当归多糖和黄芪多糖通过激活JAK2/STAT3/HK2通路增强糖酵解加速肝再生

Angelica sinensis Polysaccharide and Astragalus membranaceus Polysaccharide Accelerate Liver Regeneration by Enhanced Glycolysis via Activation of JAK2/STAT3/HK2 Pathway.

作者信息Xu-Dong Wen, Yao-Lei Zhang, Ling Yang, Zhen Ye, Guo-Chuan Fu, Yong-He Hu, Tao Pan, Qiao-Bo Ye
PMID36431990
期刊Molecules
发布时间2022-11-15
DOI10.3390/molecules27227890

实验完整度

包含体外细胞增殖、体内肝切除模型、代谢组学、功能验证(HK2/STAT3敲低)及通路验证等多个独立证据层级。

主要模型

NCTC clone 1469细胞系 BRL-3A细胞系 Balb/c小鼠70%肝切除模型

重点核对

ASP和AMP浓度(体外:ASP 12.5 μg/mL和AMP 100 μg/mL用于NCTC clone 1469;ASP 160 μg/mL和AMP 800 μg/mL用于BRL-3A;体内:ASP 250 mg/kg/day和AMP 1 g/kg/day) 处理时间(体外7天,体内3天和7天) 动物模型:Balb/c小鼠70%肝切除 HK2敲低(shRNA)和STAT3敲低(shRNA)

摘要

促进肝再生对于避免肝切除术后肝衰竭至关重要。当归多糖(ASP)和黄芪多糖(AMP)已被确认与肝脏保护作用相关。然而,它们在肝再生中的作用及具体机制仍有待阐明。本研究表明,单独使用ASP或AMP在较宽的浓度范围(12.5 μg/mL至3200 μg/mL)内显著促进体外肝细胞增殖,且联合干预时观察到更强的促进作用。在小鼠部分肝切除术后给予ASP-AMP,第7天肝重/体重比显著增加(4.20%),第3天血清转氨酶(ALT 243.53 IU/L和AST 423.74 IU/L)和总胆红素水平(52.61 IU/L)降低。代谢组学显示差异代谢物富集于糖酵解,β-d-果糖6-磷酸和乳酸高表达,随后上清液(0.54)和血清(0.43)中乳酸分泌显著增强(相对于对照归一化)。在ASP-AMP处理后,敲低己糖激酶2(HK2)或通过2-脱氧-d-葡萄糖抑制糖酵解,在体外和体内均降低了肝细胞增殖。此外,通路分析预测JAK2/STAT3通路在ASP-AMP调控肝再生中的作用,并证明JAK2和STAT3的磷酸化在该促进过程中升高。最后,当体外敲除STAT3时,HK2表达下调,乳酸分泌水平降低,肝细胞增殖减少。因此,可以得出结论,ASP-AMP加速肝再生并在肝切除术后发挥肝脏保护作用,其中JAK2/STAT3/HK2通路积极参与激活糖酵解。

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
当归多糖和黄芪多糖联合使用是否及如何促进肝再生?
核心机制
ASP-AMP通过激活JAK2/STAT3通路,上调HK2表达,增强糖酵解(乳酸产生),从而促进肝细胞增殖和肝再生。
主要证据
体外细胞增殖实验、体内肝切除模型、代谢组学分析显示糖酵解增强,HK2敲低或2-DG抑制糖酵解降低了增殖,STAT3敲低降低HK2表达和乳酸分泌。
研究意义
该研究表明ASP和AMP作为天然药物,可考虑用于肝切除术后患者的肝再生治疗,但需进一步研究其药代动力学和毒性。

