褪黑素、氧化应激和炎症在达乌尔黄鼠冬眠-觉醒周期颈动脉保护机制中的作用

Involvement of Melatonin, Oxidative Stress, and Inflammation in the Protective Mechanism of the Carotid Artery over the Torpor-Arousal Cycle of Ground Squirrels.

作者信息Ziwei Hao, Yuting Han, Qi Zhao, Minghui Zhu, Xiaoxuan Liu, Yingyu Yang, Ning An, Dinglin He, Etienne Lefai, Kenneth B Storey, Hui Chang, Manjiang Xie
PMID39684599
发布时间2024-11-29
DOI10.3390/ijms252312888

实验完整度

包含体内动物模型(SA、LT、IBA三组)及体外原代VSMCs低氧模型,通过HE、超声、ELISA、Western blot、qPCR等多种方法进行功能和机制验证。

主要模型

达乌尔黄鼠 (Spermophilus dauricus) 颈动脉 达乌尔黄鼠原代血管平滑肌细胞 (VSMCs) 低氧模型

重点核对

黄鼠分组:夏季活动 (SA)、晚期冬眠 (LT)、间歇觉醒 (IBA) 体外VSMCs低氧条件:6% O2,处理24小时 褪黑素处理浓度:1 mmol/L,处理24小时 样本量:动物每组n=4~8,细胞实验每组n=3

摘要

冬眠哺乳动物在冬眠-觉醒周期中经历严重的血流动力学变化,氧耗在冬眠早期达到峰值以重新进入觉醒状态。褪黑素(MT)可以改善线粒体功能并减少氧化应激和炎症。然而,MT对冬眠动物血管保护功能的调节机制仍不清楚。本研究评估了在夏季活动(SA)、晚期冬眠(LT)和间歇觉醒(IBA)状态下达乌尔黄鼠颈动脉的形态、血流动力学、线粒体氧化应激和炎症因子。通过苏木精-伊红染色、彩色多普勒超声、ELISA、Western blots和qPCR等方法评估变化。还通过血气分析仪和ELISA测量动脉血和血清褪黑素的变化,而原代血管平滑肌细胞(VSMCs)的线粒体氧化应激和炎症因子通过qPCR评估。(1) 与SA组相比,LT组颈动脉内膜-中层厚度、收缩期峰值流速(PSV)、舒张末期血流速度(EDV)、最大血流速率(Vmax)和搏动指数(PI)显著降低,而SA和IBA组之间无差异。(2) 与SA和IBA组相比,LT组动脉血中PO2、氧饱和度、红细胞压积和PCO2显著升高,pH显著降低。(3) 与SA和IBA组相比,LT组血清褪黑素浓度显著升高。(4) MT处理显著降低了低氧条件下VSMCs中LONP1、NF-κB、NLRP3和IL-6 mRNA表达的升高水平。(5) 与SA组相比,LT和IBA组颈动脉中HSP60和LONP1蛋白表达显著降低。(6) 与SA和IBA组相比,LT组颈动脉中促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α降低。颈动脉在冬眠-觉醒周期中未经历氧化应激或炎症反应。此外,褪黑素在冬眠期间积累,并在体外减轻了达乌尔黄鼠VSMCs中低氧引起的氧化应激和炎症反应。

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
褪黑素是否通过减轻氧化应激和炎症反应,在达乌尔黄鼠冬眠-觉醒周期中保护颈动脉免受低氧损伤?
核心机制
冬眠期间血清褪黑素水平升高,通过抑制低氧诱导的VSMCs中LONP1、NF-κB、NLRP3和IL-6表达,从而减轻氧化应激和炎症反应。
主要证据
体内实验显示LT组颈动脉内膜-中层厚度和血流速度降低,血清褪黑素升高,HSP60和LONP1蛋白表达降低,促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α降低。体外实验显示MT处理可逆转低氧诱导的VSMCs中LONP1、NF-κB、NLRP3和IL-6 mRNA表达升高。
研究意义
该研究首次探索了褪黑素在黄鼠冬眠-觉醒周期中的血管保护功能,理解冬眠动物在严重血流动力学变化下维持颈动脉结构和功能的机制,可能为应对人类缺血-再灌注损伤提供策略。

