抑制盐诱导激酶2通过激活自噬流和增强mTORC1活性保护ALS运动神经元免受变性

Inhibition of Salt-Inducible Kinase 2 Protects Motor Neurons From Degeneration in ALS by Activating Autophagic Flux and Enhancing mTORC1 Activity.

作者信息Weiwei Liang, Chunting Zhang, Di Wang, Xiaoli Su, Xingli Tan, Yueqing Yang, Chaohua Cong, Ying Wang, Di Huo, Hongyong Wang, Shuyu Wang, Xudong Wang, Honglin Feng
PMID40135564
发布时间2025-03
DOI10.1111/cns.70341

实验完整度

包含体外细胞模型(NSC34)和体内动物模型(hSOD1G93A转基因小鼠),并进行了功能验证(凋亡、活力)和机制验证(自噬流、溶酶体酸化、mTORC1信号)。

主要模型

NSC34细胞(小鼠神经母细胞瘤×脊髓杂交细胞系) hSOD1G93A转基因小鼠(ALS模型) 稳定转染hSOD1G93A的NSC34细胞(mSOD1细胞)

重点核对

SIK2在ALS模型中的表达水平(蛋白和mRNA) SIK2敲低或过表达对细胞活力、凋亡和突变SOD1聚集的影响 自噬流评估(LC3-II、p62水平及氯喹处理) 溶酶体酸化(LysoTracker Red染色)和cathepsin B水平 mTORC1活性(p-mTOR和p-p70S6K水平) LV-shSIK2脑室内注射对ALS小鼠发病、运动功能和寿命的影响

摘要

目的:自噬损伤与肌萎缩侧索硬化(ALS)的发病机制有关。盐诱导激酶2(SIK2)是AMP活化蛋白激酶(AMPK)家族的成员,在中枢神经系统中广泛表达,在神经元存活、神经发生和自噬调节中发挥关键作用。本研究旨在探讨SIK2在ALS发病机制中的作用及其潜在机制。方法:在我们的工作中,我们使用ALS的体内和体外模型来研究SIK2的作用。通过Western blot、RT‐qPCR、免疫荧光和免疫组化评估蛋白质和RNA水平。使用CCK‐8法和流式细胞术评估细胞活力和凋亡。使用透射电子显微镜检查自噬泡。此外,将携带靶向SIK2的shRNA(sh‐SIK2)的慢病毒颗粒注射到60日龄ALS小鼠的侧脑室。通过转棒实验评估运动性能。结果:我们观察到,在细胞模型和hSOD1G93A转基因小鼠ALS模型中,SIK2表达增加显著促进了运动神经元的变性。SIK2敲低增强了神经元存活并恢复了mTORC1活性。此外,抑制SIK2通过激活自噬流和增强溶酶体酸化促进了突变SOD1聚集物的清除。相反,SIK2过表达损害了mTORC1活性,通过抑制溶酶体功能加剧了自噬功能障碍,最终导致运动神经元变性。在体内,SIK2缺乏通过增强自噬介导的突变SOD1聚集物清除延迟了ALS小鼠的发病并延长了其寿命。结论:我们的研究结果表明,SIK2通过调节溶酶体酸化来调节自噬流,从而影响突变SOD1聚集物的降解。抑制SIK2增强自噬介导的有毒蛋白聚集物清除并保护运动神经元,凸显了其作为ALS治疗靶点的潜力。

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
SIK2在ALS发病机制中的作用及其对运动神经元存活的影响,以及其潜在机制是否涉及自噬调节。
核心机制
SIK2通过抑制mTORC1信号诱导自噬,但同时损害溶酶体酸化和功能,导致自噬流受阻和突变SOD1聚集物积累;抑制SIK2则恢复mTORC1活性并增强自噬介导的突变SOD1清除。
主要证据
体外细胞实验显示SIK2敲低减少突变SOD1聚集、增强自噬流和溶酶体酸化,并恢复mTORC1活性;过表达则相反。体内实验证实LV-shSIK2注射延迟发病、延长寿命,并伴随自噬流增强和突变SOD1减少。
研究意义
SIK2被认为是ALS的潜在治疗靶点,抑制SIK2可能通过增强自噬介导的毒性蛋白清除和恢复mTORC1活性来保护运动神经元。

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ALS细胞模型和动物模型

模拟ALS病理环境,为后续实验提供模型。

使用NSC34细胞稳定转染空载体、野生型SOD1或突变SOD1G93A,以及使用hSOD1G93A转基因小鼠。

2

检测SIK2表达水平

验证SIK2在ALS模型中是否异常表达。

通过免疫荧光、Western blot和RT-qPCR检测脊髓组织和细胞中SIK2的蛋白和mRNA水平。

3

评估自噬流状态

确定ALS模型中自噬流是否受损。

通过Western blot检测LC3-II和p62水平,使用氯喹处理评估自噬流,并用电镜观察自噬泡。

4

功能验证SIK2敲低或过表达对细胞的影响

确定SIK2水平变化对细胞活力、凋亡和突变SOD1聚集的影响。

使用siRNA敲低或Flag-SIK2过表达,通过流式细胞术检测凋亡、CCK-8检测活力、Western blot检测cleaved caspase-3和突变SOD1聚集。

