维生素D通过TNF信号通路抑制结核分枝杆菌感染的THP-1细胞凋亡

Vitamin D inhibits apoptosis in THP-1 cells infected with mycobacterium tuberculosis through TNF signaling pathway.

作者信息Yusheng Yang, Jiezhong Deng, Pan Liu, Jinyue He, Jiulin Tan, Bo Yu, Yun Bai, Fei Luo, Jianzhong Xu, Zehua Zhang
PMID40396181
发布时间2025-05-06
DOI10.3389/fimmu.2025.1525922

实验完整度

文献包含体外细胞实验(THP-1感染M.tb)、患者样本检测(血清炎症因子、组织IF/IHC)、体内动物模型(BCG尾静脉和关节腔注射)以及机制验证(Western blot、qRT-PCR、siRNA沉默VDR),实验层级丰富。

主要模型

THP-1细胞(人单核细胞白血病细胞系) 结核病患者脊柱结核椎间盘组织 C57BL/6小鼠BCG感染模型

重点核对

THP-1细胞感染M.tb的感染复数(MOI=1)和感染时间(4小时) 1,25(OH)2D3处理浓度(10-6、10-8、10-10M)及处理时间(24小时) VDR siRNA沉默验证VD效应依赖VDR 动物模型中BCG注射剂量(1×10^7 CFU/只)和1,25(OH)2D3剂量(0.5 μg/g) 患者样本中TNF-α和IL-6的血清水平及组织TUNEL染色

摘要

维生素D(VD)与结核病(TB)的抵抗力密切相关;然而,VD降低结核病易感性的机制仍不确定。在我们先前的研究中,我们发现了VD与结核分枝杆菌M.tb诱导的异常破骨细胞生成之间的关系。在这里,我们报道VD通过肿瘤坏死因子(TNF)信号通路减少M.tb感染的THP-1细胞的凋亡。这一新视角有助于阐明VD与结核病之间的复杂关系。在本研究中,THP-1细胞以MOI为1感染结核分枝杆菌H37Rv株(M.tb)4小时,然后分别用1,25-二羟基维生素D(1,25(OH)2D3)(10-6、10-8、10-10M)处理1天。进行RNA测序(RNA-seq),并使用R包edgeR进行差异表达分析。采用免疫荧光(IF)和免疫组织化学(IHC)技术检测结核病患者中的VDR、TNFR1和TUNEL,同时测量血清中TNF-α和IL6的水平。此外,使用Western blot和qRT-PCR技术研究VD对TNF信号通路中关键分子的影响。此外,在体内通过尾静脉和关节腔注射给予卡介苗(BCG,ATCC 35734,来源于牛分枝杆菌)和VD。我们的研究结果显示,TNF信号通路对M.tb诱导的炎症有强烈的反应,导致TNF-α、IL-6表达升高和严重的细胞凋亡。VD在体内外均对M.tb诱导的炎症和细胞凋亡表现出显著的抑制作用。这项研究为维生素D在结核性骨破坏研究中的应用提供了新的见解。

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
维生素D如何抑制结核分枝杆菌感染诱导的巨噬细胞凋亡,其分子机制是什么?
核心机制
1,25(OH)2D3通过VDR抑制NF-κB信号通路的激活(抑制p65磷酸化和核转位),从而下调TNF信号通路相关基因(TNFR1、TRAF2、FADD、TRADD)和凋亡相关基因(Caspase-3、Caspase-8)的表达,减少炎症因子TNF-α的释放,最终抑制M.tb诱导的巨噬细胞凋亡。
主要证据
THP-1细胞感染M.tb后,TNF信号通路显著富集,TNF-α、IL-6分泌增加,凋亡增加;1,25(OH)2D3剂量依赖性抑制这些效应;VDR siRNA逆转了1,25(OH)2D3的作用;体内BCG感染小鼠模型中,1,25(OH)2D3降低了血清和器官中TNF-α水平并减少了组织凋亡。
研究意义
该研究为维生素D作为结核病辅助治疗提供了新的分子机制,并为结核性骨破坏的治疗提供了潜在靶点。

