右美托咪定通过α2-AR/AMPK/mTOR通路增强自噬以抑制NLRP3炎症小体活化,从而减轻脂多糖诱导的急性肾损伤

Dexmedetomidine Enhances Autophagy via α2-AR/AMPK/mTOR Pathway to Inhibit the Activation of NLRP3 Inflammasome and Subsequently Alleviates Lipopolysaccharide-Induced Acute Kidney Injury.

作者信息Tianyuan Yang, Xiujing Feng, Yuan Zhao, Haiyang Zhang, Hailin Cui, Mian Wei, Haotian Yang, Honggang Fan
PMID32670056
发布时间2020-06-24
DOI10.3389/fphar.2020.00790

实验完整度

高

本研究包含大鼠体内模型(LPS诱导的AKI模型)和多层级验证,包括肾功能指标检测、组织病理学检查、炎症因子检测(ELISA、Western blot、免疫组化)、自噬相关蛋白和mRNA检测、透射电镜观察自噬体以及信号通路蛋白检测,并使用ATI和3-MA抑制剂进行功能验证,满足两个及以上独立证据层级,且包含功能验证和机制验证。

主要模型

Wistar大鼠LPS诱导脓毒症相关AKI模型 肾组织样本

重点核对

LPS剂量:10 mg/kg,腹腔注射,作用4小时 DEX剂量:30 µg/kg,腹腔注射,于LPS前30分钟给药 ATI剂量:250 µg/kg,腹腔注射,于DEX前30分钟给药 3-MA剂量:15 mg/kg,腹腔注射,于DEX前30分钟给药 每组6只大鼠(n=6)

摘要

背景:急性肾损伤(AKI)是脓毒症的严重并发症;然而,目前尚未发现有效的药物。NOD样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体的活化是脂多糖(LPS)诱导的AKI的主要致病机制。自噬是一种与肾脏稳态相关的细胞内降解过程,可有效限制炎症反应。在此,我们探讨了具有抗炎作用的右美托咪定(DEX)对LPS诱导的AKI的潜在保护机制。方法:通过腹腔注射10 mg/kg的LPS诱导大鼠AKI。Wistar大鼠在腹腔注射LPS前30分钟腹腔注射DEX(30 µg/kg)。阿替帕唑(ATI)(250 µg/kg)和3-甲基腺嘌呤(3-MA)(15 mg/kg)在DEX注射前30分钟腹腔注射。结果:DEX显著减轻肾损伤。此外,DEX降低了NLRP3炎症小体的活化以及白细胞介素1β和18的表达。此外,自噬相关蛋白和基因分析表明DEX可显著增强自噬。最后,我们验证了DEX对5'-单磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路的药理学作用。Atip和3-MA显著逆转了DEX的保护作用。结论:我们的结果表明,DEX的保护作用是通过α2-肾上腺素能受体/AMPK/mTOR通路增强自噬,从而减少NLRP3炎症小体的活化。综上所述,我们验证了DEX的肾脏保护作用,并为AKI提供了一种新的治疗策略。

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
DEX是否通过调节自噬和NLRP3炎症小体通路保护肾脏免受LPS诱导的急性肾损伤。
核心机制
DEX通过激活α2-AR/AMPK/mTOR通路增强自噬,从而抑制NLRP3炎症小体的活化,减少炎症因子IL-1β和IL-18的释放,最终减轻肾脏损伤。
主要证据
在LPS诱导的AKI大鼠模型中,DEX预处理降低了BUN、CRE和KIM-1水平,改善了肾脏病理损伤,抑制了NLRP3炎症小体活化及IL-1β/IL-18表达,同时增加了自噬相关蛋白LC3-II、Beclin-1水平并减少p62,透射电镜观察到自噬溶酶体增多;ATI和3-MA可逆转DEX的这些效应,证实了α2-AR和自噬的关键作用。
研究意义
研究为DEX在脓毒症相关AKI中的保护作用提供了证据,并提出了一种新的治疗策略。

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LPS诱导的大鼠AKI模型

通过腹腔注射LPS建立脓毒症相关急性肾损伤模型,以模拟临床AKI。

雄性Wistar大鼠随机分为六组,每组6只。LPS组腹腔注射10 mg/kg LPS,作用4小时后处死取材。

2

评估DEX预处理对肾功能和病理的影响

观察DEX是否改善LPS诱导的肾功能损伤和肾脏病理变化。

在LPS注射前30分钟给予DEX(30 µg/kg)预处理,检测血清BUN、CRE和尿KIM-1水平,并进行H&E染色评估肾组织病理损伤。

3

检测炎症反应和NLRP3炎症小体活化

评估DEX对LPS诱导的炎症反应和NLRP3炎症小体活化的影响。

通过ELISA检测血清IL-1β和IL-18水平;通过Western blot检测肾组织中NLRP3、ASC、caspase-1、cleaved-caspase-1、IL-1β、IL-18蛋白表达;通过免疫组化分析IL-1β和IL-18在肾组织中的分布;通过免疫荧光观察NLRP3与线粒体共定位。

