雌激素通过下调类风湿关节炎中的ASIC1a保护关节软骨

Estrogen Protects Articular Cartilage by Downregulating ASIC1a in Rheumatoid Arthritis.

作者信息Xiaoyu Hang, Zhenyu Zhang, Ruowen Niu, Chen Wang, Jing Yao, Yayun Xu, Jingjing Tao, Lanlan Li, Feihu Chen
PMID33737825
发布时间2021-03-12
DOI10.2147/JIR.S295222

实验完整度

包含体外原代软骨细胞实验、体内OVX大鼠AA模型,并通过Western blot、qRT-PCR、免疫荧光、免疫组化、ELISA等方法进行了功能验证和机制验证。

主要模型

原代大鼠关节软骨细胞 去卵巢SD大鼠佐剂性关节炎模型

重点核对

大鼠品系:Sprague-Dawley(SD),7-8周龄,180-220g AA诱导:左后足跖部皮内注射0.25 mL热灭活分枝杆菌(10 mg/mL)混悬于完全弗氏佐剂 雌二醇剂量:0.1、0.2、0.3 mg/kg,肌内注射,免疫后第14天开始给药,每3天一次 阳性对照:醋酸曲安奈德(TA)1 mg/kg,每3天一次,共8次 软骨细胞处理:雌二醇500 nmol/mL处理24h(对ASIC1a和自噬相关蛋白影响最大)

摘要

目的:女性类风湿关节炎(RA)的严重程度通常低于男性。RA至少部分由雌二醇的保护作用介导。然而,雌二醇对RA保护作用的机制仍不清楚。最近的研究表明,组织酸中毒激活酸敏感离子通道1a(ASIC1a)在RA软骨损伤中起重要作用。在此,我们在体外和体内评估了雌二醇对酸介导的软骨损伤的影响,并探讨了ASIC1a在RA中的参与及其潜在机制。方法:培养的原代关节软骨细胞在体外经受酸中毒介导的损伤。通过Western blotting、实时定量PCR和免疫荧光分析检测Beclin1、LC3、p62、GPER1和ASIC1a的表达。通过向大鼠左后足跖部皮内注射0.25 mL悬浮于完全弗氏佐剂中的热灭活分枝杆菌(10 mg/mL)诱导佐剂性关节炎(AA)。使用酶联免疫吸附测定法测量血清中雌激素和相关炎症因子的水平。通过免疫组织化学分析和Western blot检测ASIC1a和自噬相关蛋白的表达。结果:用雌二醇处理原代关节软骨细胞降低了ASIC1a的表达和自噬水平。在AA大鼠中,雌二醇治疗后软骨损伤症状和血清炎症细胞因子水平降低。此外,雌二醇处理通过PI3K-AKT-mTOR通路降低ASIC1a表达,其中G蛋白偶联雌激素受体1(GPER1)起调节作用。最后,选择性ASIC1a阻断剂psalmotoxin-1(PCTX-1)降低了软骨细胞中的自噬水平。结论:雌二醇可通过GPER1抑制ASIC1a表达,从而保护AA大鼠软骨免受酸中毒介导的损伤和自噬。

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
雌二醇是否通过GPER1调控ASIC1a介导的软骨细胞自噬,从而在类风湿关节炎中保护关节软骨?
核心机制
雌二醇通过GPER1激活PI3K-AKT-mTOR信号通路,下调ASIC1a表达,从而抑制软骨细胞自噬,减轻酸中毒诱导的软骨损伤。
主要证据
体外实验显示雌二醇以时间和剂量依赖性下调ASIC1a及自噬相关蛋白;GPER1激动剂G1模拟雌二醇效应,而GPER1拮抗剂G15和PI3K/AKT抑制剂MK2206阻断该效应;体内实验显示雌二醇减轻AA大鼠软骨损伤、降低炎症因子水平并下调ASIC1a表达。
研究意义
该研究揭示了雌二醇保护软骨的新机制,为RA治疗提供了潜在的新策略,可能在不影响全身稳态的情况下作为联合治疗的补充方法。

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AA大鼠模型并进行体内药效验证

评估雌二醇对AA大鼠软骨损伤的保护作用及其对ASIC1a和自噬的影响

对去卵巢SD大鼠进行AA诱导,分组给予不同剂量雌二醇(0.1、0.2、0.3 mg/kg)或阳性药TA,通过足肿胀测量、HE染色、甲苯胺蓝染色、免疫组化、Western blot、ELISA评估软骨损伤、ASIC1a表达、自噬相关蛋白和炎症因子水平。

