GRIM-19介导的线粒体STAT3诱导通过抑制纤维化和Th2/Th17细胞缓解系统性硬化症

GRIM-19-mediated induction of mitochondrial STAT3 alleviates systemic sclerosis by inhibiting fibrosis and Th2/Th17 cells.

作者信息Ha Yeon Jeong, Jin-Sil Park, Jeong Won Choi, Kun Hee Lee, Seung Cheon Yang, Hye Yeon Kang, Sang Hee Cho, Seon-Yeong Lee, A Ram Lee, Youngjae Park, Sung-Hwan Park, Mi-La Cho
PMID39643607
发布时间2024-12
DOI10.1038/s12276-024-01366-0

实验完整度

包含体内小鼠模型(博来霉素诱导SSc、PINK1敲除)、体外细胞实验(HEK293、NIH3T3)及功能验证(纤维化指标、Th2/Th17细胞频率)和机制验证(mitoSTAT3、线粒体自噬)。

主要模型

博来霉素诱导的系统性硬化症小鼠模型 PINK1基因敲除小鼠 HEK293细胞 NIH3T3细胞

重点核对

博来霉素剂量:50 μg/天,皮下注射,连续2周 GRIM-19质粒剂量:200 μg/次,静脉注射,每周1次,共5周 小鼠周龄与性别:8周龄雄性C57BL/6小鼠 检测时间点:第35天处死小鼠,分析皮肤组织 Th2/Th17细胞检测:流式细胞术分析外周血

摘要

与维A酸-干扰素诱导的死亡相关的基因-19(GRIM-19)蛋白是一种细胞死亡调节蛋白的调节因子,可抑制STAT3,而STAT3是产生白细胞介素(IL)-17的T(Th17)细胞的关键转录因子,也是系统性硬化症(SSc)中细胞外基质积累的关键整合因子。该蛋白也是线粒体复合物I的一个组分,它直接结合STAT3,并通过线粒体输入蛋白Tom20将STAT3招募到线粒体。本研究使用SSc小鼠模型研究了GRIM19在SSc发展中的作用及其与STAT3的关系。我们观察到在博来霉素诱导的SSc小鼠的病变皮肤中,GRIM-19水平降低,且与STAT3水平呈负相关。过表达GRIM-19可降低SSc小鼠的皮肤厚度、纤维化以及Th2和Th17细胞的频率。线粒体自噬功能障碍促进了缺乏PINK1(一种线粒体自噬诱导剂)的小鼠的纤维化。在体外系统中,过表达GRIM-19增加了线粒体STAT3(mitoSTAT3)的水平,诱导线粒体自噬,并减轻了纤维化进展。过表达mitoSTAT3通过减少纤维化阻碍了博来霉素诱导的SSc的发展。这些结果表明,GRIM-19通过增加线粒体自噬是缓解SSc发展的有效治疗靶点。

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
GRIM-19如何通过其与STAT3的相互作用影响系统性硬化症(SSc)的发展?
核心机制
GRIM-19通过直接结合STAT3促进其线粒体转位,增加线粒体STAT3(mitoSTAT3)水平,进而诱导线粒体自噬,从而减轻纤维化和Th2/Th17细胞介导的炎症。
主要证据
在博来霉素诱导的SSc小鼠中,过表达GRIM-19减少皮肤厚度和纤维化,降低Th2/Th17细胞频率;体外过表达GRIM-19增加mitoSTAT3和线粒体自噬,降低纤维化标志物;过表达mitoSTAT3在体内减轻SSc严重程度。
研究意义
GRIM-19是缓解SSc发展的有效治疗靶点,通过增加线粒体自噬发挥作用;未来研究可能促进更具发病机制选择性的治疗策略发展。

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

建立SSc小鼠模型并检测GRIM-19和STAT3表达

验证在SSc病变皮肤中GRIM-19和STAT3的表达水平及其相关性。

8周龄C57BL/6小鼠皮下注射博来霉素诱导SSc,第35天处死,皮肤组织进行H&E、Masson染色及免疫组化检测GRIM-19、STAT3、α-SMA等。

2

过表达GRIM-19对SSc小鼠表型的影响

评估GRIM-19过表达对SSc小鼠皮肤厚度、炎症和纤维化的影响。

通过静脉注射pFLAG-CMV-5a R12 mGRIM-19质粒或空载体,每周一次,共5周,然后进行组织学分析和免疫组化检测TGF-β、IL-6、IL-17等。

3

流式细胞术和免疫荧光检测Th2/Th17细胞

验证GRIM-19过表达对SSc小鼠外周血和皮肤中Th2和Th17细胞频率的影响。

收集外周血进行流式细胞术分析,皮肤组织切片进行免疫荧光染色,计数Th2(IL-4+CD4+)和Th17(IL-17+CD4+)细胞。

4

评估GRIM-19过表达对纤维化的改善

验证GRIM-19过表达是否减少胶原沉积和肌成纤维细胞标记物。

Masson三色染色评估胶原沉积,免疫组化检测Col1和α-SMA阳性细胞。

5

验证线粒体自噬障碍对SSc的影响

测试PINK1缺失导致的线粒体自噬受损是否加重SSc。

使用PINK1敲除小鼠和野生型小鼠,诱导SSc模型,比较皮肤厚度和纤维化标志物。

6

体外实验验证GRIM-19促进线粒体自噬和减轻纤维化

在体外系统中验证GRIM-19通过增加mitoSTAT3促进线粒体自噬并减轻纤维化。

HEK293细胞转染GRIM-19质粒,IL-6刺激,分离线粒体组分,Western blot检测LC3B-II/I比率、STAT3 S727磷酸化、α-SMA和CTGF。

