吲哚胺2,3-双加氧酶在缺氧或复氧条件下肾小管上皮细胞衰老中的作用

The Role of Indoleamine 2,3-Dioxygenase in Renal Tubular Epithelial Cells Senescence under Anoxia or Reoxygenation.

作者信息Theodoros Eleftheriadis, Georgios Pissas, Georgios Filippidis, Vassilios Liakopoulos, Ioannis Stefanidis
PMID34680153
发布时间2021-10-15
DOI10.3390/biom11101522

实验完整度

体外细胞实验明确包含IDO表达、活性、下游通路GCN2K与AhR抑制验证,及衰老相关DDR、p21/p16、SA-β-Gal、增殖和IL-6检测,但缺少动物模型

主要模型

原代小鼠近端肾小管上皮细胞 原代人近端肾小管上皮细胞

重点核对

细胞类型:原代小鼠或人近端肾小管上皮细胞,小鼠传代3代使用,人细胞敏感性不同 缺氧处理:小鼠细胞缺氧24小时,人细胞缺氧2小时,模拟缺血 复氧处理:缺氧后更换新鲜培养基并置于含5% CO2的37°C湿润环境,小鼠2小时,人24小时,模拟再灌注 IDO抑制剂1-MT浓度:100 μM,在缺氧开始或复氧开始时加入 AhR抑制剂CH223191浓度:3 μM,在缺氧开始或复氧开始时加入

摘要

缺血再灌注损伤是急性肾损伤(AKI)最常见的形式。肾小管上皮细胞衰老导致AKI恢复不完全,并易患后续的慢性肾脏病。在经受缺氧或复氧的原代近端肾小管上皮细胞(RPTECs)培养中,我们评估了吲哚胺2,3-双加氧酶1(IDO)在细胞衰老中的作用。感兴趣的蛋白质通过Western blotting、酶联免疫吸附测定或组织化学法进行评估。在缺氧或复氧条件下,IDO表达和活性增加。此外,IDO衍生的两条途径,即一般控制非去抑制2激酶(GCN2K)途径和芳基烃受体(AhR)途径,也被激活。发生DNA损伤反应(DDR),导致细胞周期抑制剂p21和p16水平升高,以及衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)活性增加。细胞增殖受到抑制,产生更多IL-6。IDO抑制剂1-DL-甲基色氨酸改善了DDR;降低了p21、p16和SA-β-Gal活性;恢复了细胞增殖;并减少了IL-6的产生。AhR抑制剂CH223191不影响上述参数。总之,缺氧和随后的复氧上调IDO。IDO消耗色氨酸并激活GCN2K。后者增强缺氧或复氧诱导的DDR,导致p21和p16表达增加,最终导致RPTEC衰老。由于细胞衰老影响AKI结局,IDO在细胞衰老中的作用以及IDO抑制剂可能的治疗作用值得进一步研究。

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
在缺氧或复氧条件下,IDO是否促进肾小管上皮细胞衰老及其可能机制
核心机制
缺氧和复氧上调IDO,IDO消耗色氨酸激活GCN2K,GCN2K增强DNA损伤反应,导致p21和p16表达增加,最终导致肾小管上皮细胞衰老
主要证据
使用原代小鼠和人肾小管上皮细胞,通过Western blotting、ELISA和组织化学检测,发现缺氧复氧增加IDO表达和活性,激活GCN2K和AhR通路,诱导DNA损伤反应,上调p21、p16和SA-β-Gal活性,抑制增殖并增加IL-6产生;IDO抑制剂1-MT逆转这些效应
研究意义
细胞衰老影响AKI结局,IDO在细胞衰老中的作用以及IDO抑制剂可能的治疗作用值得进一步研究

