IGFBP5通过H3K18乳酸化促进糖尿病肾病中的内皮-间质转化和肾纤维化

IGFBP5 promotes EndoMT and renal fibrosis through H3K18 lactylation in diabetic nephropathy.

作者信息Xiaofang Hu, Wei Chen, Ming Yang, Mengwei Li, Xiangyi Li, Shaxi Ouyang
PMID40423799
发布时间2025-05-27
DOI10.1007/s00018-025-05718-5

实验完整度

包含体外细胞实验(高糖处理、基因敲低)、体内小鼠模型(STZ诱导DN、AAV介导的敲低)及多种分子检测(Western blot、qPCR、ChIP-qPCR),并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

小鼠肾小球内皮细胞(GEnCs) STZ诱导的糖尿病肾病小鼠模型

重点核对

高糖处理浓度及时间:25 mM葡萄糖处理72小时 IGFBP5敲低方式:shRNA(sh-IGFBP5)转染及AAV2/2-sh-IGFBP5尾静脉注射 NLRP3炎症小体抑制剂处理:MCC950(10 μM) 糖酵解抑制剂处理:2-DG(2 mM) 组蛋白乳酸化检测:H3K18la抗体ChIP-qPCR

摘要

目的:糖尿病肾病(DN)是糖尿病患者的重要并发症,严重影响其生活质量和预期寿命。尽管高血糖诱导的代谢和炎症反应被认为是DN的主要致病因素,但其具体分子机制仍不清楚。在此,我们通过体外细胞实验和小鼠模型研究了胰岛素样生长因子结合蛋白5(IGFBP5)在DN中的作用。方法:我们评估了高糖条件对肾小球内皮细胞中IGFBP5表达的影响,并通过抑制IGFBP5评估其对糖酵解、NLRP3炎症小体活化、内皮-间质转化(EndoMT)和组蛋白乳酸化的调节作用。此外,我们评估了IGFBP5对肾纤维化的影响,并在DN模型小鼠中证实了其调控机制。结果:敲低IGFBP5抑制了高糖诱导的肾小球内皮细胞中的EndoMT,这种作用也可被NLRP3炎症小体抑制剂MCC950所抑制。此外,沉默IGFBP5降低了糖酵解活性和组蛋白乳酸化,从而抑制NLRP3炎症小体的活化和EndoMT。进一步,在DN小鼠模型中,IGFBP5敲低减轻了肾纤维化,并减少了糖酵解、组蛋白乳酸化、NLRP3炎症小体活化和EndoMT。结论:IGFBP5通过调节糖酵解介导的组蛋白乳酸化促进NLRP3炎症小体诱导的EndoMT和肾纤维化,加速DN的进展。这些发现为DN提供了新的潜在治疗靶点。

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
IGFBP5在糖尿病肾病中是否通过糖酵解介导的组蛋白乳酸化调控NLRP3炎症小体活化,进而促进内皮-间质转化和肾纤维化?
核心机制
IGFBP5促进糖酵解,增加乳酸产生,导致组蛋白H3K18乳酸化升高,进而促进NLRP3炎症小体活化,诱导EndoMT和肾纤维化。
主要证据
体外实验显示,敲低IGFBP5抑制高糖诱导的EndoMT、糖酵解、组蛋白乳酸化及NLRP3炎症小体活化;2-DG抑制糖酵解也抑制EndoMT。体内实验中,敲低IGFBP5减轻了糖尿病小鼠的肾纤维化、减少EndoMT及炎症小体活化。
研究意义
研究揭示了IGFBP5在糖尿病肾病进展中的新机制,为DN治疗提供了潜在的分子靶点。

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

建立糖尿病肾病模型及表型验证

验证STZ诱导的DN小鼠模型是否成功建立并出现肾损伤和纤维化特征。

六周龄雄性C57BL/6J小鼠腹腔注射STZ(50 mg/kg,连用5天)诱导糖尿病,12周后收集24小时尿液检测尿蛋白,并进行HE染色、Masson染色和免疫组化检测EndoMT相关标志物及IGFBP5表达。

2

高糖诱导GEnCs EndoMT及IGFBP5表达分析

检测高糖条件是否上调IGFBP5并诱导内皮-间质转化。

小鼠GEnCs分别用5 mM葡萄糖(对照)、20 mM甘露醇+5 mM葡萄糖(甘露醇对照)或25 mM葡萄糖(高糖)处理72小时,然后通过qPCR和Western blot检测CD31、VE-cadherin、α-SMA、FSP-1和IGFBP5的表达。

3

敲低IGFBP5对EndoMT的影响

验证IGFBP5在高糖诱导的EndoMT中的必要性。

使用shRNA(sh-IGFBP5)转染GEnCs,敲低IGFBP5,随后高糖处理,通过qPCR和Western blot检测EndoMT标志物的变化。

4

NLRP3炎症小体活化及IGFBP5的调控

探究IGFBP5是否通过NLRP3炎症小体激活介导EndoMT。

检测高糖条件下GEnCs中NLRP3、cleaved caspase-1和IL-1β的蛋白水平;敲低IGFBP5后观察这些蛋白的变化;并用NLRP3抑制剂MCC950处理,检测EndoMT标志物变化。

