醛固酮诱导的氧化应激启动的Caveolin 1相关自噬促进肝窦内皮细胞去窗孔化

Caveolin 1-related autophagy initiated by aldosterone-induced oxidation promotes liver sinusoidal endothelial cells defenestration.

作者信息Xiaoying Luo, Dan Wang, Xuan Luo, Xintao Zhu, Guozhen Wang, Zuowei Ning, Yang Li, Xiaoxin Ma, Renqiang Yang, Siyi Jin, Yun Huang, Ying Meng, Xu Li
PMID28734243
发布时间2017-10-13
DOI10.1016/j.redox.2017.07.011

实验完整度

高

包含人体肝纤维化样本、BDL大鼠模型、高醛固酮小鼠模型、原代LSECs体外实验,以及功能验证(自噬调节、siRNA敲低)和机制验证(共免疫沉淀、Western blot等)

主要模型

人肝纤维化活检组织 BDL诱导肝纤维化大鼠模型 醛固酮-盐高血压小鼠模型 原代大鼠肝窦内皮细胞(LSECs)

重点核对

BDL大鼠:胆管结扎28天,在第18天和28天评估去窗孔化;治疗组用螺内酯(40 mg/kg·d,灌胃)或3MA(10 mg/kg·d,腹腔注射) 高醛固酮小鼠:醛固酮0.1 μg/g/h持续泵入28天,联合1% NaCl饮水;螺内酯(40 μg/g·d,灌胃)或3MA(15 μg/g·d,腹腔注射) 体外原代LSECs:醛固酮处理浓度0、1、10、100 nM,持续3天;预处理螺内酯(20 μM)、雷帕霉素(10 nM)、3MA(10 μM)、巴弗洛霉素A1(10 nM)、NAC(1 mM)、TEMPO(1 μM)、mito-TEMPO(100 U/ml) 使用siRNA敲低Cav1(转染效率70%)验证氧化应激介导作用

摘要

Aldosterone, with pro-oxidation and pro-autophagy capabilities, plays a key role in liver fibrosis. However, the mechanisms underlying aldosterone-promoted liver sinusoidal endothelial cells (LSECs) defenestration remain unknown. Caveolin 1 (Cav1) displays close links with autophagy and fenestration. Hence, we aim to investigate the role of Cav1-related autophagy in LSECs defenestration. We found the increase of aldosterone/MR (mineralocorticoid receptor) level, oxidation, autophagy, and defenestration in LSECs in the human fibrotic liver, BDL or hyperaldosteronism models; while antagonizing aldosterone or inhibiting autophagy relieved LSECs defenestration in BDL-induced fibrosis or hyperaldosteronism models. In vitro, fenestrae of primary LSECs gradually shrank, along with the down-regulation of the NO-dependent pathway and the augment of the AMPK-dependent autophagy; these effects were aggravated by rapamycin (an autophagy activator) or aldosterone treatment. Additionally, aldosterone increased oxidation mediated by Cav1, reduced ATP generation, and subsequently induced the AMPK-dependent autophagy, leading to the down-regulation of the NO-dependent pathway and LSECs defenestration. These effects were reversed by MR antagonist spironolactone, antioxidants or autophagy inhibitors. Besides, aldosterone enhanced the co-immunoprecipitation of Cav1 with p62 and ubiquitin, and induced Cav1 co-immunofluorescence staining with LC3, ubiquitin, and F-actin in the perinuclear area of LSECs. Furthermore, aldosterone treatment increased the membrane protein level of Cav1, whereas decrease the cytoplasmic protein level of Cav1, indicating that aldosterone induced Cav1-related selective autophagy and F-actin remodeling to promote defenestration. Consequently, Cav1-related selective autophagy initiated by aldosterone-induced oxidation promotes LSECs defenestration via activating the AMPK-ULK1 pathway and inhibiting the NO-dependent pathway.

