熊果酸通过介导NF-κB/NLRP3/GSDMD通路的小胶质细胞焦亡减轻脑出血后神经炎症

Ursolic Acid Alleviates Neuroinflammation after Intracerebral Hemorrhage by Mediating Microglial Pyroptosis via the NF-κB/NLRP3/GSDMD Pathway.

作者信息Pan Lei, Zhiyang Li, Qiuwei Hua, Ping Song, Lun Gao, Long Zhou, Qiang Cai
PMID37834220
发布时间2023-09-30
DOI10.3390/ijms241914771

实验完整度

包含网络药理学分析、大鼠体内模型、BV2细胞体外模型、分子对接、功能验证及机制验证(通路激活剂PMA实验),证据层级多样。

主要模型

胶原酶诱导的脑出血大鼠模型 血红素刺激的BV2小胶质细胞模型

重点核对

胶原酶IV剂量:12.5 U/mL,注射体积2 μL 熊果酸给药剂量:20 mg/kg,灌胃,提前3天 BV2细胞血红素处理浓度:60 μM BV2细胞熊果酸处理浓度:2 μM PMA作为NF-κB通路激动剂的浓度:文中未明确说明

摘要

脑出血(ICH)后的神经炎症反应导致大量神经元丢失,抑制炎症反应可以改善预后。在之前的实验室研究和临床试验中,熊果酸(UA)抑制了炎症反应,但其能否用于抑制脑出血后的神经炎症反应尚不清楚。本研究旨在探讨熊果酸在脑出血后的作用。利用在线数据库获取熊果酸治疗脑出血的潜在治疗靶点,并通过KEGG、GO和分子对接分析可能的机制。采用胶原酶建立脑出血大鼠模型,并通过在BV2细胞培养基中加入血红素构建体外脑出血模型。采用酶联免疫吸附试验(ELISA)、蛋白质印迹法(WB)、免疫荧光、TUNEL染色和钙黄绿素/PI染色研究熊果酸治疗后小胶质细胞M1极化程度、炎症因子水平变化、NF-κB通路激活以及细胞死亡指标的变化。此外,使用佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯(PMA)激活NF-κB通路,以验证熊果酸通过调节NF-κB/NLRP3/GSDMD通路发挥其抗神经炎症作用。网络药理学和生物信息学分析显示,熊果酸可能通过多种途径发挥其对脑出血的治疗作用。综上,体内和体外实验表明,熊果酸抑制小胶质细胞M1极化,并显著降低p-NF-κB、GSDMD-N、cleaved caspase-1、TNF-α、IL-6和IL-1β的水平,而这些作用被PMA显著抑制。熊果酸通过NF-κB/NLRP3/GSDMD通路抑制小胶质细胞焦亡,从而减轻脑出血后的神经炎症反应。

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
熊果酸能否抑制脑出血后的神经炎症反应,其潜在机制是什么?
核心机制
熊果酸通过抑制NF-κB通路的激活,进而抑制NLRP3炎症小体介导的小胶质细胞焦亡(NF-κB/NLRP3/GSDMD通路)。
主要证据
体内实验显示熊果酸减轻神经功能缺损、脑水肿和血脑屏障破坏,抑制M1极化及炎症因子;体外实验显示熊果酸抑制血红素诱导的BV2细胞焦亡,而PMA可逆转这些保护作用。
研究意义
本研究首次证实熊果酸通过NF-κB/NLRP3通路部分抑制脑出血后神经炎症,为脑出血的治疗提供了潜在药物靶点,但需要进一步验证其对神经元直接作用及其在其他脑出血模型中的效果。

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

预测熊果酸治疗脑出血的潜在靶点

通过网络药理学和生物信息学方法预测熊果酸治疗脑出血的可能机制和通路。

利用Superpred、Swisstarget、SEA、Targetnet、Pharmmapper数据库获取熊果酸靶点;通过Genecards、NCBI、OMIM获取脑出血相关基因;取交集得到潜在靶基因;进行PPI网络分析(STRING、Cytoscape)、GO和KEGG富集分析(DAVID)以及分子对接。

2

建立脑出血体内模型并评估熊果酸疗效

在脑出血大鼠模型中观察熊果酸对神经功能、脑水肿和血脑屏障的保护作用。

采用胶原酶注射建立大鼠脑出血模型,术前3天灌胃给予不同剂量熊果酸(10、20、40 mg/kg),通过corner test和mNSS评分评估神经功能,同时检测脑含水量、Evans blue渗漏、紧密连接蛋白表达、Nissl染色、TUNEL染色和凋亡蛋白表达。

3

检测体内炎症反应和小胶质细胞极化

考察熊果酸对脑出血后炎症因子水平和M1型小胶质细胞极化的影响。

通过Western blot检测脑组织中IL-6、TNF-α、CD32、CD86、COX2等表达;免疫荧光双标Iba1和iNOS观察M1型小胶质细胞比例。

4

检测体内小胶质细胞焦亡

验证熊果酸在体内是否能抑制脑出血诱导的小胶质细胞焦亡。

通过Western blot检测焦亡相关蛋白(NLRP3、ASC、cleaved caspase-1、GSDMD-N、IL-1β)表达;免疫荧光检测Iba1阳性细胞中NLRP3荧光强度。

