Krüppel样因子4通过mTOR通路激活自噬改善糖尿病肾病

Krüppel‑like factor 4 ameliorates diabetic kidney disease by activating autophagy via the mTOR pathway.

作者信息Jianguang Gong, Huifang Zhan, Yiwen Li, Wei Zhang, Juan Jin, Qiang He
PMID31432191
发布时间2019-10
DOI10.3892/mmr.2019.10585

实验完整度

包含体外足细胞模型(MPC5细胞+DKD血清)和体内db/db小鼠模型,并进行功能验证(凋亡、EMT)和机制验证(自噬、mTOR通路)。

主要模型

MPC5小鼠足细胞(DKD血清处理) db/db自发性DKD小鼠模型 db/m对照小鼠

重点核对

KLF4过表达载体(pcDNA3.1(+)-KLF4)和慢病毒载体构建 细胞分组:对照血清、DKD血清、DKD血清+空载体、DKD血清+KLF4质粒 体内给药:5×10^8 IU慢病毒载体每5天尾静脉注射,持续30天 检测指标:尿白蛋白、Scr、BUN、肾组织PAS染色、足细胞凋亡(TUNEL)、自噬(LC3-II/LC3-I、p62)、mTOR通路(p-mTOR、p-S6K)

摘要

糖尿病肾病(DKD)的诊断日益频繁,对人类健康构成严重威胁。Krüppel样因子4(KLF4)因其对足细胞的潜在作用以及改善与肾小球病相关的蛋白尿而受到关注。本研究旨在探讨KLF4在DKD中的潜在作用。假设KLF4通过介导足细胞自噬过程影响糖尿病肾病。构建KLF4质粒载体,转染足细胞并用DKD小鼠血清孵育进行体外实验。同时建立db/db自发性DKD小鼠模型进行体内研究。治疗后,测定血清肌酐(Scr)、血尿素氮(BUN)和24小时尿蛋白水平。采用免疫荧光和过碘酸-雪夫染色、western blotting、流式细胞术和TUNEL法观察各组肾小球形态以及凋亡水平、细胞骨架蛋白、上皮-间质转化(EMT)生物标志物、自噬蛋白和mTOR通路蛋白的变化。KLF4过表达显著降低DKD小鼠尿白蛋白、Scr、BUN水平,减轻系膜基质扩张以及系膜细胞增殖。KLF4过表达还抑制足细胞凋亡,下调vimentin和α-平滑肌肌动蛋白,上调E-钙粘蛋白和nephrin,在体内和体外均如此。此外,与阴性对照载体组相比,载体-KLF4组的微管相关蛋白1轻链3α(LC3)-II/LC3-I比值和LC3-II荧光在体内和体外均显著增加。最后,在体外观察到KLF4过表达后磷酸化(p)-mTOR和p-S6K蛋白表达水平降低。本研究结果提示,KLF4在DKD中发挥肾脏保护作用,这与足细胞自噬的激活有关,并可能涉及mTOR信号通路。

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
KLF4是否通过调节足细胞自噬和mTOR信号通路在糖尿病肾病中发挥保护作用?
核心机制
KLF4过表达激活足细胞自噬,并抑制mTOR/S6K信号通路,从而改善糖尿病肾病肾损伤。
主要证据
体外实验显示KLF4过表达抑制DKD血清诱导的足细胞凋亡和EMT,增加LC3-II/LC3-I比值、降低p62表达;体内实验显示KLF4过表达减轻db/db小鼠蛋白尿、肾小球病变,增加肾组织自噬水平。
研究意义
激活足细胞自噬并失活mTOR/S6K信号通路可能是治疗DN的有效策略。

