胎盘间充质干细胞通过SIRT1-PGC-1α-TFAM通路调节线粒体自噬减轻糖尿病肾病足细胞损伤

Placental Mesenchymal Stem Cells Alleviate Podocyte Injury in Diabetic Kidney Disease by Modulating Mitophagy via the SIRT1-PGC-1alpha-TFAM Pathway.

作者信息Xiudan Han, Jiao Wang, Ruilin Li, Meiling Huang, Guanru Yue, Lulu Guan, Yuanyuan Deng, Wei Cai, Jixiong Xu
PMID36902127
发布时间2023-02-28
DOI10.3390/ijms24054696

实验完整度

包含细胞实验(HG诱导足细胞损伤)、机制验证(SIRT1过表达/敲低/恢复实验)、体内验证(STZ诱导DKD大鼠模型)及多方法检测

主要模型

小鼠足细胞系MPC5 STZ诱导的DKD大鼠模型

重点核对

高糖处理浓度和时间(50 mM,48小时) P-MSCs与MPC5共培养比例(1:10) SIRT1过表达和敲低效率验证 STZ诱导糖尿病模型成功标准(连续三次随机血糖>16.7 mmol/L) P-MSCs注射剂量(1×10^6个细胞/只,尾静脉)

摘要

间充质干细胞(MSCs)的应用已成为治疗糖尿病肾病(DKD)的新策略。然而,胎盘来源的间充质干细胞(P-MSCs)在DKD中的作用仍不清楚。本研究旨在从足细胞损伤和PINK1/Parkin介导的线粒体自噬的角度,在动物、细胞和分子水平上研究P-MSCs对DKD的治疗应用和分子机制。采用Western blotting、逆转录聚合酶链反应、免疫荧光和免疫组织化学检测足细胞损伤相关标志物和线粒体自噬相关标志物、SIRT1、PGC-1α和TFAM的表达。进行敲低、过表达和恢复实验以验证P-MSCs在DKD中的潜在机制。通过流式细胞术检测线粒体功能。通过电子显微镜观察自噬体和线粒体的结构。此外,我们构建了链脲佐菌素诱导的DKD大鼠模型,并将P-MSCs注射到DKD大鼠中。结果显示,与对照组相比,高糖条件下暴露的足细胞加重了足细胞损伤,表现为Podocin表达降低,Desmin表达升高,并抑制了PINK1/Parkin介导的线粒体自噬,表现为Beclin1表达、LC3II/LC3I比值、Parkin和PINK1表达降低,P62表达升高。重要的是,这些指标被P-MSCs逆转。此外,P-MSCs保护了自噬体和线粒体的结构和功能。P-MSCs增加了线粒体膜电位和ATP含量,并减少了活性氧的积累。机制上,P-MSCs通过增强SIRT1-PGC-1α-TFAM通路的表达减轻足细胞损伤和线粒体自噬抑制。最后,我们将P-MSCs注射到链脲佐菌素诱导的DKD大鼠中。结果显示,与DKD组相比,P-MSCs的应用在很大程度上逆转了与足细胞损伤和线粒体自噬相关的标志物,并显著增加了SIRT1、PGC-1α和TFAM的表达。总之,P-MSCs通过激活SIRT1-PGC-1α-TFAM通路改善了DKD中的足细胞损伤和PINK1/Parkin介导的线粒体自噬抑制。

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
P-MSCs是否通过调节线粒体自噬减轻DKD中的足细胞损伤,其分子机制是否涉及SIRT1-PGC-1α-TFAM通路。
核心机制
P-MSCs通过激活SIRT1-PGC-1α-TFAM信号通路,增强PINK1/Parkin介导的线粒体自噬,从而减轻足细胞损伤。
主要证据
体外实验显示P-MSCs逆转HG诱导的足细胞损伤和线粒体自噬抑制,增加SIRT1、PGC-1α、TFAM表达;体内实验显示P-MSCs改善DKD大鼠肾脏病理并上调相关蛋白。
研究意义
本研究首次证明P-MSCs通过SIRT1-PGC-1α-TFAM通路改善DKD,为DKD治疗提供潜在新策略。

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

建立高糖诱导的足细胞损伤模型

确定高糖对足细胞损伤和PINK1/Parkin介导的线粒体自噬的影响及最佳处理条件

用不同浓度葡萄糖(30、40、50 mM)处理MPC5细胞48小时,以及用50 mM葡萄糖处理24、48、72小时,检测足细胞损伤标志物(Podocin、Desmin)和线粒体自噬标志物(Beclin1、LC3II/LC3I、P62、Parkin、PINK1)的表达。

