AMPK激活通过调节成年雄性小鼠炎症组织巨噬细胞中STAT3磷酸化减轻炎症性疼痛

AMPK activation mitigates inflammatory pain by modulating STAT3 phosphorylation in inflamed tissue macrophages of adult male mice.

作者信息Hongchun Xiang, Yuye Lan, Liang Hu, Renjie Qin, Hongping Li, Tao Weng, Yan Zou, Yongmin Liu, Xuefei Hu, Wenqiang Ge, Hong Zhang, Hui-Lin Pan, Na-Na Yang, Wentao Liu, Guowei Cai, Man Li
PMID39921559
期刊Mol Pain
发布时间2025-01-21
DOI10.1177/17448069251321339

实验完整度

研究包含体内CFA疼痛模型、体外NR8383巨噬细胞模型、慢病毒转染STAT3突变体、行为学测试、蛋白印迹、流式等多层级功能及机制验证。

主要模型

CFA诱导的炎症性疼痛小鼠模型(成年雄性C57BL/6小鼠) NR8383大鼠巨噬细胞系 慢病毒转染的NR8383细胞(STAT3 S727D突变体或野生型)

重点核对

AICAR给药剂量:20 μg/20 μl,CFA注射后第7天皮下注射 CFA注射剂量:25 μl CFA(Sigma, F5881-10 ml) NR8383细胞处理:AICAR(0.5 mM)和Compound C(20 μM),CFA(100 μg/ml)刺激24小时 行为学测试时间点:AICAR治疗后2、4、8小时 样本量:行为学测试每组n=8,其他每组n=3

摘要

炎症性疼痛是一个重大的临床挑战。AMP激活蛋白激酶(AMPK)被认为能够通过抑制核因子κB(NF-κB)和信号转导与转录激活因子(STAT)等转录因子来减轻炎症。我们先前的研究表明,AMPK通过抑制NF-κB活化和白细胞介素-1β(IL-1β)表达来减轻炎症性疼痛。然而,AMPK在炎症性疼痛中通过调节STAT3磷酸化来调节活性氧(ROS)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的作用仍未被充分理解。本研究旨在探讨AMPK在调节炎症组织巨噬细胞中STAT3磷酸化以减轻炎症性疼痛中的作用。通过将完全弗氏佐剂(CFA)皮下注射到成年雄性小鼠左后爪足底表面建立炎症性疼痛模型。行为学测试机械性异常性疼痛和热潜伏期以确定伤害性行为。免疫印迹定量p-AMPK和iNOS表达水平。通过蛋白质印迹和免疫荧光评估巨噬细胞中p-STAT3(Ser727)和STAT3的核转位。通过流式细胞术检测NR8383巨噬细胞中ROS积累和线粒体损伤。进行慢病毒感染细胞实验以转染编码STAT3 S727D突变体的载体。AMPK激活剂AICAR治疗减轻了CFA诱导的炎症性疼痛,增强了AMPK磷酸化,并降低了炎症皮肤组织中的iNOS表达。AICAR有效阻止STAT3核转位,同时促进细胞质中STAT3(Ser727)的磷酸化。对CFA刺激的NR8383巨噬细胞的体外研究表明,AICAR增加了STAT3(Ser727)磷酸化,抑制了iNOS表达,并减弱了ROS积累和线粒体损伤。此外,增强STAT3磷酸化的S727D突变复制了AICAR对CFA诱导的氧化应激和线粒体功能障碍的保护作用。我们的研究表明,AMPK激活通过抑制STAT3核转位下调iNOS表达,并促进细胞质STAT3(Ser727)磷酸化,从而减少ROS表达和线粒体功能障碍,进而减轻炎症性疼痛。这些发现强调了在炎症性疼痛管理中靶向AMPK和STAT3通路的治疗潜力。

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
AMPK激活是否通过调节炎症组织巨噬细胞中STAT3磷酸化来减轻CFA诱导的炎症性疼痛?
核心机制
AMPK激活抑制STAT3核转位并减少核内p-STAT3(Ser727)水平,从而下调iNOS表达;同时促进细胞质中STAT3(Ser727)磷酸化,减轻ROS积累和线粒体功能障碍。
主要证据
体内CFA模型显示AICAR缓解机械性异常性疼痛和热痛觉过敏,抑制iNOS表达;体外NR8383细胞证实AICAR抑制STAT3核转位、促进细胞质p-STAT3(Ser727)并减轻ROS和线粒体损伤;STAT3 S727D突变体模拟AICAR的保护作用。
研究意义
该研究揭示了AMPK通过调节STAT3和p-STAT3(Ser727)减轻炎症性疼痛的新机制,为疼痛治疗和研究提供了新视角。

