星形胶质细胞来源的载脂蛋白D是帕金森病中神经元存活所必需的

Astrocyte-derived apolipoprotein D is required for neuronal survival in Parkinson's disease.

作者信息Yingying Dai, Mingxia Bi, Qian Jiao, Xixun Du, Chunling Yan, Hong Jiang
PMID39095480
发布时间2024-08
DOI10.1038/s41531-024-00753-8

实验完整度

高

包含体外共培养、细胞系敲低/过表达、体内条件敲低、外源ApoD干预等多层级实验,并进行了行为学、生化与组织学验证。

主要模型

MPTP诱导的PD小鼠模型 原代培养VM神经元与星形胶质细胞共培养体系 C6胶质瘤细胞与MES23.5多巴胺能细胞共培养体系

重点核对

MPTP处理C57BL/6小鼠(20 mg/kg,腹腔注射,连续5天) MPP+处理浓度(25-200 μM)及处理时间(24小时) ApoD条件性敲低小鼠(AAV-sgApod注射黑质) TAp73条件性敲低小鼠(AAV-shTAp73注射黑质) 外源ApoD处理(80 μg/kg,脑室内注射,连续两周)

摘要

载脂蛋白D(ApoD)是一种脂质运载蛋白,转运小疏水分子,在多种神经退行性疾病中发挥重要作用。已有报道称,在帕金森病(PD)患者的大脑中,多巴胺能(DAergic)神经元周围的胶质细胞ApoD免疫染色增强。尽管初步研究支持ApoD在神经保护中的作用,但其来源及其对黑质DAergic神经元变性的影响在很大程度上尚不清楚。在本研究中,我们观察到在体内和体外的PD模型中,星形胶质细胞释放的ApoD水平增加。与星形胶质细胞共培养时,由于星形胶质细胞ApoD释放增加,原代培养的腹侧中脑(VM)神经元在1-甲基-4-苯基吡啶离子(MPP+)处理下的存活率显著提高。星形胶质细胞中TAp73水平的增加及其在Tyr99位点的磷酸化是ApoD水平及其释放增加所必需的。在体内,黑质星形胶质细胞中TAp73的条件性敲低可加重1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(MPTP)处理的PD小鼠的神经退行性变。我们的研究结果表明,星形胶质细胞来源的ApoD在PD模型中对DAergic神经元存活至关重要,可能为PD提供新的治疗靶点。

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
星形胶质细胞来源的ApoD是否以及如何影响PD模型中多巴胺能神经元的存活?
核心机制
星形胶质细胞中TAp73及其Tyr99磷酸化水平升高,促进ApoD表达和释放,ApoD通过抗氧化(SOD1)和抗凋亡(调节Bcl-2/Bax、抑制caspase-3)机制保护多巴胺能神经元。
主要证据
体内外PD模型中星形胶质细胞ApoD释放增加;共培养实验显示星形胶质细胞来源ApoD提高神经元存活率;条件性敲低星形胶质细胞ApoD或TAp73加重MPTP诱导的神经退行性变;外源ApoD干预减轻MPTP毒性。
研究意义
星形胶质细胞来源的ApoD可能为PD提供新的治疗靶点。

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

体内外PD模型中检测星形胶质细胞ApoD水平

验证ApoD在PD模型中是否上调及其细胞来源。

Western blot和免疫荧光检测MPTP处理小鼠黑质及MPP+处理的原代VM星形胶质细胞中ApoD和GFAP水平;ELISA检测培养上清中ApoD水平。

2

星形胶质细胞ApoD条件性敲低对PD小鼠的影响

确定星形胶质细胞来源的ApoD在MPTP毒性中的作用。

通过AAV-sgApod注射小鼠黑质敲低星形胶质细胞ApoD,随后MPTP处理,评估TH+神经元数量、TH蛋白水平、纹状体DA及其代谢物含量以及行为学表现。

3

体外共培养验证星形胶质细胞ApoD对神经元存活的作用

验证星形胶质细胞来源的ApoD是否直接保护神经元免受MPP+毒性。

将ApoD敲低的C6细胞与MES23.5细胞共培养,或ApoD过表达的星形胶质细胞与原代VM神经元共培养,MPP+处理后评估细胞死亡和凋亡相关蛋白。

4

TAp73在星形胶质细胞ApoD上调中的作用

明确TAp73是否调控MPP+/MPTP诱导的星形胶质细胞ApoD表达。

检测MPTP小鼠和MPP+处理的星形胶质细胞中TAp73和ApoD水平;通过AAV-shTAp73敲低星形胶质细胞TAp73,观察ApoD水平及PD病理变化;在细胞中敲低TAp73后检测ApoD表达和凋亡相关蛋白。

5

TAp73 Tyr99磷酸化对ApoD表达的影响

探究TAp73的Tyr99磷酸化是否参与ApoD的上调。

检测MPP+处理的C6细胞和MPTP小鼠中TAp73 Tyr99磷酸化水平;将TAp73 Y99F突变体转入星形胶质细胞,观察MPP+处理后ApoD和凋亡蛋白水平变化。

6

外源ApoD对MPTP/MPP+神经毒性的保护作用

验证外源ApoD是否具有神经保护作用并支持其作为治疗策略。

给MPTP处理小鼠脑室内注射ApoD,检测DA及其代谢物水平、TH+神经元数量和行为学;体外MES23.5细胞上预处理ApoD再MPP+处理,检测细胞活力和凋亡蛋白。

