人参皂苷Rb1通过激活内质网驻留E3泛素连接酶Hrd1信号通路减轻小鼠结肠炎

Ginsenoside Rb1 alleviates colitis in mice via activation of endoplasmic reticulum-resident E3 ubiquitin ligase Hrd1 signaling pathway.

作者信息Jian-Yi Dong, Kai-Jun Xia, Wei Liang, Lu-Lu Liu, Fang Yang, Xue-Sheng Fang, Yong-Jian Xiong, Liang Wang, Zi-Juan Zhou, Chang-Yi Li, Wei-Dong Zhang, Jing-Yu Wang, Da-Peng Chen
PMID33268823
发布时间2021-09
DOI10.1038/s41401-020-00561-9

实验完整度

包含DSS和TNBS两种体内结肠炎模型、Hrd1抑制剂和siRNA敲低实验,以及体外细胞实验,并进行了功能验证和机制探讨。

主要模型

DSS诱导的C57BL/6小鼠结肠炎模型 TNBS诱导的C57BL/6小鼠结肠炎模型 IEC-6大鼠肠上皮细胞系

重点核对

GRb1给药剂量:20和40 mg/kg(ig) Hrd1抑制剂LS102剂量:50 mg/kg(ip,6天) DSS浓度:4% w/v(饮用水) TNBS剂量:125 mg/kg(结肠内灌注) IEC-6细胞LPS处理浓度:1 μg/mL

摘要

内质网稳态由内质网驻留的E3泛素连接酶Hrd1调控,Hrd1已被认为与炎症性肠病有关。人参皂苷Rb1是人参中的主要皂苷,具有多种药理活性。本研究探讨了Hrd1在IBD中的作用及其受GRb1的调控。建立了两种小鼠结肠炎模型模拟人类IBD:饮用水中含葡聚糖硫酸钠以及结肠内灌注2,4,6-三硝基苯磺酸。结肠炎小鼠给予GRb1(20, 40 mg·kg−1·d−1, ig)或阳性对照药柳氮磺吡啶(500 mg·kg−1·d−1, ig)治疗7天。模型小鼠表现出典型的结肠炎症状和结肠组织的病理改变。除了结肠组织出现显著的炎症反应和细胞凋亡外,结肠上皮Hrd1表达显著降低,内质网应激标志物GRP78、PERK、CHOP和caspase 12表达增加,Fas表达增加(Fas被Hrd1诱导的泛素化去除)。这些变化被GRb1给药部分或完全逆转,而注射Hrd1抑制剂LS102(50 mg·kg−1·d−1, ip, 6天)加重了结肠炎小鼠的症状。GRb1给药不仅使Hrd1在mRNA和蛋白水平的表达正常化,还减轻了内质网应激反应、Fas相关凋亡和其他结肠炎症状。在肠道细胞系IEC-6中,LPS处理显著降低Hrd1表达,但GRb1(200 μM)使其正常化。GRb1减轻了LPS诱导的IEC-6细胞内质网应激和细胞凋亡,且GRb1的作用被小干扰RNA敲低Hrd1所抑制。总之,这些结果揭示了Hrd1在结肠炎中的病理作用,并为使用GRb1激活Hrd1信号通路治疗结肠炎提供了新的见解。

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
Hrd1在炎症性肠病中的作用以及人参皂苷Rb1是否通过调节Hrd1信号通路减轻结肠炎
核心机制
GRb1通过激活Hrd1,促进Fas的泛素化降解,抑制内质网应激和细胞凋亡,从而减轻结肠炎
主要证据
在DSS和TNBS诱导的结肠炎小鼠模型中,GRb1治疗缓解了结肠炎症状,恢复了Hrd1表达,降低了ER应激标志物和Fas表达;在IEC-6细胞中,GRb1逆转了LPS诱导的Hrd1下降和ER应激,而siRNA敲低Hrd1消除了GRb1的保护作用
研究意义
研究揭示了Hrd1在结肠炎中的病理作用,为GRb1通过激活Hrd1信号通路治疗结肠炎提供了新见解,并提示GRb1可能用于治疗其他伴有Hrd1表达降低的自身免疫性疾病

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

建立结肠炎小鼠模型

模拟人类IBD,评估GRb1对结肠炎的治疗效果

使用DSS(4% w/v)饮用和TNBS(125 mg/kg)结肠内灌注诱导C57BL/6小鼠结肠炎模型,分为sham、模型、SASP、低剂量GRb1和高剂量GRb1组,给药7天,观察体重、疾病活动指数、结肠重量/长度比和HE染色