5

糖酵解在IGFBP5调控NLRP3炎症小体中的作用

验证IGFBP5通过调控糖酵解影响NLRP3炎症小体活化。

检测高糖条件下乳酸产生和LDH活性,以及糖酵解酶LDHA和PKM2的表达;敲低IGFBP5后观察这些指标的变化;用糖酵解抑制剂2-DG处理GEnCs,检测NLRP3炎症小体和EndoMT标志物。

6

组蛋白乳酸化及ChIP-qPCR分析

验证IGFBP5是否通过组蛋白乳酸化(H3K18la)调控NLRP3和IL-1β的转录。

检测高糖条件下Pan-Kla和H3K18la水平,敲低IGFBP5或2-DG处理后观察变化;使用ChIP-qPCR检测H3K18la在NLRP3和IL-1β启动子区的富集。

7

体内验证IGFBP5敲低对肾纤维化和EndoMT的影响

在DN小鼠模型中验证敲低IGFBP5是否能减轻肾纤维化和EndoMT。

通过尾静脉注射AAV2/2-sh-IGFBP5敲低肾脏IGFBP5,检测尿蛋白、HE/Masson染色、qPCR和Western blot检测EndoMT标志物及纤维化指标。

8

体内验证敲低IGFBP5对糖酵解、乳酸化及炎症小体的影响

在DN小鼠模型中进一步验证IGFBP5敲低对糖酵解、组蛋白乳酸化和NLRP3炎症小体的影响。

Western blot检测肾脏中NLRP3、IL-1β、LDHA、PKM2、Pan-Kla和H3K18la的表达。

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Gibco--
胎牛血清Gibco--
链霉素-青霉素----
MCC950Sigma-Aldrich--
2-脱氧-D-葡萄糖Sigma-Aldrich--
Lipofectamine 3000Thermo Fisher Scientific--
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific15596026
cDNA合成试剂盒Roche04897030001
LightCycler 480 SYBR Green I 预混液Roche04887352001
RIPA裂解液Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
增强化学发光试剂盒Beyotime--
乳酸检测试剂盒ElabscienceE-BC-K044-S
LDH检测试剂盒ElabscienceE-BC-K046-M
LDHA抗体Proteintech19987-1-AP
泛乳酸化赖氨酸抗体PTM BIOPTM-1401RM
H3K18la抗体PTM BIOPTM-1406RM
组蛋白H3抗体PTM BIOPTM-6613
PKM2抗体Proteintech15822-1-AP
CD31抗体Abcamab281583
VE-钙黏蛋白抗体Abcamab33168
α-SMA抗体Abcamab124964
FSP-1抗体Abcamab197896
NLRP3抗体Proteintech68102-1-Ig
裂解型caspase-1抗体Arigo BiolaboratoriesARG57293
IL-1β抗体Proteintech26048-1-AP
IGFBP5抗体Proteintech55205-1-AP
β-肌动蛋白抗体Proteintech20536-1-AP
H3K18la抗体PTM BIOPTM-1427RM
链脲佐菌素----
腺相关病毒载体----
CD31抗体ArigoARG52748
CD31抗体ArigoARG56119
α-SMA抗体Abcamab124964
α-SMA抗体Abcamab240654
Alexa Fluor 488偶联二抗Thermo Fisher ScientificA-11034
Alexa Fluor 488偶联二抗Thermo Fisher ScientificA-11029
Alexa Fluor 594偶联二抗Thermo Fisher ScientificA-11037
Alexa Fluor 594偶联二抗Thermo Fisher ScientificA-11032
DAPISigma-AldrichD9542
共聚焦显微镜OlympusFV3000
ImageJ软件----
GraphPad Prism 9.0软件GraphPad Software, Inc.--

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
细胞培养与处理
高糖浓度25 mM处理72小时,MCC950浓度10 μM,2-DG浓度2 mM
阅读提示:见Materials and methods: Cell culture and treatment
基因敲低
shRNA序列及转染效率,AAV注射剂量和时间
阅读提示:见Materials and methods: Cell transfection 和 Animal models and treatment
Western blot
抗体稀释比例和孵育时间,蛋白上样量
阅读提示:见Materials and methods: Western blot
qPCR
引物序列,内参基因GAPDH
阅读提示:见Materials and methods: qPCR和Table 1
ChIP-qPCR
H3K18la抗体、交联时间、超声片段大小
阅读提示:见Materials and methods: Chromatin immunoprecipitation (ChIP)-qPCR
动物实验
STZ剂量、注射方式、AAV血清型及剂量、分组、时间节点
阅读提示:见Materials and methods: Animal models and treatment