PKCδ上调胆固醇代谢中的限速酶介导糖尿病创面愈合中的内皮细胞凋亡

Upregulation of rate-limiting enzymes in cholesterol metabolism by PKCδ mediates endothelial apoptosis in diabetic wound healing.

作者信息Peiliang Qin, Peng Zhou, Yating Huang, Binbin Long, Ruikang Gao, Shan Zhang, Bingjie Zhu, Yi-Qing Li, Qin Li
PMID38811564
发布时间2024-05-29
DOI10.1038/s41420-024-02030-2

实验完整度

包含体外细胞实验(高糖处理HUVECs、siRNA/rottlerin抑制PKCδ、胆固醇回补实验)、RNA-seq转录组分析和体内动物模型(STZ诱导糖尿病小鼠、db/db小鼠、HMGCR抑制剂治疗)验证。

主要模型

人脐静脉内皮细胞(HUVECs) STZ诱导的2型糖尿病小鼠模型 db/db小鼠模型

重点核对

高糖浓度:22.5 mM vs 正常5.5 mM,处理48-72小时 PKCδ敲低:siRNA转染,转染后48-72小时检测 rottlerin浓度:5 μM,处理24-48小时 瑞舒伐他汀钙剂量:5 mg/kg腹腔注射,每日一次,持续两周 游离胆固醇检测:使用商业试剂盒

摘要

糖尿病足溃疡(DFU)是糖尿病常见的并发症,给治疗和管理带来了重大挑战。其特征是内皮细胞凋亡增强和血管生成受损。在本研究中,我们旨在探讨蛋白激酶Cδ(PKCδ)通过促进胆固醇生物合成来调节糖尿病创面内皮细胞凋亡的作用。在高糖培养基中培养的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)和从糖尿病小鼠中分离的皮肤组织中,PKCδ的表达升高。通过siRNA或rottlerin抑制PKCδ可减少高糖诱导的HUVECs凋亡。RNA-seq鉴定出两种酶,3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶1(HMGCS1)和3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGCR),作为PKCδ的下游靶点。PKCδ敲低或抑制抑制了HMGCS1和HMGCR的表达,并降低了游离胆固醇(FC)水平。胆固醇恢复了siRNA或rottlerin处理的HUVECs中高糖诱导的凋亡。体内使用HMGCR抑制剂瑞舒伐他汀钙可下调游离胆固醇水平并加速创面愈合过程。总之,内皮细胞中PKCδ的表达被高糖激活,随后上调催化胆固醇生物合成的两种酶HMGCS1和HMGCR的表达。增强的胆固醇生物合成提高了游离胆固醇水平,促进内皮细胞凋亡,最终延迟创面愈合。

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
PKCδ是否通过调节胆固醇生物合成介导高糖诱导的内皮细胞凋亡,从而影响糖尿病创面愈合?
核心机制
高糖激活内皮细胞中的PKCδ,上调HMGCS1和HMGCR表达,促进胆固醇生物合成,增加游离胆固醇水平,诱导内皮细胞凋亡,最终延迟创面愈合。
主要证据
高糖处理HUVECs和糖尿病小鼠皮肤中PKCδ表达升高;siRNA或rottlerin抑制PKCδ降低HMGCS1/HMGCR表达和游离胆固醇水平,减少凋亡;外源性胆固醇恢复凋亡;瑞舒伐他汀钙降低糖尿病小鼠皮肤游离胆固醇并加速创面愈合。
研究意义
该研究揭示了PKCδ-HMGCS1/HMGCR通路在糖尿病足溃疡中的作用,提示HMGCR抑制剂可能作为促进糖尿病创面愈合的治疗策略。

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

验证高糖和糖尿病条件下PKCδ的表达

检测高糖处理的HUVECs和糖尿病小鼠皮肤中PKCδ的表达是否升高。

HUVECs在高糖(22.5 mM)或正常糖(5.5 mM)培养基中培养,48-72小时后通过qPCR和Western blot检测PKCδ表达;免疫荧光检测荧光强度。STZ诱导和db/db糖尿病小鼠皮肤组织通过qPCR、Western blot和免疫荧光检测PKCδ表达。

2

PKCδ敲低对高糖诱导的HUVECs凋亡的影响

验证PKCδ是否介导高糖诱导的HUVECs凋亡。

HUVECs转染si-PKCδ后,在高糖条件下培养,72小时后通过Western blot检测cleaved-caspase 3,TUNEL染色和流式细胞术检测凋亡细胞比例。

