嗜黏蛋白阿克曼菌通过恢复EPAS1激活的CITED2减轻腹主动脉瘤

Akkermansia muciniphila alleviates abdominal aortic aneurysms via restoring CITED2 activated by EPAS1.

作者信息Siqing Wang, Hang Shi, Yue Cheng, Lei Jiang, Yang Lou, Manish Kumar, Mingfei Sun, Xianze Shao, Xuan Zhao, Baichun Wang
PMID39207146
发布时间2024-10-15
DOI10.1128/iai.00172-24

实验完整度

包含细胞实验(VSMC、巨噬细胞)、动物模型(Ang II诱导AAA小鼠)及患者样本转录组数据(GSE197748)等多个独立证据层级,并进行功能验证(敲低/过表达)和机制验证(ChIP、双荧光素酶)。

主要模型

Ang II诱导的腹主动脉瘤小鼠模型(ApoE-/-) 小鼠原代血管平滑肌细胞(VSMC) 小鼠巨噬细胞J774A.1细胞系

重点核对

Am灌胃剂量:2×10^8 CFU/只/天,灌胃体积180μL Ang II处理:皮下注射1.44 mg/kg/day,持续28天 VSMC处理:Ang II 10μM处理48小时,丙酸10μg/mL处理5天 LPS诱导巨噬细胞炎症:100ng/mL处理2小时 实验分组:每组n=6只小鼠,细胞实验重复3次

摘要

腹主动脉瘤(AAA)是一种危及生命的心血管疾病,与肠道微生物群失调有关。因此,本研究旨在探讨嗜黏蛋白阿克曼菌(Am)对AAA小鼠的影响及涉及的生物分子。使用血管紧张素II(Ang II)诱导AAA小鼠,并通过16sRNA测序鉴定AAA小鼠粪便中微生物群丰度的改变。检测小鼠主动脉组织中的血管平滑肌细胞(VSMC)标志物、凋亡及巨噬细胞浸润。AAA小鼠粪便中Am的丰度降低,且AAA小鼠和Ang II诱导的VSMC中内皮PAS结构域蛋白1(EPAS1)下调。Am延缓了小鼠AAA的进展,而EPAS1的敲低则削弱了这种作用。EPAS1与Cbp/p300相互作用反式激活因子2(CITED2)启动子结合并促进CITED2转录。CITED2减少了VSMC凋亡并延缓了AAA的进展。此外,EPAS1通过促进CITED2转录抑制巨噬细胞炎症反应。总之,AAA中的肠道微生物群失调诱导EPAS1介导的CITED2失调,从而促进巨噬细胞炎症反应和VSMC凋亡。

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
嗜黏蛋白阿克曼菌(Am)是否通过调控EPAS1/CITED2轴减轻腹主动脉瘤(AAA)及其分子机制
核心机制
EPAS1作为转录因子直接结合CITED2启动子并促进其转录,从而抑制血管平滑肌细胞凋亡和巨噬细胞炎症反应,延缓AAA进展。Am通过其代谢产物丙酸恢复Ang II下调的EPAS1表达。
主要证据
Am灌胃减轻Ang II诱导的AAA小鼠主动脉扩张、VSMC凋亡和炎症;EPAS1敲低逆转Am的保护作用;ChIP和双荧光素酶实验验证EPAS1直接调控CITED2转录;CITED2过表达在体外和体内逆转EPAS1敲低导致的促凋亡和促炎效应。
研究意义
本研究首次阐明Am通过EPAS1/CITED2轴调节VSMC和巨噬细胞功能,为AAA的微生物治疗提供新的分子靶点和理论基础。

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AAA小鼠模型及表型验证

建立Ang II诱导的小鼠AAA模型,并验证模型是否成功模拟AAA病理特征

8周龄ApoE-/-小鼠高脂饮食喂养8周,皮下注射Ang II(1.44 mg/kg/day)或PBS持续28天。通过多普勒超声检测腹主动脉直径,离体测量主动脉直径,HE染色观察主动脉病理,Masson染色观察胶原沉积,ELISA检测炎性因子(IL-6, TNF-α, IL-1β),Western blot检测VSMC收缩标志物(SM22, α-SMA)。

2

肠道菌群分析及Am丰度变化

分析AAA小鼠与假手术小鼠肠道菌群差异,鉴定与AAA相关的核心菌种

收集各组小鼠粪便样本,提取DNA,扩增16s rRNA V3-V4区,进行Illumina MiSeq/HiSeq2500高通量测序,分析属水平和种水平菌群丰度差异。结果显示AAA小鼠粪便中Akkermansia属及Am种丰度显著降低。

3

Am灌胃治疗AAA小鼠

评估Am对AAA小鼠的治疗效果

AAA小鼠在Ang II注射后,每天灌胃给予180μL PBS或2×10^8 CFU Am,持续28天。通过多普勒超声和离体测量评估主动脉扩张,TUNEL检测VSMC凋亡,HE和Masson染色观察组织病理,ELISA检测炎性因子,Western blot检测收缩标志物。

4

筛选Am调控的靶基因

鉴定Am在AAA中可能调控的关键分子靶点

结合gutMGene数据库预测微生物-靶基因关系及GSE197748数据集中AAA差异表达基因,取交集得到16个基因,进行功能富集分析,构建PPI网络,RT-qPCR验证候选转录因子(EPAS1, STAT1, STAT4, EP300)在主动脉组织中的表达。同时分析Am代谢产物丙酸对EPAS1表达的影响。

5

EPAS1功能验证(体外)

