星形胶质细胞SARM1通过抑制GDNF信号促进实验性自身免疫性脑脊髓炎的神经炎症和轴突脱髓鞘

Astrocytic SARM1 promotes neuroinflammation and axonal demyelination in experimental autoimmune encephalomyelitis through inhibiting GDNF signaling.

作者信息Lingting Jin, Jingjing Zhang, Xin Hua, Xingxing Xu, Jia Li, Jiaojiao Wang, Mianxian Wang, Huitao Liu, Haoyu Qiu, Man Chen, Xu Zhang, Ying Wang, Zhihui Huang
PMID36055989
发布时间2022-09
DOI10.1038/s41419-022-05202-z

实验完整度

包含EAE小鼠模型、SARM1GFAP-CKO和SARM1Aldh1L1-CKO条件敲除小鼠、原代星形胶质细胞培养、RNA-seq、Western blot、免疫染色、电镜等多层级实验,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

EAE小鼠模型(MOG35-55诱导) SARM1GFAP-CKO小鼠 SARM1Aldh1L1-CKO小鼠 原代星形胶质细胞

重点核对

EAE诱导使用MOG35-55和百日咳毒素 星形胶质细胞SARM1敲除效率 GDNF表达水平(Western blot、qPCR) STZ处理剂量(150 mg/kg)及给药方式 NF-κB信号通路活性 M2型小胶质细胞标志物CD206表达

摘要

星形胶质细胞是中枢神经系统(CNS)先天免疫反应的重要组成部分,参与CNS疾病(如多发性硬化症(MS))中发生的炎症和神经毒性反应。最近的研究表明,SARM1在轴突变性和炎症中发挥关键作用。然而,星形胶质细胞SARM1在MS中的详细作用仍不清楚。在此,我们建立了小鼠MS模型——实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE),并发现EAE小鼠脊髓星形胶质细胞中SARM1表达上调。此外,条件性敲除星形胶质细胞SARM1(SARM1GFAP-CKO小鼠,SARM1Aldh1L1-CKO小鼠)延迟了EAE的发病,减轻了炎症浸润,并抑制了脱髓鞘和神经元死亡。机制上,RNA-seq显示SARM1−/−星形胶质细胞中胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)的表达上调。Western blot和免疫染色进一步证实了SARM1GFAP-CKO EAE小鼠脊髓星形胶质细胞中GDNF的上调。有趣的是,通过链脲佐菌素(STZ,一种用于下调GDNF的药物)处理下调GDNF加重了SARM1GFAP-CKO EAE小鼠的缺陷。这些发现表明星形胶质细胞SARM1通过抑制GDNF的表达促进EAE中的神经炎症和轴突脱髓鞘,揭示了SARM1/GDNF信号在EAE中的新作用,并为MS的治疗提供了新的思路。

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
星形胶质细胞SARM1在多发性硬化症(MS)及实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)中的具体作用及其机制尚不清楚。
核心机制
星形胶质细胞SARM1通过抑制GDNF表达,进而激活NF-κB信号,促进神经炎症和轴突脱髓鞘。
主要证据
在EAE小鼠中,SARM1在脊髓星形胶质细胞中上调;条件性敲除星形胶质细胞SARM1(SARM1GFAP-CKO和SARM1Aldh1L1-CKO小鼠)减轻了EAE症状、炎症浸润、脱髓鞘和神经元死亡,并上调GDNF表达,抑制NF-κB信号,增加M2型小胶质细胞;STZ抑制GDNF后,SARM1GFAP-CKO EAE小鼠的改善效果被逆转。
研究意义
该研究揭示了SARM1/GDNF信号在EAE中的新作用,为多发性硬化症的治疗提供了新的思路。

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

EAE模型建立及SARM1表达检测

在EAE小鼠中检测SARM1在脊髓中的表达及其细胞定位

对小鼠进行MOG35-55和百日咳毒素免疫诱导EAE,通过Western blot检测SARM1在 cerebellum和不同脊髓节段的表达,通过免疫荧光双标检测SARM1与GFAP(星形胶质细胞标记)和Iba1(小胶质细胞标记)的共定位。

2

星形胶质细胞特异性SARM1敲除小鼠构建

构建星形胶质细胞特异性SARM1敲除小鼠,以研究SARM1在星形胶质细胞中的功能

将SARM1flox/flox小鼠与GFAP-Cre或Aldh1L1-Cre转基因小鼠杂交,获得SARM1GFAP-CKO和SARM1Aldh1L1-CKO小鼠,并通过Western blot验证敲除效率。

3

EAE模型评价

评估星形胶质细胞SARM1敲除对EAE发病、炎症浸润和神经元死亡的影响

对SARM1f/f、SARM1GFAP-CKO、SARM1Aldh1L1-CKO小鼠诱导EAE,记录体重和临床评分;通过尼氏染色、NeuN免疫染色评估神经元存活;通过HE染色和CD45免疫染色评估炎症浸润。

