雌激素通过适应性调节PI3K/Akt信号下调CD73/腺苷轴活性,以预防慢性儿茶酚胺应激期间的心肌炎和心律失常

Estrogen downregulates CD73/adenosine axis hyperactivity via adaptive modulation PI3K/Akt signaling to prevent myocarditis and arrhythmias during chronic catecholamines stress.

作者信息Marie Louise Ndzie Noah, Gabriel Komla Adzika, Richard Mprah, Adebayo Oluwafemi Adekunle, Stephane Koda, Joseph Adu-Amankwaah, Yaxin Xu, Kouminin Kanwore, Prosperl Ivette Wowui, Hong Sun
PMID36823590
发布时间2023-02
DOI10.1186/s12964-023-01052-0

实验完整度

包含体内小鼠模型(OVX/SHAM、ISO处理)和体外H9C2细胞实验,并通过Western blot、ELISA、组织学、心电图等多层级验证,涵盖功能与机制验证。

主要模型

FVB野生型雌性小鼠(卵巢切除/假手术模型) H9C2大鼠心肌细胞系

重点核对

小鼠品系:FVB野生型雌性,8-10周龄? 处理剂量:异丙肾上腺素10 mg/kg/天皮下注射,连续14天;E2 40 μg/kg/天皮下注射,连续14天 细胞处理:H9C2细胞,1 nM E2,10 mM APCP,10 μM ISO,20 μM LY294002,处理24小时 抗体信息:CD73 (Abcam, Ab175396),Akt (CST, 4685S),p-Akt (CST, 4060S)等 统计方法:单因素/双因素方差分析,事后Tukey检验

摘要

背景:在心肌损伤期间,性激素雌激素和CD73(将AMP转化为腺苷的主要酶)是心脏保护分子。然而,目前尚不清楚这两种分子如何协同提供心脏保护。当前研究旨在阐明慢性应激下雌激素与CD73之间的相互作用。方法:对FVB野生型(WT)雌性小鼠进行卵巢切除(OVX)和假手术(SHAM)。手术后两周,每天注射异丙肾上腺素(10 mg/kg/天)处理14天。评估了E2对相关心脏损伤生物标志物(BNP、ANP)、心肌形态(心肌细胞表面积)、心电图、CD73蛋白表达和活性以及巨噬细胞(CD86+和CD206+)浸润的影响。在体外,H9C2细胞用1 nM雌激素、10 mM APCP(CD73抑制剂α,β-亚甲基腺苷-5'-二磷酸)、10 μM异丙肾上腺素和20 μM LY294002(PI3K抑制剂)处理24小时,并通过Western blot阐明雌激素对CD73/腺苷轴作用的机制。结果:慢性儿茶酚胺应激期间的雌激素缺乏导致心肌损伤,从而触发CD73/腺苷轴过度活跃,加剧心肌炎、不良重塑和心律失常。然而,雌激素通过上调PI3K/Akt通路使CD73/腺苷轴正常化,以预防应激期间的不良后果。体内结果显示,抑制PI3K显著降低了PI3K/Akt通路,同时上调了CD73/腺苷轴和细胞凋亡。结论:雌激素在应激期间的多效性心脏保护机制包括通过PI3K/Akt通路使CD73/腺苷轴正常化。

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
在慢性儿茶酚胺应激下,雌激素如何与CD73/腺苷轴相互作用,以及其心脏保护作用的机制是什么?
核心机制
雌激素通过上调PI3K/Akt信号通路,下调CD73/腺苷轴活性,从而减轻心肌炎症、凋亡和心律失常。
主要证据
体内实验显示,OVX+ISO组中CD73表达和腺苷活性升高,p-PI3K/p-Akt降低,而补充E2可逆转;体外实验用LY294002抑制PI3K后,CD73/腺苷轴和凋亡增加。
研究意义
研究强调了雌激素替代治疗在更年期女性中对心脏保护的重要性,并指出治疗剂量应模拟发情周期中的浓度以获得最佳疗效。