2

验证雌二醇对软骨细胞自噬的影响

明确雌二醇是否通过下调ASIC1a抑制软骨细胞自噬

体外培养原代大鼠关节软骨细胞,用不同浓度和时间雌二醇处理,检测ASIC1a、Beclin1、LC3、p62的表达;在pH 6.0条件下观察雌二醇对ASIC1a表达的影响;用ASIC1a-siRNA和PCTX-1处理验证ASIC1a在自噬中的作用。

3

鉴定雌激素受体亚型

确定介导雌二醇效应的受体是GPER1还是ERα

使用GPER1特异性拮抗剂G15、ERα特异性拮抗剂MPP、GPER1-siRNA和ERα-siRNA处理软骨细胞,检测ASIC1a表达变化;使用GPER1激动剂G1和拮抗剂G15验证GPER1对ASIC1a和自噬的影响。

4

解析下游信号通路

阐明GPER1调控ASIC1a表达所依赖的信号通路

用G1处理软骨细胞,检测AKT、mTOR、S6K1磷酸化水平;使用AKT抑制剂MK2206阻断通路,观察对ASIC1a及自噬相关蛋白表达的影响;同时用ASIC1a-siRNA和PCTX-1处理,验证ASIC1a介导的自噬是否受该通路调控。

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
杜氏改良 eagle 培养基HyCloneSH30022.01
磷酸盐缓冲液HyCloneSH30256.01
胎牛血清Gibco10099-141
小鼠抗β-肌动蛋白抗体ZSGB-BIOTA09
兔抗ASIC1a抗体Biossbs-2586R
兔抗Beclin1抗体Abcamab207612
兔抗LC3抗体Abcamab192890
兔抗GPER1抗体Abcamab260033
兔抗mTOR抗体Cell Signaling Technology2983T
兔抗磷酸化mTOR抗体Cell Signaling Technology5536T
兔抗AKT抗体Cell Signaling Technology56855
兔抗磷酸化AKT抗体Cell Signaling Technology4060T
兔抗S6K1抗体Cell Signaling Technology9209S
兔抗磷酸化S6K1抗体Cell Signaling Technology9204S
雌二醇Sigma-AldrichE8875
G1APExBIOB5455
G15APExBIOB5469
MK2206APExBIOA3010
MPPAPExBIOB6910
完全弗氏佐剂Chondrex7027
IL-1β ELISA试剂盒Elabscience BiotechnologyE-EL-R0012c
TNF-α ELISA试剂盒Elabscience BiotechnologyE-AB-60065
雌激素ELISA试剂盒Elabscience BiotechnologyE-EL-R1006c
醋酸曲安奈德Selleck--
II型胶原酶Sigma-Aldrich--
Opti-MEM培养基Invitrogen--
Lipofectamine™试剂----
TRIzol试剂Invitrogen--
iScript Select cDNA合成试剂盒Bio-Rad Laboratories--
SYBR-Green PCR预混液Takara Biotechnology--
RIPA裂解液Beyotime--
BCA蛋白检测试剂盒Boster--
PVDF膜Millipore--
Triton X-100----
FITC标记二抗----

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
大鼠品系、年龄(7-8周)、体重(180-220g);去卵巢或假手术;AA诱导剂量(0.25 mL 10 mg/mL热灭活分枝杆菌);性别(雌性)
阅读提示:Materials and Methods中Animals和Establishment of AA in Rats
药物处理
雌二醇剂量(0.1、0.2、0.3 mg/kg);给药方式(肌内注射);给药频率(每3天一次);给药起始时间(免疫后第14天);TA剂量(1 mg/kg)和频率(每3天一次,共8次)
阅读提示:Materials and Methods中Establishment of AA in Rats
细胞实验
原代大鼠关节软骨细胞分离方法(0.2% II型胶原酶消化);培养基(DMEM/F-12+10% FBS);雌二醇处理浓度(500 nmol/mL)和时间(24h);pH 6.0培养基处理;ASIC1a-siRNA转染量(5 μg)
阅读提示:Materials and Methods中Isolation of Primary Rat Articular Chondrocytes和Construction of Short Hairpin RNA Plasmids and Cell Transfection;Results中Figure 3
信号通路研究
G1浓度(100 nmol/L);G15浓度(15 μmol/L);MK2206浓度(1000 nmol/mL);MPP浓度(20 mmol/L);磷酸化蛋白检测(p-AKT、p-mTOR、p-S6K1)
阅读提示:Materials and Methods中Reagents and Antibodies;Results中Figure 4和6
检测方法
Western blot抗体稀释度(如ASIC1a 1:1000);ELISA试剂盒货号(如IL-1β E-EL-R0012c);免疫组化评分标准(0-4分)
阅读提示:Materials and Methods中Western Blotting Analysis、Determination of Cytokine and Estrogen Levels in Serum;Results中Figure 1