FOXG1与SATB2的相互作用通过促进自噬缓解腰椎间盘突出症大鼠的神经炎症和机械性异常疼痛

FOXG1 interaction with SATB2 promotes autophagy to alleviate neuroinflammation and mechanical abnormal pain in rats with lumbar disc herniation.

作者信息Zhanchao Wang, Yifei Gu, Hui Wang, Yu Chen, Huajiang Chen, Xinwei Wang, Wen Yuan
PMID39624968
期刊Ann Med
发布时间2024-12
DOI10.1080/07853890.2024.2399967

实验完整度

本研究包含细胞实验(TNF-α诱导DRG神经元)、动物模型(LDH大鼠)、分子机制验证(Co-IP、双荧光素酶报告基因)、功能验证(凋亡、炎症、自噬检测)以及miRNA测序等多层次证据。

主要模型

大鼠背根神经节神经元(CP-R126,Procell,中国) Sprague Dawley (SD) 大鼠LDH模型

重点核对

TNF-α浓度:10 ng/mL,处理时间:48小时 大鼠LDH模型的构建方法:手术穿刺L4-5椎间盘导致髓核突出至L5神经根 oe-FOXG1和si-SATB2的转染使用Lip2000,转染时间:48小时 分组设置:Control、TNF-α、oe-NC、oe-FOXG1、oe-FOXG1+si-NC、oe-FOXG1+si-SATB2 动物实验分组:Sham、LDH、oe-NC、oe-FOXG1,每组n=6

摘要

背景:大多数腰椎间盘突出症患者可通过手术或非手术治疗得到缓解或治愈,然而术后持续性神经根病很常见。本研究探讨了FOXG1/SATB2轴在腰椎间盘突出症中对自噬的调控作用。方法:大鼠背根神经元在体外用TNF-α诱导。使用Sprague Dawley (SD)大鼠构建LDH大鼠模型,并用副干酪乳杆菌S16或oe-FOXG1处理。进行缩爪阈值或潜伏期测定。收集外周血样本,使用ELISA和miRNAseq进行分析。使用RT-qPCR分析FOXG1、LC3B、Beclin1、p62和SATB2的表达。使用TUNEL染色和流式细胞术分析细胞凋亡。使用蛋白质印迹法检测Cyclin D1、PCNA、Ki67、FOXG1、SATB2和自噬蛋白的表达。结果:TNF-α诱导大鼠背根神经节神经元中FOXG1和SATB2的低表达。TNF-α诱导神经元中p62蛋白增加,LC3II/I和Beclin-1蛋白减少,而这些被oe-FOXG1所阻断。oe-FOXG1抑制了TNF-α诱导的DRG神经元和LDH大鼠的炎症和细胞凋亡,并促进了Cyclin D1、PCNA和Ki67的表达。LDH大鼠外周血中许多miRNA增加,但在副干酪乳杆菌S16干预后减少。副干酪乳杆菌S16影响miR-31a-5p和SATB2的表达。双荧光素酶报告基因实验证实miR-31a-5p与SATB2结合。Co-IP分析确认了FOXG1与SATB2之间的相互作用。沉默SATB2抑制了oe-FOXG1在TNF-α诱导的背根神经节神经元中的有益作用。动物实验进一步表明,oe-FOXG1通过下调PWT、PWL、炎症和细胞凋亡水平以及上调SATB2-自噬水平来改善LDH疾病特征。结论:MiR-31a-5p/SATB2参与副干酪乳杆菌S16治疗LDH大鼠。FOXG1的过表达通过SATB2促进自噬,从而改善LDH水平。这为LDH的治疗提供了新途径。

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
FOXG1与SATB2的相互作用是否通过调节自噬来影响腰椎间盘突出症相关的神经炎症和机械性异常疼痛?
核心机制
FOXG1与SATB2相互作用,通过上调SATB2表达来激活自噬(增加LC3II/I和Beclin-1,减少p62),从而抑制炎症和细胞凋亡,改善LDH症状。
主要证据
在TNF-α诱导的DRG神经元中,oe-FOXG1促进自噬并抑制炎症和凋亡;在LDH大鼠模型中,oe-FOXG1通过上调SATB2-自噬水平,下调PWT、PWL、炎症和凋亡水平,改善疾病特征。Co-IP证实FOXG1与SATB2直接相互作用,si-SATB2阻断oe-FOXG1的有益作用。
研究意义
该研究为LDH的治疗提供了新途径,即通过上调FOXG1或SATB2来促进自噬,可能为LDH的临床治疗或靶向药物开发提供理论依据。

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

体外细胞模型建立及FOXG1表达检测

建立TNF-α诱导的大鼠DRG神经元损伤模型,并验证FOXG1在此模型中的表达变化。

使用大鼠DRG神经元(CP-R126),以10 ng/mL TNF-α处理48小时诱导损伤。通过免疫荧光鉴定神经元,RT-qPCR和Western blot检测FOXG1表达。

2

过表达FOXG1对TNF-α诱导神经元炎症、凋亡和增殖的影响

探讨过表达FOXG1是否抑制TNF-α诱导的神经元炎症和凋亡,并促进细胞增殖。

使用oe-FOXG1慢病毒转染DRG神经元,同时用TNF-α处理。通过流式细胞术检测凋亡,Western blot检测炎症因子(IL-1β、TGF-β1、IL-10)和增殖标志物(Cyclin D1、PCNA、Ki67)的表达。

3

益生菌干预对LDH大鼠外周血miRNA表达谱的影响

分析副干酪乳杆菌S16对LDH大鼠外周血miRNA表达谱的影响,并筛选关键miRNA及其靶基因。

构建LDH大鼠模型,并给予副干酪乳杆菌S16(109 CFU/mL,0.1 mL/只/天,持续5周)处理。收集外周血,进行miRNA测序,分析差异表达miRNA,并进行靶基因预测和功能富集分析。