4

脱髓鞘和轴突损伤评估

评估星形胶质细胞SARM1敲除对脱髓鞘和轴突损伤的影响

通过Western blot检测MBP异构体表达,通过电子显微镜观察髓鞘超微结构并计算G-ratio,通过免疫荧光检测MBP、NF和GAP43表达。

5

RNA-seq和GDNF表达验证

探索SARM1敲除对星形胶质细胞转录组的影响,验证GDNF表达上调

从SARM1+/+和SARM1-/-原代星形胶质细胞提取RNA进行RNA-seq,随后通过qPCR、Western blot和免疫细胞化学验证GDNF表达。

6

机制验证:GDNF-NF-κB信号通路

验证GDNF上调是否通过抑制NF-κB信号通路发挥保护作用

在SARM1GFAP-CKO EAE小鼠中检测GDNF和NF-κB蛋白表达,并检测M2小胶质细胞标志物CD206。

7

体内功能验证:STZ抑制GDNF

验证GDNF是星形胶质细胞SARM1敲除保护作用的关键介质

给予SARM1GFAP-CKO EAE小鼠STZ以抑制GDNF表达,观察EAE症状和病理变化。

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
MOG35-55肽段MedChemExpressHY-P1240A
弗氏完全佐剂文中未明确说明--
百日咳毒素Sigma516561
链脲佐菌素FuShenFS0266
柠檬酸钠溶液SolarbioC1013
RIPA裂解液beyotimep0013b
PVDF膜Pierce Chemical Company--
ECL检测试剂盒Bio-Rad1705061
抗MBP抗体abcamab62631
抗β-actin抗体Sigma-AldrichA5316
抗GAPDH抗体AffinityT0004
抗NF-κB p65抗体abcamab16502
抗GDNF抗体SANTA CRUZsc-13147
抗SARM1抗体GeneTexGTX131411
山羊抗小鼠IgG-HRPPierce31460
山羊抗兔IgG-HRPPierce31420
冷冻切片机Thermo--
兔抗GFAP抗体Biossbs-0199R
驴抗小鼠Alexa Fluor488InvitrogenA21202
驴抗兔Alexa Fluor546InvitrogenA10040
小鼠抗GFAP抗体MilliporeMAB360
小鼠抗NeuN抗体abcamab104224
兔抗CD45抗体abcamab10558
兔抗NF抗体abcamab8135
小鼠抗PH3抗体abcamab14955
兔抗GAP43抗体abcamab16053
兔抗SARM1抗体abcamab226930
山羊抗Iba1抗体abcamab5076
兔抗Iba1抗体abcamab153696
兔抗Aldh1L1抗体abcamab177483
兔抗Ki67抗体Cell Signaling Technology9129
兔抗甘露糖受体(CD206)抗体abcamab64693
驴抗兔Alexa Fluor488InvitrogenA21206
驴抗小鼠Alexa Fluor546InvitrogenA10036
驴抗山羊Alexa Fluor488InvitrogenA11055
胰蛋白酶GIBCO--
DMEM培养基文中未明确说明--
多聚赖氨酸sigma Aldrich--
RNeasy Mini试剂盒Qiagen--
SuperScript™一步法逆转录试剂盒Invitrogen10928-034
iTaq™通用SYBR® Green SupermaxBio-Rad172-5122
Spurr树脂SPI-CHEM--
LEICA EM UC7超薄切片机LEICA--
日立H-7650透射电子显微镜Hitachi--
醋酸铀酰文中未明确说明--
碱性柠檬酸铅Sinopharma Chemical Reagent Co., Ltd.--
DAPISigma-Aldrich--

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
EAE诱导
MOG35-55剂量(0.2 mg/只)、弗氏完全佐剂中结核分枝杆菌浓度(8 mg/ml)、百日咳毒素注射时间(0h和48h)和剂量(300 ng/只)
阅读提示:Materials and methods: Establishment and treatment of EAE model in mice
星形胶质细胞SARM1敲除小鼠
Cre系(GFAP-Cre或Aldh1L1-Cre)及其来源、敲除效率验证方法
阅读提示:Materials and methods: Animals
STZ处理
STZ剂量(150 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、溶剂(柠檬酸钠溶液)、禁食时间(>12小时)
阅读提示:Materials and methods: Establishment and treatment of EAE model in mice
GDNF表达检测
Western blot抗体(anti-GDNF, sc-13147)、qPCR引物序列、内参β-actin
阅读提示:Materials and methods: Western blotting, qRT-PCR
脱髓鞘和轴突损伤评估
MBP抗体(ab62631)、NF抗体(ab8135)、GAP43抗体(ab16053)、电镜样本处理步骤(固定、脱水、包埋、切片)
阅读提示:Materials and methods: Electron Microscopy and Quantitative Analysis, Immunofluorescence