内和体外实验中,使用Western blot检测AMPK、ACACA、PIK3C3 (Ser164)、BECN1 (Ser93/Thr119)磷酸化;使用PtdIns3K活性测定;使用compound C和Prkaa2 DN小鼠验证AMPK依赖;使用MnTMPyP和adipor1−/−adipor2+/−细胞验证抗氧化作用。

5

评估心脏功能和梗死面积

验证AdipoRon的心脏保护效果。

MI-R后24小时,通过超声心动图测量LVEF,通过Evans蓝-TTC双染色测定梗死面积。

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
D12492高脂饲料Research Diets, Inc.--
AdipoRonCalbiochem509104
adipoq−/−小鼠Jackson Laboratory8195
氯喹Sigma-AldrichC6628
化合物CSigma-Aldrich171260
伊文思蓝Sigma-AldrichE2129
TTCSigma-Aldrich697079
二氢乙啶Thermo Fisher ScientificD1168
溴脱氧尿苷Sigma-AldrichB5002
Bradford蛋白测定试剂盒Bio-Rad5000001
SDS-PAGE凝胶Thermo Fisher ScientificNPO335BOX
PVDF膜EMD MilliporeIPVH00010
PtdIns3K活性测定试剂盒EchelonK-3000
CTSB活性测定试剂盒MilliporeCBA001
CTSL活性测定试剂盒Abcamab65306
BECN1重组蛋白EMD Millipore03-231
AMPK重组蛋白EMD Millipore171536
AMPSignalChemA46-09-500
激活的AMPKSignalChemP48-10H
BCL2L1重组蛋白R&D Systems894-BX
B型胶原酶R&D Systems11088807001
D型胶原酶R&D Systems11088858001
抗p-ULK (S317)抗体Cell Signaling Technology12753
抗PIK3C3抗体Cell Signaling Technology4263
抗MAP1LC3A/B抗体Cell Signaling Technology12741
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
抗BECN1抗体Cell Signaling Technology3495
抗SQSTM1抗体Cell Signaling Technology5114
抗BCL2L1抗体Cell Signaling Technology2764
抗p-BECN1 (Ser93/96)抗体Cell Signaling Technology12476
抗AMPK抗体Cell Signaling Technology2603
抗p-AMPK抗体Cell Signaling Technology2531
IgG HRP偶联二抗Cell Signaling Technology7074; 7076
抗p-PIK3C3 (Ser164)抗体Bioss Inc.bs5581R
抗p-BECN1 (Thr119)抗体EMD MilliporeABC118
抗LAMP1抗体Aviva Systems BiologyOAAB13754
抗LAMP2抗体Aviva Systems BiologyOAAB06712
抗ACTC1抗体Sigma-AldrichA7811
FV1000共聚焦显微镜Olympus--
IP Lab图像分析软件----
Vevo 2100系统----
柯达分子成像系统4000R ProKodak--
Carestream MI SE软件Carestream Health--
Spectra Max M5酶标仪Molecular Devices--
GraphPad Prism 6.0----

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、高脂饮食类型和持续时间、Adipoq敲除背景。
阅读提示:Materials and methods: Animals and reagents
心肌缺血再灌注手术
缺血时间、再灌注时间、AdipoRon剂量和给药途径、氯喹剂量和给药时间、compound C给药时间。
阅读提示:Materials and methods: Myocardial ischemia-reperfusion
自噬流检测
LC3-II/LC3-I比率、CQ处理、RFP-GFP-LC3转基因小鼠、BECN1/SQSTM1/LAMP2蛋白水平、CTSB/CTSL活性。
阅读提示:Results section: 第一个小节; Materials and methods: Determination of autophagic flux in adult mice
机制研究
AMPK磷酸化位点(BECN1 Ser93/Thr119、PIK3C3 Ser164)、PtdIns3K活性、Prkaa2 DN小鼠、siRNA敲低、MnTMPyP浓度。
阅读提示:Results section: 第三、四小节; Materials and methods: In vitro kinase assay
心脏功能与梗死面积
再灌注24小时、超声心动图参数、Evans蓝-TTC染色步骤。
阅读提示:Materials and methods: Echocardiography and myocardial infarct size