2

评估P-MSCs对足细胞损伤和线粒体自噬的影响

验证P-MSCs能否逆转高糖诱导的足细胞损伤和线粒体自噬抑制

将MPC5与P-MSCs共培养,通过Western blot、RT-PCR、免疫荧光检测足细胞损伤和线粒体自噬相关标志物,并通过透射电镜观察自噬体、线粒体结构。

3

检测线粒体功能

评估P-MSCs对高糖诱导的线粒体功能障碍和ROS积累的影响

通过流式细胞术检测线粒体膜电位(JC-1)、ROS水平,通过ATP检测试剂盒检测ATP含量。

4

机制验证:SIRT1-PGC-1α-TFAM通路

验证P-MSCs是否通过SIRT1-PGC-1α-TFAM通路起作用

通过过表达SIRT1、敲低SIRT1、以及SIRT1过表达与PGC-1α敲低联合实验,检测通路蛋白和下游效应分子的表达。

5

体内验证:STZ诱导的DKD大鼠模型

验证P-MSCs在体内是否改善DKD大鼠的足细胞损伤和线粒体自噬

构建STZ诱导的DKD大鼠模型,通过尾静脉注射P-MSCs,免疫组化检测足细胞损伤和线粒体自噬相关蛋白的表达。

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
杜氏改良Eagle培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
胶原酶IIGibco--
胰蛋白酶Gibco--
T25培养瓶Corning--
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
Opti-MEM培养基----
RIPA裂解液APPLYGEN--
蛋白酶抑制剂GLPBIO--
磷酸酶抑制剂GLPBIO--
增强化学发光检测试剂TIANGEN Biotech--
凝胶成像系统Bio-Rad--
TRIzol试剂TransGen Biotech--
EasyScript®一步法去除基因组DNA和cDNA合成超混合液TransGen Biotech--
QuantiNova™ SYBR Green PCR试剂盒QIAGEN--
Triton X----
牛血清白蛋白----
DAPI----
JC-1检测试剂盒Beyotime Biotechnology--
活性氧检测试剂盒Beyotime Biotechnology--
ATP检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute--
锇酸----
链脲佐菌素----
苏木素----
抗Beclin1抗体Proteintech11306-1-AP
抗LC3B抗体Proteintech14600-1-AP
抗PINK1抗体Proteintech23274-1-AP
抗Tom20抗体Proteintech11802-1-AP
抗PGC-1α抗体Proteintech66369-1-Ig
抗Podocin抗体Proteintech20384-1-AP
抗P62抗体Abcamab109012
抗Parkin抗体Abcamab77924
抗Desmin抗体Abcamab32362
抗SIRT1抗体Abcamab189494
TFAM抗体Affinity BiosciencesAF0531
抗P62抗体Biossbs-2951R
抗PGC-1α抗体Santa Cruz Biotechnologysc-518025
SIRT1小干扰RNASanta Cruz Biotechnology--
PGC-1α小干扰RNASanta Cruz Biotechnology--

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
高糖诱导足细胞损伤模型
葡萄糖浓度50 mM,处理时间48小时;对照组使用5.6 mM葡萄糖;细胞系MPC5
阅读提示:见4.2 Cell Culture及2.1 Results
P-MSCs共培养
P-MSCs与MPC5共培养比例1:10;共培养时间与高糖处理时间一致(48小时)
阅读提示:见4.2 Cell Culture
SIRT1过表达和敲低
转染试剂Lipofectamine 2000;质粒用量1 μg/well;siRNA序列见4.3;转染后处理时间48小时
阅读提示:见4.3 Transfections of Plasmids and Small Interfering RNAs
线粒体功能检测
使用JC-1和ROS检测试剂盒,流式细胞术分析;ATP检测试剂盒按说明书操作
阅读提示:见4.7 ΔΨm, ATP Content, and ROS Determination
动物模型
6周龄雄性SD大鼠(160-180g);STZ剂量60 mg/kg腹腔注射;造模成功标准:连续三次随机血糖>16.7 mmol/L;P-MSCs尾静脉注射1×10^6个细胞/只
阅读提示:见4.9 Experimental Animals
免疫组化
抗体稀释比例未明确说明;使用DAB显色和苏木素复染
阅读提示:见4.10 Immunohistochemistry