4

评估自噬水平

探讨DEX是否增强自噬,以及自噬是否参与其保护作用。

通过Western blot检测LC3-II/LC3-I比值、Beclin-1和p62蛋白水平;通过RT-PCR检测LC3和Beclin-1 mRNA水平;通过免疫组化检测LC3、Beclin-1、p62的表达;通过透射电镜观察自噬溶酶体的变化。

5

验证AMPK/mTOR通路参与

验证DEX是否通过AMPK/mTOR通路调节自噬。

通过Western blot检测AMPK、p-AMPK、mTOR和p-mTOR蛋白表达水平,分析DEX对AMPK磷酸化和mTOR磷酸化的影响。

6

使用抑制剂验证因果关系

使用α2-AR拮抗剂ATI和自噬抑制剂3-MA验证DEX的保护作用是否依赖于α2-AR和自噬。

在DEX处理前30分钟给予ATI或3-MA,然后检测肾功能指标、炎症因子、自噬相关蛋白和AMPK/mTOR通路蛋白的变化。

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
阿替帕唑American Pfizer--
3-甲基腺嘌呤----
脂多糖Sigma-AldrichL2630-100MG
异氟烷Yipin Pharmaceutical, Co., Ltd.--
UniCel DxC800 Synchron 生化分析仪Beckman--
KIM-1 ELISA试剂盒R&D Systems--
IL-1β ELISA试剂盒Nanjing Biotechnology Co., Ltd.H002
IL-18 ELISA试剂盒Nanjing Biotechnology Co., Ltd.H0015
光学显微镜Olympus CorpBX-FM
DAB辣根过氧化物酶显色试剂盒Beyotime--
PD37型显微镜OlympusPD37
抗IL-1β抗体WanleiWL02257
抗IL-18抗体WanleiWL01127
Trizol试剂Invitrogen--
PrimeScript RT试剂盒TakaraDRR037A
Light Cycler® 480 II检测系统Roche--
IQ SYBR Supermix试剂Bio-Red--
RIPA裂解液Beyotime Biotechnology--
组织研磨仪Shanghai Jingxin Industrial Development Co., Ltd.--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime Biotechnology--
PVDF膜----
抗AMPKα抗体WanleiWL02254
抗p-AMPKα2(Ser173)抗体Biossbs-5575R
抗mTOR抗体ABclonalA2245
抗p-mTOR (Ser2448)抗体ABclonalAP0094
抗LC3抗体BimakeA5202
抗Beclin抗体Cell Signaling TechnologyD40C5
抗p62抗体WanleiWL02385
抗NLRP3抗体WanleiWL02635
抗IL-1β抗体WanleiWL02385
抗IL-18抗体WanleiWL01127
抗caspase-1抗体WanleiWL02996a
抗cleaved-caspase-1抗体WanleiWL03450
抗ASC抗体ABclonalA11433
抗GAPDH抗体WanleiWL01114
HRP标记的山羊抗兔IgG二抗ZSGB-BIOZB-2301
抗小鼠IgG二抗ZSGB-BIOZB-2305
ECL发光液WanleiWLA003
Amersham Imager 600GE--
透射电子显微镜HitachiHT7700
抗NLRP3抗体WanleiWL02635
抗TOM20抗体ABclonalA19403
Nikon Eclipse Ni倒置显微镜NikonTE2000
PASW Statistics 18软件SPSS--
GraphPad Prism5GraphPad--

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
大鼠品系、性别、体重、LPS剂量、给药途径、处理时间
阅读提示:Methods: Animals and Treatment
药物干预
DEX剂量、给药时间、ATI剂量、给药时间、3-MA剂量、给药时间
阅读提示:Methods: Animals and Treatment
肾功能检测
BUN、CRE、KIM-1检测方法及试剂盒
阅读提示:Methods: Biochemical Indexes Analysis
组织病理
固定液、切片厚度、染色方法、评分标准
阅读提示:Methods: Histopathological Analysis
炎症因子检测
ELISA试剂盒、Western blot抗体稀释度
阅读提示:Methods: ELISA Assay, Western Blot
自噬检测
自噬相关蛋白抗体、RT-PCR引物、透射电镜步骤
阅读提示:Methods: Real-Time Polymerase Chain Reaction, Western Blot, Transmission Electron Microscopy
通路验证
AMPK、p-AMPK、mTOR、p-mTOR抗体及稀释度
阅读提示:Methods: Western Blot