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

体外足细胞损伤模型建立与分组处理

构建DKD血清诱导的足细胞损伤模型,并转染KLF4质粒以观察其保护作用。

培养MPC5足细胞,分为对照血清组、DKD血清组、DKD血清+空载体组、DKD血清+KLF4质粒组,处理24小时或转染72小时。

2

体内db/db小鼠模型建立与慢病毒转染

在自发性DKD小鼠中验证KLF4过表达对肾脏的保护作用。

选用8周龄db/db小鼠,13周龄时尾静脉注射慢病毒载体-KLF4或空载体,每5天一次,共30天。

3

肾功能与肾组织病理检测

评估KLF4过表达对肾脏功能和组织学改变的影响。

检测尿白蛋白、Scr、BUN水平,并进行PAS染色观察肾小球形态。

4

足细胞凋亡及EMT标志物检测

验证KLF4对足细胞凋亡和EMT的影响。

采用流式细胞术和TUNEL检测凋亡,Western blot和免疫荧光检测EMT及骨架蛋白。

5

自噬水平检测

探究KLF4对足细胞自噬的调节作用。

通过免疫荧光和Western blot检测LC3和p62的表达。

6

mTOR信号通路检测

验证KLF4是否通过mTOR通路调节自噬。

体外检测mTOR、p-mTOR、S6K和p-S6K蛋白表达。

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。

细胞培养与处理
肾功能检测
蛋白表达检测
细胞凋亡检测
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基HyCloneSH30809.01B
胎牛血清----
青霉素G----
链霉素----
干扰素γ----
pcDNA3.1载体InvitrogenV79020
NheI限制性内切酶TakaraD1162A
BamHI限制性内切酶TakaraD1010A
DH5α感受态细胞TransGen BiotechCD201-01
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
pCDH-CMV-MCS-EF1-GFP-Puro慢病毒载体System BiosciencesCD511B-1
293T细胞ProcellCL-0005
全自动生化分析仪Hitachi7020
肌酐检测试剂盒Nanjing JianchengC011-1
尿素氮检测试剂盒Nanjing JianchengC013-2
雪夫试剂SolarbioG1281
LC3抗体Abcamab192890
nephrin抗体Santa Cruzsc-377246
F-actin抗体Abcamab130935
vimentin抗体Abcamab92547
Alexa Fluor 594标记的山羊抗兔IgGJackson ImmunoResearch111585003
FITC标记的山羊抗小鼠IgGBeyotimeA0568
Cy3标记的山羊抗兔IgG----
DAPI染色液Beyotime--
牛血清白蛋白HyCloneSH30574.03
细胞裂解液BeyotimeP0013B
蛋白酶抑制剂混合物Invitrogen89806
PVDF膜EMD Millipore--
KLF4抗体Abcamab129473
caspase-3抗体Cell Signaling Technology9662
磷酸化mTOR抗体Affinity BiosciencesAF3308
mTOR抗体Affinity BiosciencesAF6308
S6K抗体Affinity BiosciencesAF6226
磷酸化S6K抗体Affinity BiosciencesAF3228
E-cadherin抗体Affinity BiosciencesAF013
vimentin抗体Affinity BiosciencesAF7013
α-SMA抗体Affinity BiosciencesAF1032
LC3抗体Cell Signaling Technology4108S
p62抗体ProteinTech18420-1-AP
β-actin抗体Cell Signaling Technology4970
HRP标记的山羊抗兔IgGBeyotimeA0208
HRP标记的山羊抗小鼠IgGBeyotimeA0216
增强化学发光试剂EMD MilliporeWBKLS0100
FITC-Annexin V凋亡检测试剂盒BD Biosciences--
流式细胞仪BD BiosciencesFACSCalibur
TUNEL凋亡检测试剂盒Nanjing BioboxBA27A
光学显微镜LeicaDM2500
激光扫描共聚焦荧光显微镜PerkinElmerUltraVIEW

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
细胞培养与分组处理
MPC5细胞培养条件(33°C增殖、37°C分化),DKD血清浓度(10%)和处理时间(24小时),质粒转染剂量(800-1500ng/µl)和转染时间(72小时)
阅读提示:见Materials and methods: Cell culture and grouping及KLF4 vector construction and transfection
动物模型与给药
db/db小鼠周龄(8周开始,13周给药)、慢病毒剂量(5×10^8 IU)、给药频率(每5天一次,共30天)、给药途径(尾静脉)
阅读提示:见Materials and methods: Animals and grouping
生化指标检测
尿蛋白、Scr、BUN检测方法(自动生化分析仪、试剂盒)
阅读提示:见Materials and methods: Biochemical measurements
组织学与免疫荧光
PAS染色步骤、免疫荧光抗体浓度及孵育条件
阅读提示:见Materials and methods: Periodic acid-Schiff (PAS) staining和Immunofluorescence staining
蛋白表达检测
Western blot蛋白上样量(30µg/lane)、抗体稀释比例、曝光试剂
阅读提示:见Materials and methods: Western blot analysis
凋亡检测
流式凋亡试剂盒和TUNEL试剂盒操作步骤
阅读提示:见Materials and methods: Analysis of apoptosis by flow cytometry and TUNEL assay