巨噬细胞Tim-3通过抑制中性粒细胞坏死性凋亡维持DSS诱导结肠炎中的肠道稳态

Macrophage Tim-3 maintains intestinal homeostasis in DSS-induced colitis by suppressing neutrophil necroptosis.

作者信息Fangfei Wang, Feng Zhou, Jianxiang Peng, Hao Chen, Jinliang Xie, Cong Liu, Huifang Xiong, Sihai Chen, Guohui Xue, Xiaojiang Zhou, Yong Xie
PMID38330550
发布时间2024-04
DOI10.1016/j.redox.2024.103072

实验完整度

高

包含患者样本、巨噬细胞特异性敲除小鼠模型、体外细胞共培养、RNA-seq及多种抑制剂验证,功能与机制验证完整。

主要模型

DSS诱导的结肠炎小鼠模型(WT与Tim-3M−KO) THP-1巨噬细胞系 HL-60中性粒细胞样细胞系 IBD患者结肠组织样本

重点核对

巨噬细胞特异性Tim-3敲除小鼠(Tim-3M−KO)的构建与验证 DSS诱导结肠炎模型:3% DSS饮水7天 体内给药:Nec-1(5 mg/kg/day)、GSK-872(10 mg/kg/day)、NAC(100 mg/kg/day) 体外共培养:THP-1(PMA分化后LPS刺激)与HL-60细胞共培养 关键信号通路:TLR4/NF-κB通路及ROS水平检测

摘要

T细胞免疫球蛋白和黏蛋白结构域-3(Tim-3)是一种多功能的免疫调节分子,可保护肠道免受炎症损伤。坏死性凋亡是一种调节肠道稳态和炎症的细胞死亡类型。巨噬细胞Tim-3在肠道炎症中的保护作用机制尚不清楚;因此,我们研究了巨噬细胞中特异性敲低Tim-3是否通过坏死性凋亡驱动肠道炎症。通过双重免疫荧光染色和单细胞RNA测序(sc-RNA seq)分别评估了炎症性肠病(IBD)患者和健康对照结肠组织中Tim-3蛋白和mRNA的表达。生成巨噬细胞特异性Tim-3敲除(Tim-3M-KO)小鼠,以探讨Tim-3在葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导结肠炎中的功能和机制。通过受体相互作用蛋白激酶(RIP)1、RIP3和活性氧(ROS)的药理学抑制剂阻断坏死性凋亡。此外,进行了体外实验以评估Tim-3敲低巨噬细胞诱导中性粒细胞坏死性凋亡的机制。尽管Tim-3在结肠稳态期间巨噬细胞中相对不活跃,但在结肠炎期间高度活跃。与对照组相比,Tim-3M-KO小鼠对结肠炎的易感性增加,结肠炎评分更高,促炎介质表达增加。给予RIP1/RIP3或ROS抑制剂后,DSS处理的Tim-3M-KO小鼠肠道炎症症状显著减轻。进一步分析表明,Tim-3敲低巨噬细胞中的TLR4/NF-κB通路介导了TNF-α诱导的中性粒细胞坏死性凋亡通路。巨噬细胞Tim-3通过细胞内ROS信号调节中性粒细胞坏死性凋亡。Tim-3敲低巨噬细胞可以募集中性粒细胞并诱导中性粒细胞坏死性凋亡,从而损害肠道黏膜屏障,触发结肠炎发展中的恶性循环。我们的结果表明巨噬细胞Tim-3通过抑制中性粒细胞坏死性凋亡在维持肠道稳态中发挥保护作用,并为IBD的发病机制提供了新的见解。

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
巨噬细胞Tim-3在肠道炎症中的保护作用机制,尤其是是否通过调节中性粒细胞坏死性凋亡来影响DSS诱导的结肠炎。
核心机制
巨噬细胞Tim-3通过抑制TLR4/NF-κB信号通路,减少TNF-α和IL-8的释放,从而抑制中性粒细胞坏死性凋亡,并通过调节细胞内ROS信号来维持肠道稳态。
主要证据
Tim-3M−KO小鼠对DSS诱导的结肠炎更易感,坏死性凋亡标志物p-RIP1/p-RIP3/p-MLKL表达增加;体外实验证明Tim-3敲低巨噬细胞分泌TNF-α诱导HL-60细胞坏死性凋亡,且TLR4/NF-κB抑制剂可逆转。
研究意义
本研究首次揭示巨噬细胞Tim-3通过抑制中性粒细胞坏死性凋亡来保护肠道,为IBD的发病机制提供新见解,并可能为治疗策略提供新靶点。

