CXCR1及其下游NF-κB炎症信号通路作为冠心宁注射液治疗心肌缺血/再灌注损伤的关键靶点

CXCR1 and its downstream NF-κB inflammation signaling pathway as a key target of Guanxinning injection for myocardial ischemia/reperfusion injury.

作者信息Guangxu Xiao, Jiaxu Liu, Huanyi Wang, Shuang He, Jianwei Liu, Guanwei Fan, Ming Lyu, Yan Zhu
PMID36325326
发布时间2022-10-17
DOI10.3389/fimmu.2022.1007341

实验完整度

包含小鼠I/R模型、体外OGD/R细胞模型、RNA-seq、分子对接、CETSA、Western blot、免疫组化等多层级验证,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

小鼠心肌缺血/再灌注(I/R)模型(C57BL/6J小鼠) 小鼠HL-1心肌细胞系 人AC-16心肌细胞系 HL-1细胞OGD/R损伤模型

重点核对

小鼠I/R模型中,GXNI给药剂量(1、3、9 mL/kg)及阳性药美托洛尔(10 mg/kg)经尾静脉注射,于心肌缺血后10分钟内给药 小鼠心肌缺血30 min,再灌注24 hrs,通过TTC染色、H&E染色及血清生化指标(LDH、AST、CK、CK-MB、cTNT)评估心肌损伤 HL-1细胞OGD/R模型中,DSS浓度(0.3、1、3 μM)及GXNI(1 μL/mL)处理,OGD 150 min后复氧24 hrs CETSA实验:GXNI(5 μL/mL)和DSS(20 μM)与细胞裂解液孵育30 min,加热温度梯度(37-73℃) IL-8激活实验:重组人IL-8(100 nM)处理细胞,DSS(1 μM)或GXNI(1 μL/mL)干预

摘要

冠心宁注射液(GXNI)在临床上用于治疗心脏损伤,但其活性成分和作用方式仍不清楚。因此,本研究采用基于心肌缺血/再灌注损伤(MIRI)模型的综合策略,包括功能评估、RNA-seq分析、分子对接和细胞热位移分析(CETSA),以阐明GXNI及其主要成分对心脏损伤的作用和机制。结果显示,GXNI显著改善了I/R小鼠的心脏功能障碍和心肌损伤。RNA-seq分析阐明,CXCR1介导的白细胞介素-8通路在MIRI中发挥关键作用。分子对接筛选鉴定出丹参素(DSS)是GXNI中靶向CXCR1蛋白的主要活性成分,并在氧-葡萄糖剥夺/复氧诱导的心肌细胞损伤模型中得到证实,表明GXNI和DSS降低了CXCR1及其下游NF-κB、COX-2、ICAM-1和VCAM-1的蛋白表达。CETSA和等温剂量反应指纹曲线证实DSS以剂量依赖性方式与CXCR1结合。此外,GXNI和DSS显著降低了I/R后心肌组织中IL-6、IL-1β和TNF-α的表达水平以及中性粒细胞的数量。总之,本研究揭示GXNI及其活性成分DSS通过下调CXCR1-NF-κB-COX-2/ICAM-1/VCAM-1通路,抑制炎症因子释放和白细胞浸润,从而改善I/R诱导的心肌损伤。

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
冠心宁注射液(GXNI)能否改善心肌缺血/再灌注损伤(MIRI)?其活性成分和作用机制是什么?
核心机制
GXNI及其活性成分丹参素(DSS)通过直接结合CXCR1并下调其表达,抑制下游NF-κB信号通路,进而降低COX-2、ICAM-1和VCAM-1的表达,从而抑制炎症因子释放和白细胞浸润。
主要证据
在MIRI小鼠模型中,GXNI改善心功能并减少心肌梗死面积;RNA-seq分析表明CXCR1介导的IL-8通路是关键途径;分子对接和CETSA证实DSS与CXCR1直接结合;在HL-1细胞OGD/R模型中,DSS和GXNI抑制CXCR1-NF-κB-COX-2/ICAM-1/VCAM-1通路并减少炎症因子。
研究意义
本研究首次阐明GXNI通过抑制CXCR1及其下游通路改善AMI的作用机制,为GXNI治疗急性心肌梗死提供了实验依据,并表明CXCR1可能是临床治疗AMI的有效靶点。