7

体内验证mitoSTAT3过表达对SSc的影响

确定mitoSTAT3过表达是否在体内减轻SSc。

静脉注射pEG-MLS-mSTAT3-FLAG质粒或空载体至SSc小鼠,每周一次,共5周,然后分析皮肤厚度和纤维化标志物。

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。

验证分子表达变化
验证机制链路
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
博来霉素MedChemExpressHY-17565A
磷酸盐缓冲液DynebioCBP3071
生理盐水GibcoGIB-21600-069
中性缓冲福尔马林SigmaHT501320
抗α-平滑肌肌动蛋白抗体Abcamab7817
抗I型胶原蛋白α1抗体InvitrogenPA5-29569
抗GRIM-19抗体Abcamab110240
抗STAT3抗体Cell Signaling9139
抗转化生长因子β1抗体BiossBS-0086R
抗白细胞介素-6抗体NovusNB600-1131
抗白细胞介素-17A抗体Abcamab79056
抗白细胞介素-1β抗体NovusNB600-633
ImageJ软件----
DMEM培养基Thermo Fisher Scientific12800017
胎牛血清Thermo Fisher Scientific16000044
青霉素/链霉素Gibco15140-122
X-tremeGENE HP DNA转染试剂Roche6366236001
胰岛素-转铁蛋白-硒A溶液GibcoGIB-51300-044
重组人IL-6R&D206-IL-050
RIPA蛋白裂解缓冲液Thermo89901
Halt磷酸酶抑制剂Thermo78441
线粒体分离试剂盒Thermo89874
Bradford蛋白定量试剂Thermo23225
Hybond ECL膜Cytiva10600001
抗GRIM-19抗体Abcamab186848
抗磷酸化STAT3 (Tyr705)抗体Cell Signaling9145L
抗磷酸化STAT3 (Ser727)抗体Cell Signaling9134L
抗STAT3抗体Cell Signaling9139
抗LC3B抗体Abcamab48394
抗COX IV抗体Abcamab33985
抗α-平滑肌肌动蛋白抗体Abcamab7817
抗CTGF抗体Abcamab6992
抗β-肌动蛋白抗体Santa Cruzsc-47778
SNAP i.d.蛋白检测系统Millipore--
X射线胶片AgfaEA8EC
佛波醇肉豆蔻酸乙酸酯Sigma-Aldrichp8139
离子霉素Sigma-AldrichI0634
GolgiStopBD Biosciences55474
PerCP5.5偶联抗CD4抗体Invitrogen45-0042-82
Cytofix/Cytoperm溶液BD Biosciences55474
PE偶联抗IL-4抗体BD Biosciences554435
FITC偶联抗IL-17抗体eBioscience11-7177-81
CytoFLEX流式细胞仪Beckman Coulter--
FlowJo软件Tree Star--
正常山羊血清VectorS-1000
吐温20SigmaP1379-500ML
抗CD4抗体NovusNBP2-25191
抗IL-4抗体InvitrogenPA5-25165
抗IL-17抗体eBioscience11-7177-81
APC和PE偶联二抗ThermoA-21472, A31556
DAPIInvitrogenD3571
封片剂DakoS3023
共聚焦激光扫描显微镜ZeissLSM900
GraphPad Prism软件GraphPad Software--

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
SSc小鼠模型诱导
8周龄雄性C57BL/6小鼠,博来霉素剂量50 μg/天,皮下注射,连续2周;第35天处死。
阅读提示:见Materials and methods的Animals部分及Fig.1图注
GRIM-19过表达处理
静脉注射pFLAG-CMV-5a R12 mGRIM-19质粒200 μg/次,每周1次,共5周,与博来霉素处理同时开始。
阅读提示:见Materials and methods的Animals部分和Fig.2图注
Th2/Th17细胞检测
外周血细胞用PMA (25 ng/mL)和离子霉素 (250 ng/mL)刺激4小时,存在GolgiStop;抗体:抗CD4-PerCP5.5、抗IL-4-PE、抗IL-17-FITC。
阅读提示:见Materials and methods的Cell staining for flow cytometry部分和Fig.3图注
体外细胞实验
HEK293细胞转染GRIM-19质粒,无血清饥饿12小时,IL-6 (10 ng/mL)处理12或48小时;检测线粒体LC3B-II/I比率和STAT3磷酸化。
阅读提示:见Materials and methods的Cell culture and transfection部分和Fig.5图注
PINK1基因敲除实验
PINK1敲除小鼠(来源:Ajou University School of Medicine),8周龄,雄性,与野生型对照,每组n=3,博来霉素处理。
阅读提示:见Materials and methods的Animals部分和Fig.4图注