IGF2缺乏通过线粒体功能障碍和上调CEBPB信号促进D-半乳糖诱导衰老小鼠的肝脏衰老

IGF2 deficiency promotes liver aging through mitochondrial dysfunction and upregulated CEBPB signaling in D-galactose-induced aging mice.

作者信息Xiaohai Zhou, Bowen Tan, Weiwei Gui, Caiping Zhou, Hanxin Zhao, Xihua Lin, Hong Li
PMID38017373
期刊Mol Med
发布时间2023-11-28
DOI10.1186/s10020-023-00752-0

实验完整度

包含体内动物模型(IGF2f/f; Alb-Cre小鼠和D-半乳糖诱导衰老)和体外细胞模型(AML12细胞),并进行功能验证(SA-β-gal、细胞周期)和机制验证(线粒体功能、CEBPB信号)。

主要模型

C57BL/6小鼠(年轻、中年、老年) 肝细胞特异性IGF2敲除小鼠(IGF2f/f; Alb-Cre) AML12小鼠正常肝细胞系

重点核对

D-半乳糖给药剂量:120 mg/kg/day,腹腔注射8周 AML12细胞衰老诱导:D-半乳糖(20 g/L)处理48小时或H2O2(100 μM)处理2小时 IGF2敲低使用shRNA(sh-IGF2)和阴性对照(sh-NC) CEBPB敲低使用siRNA(si-CEBPB)和阴性对照(si-NC) 样本量:体内实验每组n=5-7,RNA-Seq每组n=3

摘要

背景 肝脏衰老以细胞衰老和低度炎症为特征,增加对慢性肝病的易感性并恶化其预后。胰岛素样生长因子2(IGF2)与多种衰老相关疾病有关。然而,其在肝脏衰老中的作用和潜在分子机制在很大程度上仍未探索。 方法 检测了年轻(2-4个月)、中年(9-12个月)和老年(24-26个月)C57BL/6小鼠肝脏中IGF2的表达。在体内,使用转基因IGF2f/f; Alb-Cre小鼠和D-半乳糖诱导的衰老模型探讨IGF2在肝脏衰老中的作用。在体外,使用针对IGF2的特异性短发夹RNA敲低AML12细胞中的IGF2。使用D-半乳糖和过氧化氢处理诱导AML12细胞衰老。 结果 我们观察到老年小鼠肝脏中IGF2水平显著降低。随后,我们证明IGF2缺乏在体外和体内衰老模型中促进了衰老表型和衰老相关分泌表型(SASPs)。此外,IGF2缺乏损害线粒体功能,降低线粒体呼吸能力、线粒体膜电位和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)+ / NADH比值,增加细胞内和线粒体活性氧水平,并破坏线粒体膜结构。此外,IGF2缺乏显著上调CCAAT/增强子结合蛋白β(CEBPB)。值得注意的是,抑制CEBPB逆转了IGF2缺乏诱导的衰老表型并减少了SASPs。 结论 总之,我们的发现强烈表明IGF2缺乏通过线粒体功能障碍和上调CEBPB信号促进肝脏衰老。这些结果为考虑将IGF2作为减缓肝脏衰老过程的潜在干预靶点提供了令人信服的证据。

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
IGF2在肝脏衰老中的作用及其潜在分子机制是什么?
核心机制
IGF2缺乏导致线粒体功能障碍(包括呼吸能力下降、ROS增加、MMP降低、NAD+/NADH比值降低等)并上调CEBPB信号,从而促进衰老表型和SASPs。
主要证据
老年小鼠肝脏中IGF2表达降低;IGF2敲除加剧D-半乳糖诱导的肝脏衰老(SA-β-gal染色、衰老基因表达增加);IGF2敲低在AML12细胞中损害线粒体功能并促进衰老;抑制CEBPB逆转了IGF2缺乏的促衰老效应。
研究意义
IGF2可能成为干预以减缓肝脏衰老的潜在靶点。

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

检测不同年龄小鼠肝脏中IGF2表达和衰老标志物

评估IGF2表达与肝脏衰老的相关性

收集年轻(2-4个月)、中年(9-12个月)和老年(24-26个月)C57BL/6小鼠肝脏,通过Western blot和RT-qPCR检测IGF2、P53、P21、P16表达及SASP基因(IL-6、IL-1β、TNF-α、NF-κB1)表达。

2

构建肝细胞特异性IGF2敲除小鼠并诱导衰老模型

验证IGF2缺乏对体内肝脏衰老的影响

使用CRISPR-Cas9技术生成IGF2f/f小鼠,与Alb-Cre小鼠杂交获得肝细胞特异性敲除小鼠(IGF2f/fCre)。对8周龄小鼠腹腔注射D-半乳糖(120 mg/kg/day)或生理盐水8周,分为四组:IGF2f/f、IGF2f/fCre、IGF2f/f+d-gal、IGF2f/fCre+d-gal。检测肝功能(ALT、AST)、衰老基因表达、SA-β-gal染色、H&E染色和F4/80免疫荧光。

3

RNA-Seq转录组分析

分析IGF2缺乏对肝脏转录组的影响,寻找差异表达基因和通路

对IGF2f/f+d-gal和IGF2f/fCre+d-gal小鼠肝组织进行RNA-Seq,筛选差异表达基因(|log2FC|>1, P<0.05),进行GO、KEGG和GSEA富集分析。

