表达Sox9的细胞通过PI3K/AKT通路促进放射性肺损伤后的再生

Sox9-expressing cells promote regeneration after radiation-induced lung injury via the PI3K/AKT pathway.

作者信息Shuang Chen, Kang Li, Xinqi Zhong, Ganping Wang, Xiaocheng Wang, Maosheng Cheng, Jie Chen, Zhi Chen, Jianwen Chen, Caihua Zhang, Gan Xiong, Xiuyun Xu, Demeng Chen, Heping Li, Liang Peng
PMID34215344
发布时间2021-07
DOI10.1186/s13287-021-02465-9

实验完整度

包含谱系追踪、细胞消融动物模型、单细胞转录组分析、AKT抑制剂/激动剂体内干预等多层级验证。

主要模型

Sox9CreER; RosatdTomato小鼠 Sox9CreER; RosatdTomato; RosaDTA小鼠 C57BL/6小鼠全胸照射模型 GSE102580数据集(小鼠气管上皮细胞)

重点核对

他莫昔芬诱导剂量:0.08 mg/g体重,连续三天腹腔注射 辐射剂量:单次16 Gy全胸照射 AKT抑制剂perifosine剂量:250 mg/kg/周,灌胃 AKT激动剂SC79剂量:5 mg/kg/周,灌胃 观察时间点:照射后3、7、14、30天

摘要

背景:放射性肺损伤(RILI)被认为是胸部放疗最常见的并发症之一。近年来的研究集中于干细胞特性以获得理想的治疗效果,已有报道SOX9参与干细胞的诱导和分化。然而,表达Sox9的细胞是否在放射性修复和再生中发挥作用尚不清楚。方法:我们成功获得Sox9CreER、RosatdTomato和RosaDTA小鼠,并通过谱系追踪鉴定表达Sox9的细胞。然后,我们评估了在体内消融表达Sox9的细胞的效果。此外,我们通过在线单细胞RNA-seq数据集研究了表达Sox9的细胞在肺再生过程中的潜在机制。结果:在我们的研究中,我们证明表达Sox9的细胞促进肺组织的再生,并且消融表达Sox9的细胞在放射损伤后导致严重的表型。此外,对在线scRNA-Seq数据集的分析显示,在肺上皮再生过程中,表达Sox9的细胞中PI3K/AKT通路富集。最后,AKT抑制剂perifosine抑制了表达Sox9的细胞的再生作用,而AKT通路激动剂促进增殖和分化。结论:总的来说,我们的研究结果表明,表达Sox9的细胞可能在RILI后的肺组织中作为治疗靶点。

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
表达Sox9的细胞是否在放射性肺损伤后促进肺组织再生及其潜在机制。
核心机制
表达Sox9的细胞通过激活PI3K/AKT信号通路促进肺上皮细胞的增殖和分化,介导再生与修复。
主要证据
谱系追踪显示Sox9+细胞在损伤后扩增;细胞消融加重损伤;scRNA-Seq显示PI3K/AKT通路富集;AKT抑制剂抑制再生,激动剂促进增殖分化。
研究意义
表达Sox9的细胞可能成为RILI后肺组织再生与修复的治疗靶点,为胸部放疗并发症提供潜在干预策略。

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

谱系追踪与表型鉴定

验证Sox9表达细胞在正常及辐射损伤后的分布和动态变化。

构建Sox9CreER; RosatdTomato小鼠,注射他莫昔芬诱导标记,照射后不同时间点收集肺组织进行免疫荧光和免疫组化分析。

2

细胞消融功能验证

通过特异性消融Sox9+细胞,检测其在辐射后肺再生中的必要性。

生成Sox9CreER; RosatdTomato; RosaDTA小鼠,利用他莫昔芬诱导DTA表达清除Sox9+细胞,比较消融组与对照组在辐射后的组织学变化及增殖、凋亡、炎症和纤维化指标。

3

单细胞转录组机制分析

探究Sox9+细胞在肺再生中可能激活的信号通路。

分析在线数据集GSE102580,比较Sox9+与Sox9-循环基底角质形成细胞中的差异表达基因,并进行KEGG通路富集。

4

AKT通路药理学干预

验证PI3K/AKT通路在Sox9+细胞介导的再生中的功能作用。

对辐射后的Sox9CreER; RosatdTomato小鼠给予AKT抑制剂perifosine或激动剂SC79,分析肺组织病理、增殖、凋亡及谱系追踪变化。

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。

验证细胞功能变化
验证分子表达变化
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
他莫昔芬SigmaT5648-1G
哌立福辛BeyotimeSC0227
SC79BeyotimeSF2730
Masson三色染色试剂盒SolarbioG1343
SOX9抗体MilliporeAB5535
Ki67抗体NovusNB500170
CD45抗体Santa Cruzsc-53665
α-SMA抗体CST19245S
PDPN抗体abcamab256559
CC10抗体Santa Cruzsc-365992
Caspase-3抗体CST9661S
SOX2抗体abcamab97959
Oct3/4抗体BDBD611203
Klf4抗体CST12173S
cMyc抗体CST5605S
Triton X-100Sigma--
DyLight 488Invitrogen--
Fluor 594Invitrogen--
DAPI----
eNOs ELISA试剂盒Elabscience Biotechnology--
NO检测试剂盒Jiancheng--
X射线辐照仪Rs2000----
GraphPad Prism 8.0----

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
他莫昔芬诱导谱系追踪
他莫昔芬给药剂量0.08 mg/g体重,连续3天腹腔注射;诱导时间点:照射前。
阅读提示:见Materials and methods, Mouse models
辐射模型建立
C57BL/6小鼠6-8周龄,全胸单次16 Gy照射(另一处提及15 Gy);麻醉方式:氯胺酮/甲苯噻嗪混合液0.1 mL/20 g体重。
阅读提示:见Materials and methods, Mouse radiation experiments
细胞消融实验
Sox9CreER; RosatdTomato; RosaDTA小鼠与对照组,每组4只;他莫昔芬诱导DTA表达;观察时间点:3, 7, 14, 30天。
阅读提示:见Materials and methods, Mouse models;Results, Fig. 2 legend
AKT通路药物干预
AKT抑制剂perifosine剂量250 mg/kg/周,灌胃;AKT激动剂SC79剂量5 mg/kg/周,灌胃;照射后给药,处理3, 7, 14天;每组3或5只。
阅读提示:见Materials and methods, Mouse models;Results, Fig. 4, 5 legends
单细胞数据分析
数据集GSE102580,小鼠气管上皮细胞,共7662个细胞;使用Seurat R包进行差异表达分析和KEGG通路富集。
阅读提示:见Materials and methods, Single-cell analysis