间充质干细胞来源小细胞外囊泡对TRPC6蛋白和线粒体的双重作用促进糖尿病创面愈合

A Dual Role of Mesenchymal Stem Cell Derived Small Extracellular Vesicles on TRPC6 Protein and Mitochondria to Promote Diabetic Wound Healing.

作者信息Min Wang, Dakai Yang, Linli Li, Peipei Wu, Yaoxiang Sun, Xu Zhang, Cheng Ji, Wenrong Xu, Hui Qian, Hui Shi
PMID38290527
期刊ACS Nano
发布时间2024-02-13
DOI10.1021/acsnano.3c09814

实验完整度

包含体外细胞模型、患者样本蛋白质谱、动物模型,并进行了功能获得与缺失、机制验证(ChIP、双荧光素酶、Co-IP)。

主要模型

原代大鼠皮肤成纤维细胞(DFs) HaCaT细胞 人脐静脉内皮细胞(HUVECs) 2型糖尿病大鼠模型

重点核对

TRPC6在糖尿病创面组织中的表达降低(患者样本、IHC、蛋白质谱) TRPC6敲低或抑制(siRNA、shTRPC6-AAV9、SAR7334)对Ca2+内流和DFs功能的影响 TRPC6过表达(OE-TRPC6)在高糖环境下恢复DFs功能及长时间作用导致钙超载 MSC-sEVs递送SP2激活TRPC6转录(ChIP、双荧光素酶报告基因验证结合位点-1519至-1725 bp) MSC-sEVs递送USP9去泛素化Parkin促进线粒体自噬(Co-IP、泛素化检测)

摘要

糖尿病创面表现出延迟和不完全的愈合,通常是由于血管和神经损伤。细胞Ca2+稳态的失调最近已被证明与胰岛素抵抗和2型糖尿病密切相关。然而,这种失调在糖尿病创面并发症中的作用仍不清楚。在本研究中,我们通过组织蛋白质谱分析发现糖尿病溃疡患者存在钙失调。高糖和葡萄糖代谢毒物刺激显著损害了TRPC6(一种介导Ca2+内流的瞬时受体电位通道的孔亚基)和线粒体(调节钙循环和代谢)的功能。此外,我们发现间充质干细胞(MSC)来源的小细胞外囊泡(MSC-sEVs)通过分别递送转录因子SP2和去泛素化酶USP9,在恢复TRPC6和线粒体功能方面发挥双重作用。MSC-sEVs可以转移SP2,通过结合其特定启动子区域(-1519至-1725 bp)激活TRPC6表达,从而恢复Ca2+内流和下游通路。MSC-sEVs还通过转运USP9促进线粒体自噬以恢复线粒体功能,USP9稳定了Parkin(线粒体自噬的主要参与者)的表达,从而保证Ca2+外流和避免Ca2+超载。靶向调节钙稳态为理解糖尿病创面愈合提供了一个视角,相应的MSC-sEVs设计可能是一种潜在的治疗策略。

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
糖尿病创面中细胞Ca2+稳态失调是否参与创面愈合障碍,以及MSC-sEVs能否通过调节钙稳态促进糖尿病创面愈合?
核心机制
MSC-sEVs通过递送转录因子SP2结合TRPC6启动子区域(-1519至-1725 bp)激活TRPC6表达,恢复Ca2+内流;同时递送去泛素化酶USP9,通过去泛素化稳定Parkin,促进线粒体自噬,恢复线粒体功能,保证Ca2+外流,避免钙超载,从而维持钙稳态。
主要证据
体外实验显示AGE-BSA降低DFs中TRPC6表达和Ca2+内流;TRPC6敲低或抑制损害DFs功能,过表达恢复功能;MSC-sEVs处理恢复TRPC6表达和Ca2+内流,并促进线粒体功能;机制验证包括双荧光素酶报告基因、ChIP、Co-IP和泛素化实验;动物实验显示MSC-sEVs促进糖尿病大鼠创面愈合。
研究意义
该研究提供了以钙稳态为基础理解糖尿病创面并发症的新视角,并提示将SP2和USP9装载入hucMSC-sEVs可能是一种有效且安全的糖尿病创面治疗策略。

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

糖尿病创面中TRPC6损伤的发现

验证糖尿病创面中TRPC6表达是否受损。

使用AGE-BSA处理原代大鼠DFs模拟高糖环境,检测TRPC6 mRNA和蛋白水平变化;通过患者DFU样本的蛋白质谱、IHC和qPCR分析验证TRPC6表达降低。

2

TRPC6功能验证

确定TRPC6在DFs和皮肤组织中的功能作用。

通过siRNA敲低TRPC6,检测Ca2+内流和DFs功能(胶原分泌、增殖、迁移、凋亡、炎症);使用shTRPC6-AAV9感染大鼠皮肤组织,评估皮肤完整性;使用SAR7334抑制TRPC6,并过表达TRPC6验证功能。

