星形胶质细胞与小胶质细胞之间的串扰在1,2-二氯乙烷中毒小鼠触发神经炎症和脑水肿形成中的作用

Roles of Crosstalk between Astrocytes and Microglia in Triggering Neuroinflammation and Brain Edema Formation in 1,2-Dichloroethane-Intoxicated Mice.

作者信息Jinhan Yang, Tong Wang, Xiaoxia Jin, Gaoyang Wang, Fenghong Zhao, Yaping Jin
PMID34685627
期刊Cells
发布时间2021-10-03
DOI10.3390/cells10102647

实验完整度

包含动物模型(小鼠)、抑制剂干预(米诺环素、氟代柠檬酸、褪黑素)、蛋白表达检测(Western blot、ELISA)、脑水含量和病理观察等多个独立证据层级,并进行功能验证和机制研究。

主要模型

1,2-DCE亚急性中毒小鼠模型 Kunming小鼠

重点核对

1,2-DCE暴露浓度:1.2 mg/L,每日3.5小时,持续3天 米诺环素剂量:45 mg/kg体重,腹腔注射,暴露前1小时 氟代柠檬酸剂量:1 nmol/只,脑室内注射,暴露前2小时 褪黑素剂量:20 mg/kg,腹腔注射,暴露前2小时 每组动物数:10只

摘要

我们先前报道,星形胶质细胞和小胶质细胞的活化可能导致促炎介质过度产生,从而在1,2-二氯乙烷(1,2-DCE)中毒小鼠中诱导神经炎症并引起脑水肿。在本研究中,我们进一步假设星形胶质细胞-小胶质细胞串扰可能触发神经炎症并促进1,2-DCE中毒小鼠的脑水肿。本研究首次揭示,亚急性1,2-DCE中毒可能激发小胶质细胞的促炎极化,而用小胶质细胞活化的特异性抑制剂米诺环素预处理,可减弱离子钙结合适配器分子1(Iba-1)、分化簇11b(CD11b)、胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、可溶性钙结合蛋白100B(S100B)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素6(IL-6)、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、血管细胞粘附分子-1(VCAM-1)、细胞间粘附分子-1(ICAM-1)、基质金属蛋白酶-9(MMP-9)、Toll样受体4(TLR4)、MyD88和p-p65蛋白水平的升高,并改善occludin和claudin 5蛋白表达水平的抑制;我们还观察了1,2-DCE中毒小鼠脑水含量的变化及水肿的病理学改变。此外,用星形胶质细胞反应抑制剂氟代柠檬酸预处理,也能逆转1,2-DCE中毒小鼠脑中GFAP、S100B、Iba-1、CD11b、TNF-α、IL-6、iNOS、VCAM-1、ICAM-1、MMP-9、occludin和claudin 5蛋白表达水平的变化。另外,用众所周知的抗炎药物褪黑素预处理,也能减弱1,2-DCE中毒小鼠大脑中的上述变化。总之,本研究结果表明,小胶质细胞活化可能在触发神经炎症中起重要作用,从而可能促进脑水肿形成;此外,研究结果提示,反应性星形胶质细胞与活化小胶质细胞之间的分子串扰可能放大神经炎症反应,这可能在1,2-DCE中毒小鼠中诱导继发性脑损伤。

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
星形胶质细胞和小胶质细胞之间的串扰是否在1,2-DCE中毒小鼠中触发神经炎症并导致脑水肿形成?
核心机制
1,2-DCE亚急性中毒激活小胶质细胞并促进其促炎极化,通过TLR4/MyD88/NF-κB信号通路产生促炎介质;同时反应性星形胶质细胞与小胶质细胞相互串扰,放大神经炎症反应,导致血脑屏障破坏和脑水肿。
主要证据
Western blot检测显示小胶质细胞标志物(Iba-1、CD11b)及炎症因子(TNF-α、IL-6、iNOS等)升高,而Arg-1(M2标志)在三天暴露后下降;米诺环素抑制小胶质细胞活化可逆转这些变化及脑水肿;氟代柠檬酸抑制星形胶质细胞或褪黑素干预同样逆转相关蛋白变化。
研究意义
研究首次揭示星形胶质细胞-小胶质细胞串扰在1,2-DCE诱导脑水肿中的作用,提出抑制神经炎症可能成为缓解亚急性1,2-DCE中毒所致脑水肿进展的潜在治疗策略。

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

建立1,2-DCE亚急性中毒小鼠模型

模拟1,2-DCE亚急性暴露,诱导脑水肿。

雄性昆明小鼠(3-4周龄)静态吸入暴露于1.2 mg/L 1,2-DCE,每天3.5小时,持续1至3天;对照组不暴露。

2

检测小胶质细胞极化和星形胶质细胞活化标志物

明确1,2-DCE暴露对小鼠脑内小胶质细胞和星形胶质细胞活化的影响。

用Western blot检测Iba-1、CD11b、Arg-1、GFAP和S100B蛋白表达水平。

3

检测促炎介质和粘附分子表达

评估1,2-DCE暴露是否诱导神经炎症反应。

用Western blot和ELISA检测TNF-α、IL-6、iNOS、VCAM-1、ICAM-1和MMP-9表达。

4

评估米诺环素对小胶质细胞活化的抑制作用

验证活化小胶质细胞在1,2-DCE诱导神经炎症和脑水肿中的作用。

在每次1,2-DCE暴露前1小时腹腔注射米诺环素(45 mg/kg),然后检测上述蛋白、脑水含量和病理变化。

5

评估抑制星形胶质细胞(氟代柠檬酸)和褪黑素的作用

研究星形胶质细胞与活化小胶质细胞之间的串扰机制。

在暴露前2小时分别通过脑室内注射氟代柠檬酸(1 nmol/只)或腹腔注射褪黑素(20 mg/kg),然后检测相关蛋白和环境变化。

6

检测TLR4/MyD88/NF-κB信号通路

探究小胶质细胞活化涉及的信号通路。

用Western blot检测TLR4、MyD88和p-p65蛋白水平,并观察米诺环素对其的影响。

7

评估血脑屏障完整性和脑水肿

确定神经炎症是否导致血脑屏障破坏和脑水肿。

检测紧密连接蛋白occludin和claudin 5表达,测量脑水含量,并进行HE染色观察病理学变化。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
米诺环素Solarbio--
DL-氟代柠檬酸钡盐Sigma-Aldrich--
褪黑素Sigma-Aldrich--
RIPA裂解缓冲液EpiZyme--
BCA蛋白测定试剂盒Thermo Fisher Scientific--
多色预染蛋白标记物Thermo Fisher Scientific--
ECL增强化学发光试剂盒Thermo Fisher Scientific--
PAGE凝胶试剂盒EpiZyme--
PVDF膜Millipore--
Azure c500成像系统----
Iba-1抗体ImmunoWayYN2165
CD11b抗体ImmunoWayYT5660
Arg-1抗体WanleibioWL02825
GFAP抗体ABMARTT55424
S100B抗体ABMARTT55201
MMP-9抗体WanleibioWL03096
TNF-α抗体ElabscienceE-AB-40015
IL-6抗体ImmunoWayDF6087
iNOS抗体WanleibioWL0992a
ICAM-1抗体WanleibioWL02268
VCAM-1抗体WanleibioWL02474
NF-κB (p-p65)抗体ImmunoWayYP0191
TLR4抗体WanleibioWL00196
MyD88抗体WanleibioWL02494
occludin抗体Abcamab167161
claudin 5抗体Abcamab131259
β-actin抗体ElabscienceE-AB-40338
TNF-α ELISA试剂盒Elabscience--
IL-6 ELISA试剂盒Elabscience--

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
动物模型与染毒
小鼠品系和性别;1,2-DCE暴露浓度(1.2 mg/L)、每日暴露时间(3.5小时)、暴露天数(最多3天);暴露箱体积和动物数量;环境条件(温度22-24°C,湿度50-60%)
阅读提示:参见 'Materials and Methods' 中 '2.1. Animals' 和 '2.3. Experimental Procedures and Treatment' 部分。
药物干预
米诺环素剂量(45 mg/kg,腹腔注射)、给药时间(暴露前1小时);氟代柠檬酸剂量(1 nmol/只,脑室内注射)及给药时间(暴露前2小时);褪黑素剂量(20 mg/kg,腹腔注射)及给药时间(暴露前2小时);溶剂和对照组设置
阅读提示:参见 'Materials and Methods' 中 '2.3. Experimental Procedures and Treatment' 部分。
生化检测
Western blot检测的蛋白(Iba-1, CD11b, Arg-1, GFAP, S100B, TNF-α, IL-6, iNOS, VCAM-1, ICAM-1, MMP-9, TLR4, MyD88, p-p65, occludin, claudin 5, β-actin)及抗体稀释度(1:1000);ELISA检测的TNF-α和IL-6;样品制备(脑组织裂解、离心条件)
阅读提示:参见 'Materials and Methods' 中 '2.4.3. Western Blot' 和 '2.4.4. ELISA' 部分。
脑水肿评估
脑水含量测定公式及干燥条件;HE染色切片厚度(5 μm)和观察区域
阅读提示:参见 'Materials and Methods' 中 '2.4.1. Brain Water Content' 和 '2.4.2. Histological Observation' 部分。