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

体外M.tb感染模型的建立与转录组分析

确定M.tb感染THP-1细胞后差异表达的基因和富集的信号通路。

THP-1细胞以MOI=1感染M.tb 4小时,进行RNA测序,通过火山图、热图、KEGG和GSEA分析差异基因和通路。

2

患者样本中炎症因子和凋亡检测

验证M.tb感染人体后是否引起炎症和凋亡。

收集脊柱结核患者和健康对照的血清及椎间盘组织,ELISA检测TNF-α和IL-6,免疫荧光检测TUNEL和VDR。

3

1,25(OH)2D3剂量依赖性抗炎和抗凋亡作用

评估不同浓度1,25(OH)2D3对M.tb感染THP-1细胞炎症和凋亡的影响。

M.tb感染后,用不同浓度1,25(OH)2D3处理24小时,ELISA检测TNF-α,qRT-PCR检测TNF通路和凋亡相关基因表达,流式细胞术检测凋亡率。

4

VDR依赖的机制验证

确定1,25(OH)2D3的作用是否依赖VDR,并探索其下游信号通路。

使用VDR siRNA沉默THP-1细胞中的VDR,观察1,25(OH)2D3对凋亡和p65核转位的影响;Western blot检测NF-κB通路相关蛋白磷酸化水平。

5

体内BCG感染模型验证

在动物水平验证1,25(OH)2D3对M.tb诱导的炎症和凋亡的抑制作用。

通过尾静脉或关节腔注射BCG和1,25(OH)2D3,检测血清和器官中TNF-α水平、组织TUNEL染色和H&E染色。

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
Middle Brook 7H11琼脂Becton Dickinson283810
OADC增菌液Becton Dickinson212351
甘油SolarbioG8190
Middlebrook 7H9肉汤Becton Dickinson271310
吐温80Sigma AldrichP4780
1640培养基Gibco12633020
胎牛血清GibcoA5670701
青霉素-链霉素溶液SolarbioP1400
佛波酯Sigma Aldrich--
1,25-二羟基维生素DSigma-Aldrichd1530
RNeasy微型试剂盒Qiagen74106
TruSeq RNA样品制备试剂盒IlluminaRS-122-2001
Illumina NovaSeq 6000测序仪Illumina--
TNF-α ELISA试剂盒NeoBioscience3511-1H-6
IL-6 ELISA试剂盒NeoBioscience3361-1A-6
RNA simple总RNA提取试剂盒ES science--
ReverTra Ace qPCR逆转录预混液Takara--
SYBR qPCR预混液Takara--
TUNEL检测试剂盒BeyotimeC1086
抗VDR抗体CST12550S
山羊抗兔IgG Alexa Fluor 488Biossbs-0295G-BF488
山羊抗小鼠IgG Alexa Fluor 647Biossbs-0296G-BF647
DAPI染色液SolarbioC0065
Annexin V-FITC凋亡检测试剂盒BiospesBAD1001
抗Caspase-3抗体ABclonalA19654
抗Caspase-8抗体Abcamab32125
抗VDR抗体CST12550S
抗Bax抗体CST5023S
抗Bcl-2抗体CST4223S
HRP标记的抗兔二抗Beyotime BiotechnologyA0208
抗GAPDH抗体BiworldAP0063

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
细胞培养与感染
THP-1细胞系来源(ATCC),培养基(1640+10%FBS+1%P/S),PMA浓度(100 ng/ml)和刺激时间(过夜),M.tb感染复数(MOI=1)和感染时间(4小时),PBS洗涤次数(3次)。
阅读提示:Methods 4.2 Cell culture and bacterial infection
药物处理
1,25(OH)2D3浓度(10^-6, 10^-8, 10^-10 M)及处理时间(24小时),储存条件(-20°C避光)。
阅读提示:Methods 4.2 Cell culture and bacterial infection
患者样本
患者和对照组样本来源(脊柱结核椎间盘和椎间盘突出患者),伦理审批号(KY2024198),血清和组织的采集时间。
阅读提示:Methods 4.6 Immunofluorescence staining, 2.2
动物实验
小鼠品系(C57BL/6)、性别(雄性)、年龄(6周龄)、体重(20-25g),分组(vehicle, BCG, BCG+VD),BCG剂量(1×10^7 CFU/只),1,25(OH)2D3剂量(0.5 μg/g),注射途径(尾静脉和关节腔),样本采集时间(24h和48h)。
阅读提示:Methods 4.9 In vivo model of BCG infection and 1,25(OH)2D3 treatments
机制验证
VDR siRNA序列和转染条件(未明确说明),NF-κB通路蛋白检测时间点(0, 15, 30, 60分钟),抗体信息(anti-p65, anti-p-IκBα, anti-IκBα等)。
阅读提示:Methods 4.8 Western blot analysis, 4.6 Immunofluorescence staining, 2.4