IRE1α臂未折叠蛋白反应在肌肉特异性TGF-β信号介导的肌肉细胞免疫特性调控中的作用

IRE1α arm of unfolded protein response in muscle-specific TGF-β signaling-mediated regulation of muscle cell immunological properties.

作者信息Jiangwei Xiao, Jingwen Huang, Xiaoting Jian, Han Wang, Haiqiang Lan, Zhaohong Liao, Ruicai Gu, Jijie Hu, Hua Liao
PMID36849929
发布时间2023-02-27
DOI10.1186/s11658-023-00429-w

实验完整度

高

包含体内动物模型(CTX损伤小鼠)、体外细胞实验(原代MPC分化为肌管)、多种抑制剂/激动剂处理及蛋白和mRNA水平验证,证据层级多元。

主要模型

CTX损伤小鼠胫骨前肌(TA) SM TGF-βr2−/−转基因小鼠 原代肌源性前体细胞(MPCs)分化为肌管

重点核对

CTX注射剂量:50μl,浓度50μg/ml MPC分化与刺激条件:72h分化后加LPS 100ng/ml和IFN-γ 3ng/ml处理24或48h UPR抑制剂处理:4-PBA(10mM)、4μ8c(50mM)、GSK2606414(1mM)处理4h TGF-β信号激动剂:SRI-011381 hydrochloride(8μg/ml)处理4h p38抑制剂:SB202190(20mM)处理4h

摘要

内质网应激(ERS)和未折叠蛋白反应(UPR)参与多种肌肉病理状态。UPR的IRE1α臂在炎症环境下通过抑制p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)激活,影响肌纤维的免疫特性。然而,调控肌纤维中IRE1α臂起始的相关通路分子仍不清楚。本研究检测了心肌毒素(CTX)损伤小鼠肌肉中转化生长因子-β(TGF-β)和TGF-β受体II(TGF-βr2)的表达以及UPR通路的激活,揭示了CTX损伤肌肉和再生肌纤维中TGF-β信号和UPR的激活。利用对照或骨骼肌TGF-βr2敲除(SM TGF-βr2−/−)转基因小鼠及其衍生的原代分化肌源性前体细胞(MPCs),并给予或不给予ERS激活剂或抑制剂、IRE1α通路抑制剂或TGF-β信号激活剂处理,本研究进一步揭示了内源性TGF-β信号在调节肌肉细胞表达炎症相关分子(包括H-2Kb、H2-Eα、TLR3和特定肌因子)中的关键作用。在炎症环境下,TGF-β信号促进了UPR IRE1α臂并抑制了p38 MAPK的激活。本研究揭示了TGF-β信号作为上游因子,通过UPR–IRE1α–p38 MAPK通路控制炎症状态下肌纤维免疫能力的新功能。

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
肌纤维特异性的TGF-β信号是否及如何通过调节肌纤维的ERS和UPR反应影响肌肉损伤后的局部炎症发展。
核心机制
TGF-β信号通过激活UPR的IRE1α臂,进一步抑制p38 MAPK的激活,从而下调肌纤维免疫分子(如H-2Kb、H2-Eα、TLR3)和促炎肌因子(如IL-6、MCP-1等)的表达。
主要证据
CTX损伤小鼠模型和SM TGF-βr2−/−小鼠及其MPC-肌管实验中,TGF-βr2缺失导致UPR活性降低、免疫分子和肌因子表达升高,且该效应可通过SRI(TGF-β信号激动剂)逆转,通过4-PBA或4μ8c阻断,利用p38抑制剂SB202190验证了p38参与该调控。
研究意义
本研究揭示了肌纤维TGF-β信号在调控损伤肌肉炎症和修复中的作用及机制,可能为治疗慢性免疫性肌炎提供新的干预靶点。

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

检测CTX损伤肌肉中TGF-β信号和UPR的激活

明确损伤肌肉中TGF-β信号和UPR通路的表达变化。

利用转录组芯片、qPCR和Western blot检测CTX损伤小鼠TA肌肉中TGF-β2、TGF-βr2及UPR通路蛋白(P-IRE1α、P-eIF2α、ATF6)的表达。

2

验证SM TGF-βr2−/−小鼠肌肉炎症和再生表型

评估肌纤维TGF-β信号缺失对肌肉炎症和再生的影响。

利用SM TGF-βr2−/−小鼠和对照小鼠,通过组织学染色、免疫荧光和FACS分析检测CTX损伤后炎症细胞浸润、巨噬细胞表型转化以及再生标志物表达。

3

体外MPC-肌管培养验证TGF-β对免疫分子表达的直接影响

验证肌纤维内源性TGF-β信号对免疫分子和肌因子表达的直接影响。

从SM TGF-βr2−/−和对照小鼠分离MPC,分化72h为肌管,给予促炎刺激(LPS和IFN-γ)或TGF-β信号激动剂SRI,检测免疫分子(H-2Kb、H2-Eα、TLR3)和肌因子表达。

4

验证UPR在TGF-β调控免疫分子中的作用

确定TGF-β信号是否通过调节UPR活性影响肌细胞免疫分子表达。

使用UPR激活剂(TM、Tg)、抑制剂(4-PBA)处理对照或SM TGF-βr2−/− MPC-肌管,检测免疫分子表达变化。

5

验证IRE1α通路介导TGF-β的免疫抑制功能

验证TGF-β信号通过激活IRE1α臂抑制肌细胞免疫分子表达。

在SM TGF-βr2−/− MPC-肌管中,使用SRI激活TGF-β信号后,加入IRE1α抑制剂4μ8c或PERK抑制剂GSK2606414,检测免疫分子和肌因子水平。