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IBD患者和结肠炎小鼠巨噬细胞Tim-3表达

确认Tim-3在炎症性肠病中的表达变化。

通过双重免疫荧光染色和单细胞RNA测序检测患者结肠组织,以及DSS诱导小鼠结肠中巨噬细胞Tim-3表达。

2

构建巨噬细胞特异性Tim-3敲除小鼠并诱导结肠炎

评估巨噬细胞Tim-3缺失对DSS结肠炎易感性的影响。

将Tim-3fl/fl与LysM-Cre小鼠杂交获得Tim-3M−KO小鼠,给予DSS诱导结肠炎,监测疾病活动指数、生存率、结肠长度和组织病理变化。

3

评估炎症反应和细胞浸润

检测Tim-3缺陷对炎症因子表达和免疫细胞浸润的影响。

通过qRT-PCR检测促炎因子和趋化因子表达,免疫组化检测M1巨噬细胞标志物和Th2标志物,免疫荧光检测巨噬细胞和中性粒细胞浸润。

4

检测坏死性凋亡相关蛋白表达

确定巨噬细胞Tim-3缺失是否诱导结肠组织坏死性凋亡。

通过TUNEL染色排除凋亡,RNA-seq和GSEA分析富集通路,免疫组化和Western blot检测p-RIP1、p-RIP3、p-MLKL表达。

5

体内药理学抑制坏死性凋亡

验证坏死性凋亡在Tim-3缺陷介导的结肠炎中的功能作用。

给予Tim-3M−KO小鼠Nec-1或GSK-872治疗,评估结肠炎严重程度、中性粒细胞浸润和坏死性凋亡标志物。

6

体外共培养验证巨噬细胞对中性粒细胞的影响

证明Tim-3敲低巨噬细胞通过分泌因子诱导中性粒细胞趋化和坏死性凋亡。

将PMA分化的THP-1巨噬细胞(Scr或ShTim-3)用LPS刺激,收集上清液作用于DMSO分化的HL-60细胞或原代小鼠中性粒细胞,检测迁移、F-actin聚合、坏死性凋亡标志物。

7

阐明巨噬细胞释放的TNF-α和IL-8的作用

确定TNF-α和IL-8介导的中性粒细胞坏死性凋亡和趋化作用。

ELISA检测巨噬细胞上清液TNF-α和IL-8水平,使用中和抗体阻断,用重组TNF-α直接刺激HL-60细胞,检测坏死性凋亡。

8

验证TLR4/NF-κB信号通路

阐明巨噬细胞Tim-3抑制炎症的分子机制。

Western blot和免疫荧光检测TLR4和p-p65表达,用TAK-242和BAY11-7082抑制后检测细胞因子释放、巨噬细胞迁移和中性粒细胞坏死性凋亡。

9

评估ROS在坏死性凋亡中的作用

确定ROS是否参与巨噬细胞Tim-3缺陷介导的中性粒细胞坏死性凋亡。

检测体内和体外ROS水平,用ROS清除剂NAC处理小鼠和细胞,观察坏死性凋亡标志物变化。

10

验证肠道上皮屏障损伤

证明中性粒细胞坏死性凋亡导致肠道屏障破坏。

检测小鼠结肠ZO-1表达,体外用巨噬细胞上清液或与中性粒细胞共培养处理Caco2细胞,检测ZO-1和HMGB1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----
IMDM培养基----
二甲基亚砜----
佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸酯----
脂多糖----
葡聚糖硫酸钠MP Biomedicals--
Nec-1MCEHY-15760
GSK-872MCEHY-101872
N-乙酰半胱氨酸MCEHY-B0215
重组人TNF-αPeproTech--
重组人IL-8PeproTech--
抗TNF-α单克隆抗体Bio X cellSIM0001
抗IL-8单克隆抗体R&D SystemsMAB208
BAY11-7082SelleckS2913
TAK-242SelleckS7455
RNA提取试剂盒Yeasen Biotechnology19221
逆转录试剂盒Yeasen Biotechnology11184ES08
Hieff® qPCR SYBR Green预混液Vazyme Biotechnology11184ES08
RIPA裂解缓冲液SolarbioR0020
ECL检测试剂盒Thermo Fisher--
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--
Agilent 2100生物分析仪Agilent Technologies--
Illumina HiSeq 2500测序平台Illumina--
Qubit 2.0荧光计Invitrogen--
ROS检测试剂盒Thermo Fisher--
小鼠中性粒细胞分离试剂盒SolarbioP9201
Alexa Fluor 488标记的鬼笔环肽Invitrogen--
RNAlaterNew Cell & Molecular Biotech Co., LtdM6101
光学显微镜NikonOptithot

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
巨噬细胞Tim-3敲除小鼠构建
小鼠品系:C57BL/6背景,Tim-3fl/fl与LysM-Cre杂交;基因型验证
阅读提示:见2.3节
DSS诱导结肠炎模型
DSS浓度(3%或4%),给药时间7天,DSS更换频率(每两天),小鼠周龄、性别
阅读提示:见2.4节,图2A
体内药理学抑制
药物剂量:Nec-1(5 mg/kg/day)、GSK-872(10 mg/kg/day)、NAC(100 mg/kg/day);给药途径:腹腔注射;给药周期
阅读提示:见2.6节,图5A,图10E
体外巨噬细胞与中性粒细胞共培养
THP-1细胞分化(PMA 100 ng/ml 48h),LPS刺激浓度(400 ng/ml)和时间(6h),HL-60细胞分化(1.3% DMSO 6天),共培养条件
阅读提示:见2.7,2.9,4.7节
信号通路抑制实验
抑制剂浓度:BAY11-7082(50 μM)、TAK-242(50 μM)、Nec-1(30 μM)、GSK-872(50 μM);预处理时间(30min)
阅读提示:见2.8,4.8节,图9D-H