2

评估炎症和凋亡指标

检测GRb1对结肠炎小鼠炎症反应和细胞凋亡的影响

通过ELISA检测MPO活性和促炎细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α水平,通过Western blot检测iNOS、COX2、p-NF-κB-p65和cleaved-caspase-3的表达

3

检测内质网应激和Hrd1表达

探究GRb1对结肠炎中ER应激和Hrd1表达的影响

通过Western blot检测ER应激标志物GRP78、PERK、CHOP和caspase 12的表达,通过Western blot、RT-qPCR和免疫组化检测Hrd1的表达

4

验证Hrd1在GRb1效应中的作用

确定Hrd1是否为GRb1缓解结肠炎所必需

使用Hrd1抑制剂LS102(50 mg/kg, ip, 6天)体内处理,以及siRNA敲低IEC-6细胞中Hrd1,观察对GRb1效应的影响,检测ER应激和凋亡标志物

5

评估GRb1对细胞凋亡的体外作用

验证GRb1通过Hrd1抑制肠上皮细胞凋亡

LPS处理IEC-6细胞诱导凋亡,用GRb1(200 μM)处理,通过流式细胞术检测凋亡率,Western blot检测Fas和caspase 8表达,并观察siRNA敲低Hrd1的影响

6

验证TNBS模型中的保护作用

验证GRb1在另一个结肠炎模型中的保护作用和机制

在TNBS诱导的结肠炎模型中,检测体重、食物摄入、结肠重量/长度比、MPO、细胞因子、Hrd1、ER应激和凋亡标志物

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
人参皂苷Rb1成都曼思特生物科技有限公司--
柳氮磺吡啶天津金耀集团有限公司--
LS102----
DMEM培养基Invitrogen--
胎牛血清Invitrogen--
总蛋白提取试剂盒碧云天生物技术P0012
抗Hrd1抗体Proteintech13473-1-AP
抗CHOP抗体Proteintech15204-1-AP
抗Fas抗体Proteintech13098-1-AP
抗caspase 8抗体Proteintech13423-1-AP
抗caspase 3抗体Proteintech19677-1-AP
抗cleaved-caspase 3抗体Proteintech19677-1-AP
抗iNOS抗体Proteintech14142-1-AP
抗caspase 12抗体万类生物WL03000
抗GRP78抗体万类生物WL02372
抗PERK抗体万类生物WL03378
抗NF-κB-p65抗体万类生物66535-1-Ig
抗磷酸化NF-κB-p65抗体万类生物WL02169
抗COX2抗体Cell Signal12282
细胞计数试剂盒-8万类生物WLA074b
RNAiso PlusTakara9108
反转录系统天根KR116
SuperReal PreMix Plus(SYBR Green)天根FP205
Lipofectamine 2000Invitrogen--
靶向Hrd1的siRNA吉玛基因--
抗Hrd1抗体(Bioss)Biossbs-0679R
二抗(Proteintech)ProteintechSA00013-2
含DAPI的Prolong Gold抗淬灭封片剂InvitrogenP36941
Triton X-100Amresco100219-910
牛血清白蛋白SolarbioA8020
小鼠MPO ELISA试剂盒上海朗顿生物--
小鼠IL-1β ELISA试剂盒上海朗顿生物--
小鼠IL-6 ELISA试剂盒上海朗顿生物--
小鼠TNF-α ELISA试剂盒上海朗顿生物--
Bio-Rad ChemiDoc XRS+成像系统Bio-Rad--
酶标仪Thermo Fisher Scientific--
JEM-2000EX电子显微镜JEM--
Annexin V-FITC凋亡检测试剂盒BD Pharmingen--
Applied Biosystems StepOnePlus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
动物模型
小鼠品系、性别、周龄、体重;DSS浓度及暴露时间;TNBS剂量及诱导方式;分组及样本量
阅读提示:Materials and methods中的Animals和Experimental design部分
给药方案
GRb1剂量(20、40 mg/kg)和给药方式(ig);SASP剂量(500 mg/kg);LS102剂量(50 mg/kg, ip)及疗程(6天)
阅读提示:Materials and methods中的Experimental design部分
体外细胞实验
IEC-6细胞培养条件;LPS浓度和处理时间;GRb1浓度(200 μM);siRNA敲低Hrd1的实验条件
阅读提示:Materials and methods中的Cell culture、Cell transfection及Results中的相关描述
检测指标
ER应激标志物(GRP78、PERK、CHOP、caspase 12)和凋亡标志物(Fas、caspase 8、cleaved-caspase 3)的检测方法;炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)和MPO的检测方法
阅读提示:Materials and methods中的Western blot、ELISA、Real-time PCR部分