间充质干细胞通过调节内质网应激反应的IRE1α分支抑制上皮间质转化

Mesenchymal Stem Cells Inhibit Epithelial-to-Mesenchymal Transition by Modulating the IRE1α Branch of the Endoplasmic Reticulum Stress Response.

作者信息Ruixi Luo, Yaqiong Wei, Peng Chen, Jing Zhang, La Wang, Wenjia Wang, Ping Wang, Weiyi Tian
PMID37545482
发布时间2023-07-26
DOI10.1155/2023/4483776

实验完整度

包含体外A549细胞模型(TGF-β1诱导EMT、ER应激抑制剂和IRE1α抑制剂验证)和体内小鼠BLM模型(MSC移植、组织学、ELISA等),并进行功能验证和机制研究。

主要模型

A549细胞(TGF-β1诱导EMT模型) huMSCs(人脐带间充质干细胞共培养) C57BL/6小鼠(BLM诱导肺纤维化模型) 小鼠MSCs(尾静脉移植)

重点核对

TGF-β1浓度10 ng/ml处理A549细胞72小时 MSC与A549细胞共培养比例2:5 ER应激抑制剂TUDCA 100 μM预处理1小时 IRE1α抑制剂4μ8c 10 μM预处理1小时 BLM剂量3.5 mg/kg气管内注射,MSC尾静脉注射5×10^5细胞/只,共两次

摘要

背景:特发性肺纤维化(IPF)是最常见的特发性间质性肺病,由于缺乏有效的诊断方法和治疗手段,其预后较差。上皮间质转化(EMT)在IPF发病机制中起关键作用。内质网(ER)应激通过EMT介导的途径促进纤维化。间充质干细胞(MSC)移植是肺纤维化的一种有前景的治疗策略,并通过旁分泌作用改善动物模型中的肺纤维化。然而,移植的MSC发挥作用的特异性机制尚不清楚。我们先前报道了MSC通过调节ER应激和内皮间质转化减轻内皮损伤。本研究探讨了调节ER应激和EMT相关通路是否在MSC介导的IPF缓解中发挥重要作用。方法与结果:我们构建了转化生长因子-β1(TGF-β1)诱导的A549细胞纤维化模型。TGF-β1用于诱导A549细胞发生EMT,MSC共培养降低了EMT,表现为E-钙粘蛋白水平升高,波形蛋白水平降低。ER应激参与了TGF-β1诱导的A549细胞EMT,MSC抑制了TGF-β1上调的XBP-1s、XBP-1u和BiP的表达。抑制ER应激有助于MSC介导的A549细胞EMT改善,ER应激通路的IRE1α-XBP1分支的调节可能在这一作用中发挥重要作用。MSC移植减轻了博来霉素(BLM)诱导的小鼠肺纤维化。MSC治疗降低了ER应激和EMT相关基因和蛋白质的表达,MSC治疗最明显的作用是抑制IRE1α/XBP1通路。结论:本研究表明MSC通过调节ER应激降低EMT,阻断IRE1α-XBP1通路可能在这一作用中起关键作用。本研究为MSC在IPF治疗中的应用提供了新的见解,并阐明了MSC预防肺纤维化的机制。

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
间充质干细胞是否通过调节内质网应激及其下游通路来抑制上皮间质转化,从而减轻特发性肺纤维化?
核心机制
MSC通过抑制内质网应激,特别是下调IRE1α-XBP1通路,减少TGF-β1诱导的EMT,从而改善肺纤维化。
主要证据
体外实验显示MSC共培养抑制TGF-β1诱导的EMT和ER应激标志物,且通过IRE1α抑制剂4μ8c验证了通路作用;体内实验显示MSC移植降低BLM诱导的肺纤维化小鼠中ER应激和EMT相关基因和蛋白表达,并抑制IRE1α-XBP1通路。
研究意义
本研究为MSC治疗IPF提供了新的见解,并阐明了MSC预防肺纤维化的机制,可能有助于MSC在IPF治疗中的应用。

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TGF-β1诱导A549细胞EMT模型

验证TGF-β1能否在A549细胞中诱导EMT,并确定合适的处理浓度和时间。

用不同浓度(5、10、20 ng/ml)的TGF-β1处理A549细胞不同时间(24、48、72小时),通过CCK8检测细胞活力,观察细胞形态,并通过Western blot和免疫荧光检测EMT标志物(E-cadherin、vimentin)及N-cadherin、TWIST1、Snail、Slug的表达。

2

验证MSC对A549细胞EMT的影响

探究MSC共培养是否能抑制TGF-β1诱导的EMT。

将huMSCs(P2-P4)与A549细胞以2:5比例共培养,用TGF-β1(10 ng/ml)处理72小时,通过Q-PCR、Western blot、免疫荧光检测E-cadherin和vimentin的表达,并检测N-cadherin、TWIST1、Snail、Slug的表达。

3

检测TGF-β1诱导A549细胞ER应激

验证ER应激是否参与TGF-β1诱导的EMT。

用TGF-β1处理A549细胞不同时间,通过Western blot检测ER应激标志物(CHOP、BiP、ATF6、ATF4、XBP-1s)的表达;用ER应激诱导剂衣霉素(TM)处理A549细胞,检测细胞活力和EMT标志物。