验证EPAS1对VSMC凋亡、增殖和炎症反应的影响

在VSMC中转染EPAS1敲低质粒(KD-EPAS1)或对照(KD-NC),并用Ang II处理。通过流式细胞术检测凋亡,CCK-8检测细胞活力,ELISA检测炎性因子,Western blot检测凋亡相关蛋白(Bcl-2, cleaved-caspase-3)和收缩标志物。

6

EPAS1功能验证(体内)

验证EPAS1在体内对AAA进展的影响

通过尾静脉注射慢病毒包裹的EPAS1敲低质粒(KD-EPAS1)或对照(KD-NC),然后进行Ang II诱导和Am灌胃。通过多普勒超声和离体测量评估主动脉直径,HE和Masson染色观察病理,ELISA检测炎性因子,TUNEL检测凋亡,Western blot检测收缩标志物。

7

EPAS1靶基因鉴定及机制验证

确定EPAS1下游靶基因并验证其直接调控关系

通过TRRUST数据库预测EPAS1的转录靶标,与GSE197748差异表达基因取交集,得到CITED2和RUNX2。用RT-qPCR验证CITED2和RUNX2的表达变化。通过ChIP实验验证EPAS1与CITED2启动子的结合,通过双荧光素酶报告基因实验验证EPAS1对CITED2启动子转录活性的影响。

8

CITED2功能验证及rescue实验

验证CITED2过表达是否逆转EPAS1敲低对VSMC和AAA的影响

在VSMC中同时转染KD-EPAS1和OE-CITED2或OE-NC,用Ang II处理。通过流式检测凋亡,Western blot检测收缩标志物和凋亡蛋白。体内实验中,小鼠注射慢病毒包裹的OE-CITED2质粒(基于KD-EPAS1),然后进行Ang II诱导和Am灌胃,评估主动脉直径、病理、炎症和凋亡。

9

巨噬细胞炎症反应及极化表型分析

验证EPAS1/CITED2轴对巨噬细胞炎症反应和极化状态的影响

在J774A.1细胞中转染KD-EPAS1和OE-CITED2或对照,用LPS刺激。通过ELISA检测炎性因子(IL-6, TNF-α),Western blot检测极化标志物(iNOS, CD38, CD206, Arg1)。体内实验中,通过免疫荧光染色观察主动脉组织巨噬细胞浸润(F4/80),免疫组化检测极化标志物。

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
血管紧张素IISigma-AldrichA9525
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素----
链霉素----
脂多糖MedChemExpressHY-D1056
Lipofectamine 2000转染试剂Thermo Fisher Scientific11668019
HE染色试剂盒SolarbioG1120
Masson染色试剂盒SolarbioG1340
小鼠IL-6 ELISA试剂盒Abcamab222503
小鼠TNF-α ELISA试剂盒Abcamab229393
小鼠IL-1β ELISA试剂盒R&D SystemsMLB00C
RIPA裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒SangonC503021
抗SM22抗体GeneTexGTX636672
抗α-SMA抗体Cell Signaling Technologies19245
抗Bcl-2抗体Abcamab182858
抗cleaved-caspase-3抗体Cell Signaling Technologies9661S
抗iNOS抗体Abcamab283655
抗CD38抗体Cell Signaling Technologies68336S
抗CD206抗体Abcamab64693
抗Arg1抗体GeneTexGTX109242
抗β-tubulin抗体Abcamab179511
HRP标记的山羊抗兔二抗Abcamab205718
Annexin V凋亡检测试剂盒SangonE606336
CCK-8试剂盒SangonE606335
Trizol试剂Thermo Fisher15596026CN
TaqMan逆转录试剂Thermo FisherN8080234
ABsolute qPCR SYBR Green预混液Thermo FisherAB1285B
BeyoChIP ChIP检测试剂盒BeyotimeP2080S
抗EPAS1抗体Cell Signaling Technologies57921S
同型对照IgGCell Signaling Technologies2729S
pGL3-basic荧光素酶质粒Promega--
TUNEL试剂盒BeyotimeC1091
免疫荧光染色试剂盒BeyotimeP0176
抗F4/80抗体Abcamab300421
抗iNOS抗体Abcamab283655
抗CD38抗体Cell Signaling Technologies68336S
抗CD206抗体Abcamab64693
抗Arg1抗体GeneTexGTX109242
生物素标记的山羊抗兔IgGSolarbioSHB134
多普勒超声成像系统MindrayDC-30
嗜黏蛋白阿克曼菌American Type Culture Collection--

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
小鼠品系(ApoE-/-)、周龄(8周)、饮食(高脂饲料含0.25%胆固醇和15%可可脂)、Ang II剂量(1.44 mg/kg/day)及给药途径(皮下注射)
阅读提示:Materials and Methods - Mice
Am灌胃
Am菌株来源(ATCC)、培养条件(BHI培养基含1‰半胱氨酸,37°C厌氧48小时)、灌胃剂量(2×10^8 CFU/只/天)和体积(180μL)
阅读提示:Materials and Methods - Mice
细胞实验
VSMC来源(Procell)、培养条件(DMEM+10% FBS+双抗)、Ang II处理浓度(10μM)和时间(48小时)、丙酸浓度(10μg/mL)和时间(5天)
阅读提示:Materials and Methods - Culture and treatment of primary VSMC and J774A.1 cells
巨噬细胞炎症
J774A.1细胞来源(Procell)、LPS浓度(100ng/mL)和刺激时间(2小时)
阅读提示:Materials and Methods - Culture and treatment of primary VSMC and J774A.1 cells
敲低和过表达
转染试剂(Lipofectamine 2000)及用量、质粒名称(KD-EPAS1、OE-CITED2)、转染时间(48小时)
阅读提示:Materials and Methods - Culture and treatment of primary VSMC and J774A.1 cells