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
醛固酮通过何种机制促进肝窦内皮细胞(LSECs)去窗孔化?Cav1相关自噬在此过程中的作用是什么?
核心机制
醛固酮经MR/Cav1复合体介导NOX4和线粒体产生氧化应激,导致ATP减少,激活AMPK-ULK1通路依赖的自噬;自噬促进Cav1的选择性降解和重新分布,并诱导F-actin重构,同时抑制NO/eNOS/sGC/cGMP/PKG/VASP通路,最终导致LSECs去窗孔化。
主要证据
在人肝纤维化组织、BDL大鼠模型、高醛固酮小鼠模型及原代LSECs中观察到醛固酮/MR水平升高、氧化应激增强、自噬增加及去窗孔化;使用螺内酯(MR拮抗剂)、抗氧化剂(NAC、TEMPO、mito-TEMPO)或自噬抑制剂(3MA、巴弗洛霉素)可减轻这些变化;Cav1敲低减弱醛固酮诱导的氧化应激;免疫共沉淀显示Cav1与MR、p62、泛素相互作用增强;荧光共定位显示Cav1与LC3、泛素、F-actin在核周区域共定位增加;膜蛋白与胞质蛋白分离实验显示膜Cav1增加而胞质Cav1减少。
研究意义
抑制LSECs自噬是预防肝窦毛细血管化的潜在策略,可能为肝纤维化治疗提供新靶点;醛固酮作为促氧化和促自噬因子,可能成为肝纤维化的药物靶点。

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

检测人肝纤维化组织中的醛固酮/MR、氧化应激和自噬

明确人肝纤维化中LSECs是否发生醛固酮/MR水平升高、氧化应激和自噬增强及去窗孔化。

收集9例胆管结石肝纤维化活检标本和6例肝血管瘤正常肝组织,进行HE、天狼星红染色,免疫组化检测α-SMA、vWF,免疫荧光检测CD31/MR、vWF/LC3共定位,Western blot检测vWF、CD31、MR、NOX4、LC3II/I表达。

2

BDL大鼠模型验证醛固酮拮抗或自噬抑制对LSECs去窗孔化的影响

确定在BDL诱导的肝纤维化中,阻断醛固酮或抑制自噬能否缓解LSECs去窗孔化及NO依赖通路下调。

雄性SD大鼠行胆管结扎(BDL)或假手术,持续28天;在不同时间点取材检测LSECs窗孔、NO通路、氧化应激和自噬;BDL后给予螺内酯或3MA处理,观察上述指标变化。

3

高醛固酮小鼠模型验证醛固酮对LSECs去窗孔化的直接作用

验证持续醛固酮输注是否直接促进LSECs去窗孔化和早期肝损伤,并检验螺内酯或3MA的缓解作用。

C57小鼠给予1% NaCl饮水并皮下植入醛固酮渗透泵持续28天,同时给予螺内酯或3MA;检测LSECs窗孔、自噬、氧化应激、肝纤维化及血清ALT和醛固酮水平。

4

体外原代LSECs验证醛固酮对AMPK依赖性自噬的诱导

明确醛固酮是否在体外诱导LSECs去窗孔化,并伴随NO通路下调和AMPK-ULK1依赖的自噬增强。

从正常SD大鼠分离原代LSECs,用不同浓度醛固酮(0、1、10、100 nM)处理3天,或100 nM处理1-3天;检测窗孔变化、NO通路蛋白(eNOS、VASP)、自噬相关蛋白(AMPK、ULK1、LC3II/I)、ATP水平。

5

验证醛固酮诱导的氧化应激由Cav1介导

确定醛固酮是否通过Cav1与MR相互作用介导NOX4和线粒体氧化应激。

检测醛固酮处理后MR、Cav1、NOX4蛋白表达及H2O2、mito-ROS水平;免疫共沉淀检测Cav1与MR相互作用;用siRNA敲低Cav1后检测NOX4和H2O2水平。

6

验证抗氧化或醛固酮拮抗对醛固酮诱导的自噬和去窗孔化的影响

明确醛固酮诱导的氧化应激是否通过AMPK通路启动自噬并促进去窗孔化。

使用螺内酯、NAC、TEMPO、mito-TEMPO预处理醛固酮处理的原代LSECs,检测H2O2、mito-ROS、ATP、NOX4、AMPK、LC3II/I蛋白表达,自噬流及窗孔变化。

7

验证自噬对NO依赖通路和LSECs去窗孔化的影响

确定醛固酮诱导的自噬是否通过抑制NO依赖通路促进去窗孔化。

用自噬激活剂雷帕霉素或抑制剂3MA、巴弗洛霉素处理原代LSECs,检测LC3II/I、eNOS、VASP蛋白表达及窗孔变化。

8

验证醛固酮诱导Cav1选择性自噬降解和F-actin重构

验证醛固酮是否促进Cav1的选择性自噬降解、亚细胞重分布,并诱导F-actin重构。

检测自噬调节剂对Cav1蛋白水平的影响;免疫共沉淀检测Cav1与p62、泛素的相互作用;分离膜蛋白和胞质蛋白检测Cav1分布;免疫荧光观察Cav1与LC3、泛素、F-actin的共定位。

