BMPER通过Smad3-Akt-Nrf2通路保护神经元并抑制神经炎症,从而减轻缺血性脑损伤

BMPER alleviates ischemic brain injury by protecting neurons and inhibiting neuroinflammation via Smad3-Akt-Nrf2 pathway.

作者信息Peng Ding, Wei Chen, Xiaodi Yan, Jinxiang Zhang, Cheng Li, Guangming Zhang, Yongqiang Wang, Yonghua Li
PMID34904361
发布时间2022-04
DOI10.1111/cns.13782

实验完整度

包括体内MCAO小鼠模型、体外原代神经元OGD/R模型,以及患者血清样本,并涵盖功能验证(存活率、梗死体积)和机制验证(信号通路)。

主要模型

C57BL/6小鼠MCAO模型 原代皮层神经元OGD/R模型 AIS患者血清样本

重点核对

BMPER重组蛋白剂量(5、50、100 μg/kg)经尾静脉注射 MCAO后2小时再灌注 原代神经元培养6天 OGD/R处理时间(2、4、6小时) BMPER处理浓度(1、10、100 ng/ml)

摘要

目的:骨形态发生蛋白(BMPs)是一组与骨形态发生相关的蛋白质。BMP结合内皮调节因子(BMPER)是一种与BMPs相互作用的分泌蛋白,已知其参与缺血性损伤。在此,我们探讨了BMPER对脑缺血的影响及其作用机制。方法:通过大脑中动脉闭塞(MCAO)诱导小鼠脑缺血模型。通过将原代培养的神经元置于氧糖剥夺/复氧(OGD/R)建立体外缺血模型。检测MCAO小鼠和急性缺血性卒中(AIS)患者血清中BMPs/BMPER的水平。比较BMPER处理组和载体处理组小鼠的脑损伤。采用实时定量聚合酶链反应(qPCR)、免疫组织化学和免疫荧光染色检测神经炎症和细胞死亡。通过Western blotting评估BMPER相关通路。结果:MCAO小鼠和AIS患者中BMPER水平升高。给予BMPER可降低MCAO后的死亡率、梗死面积、脑水肿和神经功能缺损。缺血后体内和体外的神经炎症和细胞死亡均被BMPER减轻。BMPER在OGD/R损伤的神经元中激活了Smad3/Akt/Nrf2通路。结论:BMPER是一种神经保护性激素,通过激活Smad3/Akt/Nrf2通路减轻缺血性脑损伤。这些发现可能为卒中提供潜在的治疗策略。

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
BMPER对脑缺血损伤的影响及其作用机制。
核心机制
BMPER通过激活Smad3/Akt/Nrf2信号通路,调节Bcl-2/Bax比值,减少细胞凋亡和神经炎症。
主要证据
在MCAO小鼠和OGD/R处理的神经元中,BMPER降低了细胞死亡和炎症因子表达,增加了Bcl-2/Bax比值,并增强了Smad3、Akt和Nrf2的磷酸化。
研究意义
研究指出BMPER可能为卒中提供潜在的治疗策略。

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

建立缺血模型并检测BMPER表达

确定缺血后BMPER在体内和体外的表达变化。

对小鼠进行MCAO手术,并在不同时间点检测血清和脑组织中BMPER水平;对原代神经元进行OGD/R处理,检测BMPER mRNA表达。

2

评估BMPER对MCAO小鼠的保护作用

评估BMPER给药是否改善脑缺血后的存活、梗死、水肿和神经功能。

通过尾静脉注射重组BMPER(5、50、100 μg/kg),进行存活分析、TTC染色、脑含水量测定和神经功能评分。

3

检测BMPER对细胞死亡的影响

验证BMPER是否减轻缺血诱导的细胞凋亡。

通过TUNEL染色和caspase-3/8/9活性检测,评估BMPER对细胞死亡的影响。

4

评估BMPER对神经炎症的影响

检测BMPER是否抑制缺血后的神经炎症反应。

通过qPCR和免疫组化检测促炎因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)的表达,以及小胶质细胞活化和氧化应激标志物。

