HIF-1α通过下调ALKBH7表达介导线粒体损伤,促进类风湿关节炎中FLS的异常激活

HIF-1α mediates mitochondrial damage by down-regulating ALKBH7 expression to promote the aberrant activation of FLS in rheumatoid arthritis.

作者信息Han Wang, Yu-Chen Zhao, Li Xu, Tian-Jing Zhang, Liang-Hu Liu, Meng-Qi Zhou, Han Zhang, Yin-Ning Yang, Pin Pan, Lin Jin, Zi-Wei Zhang, Xian-Zheng Zhang, Ling-Ling Zhang
PMID40140527
发布时间2025-08
DOI10.1038/s41401-025-01520-y

实验完整度

实验包括体外FLS缺氧模型、HIF-1α敲低、ALKBH7敲低/过表达、双荧光素酶报告基因、RNA-Seq/CUT-Tag、以及CIA小鼠模型,包含功能验证和机制验证。

主要模型

RA患者和OA患者的滑膜组织及原代FLS HEK-293T细胞 CIA小鼠模型(hif-1α+/-小鼠) AA大鼠模型

重点核对

缺氧处理:1% O2,4小时 HIF-1α敲低和ALKBH7敲低/过表达转染后48小时检测 CIA模型:CFA和CII混合注射,第21天加强免疫 ALKBH7启动子结合位点:Chr19 6372400-6372578,基序ACCGTGGC突变验证 统计设计:n=3或n=6,P<0.05显著

摘要

类风湿关节炎(RA)是一种以滑膜炎症和进行性关节破坏为特征的自身免疫性疾病。现有证据表明,缺氧可能促进RA的病理过程,但具体机制尚不清楚。在本研究中,我们探讨了缺氧诱导因子(HIF-1α)促进RA病理过程的分子机制。我们的初步结果表明,缺氧通过诱导线粒体损伤激活cGAS-STING信号,从而刺激成纤维样滑膜细胞(FLS)的激活,而沉默HIF-1α可有效抑制这一过程。与此一致,HIF-1α缺陷显著减轻了胶原诱导关节炎(CIA)小鼠的症状。RNA-Seq和CUT-Tag分析揭示,HIF-1α通过作用于19号染色体6372400-6372578上的ALKBH7启动子位点下调AlkB同源物7(ALKBH7)的表达。通过双荧光素酶报告基因分析,我们确定了ACCGTGGC是HIF-1α直接结合的基序。随后,我们证明敲低ALKBH7通过下调UQCRC2的表达诱导线粒体损伤并激活cGAS-STING信号。相反,过表达ALKBH7可以抵抗缺氧诱导的线粒体损伤和FLS激活。总之,HIF-1α通过下调ALKBH7的表达触发线粒体损伤,从而促进FLS激活,这可能是缺氧参与RA病理过程的分子机制。

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
缺氧通过何种分子机制促进类风湿关节炎中成纤维样滑膜细胞(FLS)的异常激活?
核心机制
HIF-1α直接结合ALKBH7启动子区域(Chr19 6372400-6372578)并下调ALKBH7表达,导致UQCRC2表达降低,诱导线粒体损伤,释放mtDNA激活cGAS-STING信号,从而促进FLS炎症和激活。
主要证据
体外实验显示缺氧诱导FLS线粒体损伤和cGAS-STING激活,HIF-1α敲低逆转这些效应;RNA-Seq和CUT-Tag鉴定HIF-1α靶向ALKBH7,双荧光素酶报告基因验证结合基序;ALKBH7敲低或过表达实验证实其通过UQCRC2调节线粒体功能;CIA小鼠模型中HIF-1α缺陷减轻关节炎症状。
研究意义
该研究揭示了缺氧参与RA病理过程的分子机制,为RA的治疗提供了潜在靶点。