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

体外细胞增殖实验

评估ASP和AMP单独及联合对肝细胞增殖的影响

使用NCTC clone 1469和BRL-3A细胞系,以不同浓度ASP和AMP处理,通过细胞活力和EdU染色检测增殖。

2

体内肝切除模型验证

验证ASP-AMP在体内对肝再生的促进作用及肝脏保护作用

对Balb/c小鼠进行70%肝切除,给予ASP-AMP口服7天,检测肝重比、Ki67染色、血清ALT/AST/总胆红素水平。

3

代谢组学分析

鉴定ASP-AMP处理后的差异代谢物和富集通路

对ASP-AMP处理的肝细胞和肝组织进行非靶向代谢组学,分析差异代谢物和KEGG通路富集。

4

糖酵解及相关酶验证

确定ASP-AMP是否通过HK2增强糖酵解来促进肝再生

检测糖酵解相关基因表达,验证HK2蛋白上调,通过HK2敲低或2-DG抑制糖酵解后观察细胞增殖和乳酸分泌变化。

5

通路验证

验证JAK2/STAT3通路是否参与ASP-AMP调控的肝再生

通过网络药理学预测JAK/STAT通路,检测JAK2和STAT3磷酸化水平,用JAK2抑制剂ruxolitinib处理观察细胞增殖和乳酸变化。

6

机制验证

验证STAT3是否通过上调HK2来促进糖酵解和细胞增殖

敲低STAT3后检测HK2表达、乳酸分泌和细胞增殖。

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
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Thermo Fisher Scientific1099-141
青霉素-链霉素Thermo Fisher Scientific15140122
胰蛋白酶-EDTA(0.05%)Thermo Fisher Scientific--
当归多糖Desite BiotechnologyDSTDDO28301
黄芪多糖Desite BiotechnologyDSTDH010901
鲁索替尼Beyotime BiotechnologySD4740
2-脱氧-d-葡萄糖Beyotime BiotechnologyST1024
AlamarBlue细胞活力检测试剂盒InvitrogenDAL1100
EdU工作液Beyotime Biotechnology--
ALT ELISA试剂盒JonlnJL20911
AST检测试剂盒Nanjing Jiancheng BioC010-2-1
总胆红素检测试剂盒Nanjing Jiancheng BioC019-1-1
L-乳酸检测试剂盒Jiancheng Bioengineering--
RIPA裂解液KeyGEN BioTECHKGP2100
BCA蛋白定量试剂盒KeyGEN BioTECHKGP902
PVDF膜----
抗STAT3抗体Abcamab68153
抗磷酸化STAT3抗体Abcamab32143
抗JAK2抗体Abcamab108596
抗磷酸化JAK2抗体Abcamab32101
抗PCNA抗体Abcamab92552
抗MYC抗体Abcamab32072
抗P53抗体Abcamab90363
抗β-肌动蛋白抗体BiosynthesisBsm-33036M
抗HK2抗体Abcamab209847
抗GLUT1抗体Abcamab115730
山羊抗小鼠IgG抗体Biossbs-0296G
山羊抗兔IgG抗体Biossbs-0295G
Clarity Western ECL底物Bio-Rad--
Trizol试剂Invitrogen--
PrimeScript逆转录试剂盒Takara--
SYBR Green荧光染料Takara--
Balb/c小鼠Chengdu Dashuo BiotechnologySCXK 2008-24
异氟烷----
抗Ki67抗体Biossbs-2130R
二抗试剂盒ZSGB-Biosp-9000
DAB底物ZSGB-BioZLI-9018
酶标仪(Multiskan GO)Thermo Fisher Scientific--
CFX96深孔荧光定量PCR仪Bio-Rad--
光学显微镜(DM3000)Leica--

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
体外细胞培养与增殖实验
细胞系(NCTC clone 1469和BRL-3A)、ASP/AMP浓度、处理时间、细胞活力检测时间点(1,3,5,7天)、EdU染色处理时间(3天)
阅读提示:见4.1细胞培养和试剂、4.2细胞活力、4.3 Click-iT EdU增殖染色
体内动物模型
Balb/c小鼠周龄、体重、70%肝切除手术细节、ASP-AMP给药剂量(ASP 250 mg/kg/day、AMP 1 g/kg/day)和途径(口服)、2-DG给药剂量(1 g/kg)和途径(腹腔注射)、采样时间点(1,3,7天)
阅读提示:见4.4实验动物、4.5 70%部分肝切除小鼠模型
代谢组学与乳酸检测
代谢组学方法(LC-MS/MS)、样本量(细胞n=6,肝组织n=8)、处理时间(3天)、乳酸检测的样本来源(上清液和血清)
阅读提示:见补充方法S1、4.8乳酸测量
蛋白表达检测
抗体信息(包括品牌和货号)、稀释比例(1:1000)、孵育条件(4°C过夜)、内参(β-actin)
阅读提示:见4.9 Western blot
基因敲低实验
shRNA序列、载体(pLKO.1)、敲低效率验证方法(Western blot)、感染时间(3天)、敲低后检测时间(处理7天)
阅读提示:见4.1细胞培养和试剂
通路验证实验
JAK2抑制剂ruxolitinib浓度和处理时间、2-DG处理浓度和时间
阅读提示:见4.1细胞培养和试剂、结果部分2.4和2.5