3

MSC-sEVs促进糖尿病创面愈合

评估hucMSC-sEVs对糖尿病创面愈合的影响。

体外用hucMSC-sEVs处理AGE-BSA损伤的DFs,检测凋亡、炎症和胶原分泌;体内建立糖尿病大鼠全层皮肤缺损模型,给予hucMSC-sEVs等处理,观察创面愈合率、组织学变化。

4

验证MSC-sEVs恢复TRPC6表达

验证hucMSC-sEVs能否恢复AGE-BSA引起的TRPC6表达下降。

AGE-BSA处理的DFs加或不加hucMSC-sEVs,检测TRPC6 mRNA和蛋白水平,并通过免疫荧光观察细胞膜定位;体内通过IHC和免疫荧光检测糖尿病大鼠皮肤TRPC6表达。

5

机制验证:SP2调控TRPC6表达

验证MSC-sEVs递送SP2激活TRPC6转录的机制。

通过数据库预测SP2结合位点;双荧光素酶报告基因和ChIP验证SP2与TRPC6启动子结合;敲低SP2后检测TRPC6表达和DFs功能。

6

机制验证:USP9促进线粒体自噬

验证MSC-sEVs递送USP9对线粒体功能和线粒体自噬的影响。

检测线粒体膜电位、线粒体钙水平;Western blot检测自噬相关蛋白;LC-MS/MS检测USP9;Co-IP验证USP9与Parkin结合;用shUSP9-sEVs处理DFs观察效果。

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
α-MEM培养基Invitrogen--
胎牛血清Excell--
青霉素-链霉素Bioind--
DMEM培养基Invitrogen--
超速离心机Beckman Coulter--
透射电子显微镜FEI Tecnai 12, Philips--
BCA蛋白定量试剂盒Vazyme--
CCK-8试剂Vazyme--
吸光度酶标仪BioTek--
基质胶BD Biosciences--
TRIzol试剂Vazyme--
NanoDrop One分光光度计Thermo Fisher Scientific--
逆转录试剂盒Vazyme--
AceQ QPCR SYBR Green预混液Vazyme--
实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems QuantStudio 3, Invitrogen--
裂解缓冲液Pierce--
蛋白酶抑制剂Pierce--
上样缓冲液Life Technologies--
PVDF膜Millipore--
HRP标记的山羊抗兔/小鼠IgG二抗Invitrogen#31460/#31430
ECL化学发光检测系统General Electric Company--
抗TRPC6抗体Novus#NBP1-77260
山羊抗兔和小鼠过氧化物酶标记二抗Boster#SA1020
数字切片扫描仪Pannoramic MIDI, 3D Histech--
Fura-2 AM钙离子荧光探针BeyotimeS1052
Fura-4 AM钙离子荧光探针BeyotimeS1060
Rhod-2 AM钙离子荧光探针Abcamab142780-1 mg
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
双荧光素酶报告基因检测试剂盒Vazyme--
SimpleChIP酶法染色质免疫沉淀试剂盒Cell Signaling Technology--
Maxima SYBR Green qPCR预混液Vazyme--
细胞裂解缓冲液Beyotime#P0013
Protein G磁珠Cell Signaling Technology9006
水合氯醛溶液----
Lipo8000转染试剂Beyotime--
pmirGLO载体GenePharma Inc.--
pcDNA3.1载体----

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
细胞培养
DFs分离方法、培养基成分(α-MEM、15% FBS、1%青霉素-链霉素)、培养天数、传代数
阅读提示:Materials and Methods: Cell Culture
AGE-BSA处理
AGE-BSA浓度(100 mg/L)、处理时间(48小时)
阅读提示:Results: TRPC6 Is Impaired in Diabetic Wounds; Figure 1 and Figure S2
TRPC6功能实验
siRNA序列及片段(siTRPC6-2和-3)、转染条件(100 pmol siRNA, 4 μL Lipo8000)、shTRPC6-AAV9注射量及时间
阅读提示:Materials and Methods: siRNA and Plasmid Cell Transfection, Adeno-Associated Virus 9 (AAV9) Infection
MSC-sEVs制备
sEVs分离方法(超速离心)、表征(NTA、TEM)、浓度(1.0×10^10 particles/mL)
阅读提示:Materials and Methods: Isolation and Characterization of sEVs from Cell Supernatant
双荧光素酶报告基因和ChIP
TRPC6启动子片段序列(-1519至-1725 bp)、报告基因载体(pmirGLO)、SP2表达载体、ChIP抗体(anti-SP2, ab229468)
阅读提示:Materials and Methods: Double Luciferase Reporter Gene Assay, Chromatin Immunoprecipitation (ChIP)
Co-IP和泛素化检测
抗体(USP9, Parkin)、MG-132浓度及处理时间、Co-IP步骤(裂解、抗体孵育、磁珠)
阅读提示:Materials and Methods: Co-immunoprecipitation (Co-IP)
动物模型
T2DM大鼠建立方法、伤口直径(2 cm)、分组(PBS、hucMSC-sEV、sEV-free CM、HFL1-sEV、藻酸盐敷料)、样本量(n=6)、注射体积(200 μL)及时间点(第0天和第7天)
阅读提示:Materials and Methods: Animals