CYP11A1上调导致滋养层细胞氧化应激和胎儿神经发育毒性,且可通过维生素D挽救

CYP11A1 Upregulation Leads to Trophoblast Oxidative Stress and Fetal Neurodevelopmental Toxicity That can be Rescued by Vitamin D.

作者信息Xiang Wang, Mengxue Li, Xueguang Zhang, Yaqian Li, Guolin He, Andras Dinnyés, Qun Sun, Wenming Xu
PMID33659272
发布时间2021-02-15
DOI10.3389/fmolb.2020.608447

实验完整度

实验包括体外细胞模型(BeWo细胞)和功能验证(氧化应激、凋亡、炎症),但缺乏动物模型或患者样本验证。

主要模型

BeWo细胞系 人诱导多能干细胞来源的神经干细胞

重点核对

CYP11A1过表达慢病毒转染的MOI为25 维生素D3处理浓度为0、2、5 μM NSCs暴露于条件培养基12小时 三种独立实验重复 统计采用单因素方差分析及Tukey事后检验

摘要

在正常妊娠期间,胎盘滋养层细胞分泌多种类固醇激素,并参与调节母体生理功能和胎儿发育。CYP11A1基因编码胆固醇侧链裂解酶P450scc,其催化胆固醇生成孕烯醇酮,这是所有类固醇激素合成的第一步。在遗传易感性和某些环境因素(如药物和毒素)的影响下,CYP11A1的表达可被上调,从而影响滋养层细胞的类固醇代谢和生理功能,以及胎儿发育。在此,我们证明BeWo细胞系中CYP11A1的上调会触发过度的线粒体氧化应激,导致线粒体损伤和白细胞介素-6释放,并抑制神经元干细胞(NSCs)的增殖并导致其DNA损伤。此外,氧化应激和炎症可通过维生素D3剂量依赖性地改善,从而促进NSC损伤的挽救。我们的研究结果揭示了CYP11A1上调对滋养层细胞生理功能有害的潜在机制,并证明了维生素D补充在预防妊娠期与CYP11A1上调相关的胎盘和神经发育损伤中的有益作用。

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
CYP11A1上调是否导致滋养层细胞损伤及胎儿神经发育毒性,并探讨维生素D的挽救作用
核心机制
CYP11A1上调导致线粒体过度生物合成,引发氧化应激和线粒体DNA损伤,导致线粒体凋亡和IL-6释放,进而抑制神经干细胞增殖并造成DNA损伤;维生素D通过竞争性结合P450scc及20(OH)D的抗炎作用缓解这些效应。
主要证据
BeWo细胞过表达CYP11A1后,观察到孕烯醇酮和孕酮分泌增加,线粒体生物合成标志物表达升高,MDA和MitoSOX信号增强,mtDNA损伤增加,线粒体膜电位下降,IL-6释放增多;条件培养基使NSC增殖抑制(KI-67和CCK-8)和γH2AX foci增加。
研究意义
为妊娠期维生素D补充预防与CYP11A1上调相关的胎盘和神经发育损伤提供理论依据。

