茯苓来源的类外泌体纳米囊泡通过促进线粒体自噬和抑制NLRP3炎症小体活化减轻代谢功能障碍相关脂肪性肝病

Poria cocos-Derived Exosome-like Nanovesicles Alleviate Metabolic Dysfunction-Associated Fatty Liver Disease by Promoting Mitophagy and Inhibiting NLRP3 Inflammasome Activation.

作者信息Tao Wang, Jun Zhao, Qiu-Yi Li, Hui-Qiong Yang, Min Li, Rong Duan, Mei Zhang, Yan Qi, Jie Yu, Xing-Xin Yang
PMID40076875
发布时间2025-03-03
DOI10.3390/ijms26052253

实验完整度

包含细胞模型、动物模型、体内分布实验、脂质组学、miRNA测序、蛋白质印迹、免疫荧光等多种实验层级,并进行了功能和机制验证。

主要模型

L02细胞脂肪变性模型 C57BL/6小鼠高脂饮食诱导MAFLD模型

重点核对

PCELNs的分离制备方法:超速离心及差速离心条件 PCELNs的剂量(10, 50, 100 μg/mL)及处理时间(24 h) HFD组成:40%脂肪、20%果糖、2%胆固醇 PCELNs给药途径及剂量:腹腔注射(10, 20, 40 mg/kg) 内参蛋白β-actin使用

摘要

代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MAFLD)影响全球约四分之一的成年人,目前尚无有效的治疗药物。茯苓作为一种真菌,作为草药和食品营养物已有数百年历史,并用于治疗MAFLD。类外泌体纳米囊泡具有多种药理活性;然而,关于茯苓来源的类外泌体纳米囊泡(PCELNs)对MAFLD作用的研究尚缺乏。因此,本研究旨在明确PCELNs对MAFLD的作用及机制。通过超速离心法分离PCELNs,并表征其形态,如粒径、zeta电位、蛋白分布以及脂质和miRNA组成。然后,在体内和体外观察PCELNs的吸收和分布。最后,利用脂肪乳诱导的L02细胞脂肪变性模型和高脂饮食(HFD)诱导的MAFLD小鼠模型评估PCELNs对MAFLD的作用和机制。PCELNs为膜结构囊泡,粒径为161.4 ± 1.7 nm,zeta电位为−3.20 ± 0.37 mV,并含有多种蛋白质、脂质和miRNA。PCELNs可被L02细胞吸收,腹腔注射后靶向肝脏和脾脏。PCELNs抑制体重增加,改善心脏、肝脏、脾脏和各种脂肪的指数,并降低脂质积累和脂质水平。它们还保护线粒体超微结构,并调节氧化应激和能量代谢紊乱。此外,PCELNs增加肝脏中PTEN诱导激酶1(PINK1)、E3泛素连接酶(Parkin)和微管相关蛋白轻链3(LC3)的蛋白表达,降低肝脏线粒体和细胞质中氧化型线粒体DNA(Ox-mtDNA)含量,降低肝脏中核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLRP3)、前体半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶-1(caspase-1)、cleaved-caspase-1和成熟白细胞介素-1β(IL-1β)的蛋白表达,并降低血清和肝脏中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)、IL-1β和白细胞介素-18(IL-18)的水平。总之,我们证明PCELNs可能通过促进线粒体自噬和抑制NLRP3炎症小体活化来减轻HFD诱导的MAFLD。

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
茯苓来源的类外泌体纳米囊泡(PCELNs)对高脂饮食诱导的代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MAFLD)的作用及其机制是什么?
核心机制
PCELNs通过促进PINK1/Parkin介导线粒体自噬,减少氧化型线粒体DNA(Ox-mtDNA)的产生和释放,进而抑制NLRP3炎症小体活化。
主要证据
在脂肪乳诱导的L02细胞脂肪变性模型和HFD诱导的MAFLD小鼠模型中,PCELNs处理增加了PINK1、Parkin和LC3蛋白表达,降低了线粒体和细胞质中Ox-mtDNA含量,并降低了NLRP3、caspase-1、IL-1β等炎症小体相关蛋白的表达及血清和肝脏炎症因子水平。
研究意义
PCELNs可能成为预防和治疗MAFLD的潜在治疗药物,并为从草药中发现新药候选物提供新策略。