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
醛固酮Sigma-AldrichA9477
螺内酯Sigma-AldrichS4054
3-甲基腺嘌呤Sigma-AldrichS2767
雷帕霉素Sigma-AldrichS1039
巴弗洛霉素A1Sigma-AldrichSML1661
N-乙酰-L-半胱氨酸Sigma-AldrichA9165
TEMPOSigma-Aldrich426369
mito-TEMPOSigma-AldrichSML0737
抗α-SMA抗体BosterBM0002
抗vWF抗体Santa CruzSC-365712
抗vWF抗体Abcamab174290
抗CD31抗体Santa CruzSC-46694
抗Cav1抗体Abcamab17052
抗Cav1抗体Abcamab2910
抗MR抗体Abcamab2774
抗LC3抗体Abcamab48394
抗CD32b抗体AbclonalA7554
抗泛素抗体Abcamab19247
抗NOX4抗体Abcamab60940
抗p62抗体Abcamab155686
抗VASP抗体CST3132S
抗eNOS抗体AbclonalA1548
抗AMPK抗体Proteintech10929-2-AP
抗磷酸化AMPK(Thr172)抗体AbclonalAP0116
抗ULK1抗体Proteintech20986-1-AP
抗磷酸化ULK1(Ser555)抗体CSTS555
抗ATP1B2抗体Proteintech22338-1-AP
抗GAPDH抗体Proteintech60004-1
抗β-actin抗体Proteintech60008-1
DAPISigma-AldrichD9542
FITC标记的山羊抗兔IgGBeyotimea0562
Cy3标记的山羊抗小鼠IgGBeyotimea0521
MCDB131培养基Gibco10372019
RPMI 1640培养基Gibco11875101
胎牛血清TransSerum10102
mRFP-GFP-LC3质粒HanbioLP2100001
鬼笔环肽ThermoF432
DCFH-DA荧光探针BeyotimeS0033
MitoSOX Red线粒体超氧化物指示剂ThermoN36008
流式细胞仪BDFACSCanto
PrimeScript逆转录预混液TakaraRR036A
SYBR Premix Ex Taq IITakaraRR820A
驴抗小鼠二抗LI-COR biosciencesC40910-04
山羊抗兔二抗LI-COR biosciencesC51007-08
膜蛋白和胞质蛋白提取试剂盒凯基KGP3100-2
过氧化氢检测试剂盒BeyotimeS0038
ATP检测试剂盒BeyotimeS0026
醛固酮ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0070c

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
人肝组织样本
纤维化肝组织来自胆管结石患者(F3-4期,9例),正常肝组织来自肝血管瘤切除(6例)
阅读提示:Materials and methods, Section 2.2 Patients
BDL诱导肝纤维化大鼠模型
雄性SD大鼠(180-220g),BDL或假手术,28天;治疗组:螺内酯(40 mg/kg·d,灌胃)或3MA(10 mg/kg·d,腹腔注射)
阅读提示:Materials and methods, Section 2.2.2 BDL-induced liver fibrosis rat model
高醛固酮小鼠模型
雄性C57小鼠(18-22g),醛固酮0.1 μg/g/h皮下泵入28天,1% NaCl饮水;治疗组:螺内酯(40 μg/g·d,灌胃)或3MA(15 μg/g·d,腹腔注射)
阅读提示:Materials and methods, Section 2.2.3 Hyperaldosteronism model
原代LSECs体外培养和处理
醛固酮浓度0-100 nM处理3天;预处理螺内酯(20 μM)、雷帕霉素(10 nM)、3MA(10 μM)、巴弗洛霉素A1(10 nM)、NAC(1 mM)、TEMPO(1 μM)、mito-TEMPO(100 U/ml)
阅读提示:Materials and methods, Section 2.7 Cell isolation, identification, culture and treatment
Cav1敲低实验
siRNA序列:sense 5'-GUUGUACCGUGCAUCAAGATT-3',antisense 5'-UCUUGAUGCACGGUACAACTT-3',转染效率70%
阅读提示:Materials and methods, Section 2.12 siRNA transfection assay