4

评估MSC对ER应激的抑制作用

探究MSC是否能抑制TGF-β1诱导的ER应激。

将MSC与A549细胞共培养,用TGF-β1处理,通过Western blot和Q-PCR检测ER应激标志物(XBP-1s、XBP-1u、BiP、ATF4、ATF6等),并通过透射电镜观察内质网超微结构。

5

验证ER应激抑制对MSC介导EMT改善的贡献

确定抑制ER应激是否能模拟MSC的抗EMT效果。

使用ER应激抑制剂TUDCA(100 μM)预处理A549细胞,再用TGF-β1处理,通过Western blot检测ER应激和EMT标志物。

6

验证IRE1α-XBP1通路在MSC抗EMT中的作用

探究MSC是否通过抑制IRE1α-XBP1通路来减轻EMT。

检测TGF-β1和MSC共培养对IRE1α和p-IRE1α表达的影响;使用IRE1α特异性抑制剂4μ8c处理,检测EMT标志物的变化。

7

体内验证MSC对BLM诱导肺纤维化的治疗作用

验证MSC移植能否减轻BLM诱导的肺纤维化小鼠模型中的炎症和纤维化。

C57BL/6小鼠分为对照组、BLM组和BLM+MSC组,气管内注射BLM诱导纤维化,随后尾静脉注射MSC,28天后取材,检测体重、血清炎症因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)和TGF-β1水平,通过HE染色、Masson染色和羟脯氨酸含量评估肺纤维化。

8

体内检测MSC对ER应激和EMT的抑制作用

验证MSC在体内是否抑制ER应激和EMT,并确认IRE1α-XBP1通路的作用。

通过Q-PCR和Western blot检测肺组织中EMT标志物(E-cadherin、vimentin)和ER应激标志物(ATF6、IRE1α、XBP-1s等)的表达,并通过免疫荧光双染观察BiP和vimentin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
DMEM/F-12培养基ServicebioG4613
胎牛血清Gibco--
MSC完全培养基Zhongqiao XinzhouZQ-1320
血清替代物Zhongqiao XinzhouZQ-1320S
抗生素BasalMediaS110JV
Transwell小室Corning--
转化生长因子-β1PeproTech100-21
牛磺熊去氧胆酸Absinabs816166
IRE1α抑制剂TopscienceT6363
衣霉素AbMoleM4798
CCK-8试剂盒DojindoCK04
电镜固定液ServicebioG1102
TRIzol试剂Thermo Scientific15596026
逆转录试剂盒VazymeR312
SYBR Green qPCR预混液BimakeB21203
CFX96实时荧光定量PCR仪BioRad--
RIPA裂解液Beyotime--
无蛋白快速封闭液EpiZymePS108
CHOP抗体BimakeA5462
BiP抗体Proteintech11587-1-Ap
ATF6抗体SangonD262665
ATF4抗体BimakeA5514
XBP-1s抗体Proteintech24868-1-AP
XBP-1u抗体Proteintech25997-1-AP
IRE1α抗体BosterA00683-1
磷酸化IRE1α(S724,人)抗体Abcamab124945
磷酸化IRE1α(S724,小鼠)抗体ZEN-BIO530878
波形蛋白抗体HuaBioET1610-39
E-钙粘蛋白抗体ZEN-BIO340341
GAPDH抗体Biossbs-0755R
辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG(H+L)ABclonalAS014
辣根过氧化物酶标记的山羊抗小鼠IgG(H+L)ABclonalAS003
抗BiP抗体Proteintech11587-1-AP
抗波形蛋白抗体Affinity BiosciencesBF8006
抗E-钙粘蛋白抗体CST3195T
博来霉素AladdinB107423
羟脯氨酸检测试剂盒NNJCBIOA030-2-1
Masson染色试剂盒NJJCBIOD026
IL-1β ELISA试剂盒MultiSciences70-EK201B
IL-6 ELISA试剂盒ABclonalRK00008
TNF-α ELISA试剂盒SolarbioSEKM-0034
TGF-β1 ELISA试剂盒SolarbioSEKM-0035

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EMT诱导
A549细胞系;TGF-β1浓度10 ng/ml;处理时间72小时;细胞培养条件(DMEM/F-12+10% FBS, 37°C)
阅读提示:Methods 2.1, 2.2; Results 3.1
MSC共培养
huMSCs(P2-P4);共培养比例2:5;Transwell insert;MSC培养基和血清替代物;共培养时间72小时
阅读提示:Methods 2.1, 2.2
ER应激抑制实验
TUDCA浓度100 μM;预处理1小时;TGF-β1处理72小时;对照组设置
阅读提示:Methods 2.2; Results 3.5
IRE1α通路抑制实验
4μ8c浓度10 μM;预处理1小时;TGF-β1处理72小时;对照组设置
阅读提示:Methods 2.2; Results 3.6
体内肺纤维化模型
C57BL/6小鼠(8周龄,雄性,n=5/组);BLM剂量3.5 mg/kg气管内注射;MSC剂量5×10^5细胞/只尾静脉注射两次(每隔一周);实验周期28天
阅读提示:Methods 2.8; Results 3.7
组织学与ELISA
HYP含量(μg/mg左肺湿重);HE和Masson染色;血清TNF-α、IL-1β、IL-6、TGF-β1水平
阅读提示:Methods 2.9-2.11; Results 3.7