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

患者样本中缺氧、线粒体损伤和cGAS-STING激活的观察

验证RA患者和AA大鼠滑膜组织及FLS中是否存在缺氧、线粒体损伤和cGAS-STING信号激活。

通过IHC、免疫印迹和IF检测HIF-1α、cGAS、STING表达;TEM观察线粒体形态。

2

缺氧诱导FLS线粒体损伤和cGAS-STING激活的体外实验

确定缺氧是否能直接导致FLS线粒体损伤和cGAS-STING信号激活。

将OA-FLS在1% O2下培养4小时,检测线粒体形态、膜电位、mtDNA释放、呼吸链复合物表达、cGAS/STING表达和炎症因子水平。

3

HIF-1α敲低对缺氧诱导线粒体损伤的影响

验证HIF-1α是否介导缺氧诱导的线粒体损伤和FLS激活。

使用shHIF-1α敲低FLS中HIF-1α表达,在缺氧条件下检测线粒体损伤指标、cGAS-STING通路和炎症因子。

4

HIF-1α缺陷对CIA小鼠关节炎症状的影响

在体内验证HIF-1α在RA病理过程中的作用。

建立CIA小鼠模型(WT和hif-1α+/-),评估关节炎评分、影像学、组织学、免疫细胞比例和炎症因子。

5

鉴定HIF-1α靶基因及结合位点

寻找HIF-1α调控的靶基因,并确定其直接结合位点。

对缺氧处理的FLS进行RNA-Seq和CUT-Tag测序,整合分析筛选靶基因,并通过双荧光素酶报告基因验证结合位点。

6

ALKBH7功能验证及其对UQCRC2的调控

验证ALKBH7在缺氧诱导的线粒体损伤和FLS激活中的作用。

使用siRNA敲低或过表达质粒调控ALKBH7表达,检测FLS增殖、迁移、炎症因子、线粒体功能及UQCRC2表达。

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----
胎牛血清----
抗人/大鼠HIF-1α单克隆抗体Affinity6oh4847
抗人cGAS单克隆抗体CST79978S
抗人STING单克隆抗体CST13647S
抗大鼠/小鼠cGAS单克隆抗体HUABIOHO0914
抗大鼠/小鼠STING单克隆抗体ProteintechD0108890
山羊抗兔IgG (H+L)AffinityS0001
山羊抗小鼠IgG (H+L)AffinityS0002
山羊抗小鼠IgG (H+L) Fluor488InvitrogenA-11001
山羊抗兔IgG (H+L) Fluor647AffinityS0013
DAPIBeyotimeC1005
透射电子显微镜Thermoscientific--
SYBR Green Pro Taq HS预混qPCR试剂盒----
TNF-α ELISA试剂盒MlbioYJ064303
IL-1β ELISA试剂盒MlbioYJ058059
IL-6 ELISA试剂盒MlbioYJ058097
CXCL8 ELISA试剂盒MlbioYJ027375
CXCL9 ELISA试剂盒MlbioYJ057858
CXCL10 ELISA试剂盒MlbioYJ060339
CXCL11 ELISA试剂盒MlbioYJ058457
RF ELISA试剂盒MlbioYJ037647
CRP ELISA试剂盒MlbioYJ038364
抗CCP ELISA试剂盒MlbioYJ250791
转染试剂盒HANBIHB-LF3-1000
EdU细胞增殖试剂盒BeyotimeC0081S
多模式实时无标记细胞分析仪Agilent--
双荧光素酶报告基因试剂盒SolarbioD0011
完全弗氏佐剂Chondrex7023
II型鸡胶原蛋白Chondrex20011
FITC抗小鼠CD19BD553786
PE抗小鼠CD27BD558754
APC抗小鼠CD138BD558626
FITC抗小鼠CD4Biolegend100510
APC抗小鼠CD25Biolegend557192
PE抗小鼠Foxp3Invitrogen12-5773-82
APC抗小鼠IL-17Biolegend506915
番红O-固绿染色SolarbioG1371
小鼠淋巴细胞分离试剂盒DAKEWE7211011
流式细胞仪BD--
高分辨率小动物超声实时成像系统VisualSonics--
X射线透视成像系统Glenbrook Technologies--

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
细胞缺氧处理
FLS在1% O2下培养4小时
阅读提示:Methods: Cells, Results: 第二部分
HIF-1α敲低和ALKBH7敲低/过表达
转染shHIF-1α/siALKBH7/oeALKBH7,转染后48小时进行后续实验
阅读提示:Methods: Transfection, Figures 3和6
CIA模型建立
CFA和CII混合注射,第21天加强免疫
阅读提示:Methods: Animal models were established
双荧光素酶报告基因
HEK-293T细胞共转染报告质粒和Renilla质粒,24小时后检测荧光强度
阅读提示:Methods: Luciferase reporter assay, Figure 5g
RNA-Seq和CUT-Tag
缺氧处理FLS 4小时,具体建库步骤参见补充表S5-S9
阅读提示:Methods: RNA-sequencing和Cut-Tag, Figure 5a-f