和营五子方通过HIF-1α/BNIP3/NIX轴促进线粒体自噬减轻糖尿病视网膜病变

Heyingwuzi formulation alleviates diabetic retinopathy by promoting mitophagy via the HIF-1α/BNIP3/NIX axis.

作者信息Jia-Jun Wu, Shu-Yan Zhang, Lin Mu, Zhi-Guo Dong, Yin-Jian Zhang
PMID38983802
发布时间2024-06-15
DOI10.4239/wjd.v15.i6.1317

实验完整度

体外实验(高糖诱导HRCECs)和体内实验(STZ诱导小鼠模型)两个独立证据层级,包含功能验证(CCK-8、transwell、管形成、凋亡)和机制验证(Western blot、qPCR、抑制剂PX-478和Mdivi-1)。

主要模型

高糖诱导的人视网膜毛细血管内皮细胞(HRCECs) 链脲佐菌素诱导的C57BL/6糖尿病小鼠模型

重点核对

HRCECs培养条件:高糖33 mM,血清饥饿24小时,处理48小时 HYWZF血清浓度:10%,处理48小时;PX-478浓度10 μM,Mdivi-1浓度25 μM,处理2小时 糖尿病小鼠模型:C57BL/6小鼠,STZ 50 mg/kg/d腹腔注射5天 HYWZF给药:低剂量12 g/kg/d,高剂量24 g/kg/d(正文),图注中高剂量为48 g/kg/d(需核对) 主要检测指标:细胞活力(CCK-8)、侵袭(Transwell)、管形成、凋亡(流式)、ROS、线粒体膜电位(JC-1)、蛋白表达(Western blot)

摘要

背景:糖尿病视网膜病变(DR)是糖尿病患者视力问题的主要原因。和营五子方(HYWZF)对DR有效。目的:确定HYWZF的预防机制,特别是线粒体自噬相关机制。方法:人类视网膜毛细血管内皮细胞(HRCECs)在体外用高糖(hg)、HYWZF血清、PX-478或Mdivi-1处理。然后,使用细胞计数试剂盒-8、transwell和管形成实验分别评估HRCEC的增殖、侵袭和管形成能力。使用透射电子显微镜评估线粒体形态,使用Western blotting测定蛋白质水平。使用流式细胞术评估细胞凋亡、活性氧(ROS)产生和线粒体膜电位。此外,使用链脲佐菌素建立C57BL/6小鼠体内模型,并用HYWZF治疗四周。持续监测血糖水平和体重。使用苏木精和伊红、甲酚紫和高碘酸-希夫染色评估视网膜特征的变化。通过Western blotting、免疫组织化学和免疫染色测定视网膜组织中的蛋白质水平。结果:HYWZF在体外通过线粒体自噬抑制了hg诱导的HRCECs中过度的ROS产生、凋亡、管形成和侵袭。它增加了BCL2相互作用蛋白3(BNIP3)、FUN14结构域包含1、BNIP3样(BNIP3L,也称为NIX)、PARKIN、PTEN诱导激酶1和缺氧诱导因子(HIF)-1α的mRNA表达水平。此外,它下调了血管内皮细胞生长因子的蛋白水平,并增加了轻链3-II/I的比值。然而,PX-478和Mdivi-1逆转了这些效应。此外,PX-478和Mdivi-1通过减少氧化应激和凋亡以及增加线粒体自噬来抵消HYWZF的作用。HYWZF干预改善了体内糖尿病症状、组织损伤、无细胞毛细血管数量和氧化应激。此外,体内实验证实了体外实验的结果。结论:HYWZF通过HIF-1α/BNIP3/NIX轴促进线粒体自噬,从而减轻DR及相关损伤。

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
和营五子方(HYWZF)是否以及如何通过线粒体自噬减轻糖尿病视网膜病变(DR)的损伤?
核心机制
HYWZF通过上调HIF-1α/BNIP3/NIX轴促进线粒体自噬,从而减少氧化应激和细胞凋亡,改善视网膜损伤。
主要证据
体外实验中,HYWZF血清处理高糖诱导的HRCECs,增加线粒体自噬相关蛋白(BNIP3、NIX、LC3-II/I比值)并降低ROS和凋亡;PX-478和Mdivi-1逆转这些效应。体内实验中,HYWZF治疗STZ诱导的糖尿病小鼠,改善视网膜病理损伤、减少无细胞毛细血管、增加线粒体自噬标志物共定位。
研究意义
HYWZF作为中药复方,通过HIF-1α/BNIP3/NIX轴促进线粒体自噬,为DR治疗提供潜在的治疗策略。

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

细胞模型建立与药物处理

建立高糖诱导的HRCEC损伤模型,并确定HYWZF血清的最佳处理浓度。

HRCECs在正常(5.5 mM)或高糖(33 mM)培养基中培养,血清饥饿24小时后,用不同浓度HYWZF血清(0%、10%、15%)处理48小时,评估细胞活力。

2

体外功能表型检测

检测HYWZF对高糖诱导的HRCEC增殖、侵袭、管形成和凋亡的影响。

使用CCK-8检测细胞活力,Transwell实验检测细胞侵袭,管形成实验检测血管生成能力,流式细胞术Annexin V-APC/PI染色检测细胞凋亡。

3

线粒体自噬与氧化应激评估

评估HYWZF对高糖诱导的HRCEC线粒体形态、氧化应激和线粒体膜电位的影响。

透射电镜观察线粒体形态,Western blot检测自噬相关蛋白(LC3、p62、BNIP3、NIX等),流式检测ROS和JC-1膜电位,酶标法检测SOD、MDA、GSH-Px活性。