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MIRI小鼠模型并评估GXNI治疗效果

评估GXNI对心肌缺血/再灌注损伤小鼠心脏功能和心肌损伤的保护作用。

对C57BL/6J小鼠结扎左前降支冠脉30 min后再灌注24 hrs建立MIRI模型,经尾静脉注射不同剂量GXNI(1、3、9 mL/kg)或阳性药美托洛尔(10 mg/kg)。采用超声心动图检测心功能,TTC染色和H&E染色评估心肌梗死面积和组织病理变化,并检测血清生化指标(LDH、AST、CK、CK-MB、cTNT)。

2

RNA-seq及IPA通路分析

筛选GXNI改善MIRI的关键靶基因及信号通路。

对sham、I/R和GXNI(9 mL/kg)处理的小鼠心脏组织进行转录组测序,分析差异表达基因(DEGs),并利用IPA软件进行通路富集分析。

3

在MIRI小鼠心脏组织中验证CXCR1通路蛋白表达

验证RNA-seq发现的GXNI调节CXCR1-NF-κB-COX-2/ICAM-1/VCAM-1通路。

使用RT-PCR检测Cxcr1、Cxcr2、Traf6、Mapk10、Rhov和Cox2的mRNA表达;Western blot检测CXCR1、NF-κB、COX-2、ICAM-1和VCAM-1的蛋白水平;免疫组化检测心肌组织CXCR1的表达位置和水平。

4

分子对接筛选GXNI中靶向CXCR1的活性成分

预测GXNI中与CXCR1结合的主要活性成分。

使用Discovery Studio软件对GXNI成分进行分子对接,计算与CXCR1的结合能量,筛选出得分最高的成分。

5

CETSA和ITDRF验证DSS与CXCR1直接结合

验证GXNI及丹参素(DSS)是否直接与CXCR1蛋白结合。

使用CETSA实验检测GXNI和DSS处理对CXCR1热稳定性的影响,并通过等温剂量反应曲线(ITDRFCETSA)评估结合剂量依赖性。

6

建立OGD/R细胞损伤模型并评估DSS保护作用

验证DSS对心肌细胞损伤的保护作用及对CXCR1表达的抑制。

将HL-1细胞进行氧-葡萄糖剥夺/复氧(OGD/R)处理,然后给予不同浓度DSS(0.3、1、3 μM)或GXNI(1 μL/mL)处理,通过CCK-8检测细胞活力,免疫荧光检测细胞数量及CXCR1表达。

7

体外验证DSS抑制CXCR1下游炎症通路

验证DSS通过抑制CXCR1-NF-κB-COX-2/ICAM-1/VCAM-1通路发挥保护作用。

在HL-1细胞OGD/R模型中,通过免疫荧光检测NF-κB、COX-2、ICAM-1和VCAM-1的表达,并与CXCR1抑制剂Reparixin进行对比。

8

验证GXNI和DSS对炎症因子释放和白细胞浸润的抑制作用

评估GXNI和DSS对I/R或OGD/R诱导的炎症反应的抑制作用。

在体内小鼠模型中,通过免疫荧光染色检测心肌组织中性粒细胞浸润,ELISA检测心肌组织和血清中IL-1β、IL-6和TNF-α水平;在体外细胞模型中,检测细胞裂解液中炎症因子水平。