3

PKCδ抑制剂rottlerin对高糖诱导的HUVECs凋亡的影响

验证药理学抑制PKCδ是否也能减轻高糖诱导的凋亡。

HUVECs在高糖条件下用5 μM rottlerin处理48小时,对照组用DMSO,检测cleaved-caspase 3、TUNEL和流式凋亡。

4

RNA-seq和生物信息学分析

鉴定PKCδ下游调控的基因和通路。

si-PKCδ转染HUVECs(高糖)与si-Scr对照,每组三个重复,72小时后提取RNA进行RNA-seq,分析差异表达基因、GO和KEGG富集。

5

验证PKCδ敲低对HMGCS1/HMGCR表达和游离胆固醇的影响

验证RNA-seq结果,确认PKCδ调控胆固醇合成关键酶和游离胆固醇水平。

si-PKCδ转染HUVECs(高糖)72小时后,检测HMGCS1和HMGCR mRNA和蛋白水平,免疫荧光检测表达,游离胆固醇试剂盒检测FC浓度。

6

验证PKCδ抑制剂对HMGCS1/HMGCR表达和游离胆固醇的影响

验证药理学抑制PKCδ是否降低HMGCS1/HMGCR表达和游离胆固醇。

HUVECs在高糖条件下用rottlerin处理,检测HMGCS1/HMGCR mRNA和蛋白、免疫荧光以及游离胆固醇水平。

7

外源性胆固醇回补实验

确认胆固醇是否介导PKCδ敲低或抑制的抗凋亡作用。

si-PKCδ转染或rottlerin处理的HUVECs(高糖)中,加入胆固醇(10 mg/dL)或溶剂(乙醇)处理24小时,检测cleaved-caspase 3、TUNEL和流式凋亡。

8

体内验证HMGCR抑制对糖尿病创面愈合的影响

验证抑制胆固醇合成是否促进糖尿病小鼠创面愈合。

STZ诱导的糖尿病小鼠背部制造圆形全层皮肤创面,每日腹腔注射瑞舒伐他汀钙(5 mg/kg)或溶剂,每隔两天拍照记录创面面积,12天后取创周皮肤检测游离胆固醇水平。

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
DMEM培养基Procell Life Science&TechnologyPM150220
胎牛血清Procell Life Science&Technology164210
高糖DMEM培养基Procell Life Science&TechnologyPM150210
RottlerinSelleckS7862
胆固醇MedChemExpressHY-N0322
二甲基亚砜MedChemExpressHY-Y0320
链脲佐菌素MedChemExpressHY-13753
瑞舒伐他汀钙MedChemExpressHY-17504
PKCδ多克隆抗体Proteintech19132-1-AP
Caspase 3/p17/p19多克隆抗体Proteintech19677-1-AP
HMGCS1兔多克隆抗体ABclonal TechonlogyA3916
HMGCR兔多克隆抗体ABclonal TechonlogyA1633
GAPDH单克隆抗体Proteintech60004-1-Ig
Beta Actin单克隆抗体Proteintech66009-1-Ig
HRP标记亲和纯化山羊抗兔IgGProteintechSA00001-2
HRP标记亲和纯化山羊抗小鼠IgGProteintechSA00001-1
CoraLite488标记山羊抗兔IgGProteintechSA00013-2
Lipo8000转染试剂BeyotimeC0533
TRIZOL试剂Vazyme BiotechR401-01
HiScript III RT SuperMix逆转录试剂Vazyme BiotechR323
ChamQ SYBR qPCR Master MixVazyme BiotechQ311-02
RIPA裂解液BeyotimeP0013K
组织研磨器ServicebioKZ-II
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0010
ECL化学发光试剂BiosharpBL520A
TUNEL检测试剂盒ElabscienceE-CK-A320
Annexin-V-FITC/PI凋亡检测试剂盒BeyotimeC1062L
游离胆固醇检测试剂盒SolarbioBC1895
RNA测序服务BGIF19FTSCCWLJ6421

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
细胞培养和处理
细胞系(HUVECs)、培养基(正常糖DMEM 5.5 mM vs 高糖22.5 mM)、处理时间(48-72小时)
阅读提示:Methods 中的 Cell culture and treatment
PKCδ抑制
siRNA序列、转染试剂(Lipo8000)、转染时间(48-72小时)、rottlerin浓度(5 μM)和处理时间(24-48小时)
阅读提示:Methods 中的 siRNA transfection 和 Chemicals and antibodies
凋亡检测
凋亡检测方法(cleaved-caspase 3、TUNEL、流式细胞术)、检测时间点(转染或处理后72小时)
阅读提示:Figure legends 2 和 Supplementary Fig. S1
胆固醇检测和回补
游离胆固醇检测试剂盒和操作步骤、胆固醇回补浓度(10 mg/dL)和处理时间(24小时)
阅读提示:Methods 中的 Free cholesterol assay 和 Result 部分
动物模型和体内实验
STZ诱导糖尿病小鼠模型构建(高脂饮食4周+STZ 100 mg/kg)、皮肤创面制作、瑞舒伐他汀钙剂量(5 mg/kg i.p.)和给药频率、创面面积测量和皮肤组织采集时间
阅读提示:Methods 中的 Animal and experimental design 以及 STZ-induced diabetes mouse model creation