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CFA诱导的炎症性疼痛模型及行为学评估

评估AMPK激活对炎症性疼痛行为的影响。

成年雄性C57BL/6小鼠左后爪足底皮下注射CFA建立模型,对照组注射生理盐水。在CFA后第7天给予AICAR或溶剂,并在治疗后2、4、8小时用von Frey纤维丝和热板测试评估机械性异常性疼痛和热痛觉过敏。

2

检测炎症皮肤组织中AMPK和iNOS表达

验证AMPK激活是否抑制iNOS表达。

在AICAR治疗后2小时收集炎症皮肤组织,使用Western blot检测p-AMPK和iNOS蛋白水平,qPCR检测iNOS mRNA水平,免疫荧光检测CD68+巨噬细胞中p-AMPK表达。

3

分析STAT3核转位及磷酸化

确定AMPK激活对STAT3亚细胞定位和磷酸化的影响。

提取炎症皮肤组织的总蛋白、核蛋白和胞浆蛋白,Western blot检测STAT3和p-STAT3(Ser727);免疫荧光观察CD68+巨噬细胞中STAT3和p-STAT3的分布。

4

体外验证AMPK激活对NR8383巨噬细胞的作用

在体外验证AMPK激活对STAT3磷酸化、iNOS表达、ROS和线粒体的影响。

NR8383细胞用AICAR和/或Compound C预处理,再用CFA刺激24小时。Western blot检测p-AMPK、STAT3、p-STAT3和iNOS;流式细胞术检测ROS和线粒体膜电位。

5

STAT3 S727D突变体的功能验证

验证STAT3 Ser727磷酸化对CFA诱导的ROS积累和线粒体损伤的保护作用。

用慢病毒转染NR8383细胞表达m-Cherry-STAT3野生型或S727D突变体,转染48小时后用CFA刺激24小时,流式细胞术检测ROS和线粒体膜电位。

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
完全弗氏佐剂SigmaF5881-10 ml
AICARCell Signaling Technology#9944
Compound CAbcam#ab120843
von Frey纤维丝Stoelting--
RIPA裂解液Beyotime Biotechnology#P0013B
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime Biotechnology#P0012
PVDF膜Millipore Corp.--
核蛋白和胞浆蛋白提取试剂盒Beyotime Biotechnology#P0027
TRIzol试剂Invitrogen#15596-018
Hifair®Ⅱ第一链cDNA合成SuperMix----
ChamQ™通用SYBR® qPCR预混液----
QuantStudio 7 Flex实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher--
DAPI----
HyClone™ DMEM高糖培养基GE Healthcare Life Sciences--
青霉素/链霉素Beyotime Biotechnology#C0222
胎牛血清Biological Industries--
DCFDA荧光探针Beyotime Biotechnology#S0033
Mito-Tracker Red CMXRos线粒体探针Beyotime Biotechnology#C1049
BD LSRFortessa™流式细胞仪BD--

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
动物模型建立与药物处理
小鼠品系、性别、年龄、CFA注射体积和浓度、AICAR剂量和给药途径
阅读提示:Materials and methods - Animal models
行为学测试
von Frey测试方法、热板温度、测试时间点、重复次数
阅读提示:Materials and methods - Nociceptive behavior test
体外细胞实验
NR8383细胞培养条件、AICAR和Compound C浓度、CFA刺激时间
阅读提示:Materials and methods - Cell culture and treatment
蛋白检测
蛋白提取方法、抗体稀释比例、内参选择
阅读提示:Materials and methods - Western blot
STAT3突变体验证
慢病毒载体、转染时间、转染效率评估方法
阅读提示:Materials and methods - Lentivirus transfection
ROS和线粒体检测
DCFDA和Mito-Tracker浓度、孵育时间、流式检测通道
阅读提示:Materials and methods - Measurement of intracellular ROS, Measurement of mitochondrial dysfunction