4

验证miR-31a-5p与SATB2的靶向关系

验证miR-31a-5p是否直接靶向SATB2,并检测LDH大鼠血清中miR-31a-5p和SATB2的表达水平。

通过双荧光素酶报告基因实验验证miR-31a-5p与SATB2的结合。使用RT-qPCR检测大鼠血清中miR-31a-5p、SATB2及预测靶基因(IsI1、KIf5、Lats2)的表达。

5

验证FOXG1与SATB2的相互作用

验证FOXG1与SATB2蛋白之间是否存在直接相互作用。

使用TNF-α处理的DRG神经元,通过Co-IP实验检测FOXG1与SATB2的结合。

6

验证FOXG1通过SATB2调节自噬、炎症和凋亡

探究FOXG1是否通过SATB2来调节TNF-α诱导的神经元自噬、炎症和凋亡。

在TNF-α诱导的DRG神经元中,同时进行oe-FOXG1和si-SATB2处理。通过RT-qPCR和Western blot检测自噬相关蛋白(LC3II/I、Beclin-1、p62)、炎症因子(TGF-β1、IL-1β、IL-10)和增殖标志物(Cyclin D1、PCNA、Ki67)的表达,并通过流式细胞术检测凋亡。

7

动物水平验证oe-FOXG1通过SATB2缓解LDH

在LDH大鼠模型中验证过表达FOXG1是否通过SATB2促进自噬、减轻炎症和凋亡,从而缓解LDH症状。

构建LDH大鼠模型,并通过腹腔注射oe-FOXG1或oe-NC(每周一次,持续5周)进行干预。通过PWT/L测定评估机械和热痛觉过敏,通过RT-qPCR、Western blot、TUNEL染色和ELISA检测相关分子表达和组织病理变化。

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
F-12培养基----
链霉素----
青霉素----
肿瘤坏死因子-αCST--
Lip2000转染试剂Invitrogen11668-019
副干酪乳杆菌S16----
psiCHECK-2-Rat-SATB2-WT载体HonorGene--
psiCHECK-2-Rat-SATB2-Mut载体HonorGene--
miR-31a-5p模拟物HonorGene--
双荧光素酶报告基因检测试剂盒PromegaE1910
化学发光检测仪PromegaGloMax
TRIzol试剂Thermo15596026
mRNA提取试剂盒CWBIOCW2569
miRNA提取试剂盒CWBIOCW2141
UltraSYBR Mixture试剂盒CWBIOCW2601
定量PCR仪ABIQuantStudio1
胰蛋白酶AbcamAWC0232
Annexin V-APCKGI BiotechKGA1030
碘化丙啶----
Triton X-100----
牛血清白蛋白----
抗β-tubulin-III抗体Abcamab78078
抗IgG标记的荧光抗体AbiowellAWS0004c
DAPI----
显微镜MoticBA210T
TUNEL凋亡检测试剂盒YEASEN40306ES50
免疫沉淀裂解缓冲液AbiowellAWB0144
Protein A/G琼脂糖珠----
FOXG1抗体Abcamab196868
正常IgGProteintechB900610
LC3抗体Proteintech14600-1-AP
Beclin1抗体Proteintech11306-1-AP
p62抗体Proteintech66184-1-Ig
SATB2抗体Proteintech67958-1-Ig
Cyclin D1抗体Proteintech26939-1-AP
PCNA抗体Proteintech10205-2-AP
Ki67抗体Abcamab16667
TGF-β抗体AbiowellAWA00083
IL-1β抗体AbiowellAWA46641
IL-10抗体AbiowellAWA44364
β-actin抗体Proteintech66009-1-Ig
HRP标记的山羊抗小鼠IgGProteintechSA00001-1
HRP标记的山羊抗兔IgGProteintechSA00001-2
TGF-β1 ELISA试剂盒ProteintechKE20010
IL-10 ELISA试剂盒ProteintechKE20003
IL-1β ELISA试剂盒ProteintechKE20021
TNF-α ELISA试剂盒ProteintechKE20001
酶标仪HEALESMB-530
RNA纯化试剂盒Norgen51000
QIAseq miRNA文库构建试剂盒QIAGEN331505
Illumina Novaseq 6000测序仪Illumina--
刺痛针Zhongshi Dichuang Technology DevelopmentZS-CTY
tenderness灯杯Zhongshi Dichhuang Technology DevelopmentZS-PTM

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
DRG神经元细胞系(CP-R126),TNF-α浓度(10 ng/mL),处理时间(48小时),转染试剂(Lip2000),转染时间(48小时)
阅读提示:Methods - Cell experimental processing
动物模型构建和干预
SD大鼠(雄性,200-250g),LDH手术方法(L4-5椎间盘穿刺),L. paracasei S16剂量(109 CFU/mL,0.1 mL/只/天),给药时间(术前7天开始,持续5周),oe-NC/oe-FOXG1腹腔注射剂量和频率(每周一次,共5周)
阅读提示:Methods - The treatment in LDH rat
miRNA测序分析
外周血样本处理,RNA提取试剂盒(Norgen 51000),文库构建试剂盒(QIAGEN 331505),测序平台(Illumina Novaseq 6000),数据分析流程(UMI-Tools, cutadapt, Bowtie等)
阅读提示:Methods - miRNAseq
分子机制验证
Co-IP实验步骤(IP裂解缓冲液、Protein A/G琼脂糖珠、抗体),双荧光素酶报告基因实验(psiCHECK-2载体、miR-31a-5p mimics、293T细胞)
阅读提示:Methods - Co-IP, Methods - Dual luciferase reporter gene assay