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
抗TH抗体(兔多克隆)MilliporeAB152
抗TH抗体(小鼠单克隆)MilliporeMAB318
抗GFAP抗体(小鼠单克隆)MilliporeMAB360
抗ApoD抗体(兔单克隆)Abcamab108191
抗TAp73抗体(小鼠单克隆)Santa Cruzsc-56191
抗磷酸化TP73-Y99抗体(兔多克隆)AbclonalAP0465
抗SOD1抗体(兔多克隆)Santa Cruzsc-11407
抗Bcl-2抗体(兔单克隆)Cell Signaling Technology3498
抗GFAP抗体(兔单克隆)Cell Signaling Technology12389
抗Bax抗体(兔多克隆)Cell Signaling Technology2772
抗caspase-3抗体(兔多克隆)Cell Signaling Technology9662
抗cleaved caspase-3抗体(兔单克隆)Cell Signaling Technology9664
抗MAP2抗体(兔)Cell Signaling Technology8707
抗GAPDH抗体(兔单克隆)Cell Signaling Technology2118
Alexa Fluor 555标记驴抗兔IgG(H+L)InvitrogenA-31572
Alexa Fluor 555标记驴抗小鼠IgG(H+L)InvitrogenA-31570
Alexa Fluor 488标记驴抗小鼠IgG(H+L)InvitrogenA-21202
抗β-actin抗体(兔)Biossbs0061R
山羊抗兔IgG-HRPAbsinabs20002
山羊抗小鼠IgG-HRPAbsinabs20001
DMEM-F12-(HAM) 1:1培养基HycloneSH30023
胎牛血清ExcellFND500
青霉素-链霉素SolarbioP1400
DMEM(高糖)Biological Industries01-052-1ACS
胎牛血清TranserumFS301-02
Neurobasal培养基Gibco21103-049
B27添加剂Gibco17504044
谷氨酰胺Gibco35050061
阿糖胞苷Sigma-AldrichC6645
胰蛋白酶Gibco25200072
多聚-D-赖氨酸Sigma-AldrichP0899
DMEM(高糖)Gibco11965092
嘌呤霉素----
MPP+(1-甲基-4-苯基吡啶)Sigma-AldrichD048
MPTP(1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶)Sigma-AldrichM0896
载脂蛋白D(人HEK293)BiovendorRD172118100
Hoechst 33342染料SolarbioC0031
碘化丙啶SolarbioC0080
MTT(3-(4,5-二甲基-2-噻唑基)-2,5-二苯基-2-H-四唑溴化物)Sigma-AldrichM2128
二甲基亚砜SolarbioD8371
ApoD ELISA试剂盒MyBiosourcembs720851
山羊血清SolarbioSL038
含DAPI封片剂Beyotime BiotechnologyC1006
RIPA裂解液KW Biotechnology01408/30450
蛋白酶抑制剂SolarbioC0080
BCA蛋白定量试剂盒--40220
PVDF膜MilliporeIPVH00005
尼康显微镜(Ni-U)NikonNi-U
酶标仪(Victor Nivo 5s)PerkinElmerVictor
荧光显微镜(BX63)OlympusBX63
共聚焦显微镜(STELLARIS 5)LeicaSTELLARIS
超高效液相色谱(ACQUITY UPLC)Waters--
成像系统(Amersham Image Quant 800)Cytiva--
套管RWD Life Science--
脑立体定位仪(68025)RWD Life Science68025
液压操纵器(NANOLITER2010)World Precision InstrumentsNANOLITER2010
旷场实验装置(63008)RWD Life Science63008
转棒仪(LE8205)RWD Life ScienceLE8205
AAV-sgApodBrainVTA Company--
AAV-shTAp73OBiO Technology--
LV-ApoDGenechem Technology--
LV-sgTAp73BrainVTA Technology--

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
体内PD模型
小鼠品系(C57BL/6)、性别(雄性)、年龄(8-9周)、MPTP剂量(20 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药方案(连续5天)、处理时间(末次处理后24小时进行行为学)、样本量(n=4-6只/组)
阅读提示:Methods: Animals, Stereotactic injection for AAV, Intracerebroventricular (ICV) injection; Figure legends 1-4, 7
体外细胞模型
细胞系(C6、MES23.5、原代VM神经元和星形胶质细胞)、MPP+浓度(25-200 μM)、处理时间(24小时)、细胞密度、培养基、血清浓度
阅读提示:Methods: Cell culture; Figure legends 1, 3
共培养体系
transwell孔径(0.4 μm)、细胞接种密度(MES23.5 5×10^4 cells/well;星形胶质细胞1×10^6 cells/well;神经元5×10^6 cells/well)、共培养时间(48小时)
阅读提示:Methods: Co-culture of MES23.5 and C6 cells; Co-culture of Primary cultured VM neurons and astrocytes
病毒敲低/过表达
AAV血清型(AAV2/9、AAV5)、注射位点(黑质坐标AP -3.2 mm, ML ±1.4 mm, DV -4.7 mm)、病毒滴度(1×10^12、5×10^12、5×10^11)、注射体积和速率(30 nL/min)、等待时间(3周)
阅读提示:Methods: Stereotactic injection for AAV; Lentiviral viruses
行为学测试
开放场测试参数(箱子尺寸50×50×30 cm、测试时间10分钟、视频记录)、转棒测试参数(初始4 rpm,加速4-40 rpm在5分钟内,测试次数至少3次)、每只小鼠测试至少3次
阅读提示:Methods: Open field test, Rotarod test
生化检测
Western blot蛋白上样量(20 μg)、抗体稀释比例(见Methods)、HPLC流动相组成、流速(0.6 mL/min)、ELISA操作步骤
阅读提示:Methods: Western blotting, HPLC determination of DA and its metabolites, Enzyme-linked immunosorbent assay for ApoD
统计设计
样本量(每个实验组n值)、统计方法(t-test、one-way ANOVA、two-way ANOVA)、显著性水平(P < 0.05)、数据表示(mean ± SEM)
阅读提示:Methods: Statistical analysis