4

体外验证IGF2敲低对AML12细胞衰老的影响

在体外模型中验证IGF2缺乏对细胞衰老的作用

使用sh-IGF2敲低AML12细胞中的IGF2,并用D-半乳糖(20 g/L)或H2O2(100 μM)诱导衰老。检测SA-β-gal染色、γ-H2AX免疫荧光、衰老基因表达、细胞活力(CCK-8)、细胞周期(流式)和SASP基因表达。

5

检测IGF2敲低对AML12细胞线粒体功能的影响

探究IGF2缺乏是否导致线粒体功能障碍及其与衰老的关系

使用Seahorse分析检测耗氧率(OCR),测量ROS、线粒体ROS、线粒体膜电位(JC-1)、NAD+/NADH比值,并通过透射电镜观察线粒体结构。使用烟酰胺核苷(NR)补充NAD+,检测对衰老表型的挽救效果。

6

验证CEBPB在IGF2缺乏促衰老中的作用

确定CEBPB是否为IGF2缺乏诱导衰老的关键介质

在体内和体外检测CEBPB表达变化。使用si-CEBPB敲低AML12细胞中的CEBPB,在IGF2敲低背景下,评估SA-β-gal、γ-H2AX、衰老基因表达、细胞增殖和SASP基因表达的变化。

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
D-半乳糖Sigma-Aldrich59-23-4
DMEM/F12培养基Genomcell.bioGNM12500
胎牛血清SERANAS-FBS-EU-015
青霉素-链霉素BiosharpBL505A
胰岛素-转铁蛋白-硒BeyotimeC0345
地塞米松Sigma-AldrichD4902
烟酰胺核苷Zhengzhou Acme Chemical Co. Ltd1341-23-7
聚凝胺----
嘌呤霉素----
Lipo 8000转染试剂BeyotimeC0533
AG RNAex Pro试剂Accurate BiotechnologyAG21102
Evo M-MLV RT Premix试剂盒Accurate BiotechnologyAG11706
SYBR Green Premix Pro Taq HS qPCR试剂盒Accurate BiotechnologyAG11701
RIPA裂解液FdBio ScienceFD009
BCA蛋白检测试剂FdBio ScienceFD2001
抗IGF2抗体Abcamab9574
抗P53抗体Proteintech10442-1-AP
抗P21抗体AbclonalA11454
抗P16抗体AbclonalA0262
抗CEBPB抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7962
抗AKT抗体Cell Signaling Technology9272S
抗p-AKT抗体Cell Signaling Technology4060S
抗ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695S
抗p-ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4370S
抗p38抗体Cell Signaling Technology8690S
抗p-p38抗体Cell Signaling Technology4511S
抗小鼠二抗FdBio ScienceFDM007
抗兔二抗FdBio ScienceFDR007
增强化学发光试剂盒FdBio ScienceFD8030
SA-β-gal染色试剂盒BeyotimeC0602
抗F4/80抗体Invitrogen13-4801-82
抗γ-H2AX抗体Biossbs-2560R
DyLight 488亲和纯化山羊抗小鼠IgGFdBio ScienceFD0150
DyLight 594亲和纯化山羊抗兔IgGFdBio ScienceFD0129
DAPI----
CCK-8检测试剂盒BeyotimeC0038
细胞周期和凋亡检测试剂盒BeyotimeC1052
XF线粒体压力测试试剂盒Agilent103015-100
XFe96细胞外流量分析仪Agilent--
ROS检测试剂盒BeyotimeS0033S
JC-1检测试剂盒SolarbioM8650
MitoSOX Red线粒体超氧化物指示剂InvitrogenM36008
NAD+/NADH定量试剂盒UElandyN6035
丙氨酸氨基转移酶检测试剂盒Nanjing JianChengC009-2-1
天冬氨酸氨基转移酶检测试剂盒Nanjing JianChengC010-2-1
小鼠胰岛素免疫分析试剂盒EZassayMS300

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
动物实验与衰老模型
小鼠品系、年龄、体重、D-半乳糖剂量(120 mg/kg/day)、给药方式(腹腔注射)、给药时间(8周)、对照组(生理盐水)、每组样本量(n=5-7)
阅读提示:Materials and methods: Animal experiments
体外细胞衰老模型
AML12细胞培养条件(DMEM/F12、10% FBS、100 U/mL青霉素-链霉素、1% ITS、40 ng/mL地塞米松)、D-半乳糖浓度(20 g/L)和处理时间(48小时)、H2O2浓度(100 μM)和处理时间(2小时)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture
IGF2和CEBPB敲低
shRNA和siRNA序列(补充表S1)、感染MOI(10)、polybrene浓度(6 μg/mL)、嘌呤霉素筛选浓度(3 μg/mL筛选,1 μg/mL维持)、siRNA转染试剂(Lipo 8000)和时间(48小时)
阅读提示:Materials and methods: Cells infection and transfection
线粒体功能检测
Seahorse检测细胞密度(8000细胞/孔)、药物浓度(Oligomycin 1.0 μM, FCCP 1.0 μM, Rot/AA 0.5 μM)、ROS检测探针浓度(DCFH-DA 10 μM)、MitoSOX浓度(5 μM)、JC-1染色浓度(1:200)和孵育时间(20分钟)
阅读提示:Materials and methods: Measurement of oxygen consumption rate, ROS production, mitochondrial membrane potential, mitochondrial ROS
NAD+补充实验
NR剂量(1 mM)和处理时间(48小时)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture