IRGM1-IRF7轴控制巨噬细胞趋化以协调骨骼肌再生

IRGM1-IRF7 Axis Controls Macrophage Chemotaxis to Orchestrate Skeletal Muscle Regeneration.

作者信息Jiaqi Wang, Xuemin Ge, Zhaonan Zhang, Zhenhai Wang, Zhixin Qiao, Xinyi Wang, Yuting Weng, Xiuhua Yao, Yihe Zhang, Xiaoyu Zhang, Shanshan Sun, Zihan Xu, Wei Zhao, Jianjian Wang, Lili Mu, Jinghua Wang
PMID41862677
发布时间2026-03
DOI10.1007/s10753-026-02496-5

实验完整度

高

包含巨噬细胞和肌纤维特异性敲除小鼠模型、细胞迁移实验、流式分析、RNA-seq及挽救实验等多层级验证,明确功能与机制。

主要模型

髓系特异性Irgm1敲除小鼠(Irgm1ΔCx3cr1) 肌纤维特异性Irgm1敲除小鼠(Irgm1ΔHSA) 骨髓来源巨噬细胞(BMDM) BaCl2诱导的胫骨前肌损伤模型

重点核对

巨噬细胞特异性敲除小鼠(Irgm1ΔCx3cr1)的构建及敲除效率验证 BaCl2损伤模型(30 μL 1.2% BaCl2)及时间点(1, 3, 5, 7, 14, 21 dpi) 巨噬细胞浸润(CD11b+F4/80+)的流式检测 BMDM趋化实验(Transwell,5 μm孔径,TA-THS作为趋化因子) Ccr1、Ccr2、Ccr5表达(mRNA和蛋白水平)及IRF7敲低挽救实验

摘要

高效的骨骼肌再生需要免疫细胞的精确协调。巨噬细胞的及时募集尤为关键,将炎症消退与修复启动联系起来。然而,控制这一过程的固有分子开关仍然难以捉摸。在此,我们将免疫相关GTP酶家族M1蛋白(IRGM1)确定为巨噬细胞介导的肌肉修复的中心调节因子。IRGM1在损伤后动态上调,其表达动力学与巨噬细胞浸润平行。使用髓系特异性敲除小鼠,我们证明巨噬细胞来源的IRGM1对骨骼肌再生至关重要。其缺失导致持续炎症、再生延迟和功能恢复受损。机制上,IRGM1以细胞自主方式控制巨噬细胞的内在趋化能力。IRGM1缺陷通过损害关键趋化因子受体(包括CCR1、CCR2和CCR5)的诱导表达来破坏对损伤信号的响应。我们进一步表明,IRGM1通过负调控转录因子干扰素调节因子7(IRF7)发挥作用。IRF7在IRGM1缺陷的巨噬细胞中异常积累,抑制其迁移能力。值得注意的是,IRF7敲低可挽救这一迁移缺陷。我们的结果定义了一个新的IRGM1-IRF7信号轴,该轴控制肌肉修复过程中巨噬细胞的时空动态。通过解除IRF7介导的迁移抑制,该轴确保协调的骨骼肌再生。我们的发现因此为再生性疾病提供了新的机制解释和潜在治疗靶点。

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
巨噬细胞内在分子开关如何控制其募集以协调骨骼肌再生?
核心机制
IRGM1通过负调控转录因子IRF7,抑制其异常积累,从而解除IRF7对巨噬细胞迁移的抑制作用,维持关键趋化因子受体(CCR1、CCR2、CCR5)的诱导表达,确保巨噬细胞定向迁移。
主要证据
在BaCl2损伤模型中,巨噬细胞特异性Irgm1敲除导致巨噬细胞浸润减少和再生延迟;BMDM Transwell实验显示趋化缺陷;IRF7在IRGM1缺陷巨噬细胞中异常积累,Irf7敲低可挽救迁移缺陷。
研究意义
揭示了IRGM1-IRF7轴作为控制巨噬细胞时空募集的细胞自主通路,为靶向再生障碍性疾病提供新的机制依据和治疗靶点。

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

建立肌肉损伤模型并检测IRGM1表达

确定IRGM1在骨骼肌损伤后的表达动态及其与炎症和再生阶段的关系

对WT小鼠TA肌肉注射BaCl2诱导损伤,在不同时间点(0, 1, 3, 5, 7 dpi)采集组织,通过H&E染色、免疫印迹和RT-qPCR检测组织病理和IRGM1表达。

