下丘脑小胶质细胞中ZDHHC5对PKCδ的棕榈酰化修饰是脂肪肝疾病的治疗靶点

Palmitoylation of PKCδ by ZDHHC5 in hypothalamic microglia presents as a therapeutic target for fatty liver disease.

作者信息Yan-Hang Wang, Xin Chen, Yi-Zhen Bai, Peng Gao, Zhuo Yang, Qiang Guo, Ying-Yuan Lu, Jiao Zheng, Dan Liu, Jun Yang, Peng-Fei Tu, Ke-Wu Zeng
PMID38250049
发布时间2024-01-01
DOI10.7150/thno.89602

实验完整度

包含体外细胞实验、动物模型、临床样本分析及单细胞转录组学等多层次证据,并进行了机制验证和功能验证。

主要模型

高脂饮食诱导的C57BL/6J小鼠模型 高脂饮食诱导的Balb/c小鼠模型 BV-2小胶质细胞系 原代小胶质细胞 原代下丘脑神经元-小胶质细胞共培养模型 人脑组织样本(高脂血症患者与对照)

重点核对

ART剂量:小鼠口服5、10或20 mg/kg,细胞处理0.1-2.5 μM PA诱导浓度:100 μM;OA浓度:300 μM 2BP浓度:1 μM(棕榈酰化抑制剂) THI剂量:15 mg/kg;l-THY剂量:1 mg/kg Ash-Prkcd注射坐标:前囟后-4.6 mm,外侧±0.25 mm,深度-0.8 mm

摘要

下丘脑通过神经内分泌信号在控制脂质代谢中发挥基本作用。然而,目前下丘脑中尚无能够有效改善人类脂质代谢的药物靶点。在本研究中,我们发现抗疟药物蒿甲醚(ART)通过特异性抑制高脂饮食诱导小鼠的下丘脑小胶质细胞活化,显著改善脂质代谢。机制上,ART保护小胶质细胞周围的促甲状腺激素释放激素(TRH)神经元免受炎症损伤,并促进TRH释放到外周循环。结果,TRH刺激甲状腺激素(TH)的合成,导致肝脏脂质紊乱显著改善。随后,我们使用生物素标记的ART化学探针鉴定小胶质细胞中的直接细胞靶点为蛋白激酶Cδ(PKCδ)。重要的是,ART直接靶向PKCδ,通过阻断锌指DHHC型棕榈酰转移酶5(ZDHHC5)的结合来抑制其棕榈酰化修饰,从而抑制下游神经炎症信号。在体内,下丘脑小胶质细胞特异性PKCδ敲低显著削弱了ART依赖的神经内分泌调节和小鼠脂质代谢改善。此外,人脑组织的单细胞转录组学分析显示,小胶质细胞中PKCδ水平与高脂血症个体呈正相关,从而突出了临床转化价值。总之,这些数据表明,下丘脑小胶质细胞PKCδ的棕榈酰化通过下丘脑-肝脏通讯调节外周脂质代谢,并为脂肪肝疾病提供了一个有前景的治疗靶点。

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
蒿甲醚能否通过下丘脑神经内分泌途径改善高脂饮食诱导的肝脏脂质代谢紊乱,其分子机制和靶点是什么?
核心机制
ART通过靶向PKCδ的C1结构域,阻断ZDHHC5与PKCδ的结合,抑制PKCδ棕榈酰化,进而抑制其磷酸化,减轻小胶质细胞介导的神经炎症,保护TRH神经元,促进TRH释放,刺激甲状腺激素合成,最终通过TH/THR通路改善肝脏脂质代谢。
主要证据
在HFD小鼠中,ART降低血清TC、TG和non-HDL-C,改善肝脏脂肪变性和氧化应激;ART与PKCδ直接结合,抑制其棕榈酰化和磷酸化,减少炎症因子释放;下丘脑小胶质细胞特异性PKCδ敲低逆转ART的保护作用;临床脑组织样本显示PKCδ水平与高脂血症相关。
研究意义
研究揭示了下丘脑小胶质细胞PKCδ作为脂肪肝疾病治疗靶点的潜力,为通过神经内分泌系统调控脂质代谢提供了新策略,并支持药物重定位的可能性。

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

评估ART对HFD小鼠肝脂代谢紊乱的治疗效果

验证ART是否能改善高脂饮食诱导的肝脏脂质代谢紊乱。

C57BL/6J和Balb/c小鼠分别给予对照饮食或高脂饮食,并口服ART(5、10、20 mg/kg)或对照,持续5周。检测血清TC、TG、non-HDL-C、ALT、AST,肝脏油红O染色、H&E染色,脂代谢相关基因和蛋白表达,以及氧化应激指标。

2

验证ART对肝细胞和肠道吸收的直接影响

排除ART直接作用于肝细胞或肠道上皮细胞的可能性。

使用PA或OA诱导的LO2、HepG2细胞和原代肝细胞,检测ART处理后脂质积累和脂代谢基因表达;使用Caco-2细胞单层模型,检测ART对脂肪酸和胆固醇转运的影响。

3

探索ART对神经内分泌系统的影响

检测ART是否通过调节下丘脑TRH和甲状腺激素来影响脂质代谢。

检测HFD小鼠下丘脑PVN区域TRH表达,血清TSH、FT4、FT3水平;使用甲状腺功能抑制剂THI和THRβ敲低实验验证TH/THR通路的作用。

4

验证小胶质细胞介导的神经炎症在ART保护TRH神经元中的作用

调查ART是否通过抑制小胶质细胞活化来保护下丘脑TRH神经元。

检测HFD小鼠下丘脑Iba1表达和炎症因子(TNF-α、IL-6);使用BV-2和原代小胶质细胞,检测ART对PA诱导的炎症因子释放的影响;建立神经元-小胶质细胞共培养模型,检测条件培养基对神经元活性和TRH表达的影响。