5

机制探究:自噬流与溶酶体功能

阐明SIK2调控自噬流和溶酶体酸化的机制。

使用mCherry-GFP-LC3B报告基因检测自噬流,LysoTracker Red染色检测溶酶体酸化,Western blot检测cathepsin B表达。

6

机制探究:mTORC1信号通路

验证SIK2对mTORC1活性的影响。

通过Western blot检测mTOR、p-mTOR、p70S6K、p-p70S6K的水平,并用雷帕霉素处理验证。

7

体内验证:LV-shSIK2脑室内注射对ALS小鼠的影响

评估SIK2敲低在体内的神经保护作用。

向60日龄ALS小鼠侧脑室注射LV-shSIK2-mCherry,通过体重、转棒实验、生存曲线、运动神经元计数和自噬相关蛋白检测评估效果。

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
B6SJL-Tg(SOD1-G93A)1Gur/J小鼠Jackson Laboratory002726
杜尔贝科改良伊格尔培养基----
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
嘌呤霉素InvitrogenG418
Lipofectamine2000Invitrogen--
SIK2 siRNAGenePharma--
Opti-MEM培养基Invitrogen--
Flag标记的SIK2表达载体GeneCopoeia Inc.--
抗SIK2抗体Abcamab53423
抗SIK2抗体SigmaSAB3500955
抗MAP-2抗体Beijing Bioss Biotechnology Co--
抗裂解Caspase-3抗体Abcamab49822
抗LAMP1抗体Proteintech65051-1-Ig
Alexa Fluor 488或594二抗ZSGB-BIO--
DAPISigma--
RIPA裂解液Beyotime Institute of Biotechnology--
磷酸酶抑制剂Roche04693124001
BCA法Beyotime Institute of Biotechnology--
抗SIK2抗体Cell Signaling Technology6919
抗SOD1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-271014
抗mTOR抗体Cell Signaling Technology2983
抗磷酸化mTOR (Ser2448)抗体Cell Signaling Technology2971S
抗P70S6K抗体Cell Signaling Technology9202S
抗磷酸化P70S6K (Thr389)抗体Cell Signaling Technology9202S
抗SQSTM1/P62抗体Abcamab56416
抗β-肌动蛋白抗体Abcamab8224
抗LC3B抗体NovusNB100-2220
抗caspase3抗体Abcamab184787
抗CTSB抗体Proteintech12216-1-AP
Alexa Fluor-800二抗Li-COR--
Odyssey红外成像系统Li-COR Biotechnology--
TRIzol试剂Invitrogen Life Technologies--
FastKing gDNA反转录预混液TIANGEN BIOTECHKR118
一步法SYBR PrimeScript RT-PCR试剂盒IITakara Biotechnology Co--
Light Cycler 480Roche--
FACSCaliburBD Biosciences--
Annexin V/APC和7-AADBiolegend--
CCK-8试剂盒Beyotime--
分光光度酶标仪BioTek Instruments--
EPON 812树脂----
UC6超薄切片机Leica Microsystems--
H-7650透射电子显微镜Hitachi--
Lyso-Tracker Red DND-99Beyotime Biotechnology--
LV-shSIK2-mCherry慢病毒GenePharma Corporation--
玻璃微针Drummond Scientific Company--

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
动物模型
hSOD1G93A转基因小鼠(B6SJL-Tg(SOD1-G93A)1Gur/J)的性别、年龄、遗传背景、饲养条件、伦理批准
阅读提示:Materials and Methods 2.1
细胞模型
NSC34细胞的来源、培养条件(DMEM、10%FBS、37°C、5%CO2)、转染方法(Lipofectamine2000)、筛选浓度(200μg/mL嘌呤霉素)
阅读提示:Materials and Methods 2.2, 2.3, 2.4, 2.5
siRNA敲低
SIK2 siRNA序列、转染浓度、转染时间(48小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.4
SIK2过表达
Flag-SIK2质粒浓度(1、2、4μg)、转染时间(48小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.5, Results 3.5
氯喹处理
氯喹浓度(50μM)、处理时间(4小时)
阅读提示:Materials and Methods 3.2, 3.4
动物实验干预
LV-shSIK2注射体积(10μL)、滴度(109TU/ml)、注射时间(60日龄)、注射位点(侧脑室坐标)
阅读提示:Materials and Methods 2.15
行为学评估
转棒训练和测试时间(开始于60日龄,每8天一次)、测试参数(180秒)
阅读提示:Materials and Methods 2.15