2

验证IRGM1在巨噬细胞中的表达

确认IRGM1的细胞来源及其与巨噬细胞浸润的相关性

通过qPCR检测不同组织中的表达,对BMDM和单肌纤维进行免疫荧光染色,流式细胞术分析损伤后巨噬细胞和中性粒细胞的比例和数量,并分析scRNA-seq数据集。

3

评估巨噬细胞和肌纤维特异性Irgm1敲除对再生的影响

确定IRGM1发挥功能的细胞类型及其对肌肉再生的必要性

生成Irgm1ΔCx3cr1和Irgm1ΔHSA小鼠,注射BaCl2诱导损伤,在多个时间点分析组织学(CSA、炎症面积)、肌球蛋白重链亚型表达等。

4

检测巨噬细胞招募和趋化功能

验证IRGM1对巨噬细胞募集和趋化能力的影响

流式细胞术检测损伤后巨噬细胞浸润,体内EdU和TUNEL检测增殖凋亡,分离BMDM进行Transwell迁移实验,并检测趋化因子受体表达。

5

探索IRGM1下游机制

鉴定IRGM1调控巨噬细胞趋化的下游转录因子

对Irgm1−/−小鼠损伤后TA肌肉进行RNA-seq,筛选差异表达基因,发现Irf7;在BMDM和TA组织中验证IRF7蛋白和mRNA水平;进行过表达和敲低实验。

6

验证IRGM1-IRF7轴的因果关系

证明IRGM1通过抑制IRF7来促进巨噬细胞迁移

在WT BMDM中过表达Irgm1检测IRF7水平;在WT BMDM中过表达Irf7检测迁移;在Irgm1ΔCx3cr1 BMDM中敲低Irf7检测迁移和受体表达。

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
氯化钡Sigma-Aldrich--
DMEM培养基Solarbio--
粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子AbbkinePRP1077
I型胶原酶Sigma-AldrichC9263
II型胶原酶WorthingtonLS004176
可固定活性染料APC-Cy7Thermo Fisher65-0865-18
CD45-PerCP抗体Thermo Fisher45-0459-42
CD11b-APC抗体Thermo Fisher17-0112-82
CD11b-PE-Cy7抗体Thermo Fisher25-0112-82
Ly-6G-PE-Cy7抗体Thermo Fisher25-9668-82
F4/80-PE抗体Thermo Fisher12-4801-80
CCR1-APC抗体BioLegend152503
CCR2-FITC抗体BioLegend150607
CCR5-PerCP抗体BioLegend107015
Cytoperm Plus固定/透化溶液试剂盒BD Biosciences554715
小鼠抗IRGM1抗体----
CD86-PE-Cy7抗体BioLegend105013
CD206-PerCP抗体BioLegend141715
FITC标记山羊抗小鼠IgGRockland610-1202
FACSVerse流式细胞仪BD Biosciences--
EdURiboBioC10321
TUNEL凋亡检测试剂盒AbbkineKTA2010
EasyPure RNA试剂盒TransGen BiotechER101-01
ABscript III逆转录预混液ABclonalRM21478
Hieff qPCR SYBR Green预混液Yeasen11201ES50
无核酸酶水ABclonalRM20214
兔抗IRF7抗体Sangon BiotechD290764
兔抗IRF4抗体Proteintech11247-1-AP
兔抗IRF1抗体Sangon BiotechD290759
兔抗GAPDH抗体Bioss Antibodiesbsm-52262R
山羊抗兔IgG-HRPSangon BiotechD110011
山羊抗小鼠IgG-HRPThermo Fisher31430
Laminin抗体Sigma-AldrichL9393
山羊抗小鼠IgG (H+L), FITCRockland610-1202
山羊抗兔IgG, Dylight 549AbbkineA23320
DAPIRoche10236276001
ZEISS LSM700共聚焦显微镜ZEISS--
Lipo8000转染试剂BeyotimeC0533
Opti-MEM培养基Thermo Fisher31985

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
小鼠模型
Irgm1fl/fl对照;Cx3cr1-Cre; Irgm1fl/fl 和 HSA-Cre; Irgm1fl/fl 的构建;8周龄雄性,18-20g
阅读提示:Materials and Methods: Mice
肌肉损伤诱导
TA肌肉注射30 μL 1.2% BaCl2;对照为等体积0.9% NaCl;时间点
阅读提示:Materials and Methods: Skeletal Muscle Injury Protocol
BMDM培养
GM-CSF浓度10 ng/mL;分化时间7天;培养基更换时间
阅读提示:Materials and Methods: Isolation and Culture of Bone Marrow-Derived Macrophages
趋化实验
Transwell孔径5 μm;细胞数1×10^5;趋化因子TA-THS制备;孵育48 h
阅读提示:Materials and Methods: Macrophage Migration Assay
流式分析
组织消化酶Collagenase Type II (1 mg/mL);抗体浓度及克隆号
阅读提示:Materials and Methods: Flow Cytometry
表达检测
RNA提取试剂盒EasyPure RNA;引物序列见表S1;qPCR条件
阅读提示:Materials and Methods: RNA Extraction and RT-qPCR
蛋白检测
抗体浓度及品牌;ECL显色
阅读提示:Materials and Methods: Western Blot Analysis
过表达与敲低
质粒载体pLVX-Flag-C1;siRNA序列见表S1;转染浓度20 nM
阅读提示:Materials and Methods: Plasmid Construction and Lentiviral Transduction; Small Interfering RNA (siRNA)-Mediated Irf7 Knockdown