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

PCELNs的制备与表征

分离并表征茯苓来源类外泌体纳米囊泡的形态、粒径、zeta电位、蛋白、脂质和miRNA组成。

通过超速离心法从茯苓中分离PCELNs,利用TEM、DLS、NTA、蛋白凝胶电泳、TLC、脂质组学和miRNA测序进行表征。

2

PCELNs的体外摄取和细胞毒性

评估PCELNs在L02细胞中的摄取能力和安全性。

PKH26标记PCELNs后与L02细胞共孵育不同时间,观察摄取;CCK-8检测不同浓度PCELNs处理24和48小时后的细胞活力。

3

PCELNs对L02细胞脂肪变性的影响

评估PCELNs对脂肪乳诱导的L02细胞脂肪变性的改善作用。

采用5%脂肪乳诱导L02细胞脂肪变性,PCELNs(10, 50, 100 μg/mL)和阳性对照非诺贝特(FC)处理24 h,检测脂质积累和相关生化指标。

4

PCELNs对PINK1/Parkin介导线粒体自噬的影响

明确PCELNs是否通过调节线粒体自噬通路发挥作用。

采用免疫荧光检测脂肪乳诱导的L02细胞中PINK1、Parkin、LC3和p62蛋白的表达。

5

PCELNs的体内分布

观察PCELNs经腹腔注射后在小鼠体内的分布情况。

DIR标记PCELNs,腹腔注射后通过活体成像系统观察不同时间的荧光信号,并离体成像检测各器官中的分布。

6

PCELNs对HFD诱导MAFLD小鼠的疗效评估

评估PCELNs对HFD诱导的MAFLD小鼠模型体重、器官指数、血脂和肝脏脂质代谢等的影响。

建立HFD诱导的MAFLD小鼠模型,给予不同剂量PCELNs(10, 20, 40 mg/kg/d)治疗8周,检测相关指标。

7

PCELNs对肝脏炎症反应和氧化应激的影响

评估PCELNs对HFD诱导的肝脏炎症因子和氧化应激指标的影响。

检测血清和肝脏中TNF-α、IL-6、IL-1β、IL-18的水平,以及肝脏中MDA、SOD、GSH、ROS水平和ATPase、复合物I和II活性。

8

PCELNs对线粒体超微结构和功能的影响

评估PCELNs对HFD小鼠肝脏线粒体结构和功能的影响。

采用TEM观察肝脏线粒体超微结构,检测线粒体功能相关指标。

9

PCELNs抑制NLRP3炎症小体活化的机制验证

验证PCELNs通过促进线粒体自噬抑制NLRP3炎症小体活化。

通过Western blot检测肝脏中PINK1、Parkin、p62、LC3、NLRP3、pro-caspase-1、cleaved-caspase-1和mature-IL-1β的蛋白表达,并检测线粒体和细胞质中Ox-mtDNA水平。

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
RPMI-1640培养基Gibco--
胎牛血清Procell Life Science & Technology Co., Ltd.--
青霉素/链霉素Gibco--
胰蛋白酶Gibco--
磷酸盐缓冲液Saiguo Technology Co., Ltd.--
细胞计数试剂盒-8Bioss Biotech Co., Ltd.--
非诺贝特胶囊Abbott Laboratories--
脂肪乳Yunnan Provincial Hospital of Traditional Chinese Medicine--
甘油三酯、总胆固醇、谷丙转氨酶、谷草转氨酶、低密度脂蛋白胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、丙二醛、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽、ATP酶试剂盒Jiancheng Bioengineering Institute--
肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6、白细胞介素-1β、白细胞介素-18、复合物I和II试剂盒Jiangsu Meimian Industrial Co., Ltd.--
活性氧试剂盒Suzhou UElandy Biotech Co., Ltd.--
DIR(近红外荧光探针)Suzhou UElandy Biotech Co., Ltd.--
PKH26红色荧光细胞连接试剂盒Sigma-Aldrich--
DAPISigma-Aldrich--
8-羟基脱氧鸟苷试剂盒Wuhan Cusabio Co., Ltd.--
电镜固定液Servicebio Biotech Co., Ltd.--
油红O染色试剂盒Solarbio Co., Ltd.--
RIPA裂解液Solarbio Co., Ltd.--
5×上样缓冲液Solarbio Co., Ltd.--
线粒体分离试剂盒Shanghai Beyotime Biotech Co., Ltd.--
BCA蛋白定量试剂盒Shanghai Beyotime Biotech Co., Ltd.--
抗PINK1抗体Proteintech23274-1-AP
抗p62抗体Proteintech18420-1-AP
抗NLRP3抗体Proteintech27458-1-AP
抗Parkin抗体Abcamab77924
抗LC3抗体Cell Signal Technology4108
抗IL-1β抗体Santa Cruz Biotechnologysc-12742
抗caspase-1抗体ABclonalA16288
Omni-ECL™ Pico光化学发光试剂盒Shanghai Epizyme Biotech Co., Ltd.--
Blue Plus® IV蛋白MarkerTransGen Biotech Co., Ltd.--
EasyPure®基因组DNA试剂盒TransGen Biotech Co., Ltd.--
高脂饮食SYSE Biotech. Co., Ltd.--
基础饲料SiPeiFu Biotech. Co., Ltd.--

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
PCELNs制备
超速离心条件:150,000× g,4°C,2 h;差速离心步骤
阅读提示:见Materials and Methods 4.2. Preparation and Characterization of PCELNs
体外细胞实验
细胞系:L02;脂肪乳浓度:5%;处理时间:24 h;PCELNs浓度:10, 50, 100 μg/mL
阅读提示:见Materials and Methods 4.3. Cell Experiments
动物实验
动物:C57BL/6雄性小鼠;HFD配方:40%脂肪, 20%果糖, 2%胆固醇;PCELNs给药剂量:10, 20, 40 mg/kg/d;给药方式:腹腔注射;治疗时间:8周
阅读提示:见Materials and Methods 4.4. Animal Experiments
机制验证
检测蛋白:PINK1, Parkin, LC3, p62, NLRP3, pro-caspase-1, cleaved-caspase-1, mature-IL-1β;Ox-mtDNA检测
阅读提示:见Materials and Methods 4.4.6. Western Blot Analysis 和 4.4.5. Ox-mtDNA in Liver Mitochondria and Cytoplasm