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

建立慢性应激模型

模拟雌激素缺乏和慢性儿茶酚胺应激状态,评估心脏损伤。

对FVB雌性小鼠进行OVX或SHAM手术,术后2周开始每日皮下注射ISO(10 mg/kg)或E2(40 μg/kg)或联合处理,持续14天。

2

评估心脏形态和功能

检测雌激素对心肌肥厚、心衰标志物和心律失常的影响。

测量体重、心脏重量,计算HW/BW比值;检测BNP、ANP水平;WGA染色评估心肌细胞面积;记录心电图分析心率、QT、QTc、JT间期和ST段。

3

检测CD73/腺苷轴活性

探究雌激素对CD73表达和腺苷活性的影响。

通过Western blot检测心脏组织CD73蛋白表达,通过荧光法检测心肌和细胞培养基中腺苷浓度。

4

评估炎症反应

检测雌激素对心肌炎症因子和巨噬细胞极化的影响。

通过ELISA检测IL-6、TNF-α、IL-10水平,通过免疫组化染色检测CD86和CD206阳性巨噬细胞浸润。

5

机制验证

验证雌激素是否通过PI3K/Akt通路调节CD73/腺苷轴。

在体内和体外检测p-PI3K、p-Akt、cleaved caspase-3表达;在H9C2细胞中用LY294002抑制PI3K,观察对CD73/腺苷轴和凋亡的影响。

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
雌激素SigmaE2758
CD73抗体Abcamab175396
Akt(总)(11E7) 兔单克隆抗体Cell Signaling Technology4685S
磷酸化Akt (Ser473) (D9E) XP® 兔单克隆抗体Cell Signaling Technology4060S
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
PI3激酶p110α抗体Cell Signaling Technology4255S
山羊抗兔二抗ProteintechSA00001-2
磷酸化PI3K p85α/γ/β抗体ABclonalAP0854
cleaved caspase-3 (Asp175) (D3E9) 兔单克隆抗体Cell Signaling Technology9579
LY294002SigmaLY294002
IL-6 ELISA试剂盒ProteintechKE10007
TNF-α ELISA试剂盒ProteintechKE10002
IL-10 ELISA试剂盒ProteintechKE10008
BNP ELISA试剂盒Jianglai biologyJL12884
ANP ELISA试剂盒Jianglai biologyJL20612
腺苷检测试剂盒Cell BioLabsMET-5090
麦胚凝集素Thermo Fisher ScientificW11261
CD86抗体BiossBS-1035R
CD206抗体Abcamab8918
R-PE偶联二抗ProteintechSA00008-2

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
小鼠品系:FVB野生型雌性;年龄:2个月;分组:SHAM, OVX, OVX+E2, SHAM+ISO, OVX+ISO, OVX+ISO+E2;样本量:n=6-8/组
阅读提示:见Materials and methods中的Experimental animals and models
药物处理
ISO剂量:10 mg/kg/day s.c.,连续14天;E2剂量:40 μg/kg/day s.c.,连续14天
阅读提示:见Materials and methods中的Experimental animals and models
细胞实验
H9C2细胞系;DMEM+10%FBS+1%青霉素;处理浓度:E2 1 nM,ISO 10 μM,APCP 10 mM,LY294002 20 μM;处理时间:24小时
阅读提示:见Materials and methods中的Cells culture and treatment
Western blot
抗体:CD73 (ab175396), Akt (4685S), p-Akt (4060S), GAPDH (10494-1-AP), PI3K p110α (4255S), p-PI3K (AP0854), CC3 (#9579);蛋白质提取方法
阅读提示:见Materials and methods中的Western blotting analysis和Table 1
ELISA
检测IL-6, TNF-α, IL-10, BNP, ANP;试剂盒品牌和货号;样本n=6/组
阅读提示:见Materials and methods中的Enzyme-linked immunosorbent assay
腺苷检测
腺苷试剂盒:MET-5090;样本来源:心肌裂解物和细胞培养基;n=4/组(体内)
阅读提示:见Materials and methods中的Adenosine assay
组织学
WGA染色、IHC(CD86、CD206)、IF(CD73、CC3);组织切片厚度4μm
阅读提示:见Materials and methods中的Histology, immunohistochemistry, and immunofluorescence staining
统计分析
单因素/双因素方差分析,Tukey事后检验,p<0.05为显著;样本量通过功效分析确定
阅读提示:见Materials and methods中的Statistics and reproducibility