CXCL12-CXCR4-NLRP3轴促进大鼠雪旺细胞焦亡和坐骨神经脱髓鞘

The CXCL12-CXCR4-NLRP3 axis promotes Schwann cell pyroptosis and sciatic nerve demyelination in rats.

作者信息Wei Li, Jie Liang, Shaohua Li, Suli Jiang, Meiying Song, Shuo Xu, Luoyang Wang, Haining Meng, Dongchang Zhai, Lei Tang, Yanyan Yang, Bei Zhang
PMID37497691
发布时间2023-12-12
DOI10.1093/cei/uxad081

实验完整度

包含体外细胞模型(LPS+ATP处理的RSC96细胞)和体内大鼠坐骨神经钳夹损伤模型,并进行了功能验证(CCK-8、流式、Western blot、qPCR、免疫荧光、HE、LFB、透射电镜、SFI)和机制验证(AMD3100抑制、p-NF-κB和TXNIP表达检测)。

主要模型

大鼠坐骨神经钳夹损伤模型 RSC96大鼠雪旺细胞系

重点核对

LPS处理浓度:1 μg/mL,处理24小时 ATP处理浓度:5 mM,处理30分钟 AMD3100体外浓度:2.5 μg/mL,预处理2小时 AMD3100体内剂量:5 mg/kg,术前6小时腹腔注射 SD大鼠品系:8-10周龄雄性,体重200-260 g

摘要

研究表明,NOD样受体蛋白3(NLRP3)炎症小体的激活不利于坐骨神经功能恢复,但周围神经中NLRP3炎症小体的调控机制尚不清楚。C-X-C基序趋化因子12(CXCL12)可与C-X-C趋化因子受体4型(CXCR4)结合,通过调节NLRP3炎症小体参与广泛的神经炎症。基于此,我们探讨CXCL12-CXCR4轴是否调节周围神经中的NLRP3炎症小体。我们发现,与假手术组相比,坐骨神经损伤大鼠中CXCR4/CXCL12、NLRP3炎症小体相关组分、焦亡相关蛋白和炎症因子显著增加。CXCR4拮抗剂AMD3100可逆转NLRP3炎症小体激活、雪旺细胞焦亡和坐骨神经脱髓鞘。我们进一步用脂多糖(LPS)和三磷酸腺苷(ATP)处理大鼠雪旺细胞,模拟坐骨神经损伤的细胞炎症模型,结果与体内一致。此外,体内外实验均表明,AMD3100处理降低了核因子κB(NF-κB)的磷酸化和硫氧还蛋白相互作用蛋白(TXNIP)的表达,这可能有助于激活NLRP3炎症小体。因此,我们的研究结果表明,坐骨神经损伤后,CXCL12-CXCR4轴可能通过激活NLRP3炎症小体促进雪旺细胞焦亡和坐骨神经脱髓鞘,并减慢坐骨神经的恢复过程。

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
探讨CXCL12-CXCR4轴是否通过调控NLRP3炎症小体影响坐骨神经损伤后的雪旺细胞焦亡和神经脱髓鞘。
核心机制
坐骨神经损伤后,雪旺细胞产生的CXCL12通过自分泌方式与细胞膜上的CXCR4结合,通过p-NF-κB和TXNIP促进NLRP3炎症小体激活,进而诱导雪旺细胞焦亡和神经脱髓鞘。
主要证据
在RSC96细胞和坐骨神经损伤大鼠模型中,CXCR4/CXCL12和NLRP3炎症小体相关蛋白表达升高;AMD3100(CXCR4拮抗剂)可降低NLRP3炎症小体组分、焦亡相关蛋白(GSDMD、caspase-1)和炎症因子(IL-1β)的表达,减少细胞膜破裂和脱髓鞘,并改善坐骨神经功能指数(SFI)。
研究意义
揭示了CXCL12-CXCR4轴在周围神经损伤炎症反应中的新机制,可能为减轻神经损伤后脱髓鞘和促进功能恢复提供潜在治疗靶点。

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

体外细胞炎症模型的建立与验证

确定LPS和ATP处理RSC96细胞模拟坐骨神经损伤炎症反应的适宜条件。

CCK-8检测不同浓度LPS和AMD3100对细胞活力的影响,qPCR检测NLRP3、ASC、CXCL12的mRNA水平,Western blot检测NLRP3炎症小体组分和CXCR4/CXCL12蛋白表达,流式细胞术检测细胞膜表面CXCR4表达。

2

验证CXCL12-CXCR4对NLRP3炎症小体和细胞焦亡的影响

验证CXCL12-CXCR4轴是否通过自分泌方式促进NLRP3炎症小体激活和雪旺细胞焦亡。

用AMD3100预处理细胞,再给予CXCL12和LPS刺激,最后用ATP激活;Western blot检测NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β、GSDMD表达;透射电镜观察细胞膜破裂形态。

