尼古丁通过泛素介导的脂联素受体降解加重糖尿病载脂蛋白E基因敲除小鼠的血管脂联素抵抗

Nicotine aggravates vascular adiponectin resistance via ubiquitin-mediated adiponectin receptor degradation in diabetic Apolipoprotein E knockout mouse.

作者信息Jia Gao, Jianghong Fan, Zhijun Meng, Rui Wang, Caihong Liu, Jing Liu, Bin Liang, Jing Wang, Yaoli Xie, Jing Zhao, Rui Guo, Jianli Zhao, Xinliang Ma, Xiangying Jiao, Jimin Cao, Yajing Wang
PMID34006831
发布时间2021-05-18
DOI10.1038/s41419-021-03772-y

实验完整度

高

包含ApoE-/-小鼠模型、血管环实验、细胞实验、免疫共沉淀、Western blot、免疫荧光、功能验证和机制验证

主要模型

ApoE-/-小鼠(C57BL/6J背景) 人脐静脉内皮细胞(HUVECs)

重点核对

尼古丁剂量:1.5 mg/kg/d,通过渗透泵给药 高脂饮食:60 kcal%脂肪,Cat #D12492,Research Diets 细胞处理:尼古丁10^-7 M,高糖25mM D-葡萄糖/高脂200μM棕榈酸酯,孵育24小时 MG132浓度:10 μM,处理6小时 血管环实验:血管段2-3 mm,预张力4 mN

摘要

关于尼古丁在糖尿病血管疾病中的作用,证据有限且不一致。吸烟者内皮细胞功能紊乱的加重与脂肪功能紊乱有关。脂肪因子具有血管保护、抗炎和抗糖尿病特性。然而,尼古丁是否以及如何引发和加重糖尿病血管疾病仍不确定。本研究评估了高脂饮食(HFD)小鼠给予尼古丁(NIC)后脂联素(APN)水平的变化。采用血管环实验评估血管病理生理反应。应用共聚焦和免疫共沉淀分析来识别信号相互作用和转导。结果表明,给予尼古丁的糖尿病载脂蛋白E缺陷(ApoE−/−)小鼠的循环APN水平比糖尿病ApoE−/−小鼠提前2周升高。NIC和HFD+NIC组在6周时对APN的血管舒张和信号反应降低。机制上,NIC组脂联素受体1(AdipoR1)水平降低,NIC+HFD组在6周时进一步显著降低,而细胞因子信号转导抑制因子3(SOCS3)的表达在NIC组被诱导升高,并在NIC+HFD组进一步增加。此外,在高糖高脂(HG/HL)存在下,尼古丁在HUVECs中诱导SOCS3、降解AdipoR1并减弱APN激活的ERK1/2。MG132(蛋白酶体抑制剂)给药表明AdipoR1被泛素化,而抑制SOCS3则逆转了AdipoR1的减少。总之,本研究首次证明尼古丁通过SOCS3介导的泛素化AdipoR1降解引发血管APN抵抗,加速糖尿病内皮功能障碍。这一发现为预防尼古丁加速的糖尿病血管功能障碍提供了潜在的治疗靶点。

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
尼古丁是否以及如何引发和加重糖尿病血管疾病?
核心机制
尼古丁上调SOCS3表达,促进AdipoR1的泛素化降解,降低AdipoR1水平,从而减弱APN信号传导(如ERK1/2磷酸化),导致血管APN抵抗,加重糖尿病内皮功能障碍。
主要证据
在ApoE-/-小鼠和HUVECs中,尼古丁降低AdipoR1表达,增强SOCS3表达和相互作用,MG132抑制降解,SOCS3敲低恢复了AdipoR1水平、泛素化和ERK1/2激活。
研究意义
抑制AdipoR1泛素化作为新的治疗靶点有望预防尼古丁诱导的糖尿病内皮功能障碍。

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

建立糖尿病小鼠模型并给予尼古丁

观察尼古丁对糖尿病ApoE-/-小鼠血管功能的影响。

将ApoE-/-小鼠随机分为四组:ND组、HFD组、NIC/ND组、NIC+HFD组,持续12周,检测体重、血糖、血脂、胰岛素和APN水平。

2

评估血管对APN的舒张反应

检测尼古丁是否引起血管APN抵抗。

分离主动脉环,进行血管环实验,测量对gAPN的血管舒张反应。

3

检测AdipoR1和SOCS3表达

分析尼古丁对APN受体和SOCS3表达的影响。

通过Western blot检测主动脉和HUVECs中AdipoR1和SOCS3的蛋白水平。

4

验证AdipoR1的泛素化降解

确认尼古丁是否通过泛素-蛋白酶体途径降解AdipoR1。

使用MG132抑制蛋白酶体,检测AdipoR1水平,并通过免疫共沉淀检测AdipoR1泛素化。

5

SOCS3功能缺失实验

验证SOCS3在尼古丁诱导的AdipoR1降解中的作用。

使用siRNA敲低HUVECs中的SOCS3,检测AdipoR1水平、泛素化水平及ERK1/2磷酸化。

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
高脂饮食Research DietsD12492
MG132APExBIOA2585
AdipoR1抗体Biossbs-0610R
SOCS3抗体Santa Cruzsc-518020
ERK1/2抗体Cell Signaling Technology8544
泛素抗体Santa CruzP4D1
β-肌动蛋白抗体BosterBM3873
小鼠APN ELISA试剂盒R&D SystemsPMRP300
小鼠胰岛素ELISA试剂盒ALPCO80-INSMS-E01
AU5800生化分析仪Beckman Coulter--
多线肌动描记系统DMTDMT610M
Power lab 8.0系统ADInstruments--
激光扫描共聚焦显微镜OlympusFV300
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--

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
动物模型建立
尼古丁剂量(1.5 mg/kg/d)、给药方式(渗透泵)、高脂饮食成分(60 kcal%脂肪,Cat#D12492)、分组、样本量(12)
阅读提示:Methods: Animal model
血管功能检测
血管段长度(2-3 mm)、预张力(4 mN)、NE浓度、Ach浓度、gAPN浓度(0.3-10 μg/ml)、酸化的NaNO2浓度
阅读提示:Methods: Aortic contractility and relaxation assay
细胞培养和处理
HUVEC来源、培养条件(内皮生长培养基、10%FBS, 2mM谷氨酰胺,100U/ml青霉素,100μg/ml链霉素)、尼古丁浓度(10^-7 M,24h)、高糖高脂浓度(25mM D-葡萄糖/200μM棕榈酸酯,24h)、MG132浓度(10μM,6h)
阅读提示:Methods: Cell culture
蛋白表达检测
抗体信息(AdipoR1: 1:1000, bs-0610R;SOCS3: 1:200, sc-518020;ERK1/2: 1:1000, #8544;Ubiquitin: 1:200, P4D1;β-Actin: 1:1000, BM3873), 蛋白上样量(50μg)
阅读提示:Methods: Western blotting