鸢尾素通过结合整合素αVβ5受体逆转肠损伤期间的肠上皮屏障功能障碍

Irisin reverses intestinal epithelial barrier dysfunction during intestinal injury via binding to the integrin αVβ5 receptor.

作者信息Jianbin Bi, Jia Zhang, Yifan Ren, Zhaoqing Du, Teng Li, Tao Wang, Lin Zhang, Mengzhou Wang, Zheng Wu, Yi Lv, Rongqian Wu
PMID31701659
发布时间2020-01
DOI10.1111/jcmm.14811

实验完整度

高

包含体内小鼠肠IR模型和体外Caco-2细胞H/R模型两个独立证据层级,并通过中和抗体、抑制剂和siRNA进行功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠肠缺血再灌注模型 Caco-2细胞缺氧/复氧模型

重点核对

鸢尾素给药剂量:250 μg/kg(小鼠,静脉注射)或10 nmol/L(Caco-2细胞) 整合素αVβ5抑制剂西仑吉肽三氟乙酸盐用量:20 mg/kg(小鼠)或20 μmol/L(Caco-2细胞) UCP2抑制剂京尼平用量:20 mg/kg(小鼠)或20 μmol/L(Caco-2细胞) AMPK siRNA敲低验证AMPK在鸢尾素保护中的作用 肠道IR模型:SMA夹闭60分钟,再灌注4小时

摘要

肠道屏障的破坏会导致严重的临床后果,目前尚无特异性治疗方法。代谢紊乱和肠细胞破坏在肠道屏障功能障碍中起关键作用。鸢尾素是一种新发现的运动激素,可调节能量代谢。然而,鸢尾素对肠道屏障功能的影响仍不清楚。在肠道缺血再灌注(IR)中评估了鸢尾素对肠道屏障功能障碍的治疗效果。在Caco‐2细胞中研究了鸢尾素对肠道屏障功能的直接影响。在此,我们发现在肠道IR期间,血清和肠道鸢尾素水平降低,而外源性鸢尾素治疗可恢复小鼠肠道IR后的肠道屏障功能。同时,鸢尾素降低了肠道IR后的氧化应激、钙内流和内质网(ER)应激。此外,鸢尾素保护了线粒体功能并减少了肠细胞凋亡。针对鸢尾素的中和抗体显著加重了肠道IR后的肠损伤、氧化应激和肠细胞凋亡。进一步研究表明,鸢尾素通过结合整合素αVβ5受体激活了AMPK‐UCP 2通路。抑制整合素αVβ5、AMPK或UCP 2可消除鸢尾素对肠道屏障功能的保护作用。总之,外源性鸢尾素通过整合素αVβ5‐AMPK‐UCP 2通路恢复肠道IR后的肠道屏障功能。

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
外源性鸢尾素对肠道缺血再灌注损伤后肠道屏障功能的影响及其潜在机制。
核心机制
鸢尾素通过结合肠细胞上的整合素αVβ5受体,激活AMPK‐UCP 2通路,进而减轻氧化应激、钙内流、内质网应激和线粒体功能障碍,减少肠细胞凋亡并增强细胞间紧密连接。
主要证据
在C57BL/6J小鼠肠IR模型和Caco-2细胞H/R模型中,鸢尾素治疗降低了血清FITC- dextran水平、细菌移位和肠道组织学损伤,上调紧密连接蛋白claudin-1和occludin表达,降低氧化应激标志物和凋亡;使用抗鸢尾素中和抗体、西仑吉肽(整合素αVβ5抑制剂)、AMPK siRNA和京尼平(UCP2抑制剂)均能消除鸢尾素的保护作用。
研究意义
外源性鸢尾素可能为治疗肠道屏障功能障碍相关疾病提供新的治疗策略。

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

建立肠道IR模型和细胞H/R模型

模拟肠道缺血再灌注损伤,为评估鸢尾素的作用提供实验平台。

在小鼠中通过夹闭肠系膜上动脉60分钟并再灌注建立肠道IR模型;在Caco-2细胞中通过低氧(94% N2, 5% CO2, 1% O2)90分钟再复氧建立H/R模型。

