DAMPs诱导的自噬通过促进TRAF6泛素化加剧肺缺血再灌注损伤中的炎症反应

Autophagy induced by DAMPs facilitates the inflammation response in lungs undergoing ischemia-reperfusion injury through promoting TRAF6 ubiquitination.

作者信息Xingguang Liu, Hao Cao, Jian Li, Bo Wang, Peng Zhang, Xu Dong Zhang, Zhongmin Liu, Hongbin Yuan, Zhenzhen Zhan
PMID28157209
发布时间2017-04
DOI10.1038/cdd.2017.1

实验完整度

包含小型猪体内模型、细胞实验、基因敲低和药理学抑制多种层级,并验证了分子机制。

主要模型

巴马小型猪左肺缺血再灌注损伤模型 小型猪肺泡巨噬细胞

重点核对

左肺缺血1小时,再灌注30分钟、1小时、3小时或6小时,n=3 肺泡巨噬细胞分离自支气管肺泡灌洗液 重组猪HMGB1或HSP60处理浓度1 μg/ml,处理时间0-3小时 ATG7或BECN1 siRNA敲低,转染60小时后处理 3-MA浓度5 mM,经肺保护液灌注

摘要

肺缺血再灌注(I/R)损伤仍是各种心肺手术后最常见的并发症之一。由损伤相关分子模式(DAMPs)释放触发的炎症反应加重肺组织损伤。然而,关于自噬在肺I/R损伤发病机制中的作用知之甚少。在此,我们报告在小型猪肺I/R损伤模型中,多种炎症相关和自噬相关基因迅速上调,促进炎症反应。左肺I/R损伤触发了炎症细胞因子的产生,并激活了自噬流,这在粗肺组织和肺泡巨噬细胞中得到证实。这与DAMPs的释放有关,如高迁移率族蛋白B1(HMGB1)和热休克蛋白60(HSP60)。确实,用重组HMGB1或HSP60处理诱导了肺泡巨噬细胞中的自噬,而通过敲低ATG7或BECN1抑制自噬显著减少了DAMP触发的炎症细胞因子(包括IL-1β、TNF和IL12)的产生。这似乎是因为MAPK和NF-κB信号传导的激活减少。此外,敲低ATG7或BECN1抑制了DAMP处理的肺泡巨噬细胞中TRAF6的Lys63(K63)连接泛素化。一致地,3-MA处理在体内抑制了I/R损伤肺组织中TRAF6的K63连接泛素化。总之,这些结果表明,肺I/R损伤期间由DAMPs触发的自噬通过增强TRAF6的K63连接泛素化以及下游MAPK和NF-κB信号的激活来放大炎症反应。

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
在肺缺血再灌注损伤中,DAMPs诱导的自噬如何调控炎症反应?
核心机制
DAMPs(HMGB1和HSP60)通过TLR4诱导肺泡巨噬细胞自噬,自噬促进TRAF6的K63连接泛素化,进而激活MAPK和NF-κB信号,促进炎症细胞因子产生。
主要证据
小型猪肺I/R模型显示自噬激活和炎症因子上调;重组HMGB1/HSP60处理肺泡巨噬细胞诱导自噬和炎症因子;ATG7或BECN1敲低降低炎症因子和TRAF6泛素化;体内3-MA处理抑制TRAF6泛素化。
研究意义
揭示了自噬在肺I/R损伤无菌性炎症中的致病作用,为肺移植等临床事件中的炎症反应提供潜在干预靶点。