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

建立CYP11A1过表达的BeWo细胞模型

模拟CYP11A1上调,用于研究其对滋养层细胞功能的影响

使用慢病毒转染BeWo细胞,通过嘌呤霉素筛选稳定克隆,并用qPCR和western blot验证CYP11A1表达。

2

评估CYP11A1过表达对类固醇合成和线粒体生物合成的影响

确定CYP11A1上调是否增强类固醇合成并影响线粒体生物合成

检测孕烯醇酮和孕酮分泌,以及线粒体生物合成标志物PPARGC1A、NRF1和TFAM的mRNA和蛋白表达。

3

检测线粒体氧化应激和mtDNA损伤

评估CYP11A1过表达是否导致线粒体ROS产生和mtDNA损伤

检测MDA水平、MitoSOX荧光信号,并通过qPCR检测mtDNA损伤。

4

评估线粒体凋亡和炎症反应

确定CYP11A1过表达是否引起线粒体凋亡和炎症因子释放

用JC-1染色检测线粒体膜电位,用悬浮阵列和ELISA检测细胞因子水平。

5

评估滋养层条件培养基对神经干细胞的影响

验证CYP11A1过表达引起的滋养层损伤是否影响神经干细胞的增殖和DNA完整性

将NSCs暴露于条件NMM中12小时,通过KI-67免疫荧光和CCK-8检测增殖,通过γH2AX免疫荧光检测DNA损伤。

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
F12K培养基Gibco21127022
胎牛血清Gibco10270106
青霉素/链霉素HycloneSV30010
毛喉素AladdinF127328
DMEM/F12 GlutaMax培养基Gibco31331028
神经基础培养基Gibco21103049
GlutaMAX添加剂Gibco35050038
B27添加剂Gibco17504044
N2添加剂Gibco17502048
碱性成纤维细胞生长因子GibcoPHG0263
表皮生长因子GibcoPHG0311
层粘连蛋白SigmaL2020
多聚-L-鸟氨酸SigmaP4957
CYP11A1过表达慢病毒GENECHEM--
维生素D3----
二甲基亚砜----
RIPA裂解液BeyotimeP0013C
蛋白酶抑制剂混合物BimakeB14011
磷酸酶抑制剂混合物BimakeB15001
PVDF膜MilliporeIPVH00010
抗CYP11A1抗体Proteintech13363-1-AP
抗PGC1α抗体AffinityAF5395
抗DDDDK标签抗体Proteintech66008-3-Ig
抗GAPDH抗体HuabioEM1101
辣根过氧化物酶标记的山羊抗小鼠IgGZsbioZB-2305
辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgGZsbioZB-2301
抗KI-67抗体Proteintech27309-1-AP
抗γH2AX抗体Abcamab26350
Alexa Fluor 594标记的山羊抗小鼠抗体InvitrogenA11005
Alexa Fluor 594标记的山羊抗兔抗体InvitrogenA11012
JC-1染料BeyotimeC2006
MitoSOX红色线粒体超氧化物指示剂InvitrogenM36008
4',6-二脒基-2-苯基吲哚BeyotimeP0131
曲拉通X-100SolarbioT8200
牛血清白蛋白Biofroxx4240GR500
CCK-8试剂盒AbmoleM4839
孕烯醇酮ELISA试剂盒LDNFR E-2700
孕酮免疫测定SiemensADVIA Centaur XP
丙二醛检测试剂盒Nanjing JianchengA003-1-2
Luminex悬浮阵列LuminexMAGPX12157001
白细胞介素-6 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-H0102
TRIzol试剂Invitrogen15596026
反转录试剂盒TakaraRR037A
SYBR Green实时荧光定量PCR预混液BimakeB21202
iCycler实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad Laboratories--
DNA提取试剂盒TIANGENDP304-03
激光扫描共聚焦显微镜OlympusFV2000
酶标仪Molecular DevicesCmax Plus
NanoDrop 2000分光光度计Thermo Scientific--

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CYP11A1过表达
BeWo细胞系(ATCC CCL-98)
阅读提示:Methods: BeWo cell line culture and CYP11A1 overexpression
细胞培养与CYP11A1过表达
慢病毒MOI=25,嘌呤霉素筛选浓度2.5 μg/ml
阅读提示:Methods: BeWo cell line culture and CYP11A1 overexpression
CYP11A1过表达处理
维生素D3浓度0、2、5 μM
阅读提示:Methods: Effects of CYP11A1 overexpression on BeWo cells
NSC暴露实验
NSC暴露于条件培养基12小时
阅读提示:Methods: Culture and exposure of NSCs to BeWo-conditioned medium
统计
单因素方差分析,Tukey事后检验
阅读提示:Methods: Statistical Analysis