5

鉴定ART的直接靶点PKCδ

确定ART在小胶质细胞中的直接作用靶点。

采用热蛋白质组分析(TPP)和质谱鉴定ART结合蛋白,通过pull-down、CETSA和DARTS验证ART与PKCδ特异性结合,并确定结合结构域。

6

阐明ART抑制PKCδ棕榈酰化的机制

揭示ART如何通过抑制PKCδ棕榈酰化来功能调控小胶质细胞。

检测PA处理后PKCδ的棕榈酰化和磷酸化水平,以及ART的影响;使用2BP抑制棕榈酰化,验证PKCδ棕榈酰化对其磷酸化的必要性;通过siRNA敲低ZDHHC5,检测PKCδ棕榈酰化、磷酸化及炎症因子释放。

7

体内验证下丘脑小胶质细胞PKCδ在ART疗效中的作用

确定ART是否通过下丘脑小胶质细胞PKCδ发挥其改善脂质代谢的效应。

使用Prkcd+/-小鼠和微胶质细胞特异性AAV5-shRNA-Prkcd(Ash-Prkcd)敲低下丘脑PVN的PKCδ,评估ART对神经炎症、TRH神经元、甲状腺激素和肝脂质代谢的影响。

8

临床样本和单细胞转录组分析

评估PKCδ与小胶质细胞活化及高脂血症的临床相关性。

收集5名对照和5名高脂血症患者的脑组织和血清,检测PKCδ、pPKCδ、palm-PKCδ和TRH表达,并分析与小胶质细胞活化标志物的相关性;进行单细胞RNA测序分析细胞类型和信号通路变化。

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
甲巯咪唑BidepharmBD220076
左甲状腺素钠BidepharmBD105752
2-溴棕榈酸RhawnR029267
DMEM培养基MACGENECM15019
胎牛血清BioRulerAB-FBS0500S
DMEM-F12培养基MACGENECM10090
多聚赖氨酸SolarbioP8140
Neurobasal培养基Invitrogen21103049
B-27补充剂Invitrogen17504044
IV型胶原酶Invitrogen17104019
RPMI 1640培养基ProcellPM150110
尼罗红BidepharmBD306389
MTTSigma88417
TSH检测试剂盒JianchengBioH087
FT4检测试剂盒JianchengBioH225
FT3检测试剂盒JianchengBioH224
NO检测试剂盒JianchengBioA013
TNF-α ELISA试剂盒ExCellBioEM008
IL-6 ELISA试剂盒ExCellBioEM004
PVDF膜Merck MilliporeIPVH00010
PKCδ抗体Cell Signaling Technology9616
p-PKCδ抗体Cell Signaling Technology9374
Iba1抗体Abcamab283319
TRH抗体Abcamab171958
THRβ抗体Abcamab155297
NLRP3抗体Cell Signaling Technology15101
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen13778150
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
Opti-MEM培养基Invitrogen31985-070
HA标签磁珠InvitrogenC29F4
蛋白A/G琼脂糖珠MedChemExpressHYK0202
MolPure细胞/组织总RNA提取试剂盒TEASEN19221ES50
Hifair II第一链cDNA合成试剂盒TEASEN11141ES60
Hieff qPCR SYBR Green预混液TEASEN11202ES08
RNAprep纯细胞/细菌试剂盒Tiangen BiotechDP430-H
BCA蛋白定量试剂盒TransGenDQ111
生物素-HPDPApexbioA8008
星形孢菌素MedChem ExpressHY-15141
链霉蛋白酶----
N-乙基马来酰亚胺BidepharmBD144276
棕榈酸Tokyo Chemical IndustryP0002
油酸Tokyo Chemical IndustryO0180
硬脂酸Tokyo Chemical IndustryS0163
胆固醇BidepharmBD110544

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
动物模型与ART处理
小鼠品系(C57BL/6J和Balb/c)、HFD配方(10%猪油、10%蛋黄、1%胆固醇、0.2%胆酸钠、78.8%普通饲料)、ART剂量(5、10、20 mg/kg)、给药方式(口服)、处理周期(5周)
阅读提示:Methods - HFD feeding and pharmacological treatment; Figure 1A legend
细胞处理
BV-2、原代小胶质细胞PA浓度(100 μM)、ART浓度(0.1-2.5 μM)、2BP浓度(1 μM);肝细胞PA(100 μM)或OA(300 μM)处理24小时,ART或l-THY处理24小时
阅读提示:Methods - Cell treatment
靶点鉴定
TPP实验条件(SILAC标记、2.5 μM ART处理2小时、加热45°C 3分钟)、pull-down条件(biotin-ART、竞争ART浓度)、CETSA温度梯度(37-61°C)、DARTS pronase浓度
阅读提示:Methods - Thermal proteome profiling, Pull-down assay, CETSA, DARTS
体内敲低
Ash-Prkcd注射坐标(前囟后-4.6 mm、外侧±0.25 mm、深度-0.8 mm)、病毒体积(100 nL)、ART剂量(20 mg/kg)
阅读提示:Methods - Viral constructs and injections; Figure 6A-B legend
临床样本分析
患者和对照人数(各5人)、脑组织类型(皮层)、样本处理(固定和蛋白提取)、单细胞RNA-seq方法(Singleron GEXSCOPE)
阅读提示:Methods - Human study and approval, Single-cell RNA sequencing; Figure 7A legend