丁酸钠在体外通过TGR5/β-arrestin2调节巨噬细胞极化

Sodium butyrate regulates macrophage polarization by TGR5/β-arrestin2 in vitro.

作者信息Miao Liu, Wen-Jie Xie, Xu Zhang, Wei Wu, Guang Li, Lu Wang
PMID39881219
期刊Mol Med
发布时间2025-01-29
DOI10.1186/s10020-025-01096-7

实验完整度

体外细胞实验(RAW264.7)结合靶点预测、SPR、LiP-MS、分子对接、分子动力学模拟等多层次验证,包含功能验证(极化标志物)和机制验证(激动剂/拮抗剂、siRNA)。

主要模型

RAW264.7巨噬细胞系 LPS诱导的巨噬细胞极化模型

重点核对

丁酸钠浓度50 μg/mL,LPS浓度100 ng/mL TGR5拮抗剂SBI-115浓度100 μM TGR5激动剂INT-777浓度3 μM siRNA-β-arrestin2敲低RAW264.7细胞 SPR亲和常数KD=13.2 μM

摘要

背景:巨噬细胞在溃疡性结肠炎(UC)的发病机制中发挥重要作用。我们将探讨丁酸钠(SB)对巨噬细胞功能的影响。方法:利用SwissTargetPrediction数据库和表面等离子体共振(SPR)鉴定了丁酸的靶标。采用限制性蛋白水解质谱(Lip-MS)进一步研究丁酸与其靶标的结合位点,并通过分子对接模拟其结合模式。在体外用脂多糖(LPS)建立巨噬细胞极化模型。在有或无SB的情况下检测Takeda G蛋白偶联受体5(TGR5)和β-arrestin2的表达及巨噬细胞极化标志物。结果:TGR5被确定为丁酸的靶标。此外,TGR5的氨基酸区域275-286和321-330(GPBAR1 [275-286]和GPBAR1 [321-330])是丁酸的潜在结合区域。基于分子对接分析,丁酸与TGR5的ASP-284和TYR-287形成有效的氢键相互作用。在细胞实验中,LPS抑制TGR5、β-arrestin2、IL-10、ARG1和CD206的表达,并增加IL-1β、iNOS和CD86的表达,而SB逆转了LPS的作用。TGR5拮抗剂SBI-115和敲低β-arrestin2抑制了丁酸钠的作用。TGR5激动剂INT-777逆转了敲低β-arrestin2的抑制作用。结论:SB通过TGR5/β-arrestin2在RAW264.7细胞中抑制LPS诱导的M1样极化并促进M2样极化,且TGR5是SB的靶标。

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
丁酸钠能否通过TGR5/β-arrestin2通路调节巨噬细胞极化?
核心机制
丁酸钠靶向TGR5,通过TGR5/β-arrestin2通路促进M2极化并抑制M1极化,其中GPBAR1 [275-286]是丁酸的特异性结合位点。
主要证据
在RAW264.7细胞中,LPS抑制TGR5、β-arrestin2及M2标志物表达并促进M1标志物,而丁酸钠逆转这些效应;TGR5拮抗剂SBI-115或β-arrestin2敲低削弱丁酸钠的作用,TGR5激动剂INT-777逆转β-arrestin2敲低的影响。
研究意义
研究首次发现丁酸钠通过TGR5/β-arrestin2通路调节巨噬细胞极化,为溃疡性结肠炎的防治提供新的分子靶点。

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

靶点预测与验证

确定丁酸的潜在蛋白靶标并验证其直接结合。

通过SwissTargetPrediction数据库预测丁酸靶标,SPR实验验证与TGR5的结合及亲和力。

2

结合位点鉴定

鉴定丁酸与TGR5的直接结合区域。

采用LiP-MS分析丁酸处理与对照的TGR5蛋白水解模式,鉴定差异肽段。

3

分子对接和动力学模拟

预测丁酸与TGR5的结合模式和相互作用键。

使用Schrödinger Maestro进行分子对接,Gromacs进行分子动力学模拟,分析结合自由能。

4

体外巨噬细胞极化模型

评估丁酸钠对LPS诱导的巨噬细胞极化的影响。

RAW264.7细胞分为对照组、LPS组、LPS+SB组,并加用TGR5激动剂/拮抗剂或siRNA干扰,检测TGR5、β-arrestin2表达和极化标志物。

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
TGR5蛋白Yangene Biotechnology Co., Ltd.CSB-CF819471HU
丁酸Sigma-AldrichB103500
EDCSigma-AldrichE1769-25G
NHSSigma-Aldrich130672-25G
CM5传感器芯片GE29149603
胰蛋白酶Promega--
Exploris 480质谱仪Thermo Fisher Scientific--
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清(FBS)Gibco--
青霉素-链霉素溶液----
脂多糖(LPS)Sigma-Aldrich--
丁酸钠(SB)----
INT-777MCEHY-15677
SBI-115MCEHY-111534
opti-MEM培养基Gibco31985-070
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen11668-019
siRNA-β-arrestin2Jintuosi Biotechnology Co., Ltd.--
Trizol试剂Invitrogen15596026
HiScript II Q Select RT SuperMix qPCR试剂盒Vazyme Biotech Co., Ltd.R233
AceQ qPCR SYBR Green Master Mix试剂盒Vazyme Biotech Co., Ltd.Q111-02
QuantStudio 6 Flex实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
Triton X-100BeyotimeST795
正常山羊血清Wuhan Boster Biological TechnologyAR1009
CD86抗体Proteintech13395-1-AP
CD206抗体Proteintech18704-1-AP
CY3标记山羊抗兔IgGWuhan Boster Biological TechnologyBA1032
DAPIBeyotimeC1002
荧光显微镜Olympus--
PMSFShanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., LtdP105539
BCA试剂盒BeyotimeP0010
PVDF膜----
GAPDH抗体Hangzhou Goodhere Biotechnology Co., Ltd.AB-P-R 001
TGR5抗体Abcamab72608
β-arrestin2抗体Abcamab54790
HRP标记山羊抗小鼠二抗Wuhan Boster Biological TechnologyBA1051
HRP标记山羊抗兔二抗Wuhan Boster Biological TechnologyBA1054
ECL试剂盒Beijing Applygen Technologies Inc.P1050

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
靶点验证
SPR固定TGR5蛋白水平(2400 RU)、丁酸浓度梯度(0-125 μM)、流速和结合/解离时间
阅读提示:参见Materials and methods中的Target prediction and validation部分及图1C
细胞培养与处理
RAW264.7细胞培养条件(DMEM、10% FBS、1%双抗)、LPS浓度(100 ng/mL)、SB浓度(50 μg/mL)、处理时间(24 h)、激动剂/拮抗剂浓度(INT-777 3 μM, SBI-115 100 μM)
阅读提示:参见Materials and methods中的Cells and preparation of medium部分
siRNA转染
siRNA-β-arrestin2序列、转染试剂(Lipofectamine 2000)、转染时间(6 h)、敲低效率验证(qRT-PCR)
阅读提示:参见Materials and methods中的Cells transfection with siRNA部分
基因表达检测
qRT-PCR引物序列、反应条件(95℃变性、40循环)、Western blot抗体稀释度(未明确)、免疫荧光抗体浓度(未明确)
阅读提示:参见Materials and methods中的qRT-PCR、Western blot、Immunofluorescence staining部分及表1