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
冠心宁注射液China Shineway Pharmaceutical Group Ltd.Z13020779
酒石酸美托洛尔--YZ-100084
2,3,5-三苯基氯化四氮唑SolarbioG3005
BCA蛋白浓度测定试剂盒SolarbioPC0020
高效RIPA组织/细胞裂解液SolarbioR0010
Tris缓冲盐水-TweenSolarbioT1081
Tris-甘氨酸电泳缓冲液SolarbioT1070
Western印迹转膜缓冲液SolarbioD1060
Pierce™ ECL Western印迹底物Thermo Fisher Scientific32109
SDS-PAGE蛋白上样缓冲液Beyotime BiotechnologyP0015L
聚偏二氟乙烯(PVDF)印迹膜GE Healthcare Life Science--
抗CXCR1抗体Biossbs-1009R
抗VCAM-1抗体Biossbs-0396R
抗COX2抗体Cell Signaling Technology12282S
抗NF-κB抗体Affinity BiosciencesAF5006
抗ICAM-1抗体Affinity BiosciencesAF6088
抗GAPDH抗体ImmunowayYM3215
HRP标记的山羊抗兔抗体ImmunowayRS0002
Transcriptor第一链cDNA合成试剂盒Roche04897030001
Bestar™ qPCR预混液DBI BioscienceDBI-2043
小鼠cTNT ELISA试剂盒ZCIBIO Technology Co., LtdZC-38814
小鼠IL-6 ELISA试剂盒ZCIBIO Technology Co., LtdZC-37988
小鼠IL-1β ELISA试剂盒ZCIBIO Technology Co., LtdZC-37974
小鼠TNF-α ELISA试剂盒ZCIBIO Technology Co., LtdZC-39024
肌酸激酶检测试剂盒WANTAI DRD Co., LtdXM0140
肌酸激酶同工酶MB检测试剂盒WANTAI DRD Co., LtdXM0240
乳酸脱氢酶检测试剂盒WANTAI DRD Co., LtdXM0340
天冬氨酸氨基转移酶检测试剂盒WANTAI DRD Co., LtdGM0240
瑞帕利辛MedChemExpressHY-15251
TTC溶液----
TRIzol™试剂----
DMEM培养基----
青霉素-链霉素----
胎牛血清----
Hoechst 33342----
Alexa Fluor 488荧光二抗Thermo Fisher ScientificA11012
DAPI核酸染色液Thermo Fisher ScientificD1306
CCK-8溶液----
2,2,2-三溴乙醇SigmaT48402
Vevo 2100VisualSonics--
TBA-40FToshiba--
LightCycler®480Roche--
ExcelsiorThermo Fisher Scientific--
HM355SThermo Fisher Scientific--
GeminiThermo Fisher Scientific--
Vectra 3PerkinElmer--
OperettaPerkinElmer--

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
动物模型建立与给药
小鼠品系(C57BL/6J,雄性,8-10周)、I/R手术细节(缺血30min,再灌注24hrs)、GXNI剂量(1、3、9mL/kg)、给药途径(尾静脉)、给药时间(缺血后10min内)、阳性药美托洛尔剂量(10mg/kg)
阅读提示:Materials and methods: 'Experimental animals', 'Mouse model of MIRI and drug administration'
心脏功能与心肌损伤评估
超声心动图参数(LVEF, LVFS等)、TTC染色步骤(2% TTC、37℃ 10min)、血清生化指标(LDH, AST, CK, CK-MB, cTNT)检测方法
阅读提示:Materials and methods: 'Echocardiographic measurement', 'Quantification of myocardial infarction size', 'Measurement of biochemical parameters'
转录组测序与通路分析
分组(sham, I/R, GXNI 9mL/kg)、每组样本量(n=3)、差异基因筛选标准(fold change≥1.5,P≤0.01)、IPA核心分析参数
阅读提示:Materials and methods: 'RNA sequencing', 'Ingenuity® pathway analysis'
分子表达验证
RT-PCR引物序列、Western blot抗体信息(anti-CXCR1等)、免疫组化一抗稀释度(1:100)
阅读提示:Materials and methods: 'Real-time reverse transcription polymerase chain reaction assay', 'Western blotting', 'Immunohistochemistry'
CETSA与ITDRF
药物处理浓度(GXNI 5 μL/mL, DSS 20 μM)、孵育时间(30min)、温度梯度(37-73℃)、加热时间(3min)、离心条件(20000 g, 20min)
阅读提示:Materials and methods: 'Cellular thermal shift assay', 'Isothermal dose-response'
细胞OGD/R模型与药物处理
细胞系(HL-1)、OGD条件(无糖培养基,95% N2/5% CO2,150min)、复氧条件(完全培养基,24hrs)、DSS浓度(0.3,1,3μM)、GXNI浓度(1μL/mL)、Reparixin浓度(100nM)
阅读提示:Materials and methods: 'Cell culture', 'Establishment of OGD/R model and drug administration'
炎症因子与中性粒细胞检测
ELISA试剂盒(IL-1β, IL-6, TNF-α)、免疫荧光染色一抗(myeloperoxidase polyclonal antibody, 1:100)、荧光二抗(Alexa Fluor 488, 1:200)、DAPI 1:150
阅读提示:Materials and methods: 'Immunohistofluorescence', 'Statistical analysis'