5

建立体外脑出血模型并验证熊果酸作用

在血红素刺激的BV2细胞中验证熊果酸对M1极化、炎症因子释放和焦亡的抑制作用。

使用血红素处理BV2细胞建立体外模型,CCK-8确定浓度;Western blot检测M1标记物(CD32、CD86)和焦亡蛋白;ELISA检测IL-1β、TNF-α、IL-6分泌水平;PI染色评估焦亡细胞比例。

6

验证NF-κB通路在熊果酸抑制焦亡中的作用

通过分子对接和PMA干预实验,确证熊果酸通过抑制NF-κB通路来减轻焦亡。

分子对接预测熊果酸与IκB和P65的结合;检测NF-κB通路蛋白(p-IκBα、p-P65)表达及P65核转位;使用PMA激活NF-κB通路后观察熊果酸的作用是否被逆转(体内外)。

7

体内生物安全性评估

评估熊果酸治疗剂量对大鼠的一般状况和肝肾功能的影响。

对大鼠连续灌胃熊果酸(20 mg/kg)14天,记录体重,进行血常规和血生化检测。

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
熊果酸Solarbio Life SciencesSU8020
氯化血红素溶液Solarbio Life SciencesH8132
菜籽油AladdinC116025
伊文思蓝染料AladdinE104208
IV型胶原酶BioFroxx#2091
佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯MedChemExpressHY-18739
抗Bax抗体Santa Cruz BiotechnologySC-7480
抗GSDMD抗体Santa Cruz BiotechnologySC-393581
抗caspase-1抗体Santa Cruz BiotechnologySC-392736
抗裂解caspase-1抗体Cell Signaling Technology#89332S
抗裂解caspase-3抗体Cell Signaling Technology#9664S
抗裂解GSDMD抗体Cell Signaling Technology#36425S
抗磷酸化P65抗体Cell Signaling Technology#3033S
抗GAPDH抗体Proteintech60004-1-lg
抗claudin-5抗体Proteintech29767-1-AP
抗occludin抗体Proteintech66378-1-lg
抗CD32抗体Proteintech15625-1-AP
抗CD86抗体Proteintech13395-1-AP
抗ASC抗体Proteintech10500-1-AP
抗NLRP3抗体Proteintech68102-1-lg
抗组蛋白H3抗体Proteintech68345-1-lg
抗P65抗体Proteintech10745-1-AP
抗ZO-1抗体Proteintech21773-1-AP
抗iNOS抗体Proteintech80157-l-RR
抗β-肌动蛋白抗体Proteintech81115-1-RR
抗Iba1抗体Proteintech10904-l-AP
抗COX2抗体ABclonal TechnologyA1253
抗IL-6抗体ABclonal TechnologyA0286
抗TNF-α抗体ABclonal TechnologyA11534
抗IL-1β抗体ABclonal TechnologyA20529
抗Bcl-2抗体WanleibioWL01556
抗IκBα抗体WanleibioWL01936
抗磷酸化IκBα抗体WanleibioWL02495
小鼠IL-6 ELISA试剂盒BeyotimeP1326
大鼠IL-6 ELISA试剂盒BeyotimeP1328
小鼠TNF-α ELISA试剂盒BeyotimePT512
大鼠TNF-α ELISA试剂盒BeyotimePT516
小鼠IL-1β ELISA试剂盒BeyotimeP1301
大鼠IL-1β ELISA试剂盒BeyotimeP1307
钙黄绿素/PI细胞活力检测试剂盒BeyotimeC2015S
细胞计数试剂盒-8BeyotimeC0038
BV2专用培养基Procell--

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
动物模型建立
大鼠品系(SD)、性别、周龄、体重范围;胶原酶IV浓度12.5 U/mL,注射体积2 μL;注射坐标(前囟后0.1 mm,中线右侧3.5 mm,深度6 mm);麻醉方式(1%戊巴比妥钠40 mg/kg)。
阅读提示:Methods 4.3.2 建模
给药方案
熊果酸剂量20 mg/kg,灌胃给药,提前3天开始;溶剂为菜籽油;对照组给予等量菜籽油;给药时间点及频率。
阅读提示:Methods 4.3.2 以及 2.2节
细胞模型建立
BV2细胞来源(Procell);培养条件(37°C,5% CO2,BV2专用培养基);血红素浓度60 μM处理24小时;熊果酸浓度2 μM处理时间及先后顺序(是否预处理)。
阅读提示:Methods 4.4.1 和 4.4.2,以及 2.6节
NF-κB通路干预
PMA使用浓度、处理时间、给药方式(体内外);是否与UA同时给予或预先处理。
阅读提示:Methods 未见明确说明,参考2.8节和附图
分子生物学检测
Western blot所用一抗及稀释比例、二抗信息;蛋白上样量20 μg/well;内参选择(GAPDH或β-actin);ELISA试剂盒种类及样本稀释倍数。
阅读提示:Methods 4.5 和 4.6
统计方法
样本量(每组动物/细胞孔数);复孔数;ANOVA类型及事后检验方法;p值阈值。
阅读提示:Methods 4.7 和图表图例