3

大鼠坐骨神经损伤模型的构建与验证

建立体内坐骨神经钳夹损伤模型,验证损伤后炎症反应和NLRP3炎症小体激活。

采用改良坐骨神经钳夹法构建模型,Western blot检测NLRP3、ASC、p-NF-κB、CXCR4、CXCL12蛋白表达;免疫荧光检测雪旺细胞中CXCL12和CXCR4的表达。

4

评估AMD3100对体内炎症、焦亡和脱髓鞘的影响

验证阻断CXCL12-CXCR4是否能减轻神经损伤后的炎症反应、雪旺细胞焦亡和脱髓鞘,并促进功能恢复。

Western blot检测IL-1β、NLRP3、GSDMD、caspase-1;免疫组化检测NLRP3;HE染色观察炎症细胞浸润;LFB染色观察脱髓鞘;免疫荧光检测雪旺细胞数量;SFI评估神经功能恢复。

5

探索下游机制(p-NF-κB和TXNIP)

验证CXCL12-CXCR4是否通过p-NF-κB和TXNIP调控NLRP3炎症小体激活。

在体内外模型中,Western blot检测p-NF-κB和TXNIP的表达,并观察AMD3100处理对其的影响。

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
RSC96大鼠雪旺细胞系ProcellCL-0199
细胞计数试剂盒-8SelleckB34302
脂多糖SigmaLPS25
AMD3100(普乐沙福)SelleckS3013
高糖DMEM培养基VivaCellC3118-0500
胎牛血清VivaCellC04001-500
牛血清白蛋白SolarbioA8020
磷酸盐缓冲液ServicebioG4202-500ML
兔抗CXCR4抗体Absinabs120406-50μl
FITC标记的山羊抗兔IgGAbcomab6717
流式细胞仪ACEA Biosciences--
细胞培养箱Thermo Fisher--
CXCL12(趋化因子配体12)Peprotech400-32A
抗S100B抗体ServicebioGB11359
抗CXCL12抗体Santa CruzER1902-35
抗CXCR4抗体Santa CruzER1802-28
Cy3标记的山羊抗兔IgGAbcomab6939
FITC标记的山羊抗小鼠IgGAbsinABS20012
Ni-U荧光显微镜Nikon--
RIPA裂解液CWBIOCW2333S
蛋白酶抑制剂TOPSCIENCEC0001
磷酸酶抑制剂TOPSCIENCEC0002
磷酸酶抑制剂TOPSCIENCEC0003
BCA蛋白定量试剂盒CWBIOCW0014S
SDS-PAGE缓冲液CWBIOCW0028S
PVDF膜Sigma03010040001
脱脂奶粉PhygenePH1519
抗NLRP3抗体Abcomab263899
抗ASC抗体Biossbs-6741R
抗caspase-1抗体Biossbs-0169R
抗IL-1β抗体Biossbs-0812R
抗p-NF-κB抗体Biossbs-3543R
抗GSDMD抗体Santa Cruz--
抗TXNIP抗体Santa Cruz--
抗CXCR4抗体Santa Cruz--
抗CXCL12抗体Abcomab25117
抗β-肌动蛋白抗体AbwaysAB0035
抗GAPDH抗体BeyotimeAF1186
HRP标记的抗兔或抗小鼠IgG二抗AbsinLS-C707606-100
Affinity ECL化学发光试剂盒AffinityKF8001
成像仪Amersham--
RNAiso Plus试剂Takara9108
生物光度计Eppendorf--
CFX96实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--
GraphPad Prism 7.0.0GraphPad Software--

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
体外细胞培养与处理
RSC96细胞系;LPS浓度(1 μg/mL)和处理时间(24小时);ATP浓度(5 mM)和处理时间(30分钟);AMD3100预处理浓度(2.5 μg/mL)和时间(2小时);CXCL12浓度(100 ng/mL)和处理时间(24小时)
阅读提示:Methods 中 'Drugs treatment of LPS, ATP, CXCL12, and AMD3100' 小节
体内动物模型
SD大鼠品系、性别、年龄、体重;坐骨神经钳夹时间(1分钟);AMD3100剂量(5 mg/kg)和给药途径(腹腔注射)及时间(术前6小时);取材时间点(损伤后6小时和24小时)
阅读提示:Methods 中 'Experimental animals' 及 'Results' 中相关图注
蛋白表达检测
抗体稀释比例(如anti-NLRP3 1:1000,anti-GSDMD 1:500等);蛋白提取方法(RIPA裂解液);内参蛋白(β-actin或GAPDH)
阅读提示:Methods 中 'Western blot analysis' 小节
mRNA表达检测
引物序列(CXCL12, NLRP3, ASC);RNA提取试剂;RT-qPCR条件
阅读提示:Methods 中 'Quantitative polymerase chain reaction (qPCR)' 小节
功能评估
SFI测量时间点(1, 4, 8, 12, 16, 20, 24天);计算方法
阅读提示:Methods 中 'Sciatic nerve function index (SFI)' 小节及图7D图注