IL6/脂联素/HMGB1反馈环介导心肌梗死后的脂肪细胞-巨噬细胞串扰与M2极化

IL6/adiponectin/HMGB1 feedback loop mediates adipocyte and macrophage crosstalk and M2 polarization after myocardial infarction.

作者信息Yue Zheng, Yuchao Wang, Bingcai Qi, Yuheng Lang, Zhibin Zhang, Jie Ma, Minming Lou, Xiaoyu Liang, Yun Chang, Qiang Zhao, Wenqing Gao, Tong Li
PMID38601146
发布时间2024-03-27
DOI10.3389/fimmu.2024.1368516

实验完整度

包含体外细胞实验、LVA/MI小鼠模型、RNA-seq、多种分子生物学验证及人类样本验证,多层次实验证据充分。

主要模型

LVA小鼠模型 MI小鼠模型 RAW264.7巨噬细胞系 3T3-L1脂肪细胞系 人皮下脂肪组织和血液样本

重点核对

ADPN给药剂量5 ng/(g·day)及时间窗 巨噬细胞HMGB1敲低使用AAV-shHMGB1 巨噬细胞耗竭使用氯膦酸盐脂质体 STAT3过表达脂肪细胞对MI和LVA模型的影响 人类样本中ADPN、IL6、HMGB1表达与BMI的关联

摘要

背景:边界区的差异导致梗死后不同的预后,如左心室室壁瘤(LVA)和心肌梗死(MI)。LVA通常在MI发作后24小时内形成,并可能引起心脏破裂;然而,LVA手术最好在MI后3个月进行。很少有研究探讨LVA模型、LVA与MI的边界区差异以及边界区的机制。方法:使用了LVA、MI和SHAM小鼠模型。进行了超声心动图、Masson三色染色和免疫荧光染色,并对边界区进行了RNA测序。使用脂肪细胞条件培养基处理的缺氧巨噬细胞系和LVA与MI小鼠模型,以确定核心基因脂联素(ADPN)对巨噬细胞的作用。进行了定量聚合酶链反应(qPCR)、Western blot分析、透射电子显微镜和染色质免疫沉淀(ChIP)实验以阐明边界区的机制。收集人心外膜下脂肪组织和血液样本以验证ADPN的作用。结果:构建了一种新颖、简单、一致且低成本的LVA小鼠模型。与MI相比,LVA导致收缩功能更大幅度下降,原因是边界区壁厚减少和水肿。ADPN通过增加梗死后巨噬细胞浸润来阻止心脏水肿并促进淋巴管生成。脂肪细胞来源的ADPN通过ADPN/AdipoR2/HMGB1轴促进M2极化和维持线粒体质量。机制上,ADPN阻止巨噬细胞HMGB1炎症并减少白细胞介素-6(IL6)和HMGB1的分泌。IL6和HMGB1的分泌通过STAT3和共转录因子YAP在脂肪细胞中增加ADPN表达。基于ChIP和Dual-Glo荧光素酶实验,STAT3通过结合其启动子促进脂肪细胞中ADPN转录。在体内,ADPN促进淋巴管生成并减少MI后的心肌损伤。这些表型通过巨噬细胞耗竭或巨噬细胞中HMGB1敲低而得以逆转。补充过表达STAT3的脂肪细胞减少了胶原沉积,增加了淋巴管生成,并减轻了心肌损伤。然而,这些效应在巨噬细胞中HMGB1敲低后得以逆转。总体而言,IL6/ADPN/HMGB1轴在人心外膜下组织和血液样本中得到验证。该轴可作为需要冠状动脉旁路移植术(CABG)治疗的超重MI患者的独立因素。结论:边界区脂肪细胞和巨噬细胞之间的IL6/ADPN/HMGB1环有助于梗死后不同的临床结局。因此,靶向IL6/ADPN/HMGB1环可能是梗死后心脏淋巴调节和减少细胞衰老的新型治疗方法。

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
边界区脂肪细胞和巨噬细胞之间的串扰如何影响MI后心脏重构和LVA形成?
核心机制
脂肪细胞来源的ADPN通过AdipoR2/HMGB1轴促进巨噬细胞M2极化并抑制炎症;巨噬细胞分泌的IL6和HMGB1通过STAT3和YAP上调脂肪细胞ADPN表达,形成IL6/ADPN/HMGB1正反馈环。
主要证据
体外实验显示ADPN通过AdipoR2抑制HMGB1和炎症;ChIP和荧光素酶实验证明STAT3结合ADPN启动子;体内模型中ADPN促进淋巴管生成和心功能恢复,而巨噬细胞HMGB1敲低逆转这些效应。
研究意义
靶向IL6/ADPN/HMGB1环可能是减少MI后心脏淋巴调节和细胞衰老的新治疗靶点。