5

验证BMPER的神经保护作用

在体外OGD/R模型中验证BMPER对神经元存活的影响。

对原代神经元进行OGD/R处理,并用不同浓度BMPER处理,检测细胞活力、TUNEL染色、ROS和MDA水平。

6

探索BMPER的分子机制

阐明BMPER发挥神经保护作用的信号通路。

通过Western blotting检测Bcl-2/Bax、Smad蛋白磷酸化、Akt和Nrf2磷酸化水平。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
ELISA试剂盒RayBiotechELH-CV2-1
恒温加热垫CWE In.--
激光多普勒血流仪Moor InstrumentsVMSTM-LDF1
重组BMPERR&D Systems2299-CV-050
2,3,5-三苯基氯化四氮唑Sigma--
Neurobasal培养基Gibco--
B27添加剂Gibco--
多聚赖氨酸----
无糖RPMI-1640培养基Gibco--
厌氧培养袋MITSUBISHI Gas Chemical--
RNAiso试剂TaKaRa9108
PrimeScript逆转录PCR试剂盒TaKaRaRR037A
TB Green预混Ex TaqTaKaRaRR820A
RIPA裂解液BeyotimeP0013
蛋白酶/磷酸酶抑制剂混合物Sigma AldrichP0044/P8340
Bradford蛋白定量试剂盒BeyotimeP0006
2×上样缓冲液Santa Cruz--
增强化学发光检测试剂盒MilliporeWBKLS0500
磷酸化Akt抗体CST2965
总Akt抗体CST9272
磷酸化Smad1抗体CST9516
磷酸化Smad2抗体CST3104
磷酸化Smad3抗体CST9520
Bcl-2抗体Biossbs-4563R
Bax抗体Biossbs-4564R
磷酸化Nrf2抗体Abcamab76026
Nrf2抗体Abcamab76026
微管蛋白抗体Santa Cruzsc-8035
β-肌动蛋白抗体Santa Cruzsc-1265
TNF-α抗体Abcamab183218
IL-6抗体Abcamab214429
IL-1β抗体Santa Cruzsc-52012
Iba-1抗体Santa Cruzsc-32725
ICAM-1抗体Abcamab119871
NOX1抗体Biossbs-3682R
NOX4抗体Biossbs-1091R
HuD抗体Santa Cruzsc-48421
Cy3标记二抗----
DAPI----
ProLong Gold抗淬灭封片剂Thermo--
DeadEnd荧光TUNEL试剂盒Promega--
CCK-8试剂盒BeyotimeC0037
二氢乙啶----
MDA检测试剂盒BeyotimeS0131
Caspase-3活性检测试剂盒BeyotimeC1116
Caspase-8活性检测试剂盒BeyotimeC1152
Caspase-9活性检测试剂盒BeyotimeC1158
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012
酶标仪BioTek--
GraphPad Prism 9.0GraphPad Software--
SPSS 25.0IBM Corporation--
ImageJNational Institutes of Health--

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
患者血清BMPER水平检测
AIS患者纳入标准(发病6小时内)、对照组标准、样本量(39例AIS,16例健康对照)
阅读提示:Methods 2.1 Patient enrollment and blood sample preparation
动物模型及药物处理
小鼠品系、性别、年龄(C57BL/6,雄性,8-12周)、MCAO阻塞时间(2小时)、BMPER给药剂量(5、50、100 μg/kg)及时间(MCAO后5分钟)
阅读提示:Methods 2.2 Animals and mouse model, 2.3 Drug administration
原代神经元培养及OGD/R
神经元纯度>95%,培养6天,OGD/R时间(2、4、6小时),BMPER浓度(1、10、100 ng/ml)
阅读提示:Methods 2.7 Primary neuronal culture, 2.8 OGD/R
细胞死亡检测
TUNEL染色和caspase-3/8/9活性检测的样品处理细节
阅读提示:Methods 2.13 TUNEL assay, 2.15 Activities of Caspase-3, -8, -9
信号通路检测
Western blotting中使用的抗体及稀释度(文中未明确说明稀释度)
阅读提示:Methods 2.10 Western blotting, Figure 6 legend