6

验证p38 MAPK通路在TGF-β-UPR-IRE1α信号调控免疫分子中的作用

验证p38 MAPK通路是否参与TGF-β-UPR-IRE1α信号对肌细胞免疫分子表达的调控。

使用p38抑制剂SB202190处理SM TGF-βr2−/−或对照MPC-肌管,检测免疫分子表达;并检测MAPK信号蛋白磷酸化水平。

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
心肌毒素Sigma--
II型胶原酶Sigma--
小鼠卫星细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec--
胎牛血清----
马血清----
脂多糖R&D Systems--
干扰素-γR&D Systems--
4-苯基丁酸Selleck--
4μ8cSelleck--
GSK2606414Selleck--
衣霉素Santa Cruz--
毒胡萝卜素Santa Cruz--
SB202190Sigma--
SRI-011381盐酸盐MedChemExpress--
TRIzol试剂Life Technologies--
Agilent全基因组寡核苷酸芯片Aglilent TechnologiesG4140-90040
逆转录试剂盒Thermo Fisher Scientifick1622
蛋白质提取试剂盒KeyGEN--
大鼠抗小鼠F4/80抗体eBioscience56-4801-80
兔抗小鼠IRE1α(p Ser724)抗体NOVUSNB100-2323
小鼠抗小鼠eIF2α(p S51)抗体Abcamab32157
小鼠抗小鼠ATF6抗体NOVUSNBP1-40256
大鼠抗小鼠CD11b抗体eBioscience50-0112-82
兔抗小鼠肌营养不良蛋白抗体Biossbs-14477R
大鼠抗小鼠层粘连蛋白抗体Abcamab11576
兔多克隆抗快速肌球蛋白重链抗体Abcamab91506
兔抗小鼠肌细胞生成素抗体InvitrogenPA5-116750
兔抗小鼠结蛋白抗体Abcamab32362
兔多克隆抗肌球蛋白-3抗体Biossbs-10905R
小鼠抗小鼠p38抗体Santa Cruzsc-166182
山羊抗大鼠IgG H&L(FITC)二抗Abcamab6840
Cy3偶联的山羊抗大鼠IgG二抗BeyotimeA0507
Cy3偶联的山羊抗兔IgG二抗BeyotimeA0516
Alexa Fluor 488偶联的山羊抗小鼠IgG二抗BeyotimeA0428
Alexa Fluor 488偶联的山羊抗兔IgG二抗BeyotimeA0423
DAPI----
兔抗小鼠TGF-β2抗体Biossbs-20412R
兔抗小鼠TGF-βr2抗体Biossbs-0117R
小鼠抗小鼠TLR3抗体NOVUSNBP2-24875
兔抗小鼠H-2Kb抗体Abcamab93364
小鼠抗小鼠H2-Eα抗体NOVUSNBP1-43312
兔抗小鼠IRE1α抗体NOVUSNB100-2324
兔抗小鼠IRE1α(p Ser724)抗体NOVUSNB100-2323
小鼠抗小鼠eIF2α抗体Abcamab5369
兔抗小鼠eIF2α(p S51)抗体Abcamab32157
小鼠抗小鼠ATF6抗体NOVUSNBP1-40256
兔抗小鼠p65抗体CST8242
兔抗小鼠磷酸化p65抗体CST3033
兔抗小鼠Erk1/2抗体CST4695
兔抗小鼠磷酸化Erk1/2抗体CST4370
小鼠抗小鼠p38抗体Santa Cruzsc-7972
小鼠抗小鼠p38抗体Santa Cruzsc-166182
兔抗小鼠JNK抗体CST9252
兔抗小鼠磷酸化JNK抗体CST9255
兔抗小鼠Smad2/3抗体Abcamab217553
小鼠抗小鼠GAPDH抗体FudebioFD0063-100
山羊抗兔IgG-HPR二抗FudebioFD0128
山羊抗小鼠IgG-HPR二抗FudebioFD0142
Bio-Rad Bio-Plex 200检测仪Bio-Rad Laboratories--
FACSAria II流式细胞分选仪BD Biosciences--
抗CD45-Pacific Blue抗体----
抗CD11b-PE抗体----
抗Ly6C-FITC抗体----
抗CD206-eFluor 700抗体----

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
CTX注射剂量、浓度、注射体积和检测时间点;小鼠品系和基因型(SM TGF-βr2−/−及对照)
阅读提示:见Methods中Animal experiments和Mice部分
原代MPC分离与分化
新生鼠年龄、胶原酶消化时间、分离试剂盒操作细节、生长培养基和分化培养基成分、分化时间
阅读提示:见Methods中Cell cultures部分
促炎刺激
LPS和IFN-γ的浓度、处理时间(24h或48h)
阅读提示:见Methods中Cell cultures部分及图例
药物处理
各抑制剂和激活剂的浓度和处理时间:4-PBA (10mM, 4h), 4μ8c (50mM, 4h), GSK2606414 (1mM, 4h), TM (1mg/ml, 4h), Tg (0.2mmol/l, 4h), SB202190 (20mM, 4h), SRI (8μg/ml, 4h)
阅读提示:见Methods中Cell cultures部分
蛋白质检测
抗体详细信息(克隆号、稀释比、种属)、蛋白提取方法、定量方法和内参基因
阅读提示:见Methods中Western blot analysis部分及图例