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

构建肺I/R损伤模型并检测炎症反应

观察肺I/R损伤是否触发炎症反应

对小型猪进行左肺缺血1小时和不同时间再灌注,收集肺组织和肺泡巨噬细胞,通过微阵列、qPCR、免疫组化和免疫荧光检测炎症因子表达及来源。

2

检测肺I/R损伤诱导的自噬

评估肺I/R损伤是否激活自噬

通过微阵列检测自噬相关基因表达,免疫印迹检测LC3转换、BECN1、ATG5/7等,使用E64d和Pepstatin A验证自噬流。

3

研究DAMPs对自噬的诱导作用

测试HMGB1和HSP60是否能诱导巨噬细胞自噬

用重组猪HMGB1或HSP60处理肺泡巨噬细胞,检测LC3转换、BECN1、SQSTM1降解和LC3斑点。

4

验证自噬在炎症反应中的作用

确定自噬是否影响DAMP诱导的炎症因子产生

在体内用3-MA处理,体外进行ATG7或BECN1敲低,检测炎症因子mRNA和蛋白水平。

5

研究自噬对MAPK和NF-κB信号的影响

探究自噬是否影响下游信号通路

检测肺组织和巨噬细胞中ERK、JNK、p38和p65的磷酸化水平,使用抑制剂验证信号通路的作用。

6

检测TRAF6泛素化

探究自噬是否影响TRAF6的K63泛素化

通过免疫沉淀和免疫印迹检测K63连接泛素化水平。

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。

检测蛋白表达与修饰
检测细胞形态和定位
检测细胞因子
基因干扰

产品清单

实验环节名称品牌货号
E64dSigmaE8640
胃蛋白酶抑制剂ASigmaP4265
巴佛洛霉素A1SigmaB1793
3-甲基腺嘌呤SigmaM9281
重组猪HMGB1CusabioCSB-EP010553PI
重组猪HSP60----
U0126Merck Millipore662005
SP600125Merck Millipore420119
SB203580Merck Millipore559389
JSH-23Merck Millipore481408
TAK-242InvivoGentlrl-cli95
IL-1β抗体Biosynthesis Biotechnologybs-0812R
TNF抗体Biosynthesis Biotechnologybs-0078R
HSP60抗体Biosynthesis Biotechnologybs-0191R
BECN1抗体Cell Signaling Technology3495
ATG5抗体Cell Signaling Technology8540
ATG7抗体Cell Signaling Technology8558
ERK抗体Cell Signaling Technology4695
JNK抗体Cell Signaling Technology9252
p38抗体Cell Signaling Technology9212
IKKα/β抗体Cell Signaling Technology8943
p65抗体Cell Signaling Technology6956
磷酸化ERK抗体Cell Signaling Technology9106
磷酸化JNK抗体Cell Signaling Technology9255
磷酸化p38抗体Cell Signaling Technology9215
磷酸化IKKα/β抗体Cell Signaling Technology2697
磷酸化p65抗体Cell Signaling Technology3033
β-actin抗体Cell Signaling Technology4970
K63特异性泛素抗体Merck Millipore05-1313
TRAF6抗体Santa Cruzsc-7221
SQSTM1抗体Santa Cruzsc-25575
HMGB1抗体Novus BiologicalsNB100-2322
LC3B抗体Novus BiologicalsNB600-1384
TRIzol试剂Invitrogen15596-026
Affymetrix猪基因组芯片Affymetrix--
DMEM培养基Gibco11965-092
胎牛血清Gibco10100147
第一链cDNA合成试剂盒ToyoboFSK-101
HMGB1 ELISA试剂盒CusabioCSB-EL010553PI
HSP60 ELISA试剂盒CusabioCSB-EL010847PI
IL-1β ELISA试剂盒R&D SystemsPLB00B
TNF ELISA试剂盒R&D SystemsPTA00
INTERFERin转染试剂Polyplus-transfection409-10
细胞裂解液Cell Signaling Technology9803
蛋白酶抑制剂混合物Merck Millipore539134
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
Alexa Fluor 488标记驴抗兔IgGThermo Fisher ScientificA21206
Leica TCS SP5II STED共聚焦显微镜Leica--
Applied Biosystems 7500实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--

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
肺I/R损伤模型
小型猪体重20kg,左肺缺血1小时,再灌注时间点,样本量n=3,肺保护液灌注体积30ml/kg
阅读提示:Materials and methods: The lung I/R injury model of minipigs
自噬检测
E64d和Pepstatin A浓度15 μg/ml,LC3转换,BECN1、ATG5/7表达
阅读提示:Results: Lung I/R injury induces autophagy in lung tissues, Figure 2
DAMP处理
重组猪HMGB1或HSP60浓度1 μg/ml,处理时间0-6小时,E64d/Pepstatin A或Bafilomycin A1处理
阅读提示:Results: DAMPs are involved in autophagy induction, Figure 3
基因敲低
ATG7 siRNA序列、BECN1 siRNA序列,转染时间60小时,干扰效率
阅读提示:Materials and methods: RNA interference
体内自噬抑制
3-MA浓度5 mM,经肺保护液灌注,再灌注时间
阅读提示:Results: Autophagy is involved in inflammation responses, Figure 4a
信号通路检测
MAPK和NF-κB抑制剂浓度、预处理时间、刺激时间
阅读提示:Results: Autophagy is involved in activation of MAPK and NF-κB signaling, Figure 5c
TRAF6泛素化检测
免疫沉淀抗体、K63泛素抗体、3-MA处理再灌注30分钟
阅读提示:Results: Autophagy is involved in TRAF6 ubiquitination, Figure 6