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

构建小鼠模型并验证

建立LVA和MI小鼠模型,评价模型有效性和心脏功能差异

通过结扎LAD冠状动脉并剪断缝线构建LVA模型;使用超声心动图、Masson染色、HE染色、琼脂糖内腔铸型和CT验证模型

2

RNA测序和差异基因分析

识别LVA和MI边界区的差异表达基因,并筛选核心基因

对LVA、MI和SHAM组边界区组织进行RNA-seq;分析差异表达基因,进行PPI网络分析,识别hub基因ADPN

3

ADPN对心脏水肿和淋巴管生成的作用

验证ADPN是否减轻心脏水肿并促进淋巴管生成

在LVA模型中给予ADPN或PBS,观察心脏水肿程度、LYVE1淋巴管和Cx43表达

4

体外细胞实验验证ADPN/AdipoR2/HMGB1轴

确定脂肪细胞来源的ADPN对巨噬细胞极化及炎症分泌的作用机制

使用siADPN或siNC脂肪细胞条件培养基处理缺氧RAW264.7巨噬细胞;检测M2极化、HMGB1/NF-κB通路、线粒体形态和分泌的细胞因子

5

体内验证ADPN对MI的影响

验证ADPN在MI后心肌损伤、淋巴管生成和免疫调节中的作用

对MI小鼠模型给予ADPN,并联合巨噬细胞耗竭或巨噬细胞特异性HMGB1敲低,观察心肌纤维化、淋巴管生成、心肌细胞增殖和心肌损伤标志物

6

转录调控机制研究

确定IL6和HMGB1如何调节脂肪细胞中ADPN转录

在缺氧脂肪细胞中联合给予IL6和HMGB1,检测STAT3和YAP的核转位、ADPN表达;使用ChIP和双荧光素酶报告基因实验验证STAT3与ADPN启动子结合

7

人类样本验证

验证IL6/ADPN/HMGB1轴在CABG患者中的临床相关性

收集CABG患者心外膜下脂肪组织和血液,检测ADPN、IL6、HMGB1表达,并进行logistic回归和ROC分析

8

靶向MertK的治疗策略

探索LNP-MertK对MI后巨噬细胞吞噬功能和心脏功能的影响

在MI小鼠模型中给予LNP-MertK,评估心脏功能、心肌梗死面积、巨噬细胞吞噬和极化

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
杜氏改良Eagle培养基----
胎牛血清----
Opti-MEM培养基Gibco31985-070
Lipo2000转染试剂Invitrogen11668-019
双荧光素酶检测试剂盒PromegaE2920
异氟烷----
脂联素Biossbs0471P
OCT包埋剂----
Masson染色试剂盒SolarbioG1340
HE染色试剂盒SolarbioG1120
DAPISouthern Biotech--
抗Cx43抗体Abcamab11370
抗LYVE1抗体Abcamab218535
抗ZO-1抗体Abcamab61357
抗CD68抗体Abcamab31630
抗HMGB1抗体Abcamab79823
抗脂联素抗体Abcamab22554
抗心肌肌钙蛋白T抗体Abcamab8295
抗Ki67抗体Abcamab16667
RIPA裂解液CWBIO--
PVDF膜Millipore--
抗p65抗体CST6959
抗磷酸化p65抗体Abcamab194726
抗LC3抗体Abcamab192890
抗GPX4抗体Abcamab125066
抗P62抗体Abcamab109012
抗YAP抗体CST8418S
抗STAT3抗体Abcamab109085
抗β-肌动蛋白抗体Sigma--
小鼠脂联素ELISA试剂盒Abcamab226900
小鼠CKMB ELISA试剂盒JianglaibioJL12422
小鼠LDH ELISA试剂盒JianglaibioJL20162
小鼠IL6 ELISA试剂盒Abcamab222503
小鼠HMGB1 ELISA试剂盒JianglaibioJL13702
小鼠C1qTNF9 ELISA试剂盒CusabioCSB-E16713h
人IL6 ELISA试剂盒CusabioCSB-E04638h
人HMGB1 ELISA试剂盒CusabioCSB-E08223h
人脂联素ELISA试剂盒CusabioCSB-E07270h
TRIzol试剂Invitrogen--
Ribo-Zero磁珠试剂盒Epicenter--
QiaQuick PCR纯化试剂盒Qiagen--
TB Green Premix Ex Taq IITaKaRaRR820
CD206-FITC抗体Invitrogen141704
Edu-AF594Invitrogen2420611
CD86-PE/Cyanine7抗体Invitrogen105014
F4/80-PE抗体Invitrogen157304
MertK-PE/Cyanine7抗体Invitrogen2555774
FlowJo软件BD Biosciences--
锇酸Solarbio--
活性氧检测试剂盒BeyotimeS0033
MDC自噬检测试剂盒BeyotimeC3018S
抗c-Jun抗体Abcamab32137
抗STAT3抗体Abcamab76315
磁珠CST9005
油红O染色试剂盒SolarbioG1262
改良油红O染色试剂盒SolarbioG1261
pGL3-Basic载体Promega--
制霉菌素MCE1400-61-9
维拉帕米----
Gap19----
AAV-shHMGB1----
LNP-MertK----

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
LVA模型构建
LAD结扎位置、缝线剪断时间(第5天)、模型验证标准
阅读提示:Methods 2.3, 2.4;Figure legend 1
ADPN给药方案
ADPN剂量(5 ng/g/day)、给药途径(腹腔)、给药时间窗(第1-14天等)
阅读提示:Methods 2.3;Figure legend 2
巨噬细胞处理
缺氧条件(1% O2)、处理时间(8小时)、HMGB1敲低方法(AAV-shHMGB1)
阅读提示:Methods 2.1;Supplementary Figure 6
体外细胞实验
脂肪细胞分化条件、siRNA转染浓度(50 nM)、条件培养基制备
阅读提示:Methods 2.1
人类样本分析
纳入/排除标准、BMI分组、样本类型(心外膜下脂肪组织和血液)、检测指标(ADPN, IL6, HMGB1)
阅读提示:Methods 2.19;Figure 7