2

评价鸢尾素对肠道屏障功能的影响

验证鸢尾素是否能减轻肠道IR引起的屏障功能障碍。

通过组织学评分、肠道水含量、血清FITC- dextran渗漏、肠系膜淋巴结和肺细菌易位、血清LDH和乳酸水平、紧密连接蛋白表达等指标评估屏障功能。

3

检测氧化应激、钙内流和内质网应激

探究鸢尾素对IR/H/R诱导的应激反应的影响。

检测肠道和细胞中ROS水平(DHE染色)、MDA、XO、4-HNT、SOD、GSH-Px水平,以及Ca2+荧光染色和ER应激蛋白IRE1、CHOP表达。

4

评估线粒体功能和细胞凋亡

验证鸢尾素是否通过保护线粒体功能减少肠细胞凋亡。

通过MitoTracker Red染色、ATP测定、mtDNA拷贝数、TUNEL染色和流式细胞术检测凋亡。

5

验证鸢尾素与整合素αVβ5的结合

确认鸢尾素是否通过结合整合素αVβ5发挥保护作用。

通过免疫荧光共定位和免疫共沉淀检测鸢尾素与整合素αVβ5的结合,并使用整合素抑制剂西仑吉肽验证其必要性。

6

阐明下游AMPK-UCP2信号通路

确定鸢尾素保护作用的下游机制。

通过Western blot检测AMPK和UCP2表达,使用AMPK siRNA和UCP2抑制剂京尼平验证通路参与。

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
异氟烷----
鸢尾素Phoenix Pharmaceuticals, Inc067-29A
京尼平SelleckS2412
MEM培养基GibcoA1049001
胎牛血清Gibco10099141
青霉素/链霉素混合液Gibco15070063
鸢尾素ELISA试剂盒Phoenix Pharmaceuticals, IncEK-067-29
小鼠TNF-α ELISA试剂盒Thermo Fisher ScientificBMS607-3
CIRP ELISA试剂盒CusabioCSB-EL005440MO
MDA检测试剂盒南京建成生物工程研究所A003-1
XO检测试剂盒南京建成生物工程研究所A002-1-1
4-HNT检测试剂盒南京建成生物工程研究所H268
SOD检测试剂盒南京建成生物工程研究所A001-3
GSH-PX检测试剂盒南京建成生物工程研究所A005
抗鸢尾素抗体Abcamab174833
抗claudin-1抗体Proteintech13050-1-AP
抗occludin抗体Abcamab216327
抗AMPKα抗体Cell Signaling Technology--
抗磷酸化AMPKα抗体Cell Signaling Technology--
抗UCP2抗体Abcamab203244
抗UCP1抗体Cell Signaling Technology14670S
抗IRE1抗体Abcamab37073
抗CHOP抗体Cell Signaling Technology5554
抗β-actin抗体ProteintechHRP-60008
HRP标记的山羊抗兔IgGProteintechSA00001-2
蛋白A/G PLUS-琼脂糖Santasc-2003
小鼠抗整合素αV/β5抗体Santasc-81632
兔抗整合素αV抗体Abcamab179475
兔抗整合素β5抗体Abcamab15459
Rac1激活检测组合试剂盒Cell BiolabsSTA-405
兔抗鸢尾素抗体NovusNBP2-59680
兔抗JAM-A抗体Abcamab180821
兔抗ZO-1抗体Abcamab96587
细胞-基质电阻抗传感系统Applied Biophysics--
Transwell小室Corning3413
TUNEL试剂盒Roche11684795910
MitoTracker Red CMXRos染料Thermo Fisher ScientificM7512
二氢乙锭Sigma-AldrichD7008
Fluo-4 AMBeyotimeS1060
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒Dojindo LaboratoriesAD10
ATP检测试剂盒Beyotime BiotechnologyS0026
LDH检测试剂盒南京建成生物工程研究所A020-2
Varioskan LUX多功能酶标仪Thermo Scientific--
共聚焦显微镜 TCS SP8 STED 3XLeica--
化学发光成像系统Bio-Rad--
ImageJ2x软件----
SPSS 18.0----

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
小鼠品系、年龄、体重、性别;SMA夹闭时间;再灌注时间;麻醉剂
阅读提示:见Methods 2.1和2.2,图注
药物处理
鸢尾素给药剂量、途径、时间;抗鸢尾素抗体剂量、时间;西仑吉肽剂量;京尼平剂量
阅读提示:见Methods 2.2,图注
细胞模型
细胞系;培养基、血清、抗生素;低氧条件(O2浓度、N2/CO2比例);低氧时间;复氧时间;鸢尾素浓度;西仑吉肽浓度;京尼平浓度
阅读提示:见Methods 2.3,图注
基因敲低
siRNA序列;转染方法(具体转染试剂未明确说明);siRNA浓度(未明确)
阅读提示:见Methods 2.4
肠道通透性评估
FITC- dextran浓度、灌胃体积、检测时间;FITC-白蛋白浓度;Transwell孔径;TER测量系统
阅读提示:见Methods 2.7和2.16,图2
机制验证
AMPK phosphorylation位点;UCP2表达检测;CO-IP实验条件和抗体;Rac1活性检测
阅读提示:见Methods 2.11-2.13,图5-6