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

动物模型建立与分组

建立达乌尔黄鼠夏季活动、晚期冬眠和间歇觉醒三种状态的模型,以模拟冬眠-觉醒周期。

于6-7月捕获达乌尔黄鼠,并在实验室条件下分为SA组(夏季活动)、LT组(经历约60天冬眠-觉醒周期后进入另一次冬眠3-4天)、IBA组(自然觉醒后12小时内,体温33-36°C)。

2

颈动脉形态学与血流动力学检测

评估冬眠-觉醒周期中颈动脉结构(内膜-中层厚度)和功能(血流动力学参数)的变化。

通过HE染色测量颈动脉内膜-中层厚度,使用彩色多普勒超声测量PSV、EDV、S/D、Vmax、RI、PI、VTI、mean PG和E. Time等血流动力学参数。

3

动脉血气与血清褪黑素检测

检测冬眠-觉醒周期中动脉血气指标及血清褪黑素浓度的变化,评估全身氧合状态和褪黑素水平。

使用ABL9血气分析仪测量动脉血PO2、氧饱和度、红细胞压积、乳酸、PCO2、HCO3-、pH和H+;使用ELISA试剂盒测量血清褪黑素浓度。

4

体外VSMCs低氧模型及褪黑素处理

建立原代VSMCs低氧模型,验证褪黑素对低氧诱导的氧化应激和炎症反应的保护作用。

分离培养原代VSMCs并鉴定,分为Con、Con+MT、Hypoxia、Hypoxia+MT四组。低氧组在6% O2条件下培养24小时,MT组用1 mmol/L褪黑素处理24小时,然后检测LONP1、NF-κB、NLRP3和IL-6的mRNA表达。

5

颈动脉氧化应激与炎症因子检测

检测冬眠-觉醒周期中颈动脉组织内氧化应激相关蛋白(HSP60、LONP1)和炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-10、CRP)的水平变化。

使用Western blot检测HSP60和LONP1蛋白表达,qPCR检测mRNA表达,ELISA检测炎症因子浓度。

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
RIPA裂解液Heart--
BCA法Boster--
PVDF膜Merck--
抗HSP60抗体Abcamab190828
抗LONP1抗体Proteintech15440-1-AP
HRP标记的抗兔抗体ZhuangzhiEK020
增强化学发光试剂Thermo Fisher ScientificNCI5079
AG RNAex Pro RNA提取试剂Accurate BiologyAG21101
PerfectStart Uni RT & qPCR试剂盒TransGen Biotech--
褪黑素ELISA试剂盒FankewF3532-B
IL-1β ELISA试剂盒FankewF2923-A
IL-6 ELISA试剂盒FankewF3066-A
IL-10 ELISA试剂盒FankewF3071-A
CRP ELISA试剂盒FankewF2957-A
TNF-α ELISA试剂盒FankewF3056-A
异氟烷RWD Life Science Co., Ltd.R510-22
VINNO 6LAB超声系统VINNO--
ABL9血气分析仪Radiometer--
DMEM/F12培养基PricellaPM150312
II型胶原酶SolarbioC8150
胎牛血清CorningIC-1905
磷酸盐缓冲液BosterAR0030
0.25%胰蛋白酶New Cell Molecular BiotechC100C1
抗α-SMA抗体Proteintech14395-1-AP
二抗ZhuangzhiEK022
含DAPI的抗荧光淬灭封片剂ServicebioG1407
褪黑素MedChemExpressHY-B0075

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
黄鼠分组(SA、LT、IBA)标准、饲养条件、冬眠诱导条件
阅读提示:Materials and Methods, 4.1 Animal Collection and Grouping
体外细胞实验
VSMCs分离培养条件、低氧浓度(6% O2)、处理时间(24小时)、褪黑素浓度(1 mmol/L)
阅读提示:Materials and Methods, 4.10 Cell Culture, Identification, and Sample Collection
分子检测
抗体信息(HSP60、LONP1)、ELISA试剂盒信息、qPCR引物序列(未提供)
阅读提示:Materials and Methods, 4.4 Western Blots, 4.5 RNA Extraction and RT-qPCR, 4.6 ELISA