4

抑制剂验证

验证HYWZF的作用是否依赖于HIF-1α和线粒体自噬。

在高糖+HYWZF血清条件下,分别加入HIF-1α抑制剂PX-478和线粒体分裂抑制剂Mdivi-1,检测细胞功能、蛋白表达和线粒体自噬指标。

5

体内糖尿病模型建立与HYWZF治疗

评估HYWZF对STZ诱导的糖尿病小鼠视网膜损伤的保护作用。

C57BL/6小鼠腹腔注射STZ(50 mg/kg/d)连续5天诱导糖尿病,随机分为模型组、HYWZF低剂量组和高剂量组,口服给药4周,监测体重和血糖,并进行视网膜组织学染色和蛋白检测。

6

体内机制验证

验证HYWZF在体内是否通过HIF-1α/BNIP3/NIX轴促进线粒体自噬。

通过Western blot检测视网膜组织中HIF-1α、BNIP3、NIX、LC3、p62等蛋白表达,免疫荧光检测Tom20与LAMP-2/LC3B共定位,免疫组化检测VEGF和ZO-1表达,并检测氧化应激指标(SOD、MDA、GSH-Px、ATP)。

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
细胞计数试剂盒-8BiosharpBS350A
Transwell小室Corning--
Annexin V-APC/碘化丙啶凋亡检测试剂盒KeyGEN Bio-TechKGA1030
磷酸盐缓冲液Thermo Fisher ScientificAM9624
总RNA提取试剂盒YEASEN19221ES50
PrimeScript逆转录试剂盒Baori Doctor BiotechnologyRR047A
Tli RNase H PlusBaori Doctor BiotechnologyRR820A
RIPA裂解液BiyuntianP0013
BCA蛋白定量试剂盒BiyuntianP0009
聚偏二氟乙烯膜Sigma-AldrichISEQ00010
ECL Plus HRP底物试剂盒Abbkinek22030
高效液相色谱系统Thermo Fisher Scientific--
质谱仪AB SCIEX--
Sepax GP-C18色谱柱Sepax--
Epon812树脂SPI1260804
总超氧化物歧化酶活性检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA001-3-1
丙二醛活性检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA003-1-2
谷胱甘肽过氧化物酶活性检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA005-1-2
ATP活性检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA016-2-1
DAB显色液Beijing Zhongshan Jinqiao Biotechnology Co., Ltd.ZLI-9018
牛血清白蛋白Wuhan Sevier Biotechnology Co., Ltd.GC305010
PX-478--S7612
Mdivi-1--S7162
甘油醛-3-磷酸脱氢酶----
抗P62抗体AbclonalA19700
抗LC3B抗体AbclonalA19665
抗β-actin抗体AbclonalAC026
抗BNIP3L抗体AffinityDF8163
抗COX IV抗体AbclonalA6564
抗Beclin1抗体AbclonalA7353
抗HIF-1α抗体BiossBS-20399R
抗Bcl2抗体AbclonalA19693
抗caspase-3抗体AbclonalA2156
抗claudin-5抗体AffinityAF5216
抗occludin抗体AbclonalA2601
抗VEGF抗体BiossBS-34032R
抗MMP-9抗体AbclonalA11147
抗BNIP3抗体BiossBS-4239R
山羊抗兔IgG二抗Abcamab150077
抗VEGF抗体Sigma-Aldrich05-443
抗ZO-1抗体Proteintech21773-1-AP
抗LAMP-2抗体Proteintech66301-1-IG
抗LC3B抗体Proteintech14600-1-AP
抗Tom20抗体Proteintech11802-1-AP
山羊抗兔IgGServicebioGB22303
山羊抗小鼠IgGServicebioGB21301

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
细胞培养与处理
HRCECs细胞系来源;培养基葡萄糖浓度:正常5.5 mM,高糖33 mM;血清饥饿24小时;处理时间48小时;HYWZF血清浓度10%;PX-478浓度10 μM、Mdivi-1浓度25 μM及处理时间2小时。
阅读提示:查看Methods中Cell culture部分
体外功能检测
CCK-8检测的细胞密度和孵育时间;Transwell实验的细胞密度、孔径和孵育时间;管形成实验的细胞密度、Matrigel用量和孵育时间;凋亡检测的细胞密度和染色时间。
阅读提示:查看Methods中Cell viability assay、Transwell assay、Tube formation assay、Cell apoptosis detection部分
线粒体自噬与氧化应激检测
透射电镜固定条件;ROS检测的DCFH-DA浓度和孵育时间;JC-1染色的孵育时间;氧化应激指标(SOD、MDA、GSH-Px)的检测方法。
阅读提示:查看Methods中Transmission electron microscopy、Determination of reactive oxygen species levels、Measurement of mitochondrial membrane potential、Enzyme-linked immunosorbent assay部分
体内动物模型
小鼠品系、性别、年龄和体重;STZ剂量、给药途径和天数;HYWZF给药剂量和时长;分组情况(对照组、模型组、低剂量组、高剂量组)及每组动物数。
阅读提示:查看Methods中Diabetes animal model establishment and treatment部分
体内机制验证
视网膜组织蛋白提取方法;Western blot检测的抗体及稀释比例;免疫荧光检测的抗体及共定位分析;免疫组化检测的抗体及显色条件;氧化应激指标在视网膜组织中的检测。
阅读提示:查看Methods中Western blotting、Immunohistochemistry、Immunofluorescence assay、Enzyme-linked immunosorbent assay部分