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

检测缺氧或复氧对IDO表达和活性的影响

验证缺氧或复氧是否能上调肾小管上皮细胞中IDO的表达和活性

将原代小鼠RPTECs在缺氧条件下培养24小时,或先缺氧24小时再复氧2小时,检测IDO蛋白水平和犬尿氨酸/色氨酸比值

2

检测IDO活性衍生途径的激活

验证缺氧或复氧是否激活IDO活性衍生的GCN2K和AhR途径

检测磷酸化GCN2K(p-GCN2K)水平和AhR转录靶标CYP1A1的表达

3

检测IDO对DNA损伤反应的影响

验证IDO是否通过DNA损伤反应影响缺氧或复氧诱导的衰老

检测磷酸化ATM(p-ATM)、磷酸化p53(p-p53)和总p53水平

4

检测IDO对细胞周期抑制剂和衰老标志物的影响

验证IDO是否影响细胞周期抑制剂p21和p16以及衰老标志物SA-β-Gal的表达

检测p21和p16蛋白水平,通过组织化学评估SA-β-Gal活性

5

检测IDO对细胞增殖和IL-6产生的影响

验证IDO是否影响缺氧或复氧诱导的细胞增殖抑制和IL-6产生

检测Ki-67蛋白水平和细胞培养上清中IL-6浓度

6

在人肾小管上皮细胞中验证IDO对衰老的影响

验证IDO抑制是否能减轻人肾小管上皮细胞缺氧或复氧诱导的衰老

使用原代人RPTECs,缺氧2小时或复氧24小时,检测SA-β-Gal活性

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
完全上皮细胞培养基套件Cell BiologicsM6621
Dulbecco磷酸盐缓冲液Sigma-Aldrich; Merck Millipore--
GasPak EZ厌氧罐系统(带指示剂)BD Biosciences26001
1-DL-甲基色氨酸Sigma-Aldrich; Merck Millipore--
CH223191Sigma-Aldrich; Merck Millipore--
T-PER组织蛋白提取试剂Thermo Fisher Scientific Inc.--
Bradford法Sigma-Aldrich; Merck Millipore--
蛋白酶和磷酸酶抑制剂Sigma-Aldrich; Merck Millipore / Roche Diagnostics--
PVDF膜Thermo Fisher Scientific Inc.--
LumiSensor Plus化学发光HRP底物试剂盒GenScript Corporation--
Restore Western Blot剥离缓冲液Thermo Fisher Scientific Inc.--
抗小鼠IgG,HRP偶联抗体Cell Signaling Technology7076
抗兔IgG,HRP偶联抗体Cell Signaling Technology7074
Image J软件National Institute of Health--
犬尿氨酸/色氨酸比值ELISA试剂盒ImmuSmolISE-2227
小鼠IL-6 ELISA试剂盒Elabscience Biotechnology Inc.E-EL-M0044
EnSpire多功能酶标仪Perkin Elmer--
衰老相关β-半乳糖苷酶检测试剂盒Cell Signaling Technology9860
Axiovert 40C倒置显微镜Carl Zeiss AG--
3MP USB2.0显微镜数码相机AmScope--
IBM SPSS Statistics for WindowsIBM Corp.--

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
细胞类型:原代小鼠或人近端肾小管上皮细胞;培养条件:完全上皮细胞培养基;细胞密度:300,000细胞/孔(6孔板);培养时间:16小时;传代次数:第3代
阅读提示:Methods 2.1 Cell Culture Conditions
缺氧处理
缺氧时间:小鼠细胞24小时,人细胞2小时;缺氧装置:GasPak EZ厌氧罐系统;氧气浓度:<1%;培养温度:37°C
阅读提示:Methods 2.1 Cell Culture Conditions
复氧处理
复氧时间:小鼠细胞2小时,人细胞24小时;复氧条件:更换新鲜培养基,置于含5% CO2的37°C湿润环境;复氧前是否缺氧处理
阅读提示:Methods 2.1 Cell Culture Conditions
药物处理
1-MT浓度:100 μM;CH223191浓度:3 μM;给药时机:缺氧开始时或复氧开始时
阅读提示:Methods 2.1 Cell Culture Conditions
Western blotting
细胞裂解:T-PER试剂;蛋白上样量:10 μg;凝胶:4-12% Bis-Tris凝胶;转膜:PVDF膜;一抗孵育:4°C 16小时;二抗孵育:室温30分钟;重复次数:4次
阅读提示:Methods 2.2 Assessment of Proteins of Interest
IDO活性检测
检测指标:细胞培养上清中犬尿氨酸和色氨酸浓度;计算犬尿氨酸/色氨酸比值;重复次数:6次
阅读提示:Methods 2.3 Assessment of Tryptophan Catabolism through the Kynurenine Pathway and IL-6 Production
IL-6检测
检测方法:小鼠IL-6 ELISA试剂盒;重复次数:6次
阅读提示:Methods 2.3 Assessment of Tryptophan Catabolism through the Kynurenine Pathway and IL-6 Production
SA-β-Gal染色
染色方法:SA-β-Gal染色试剂盒;X-Gal浓度:双倍;计算阳性细胞百分比;重复次数:3次
阅读提示:Methods 2.4 Assessment of Senescence-Associated β-Galactosidase Activity
统计分析
正态性检验:Kolmogorov-Smirnov检验;组间比较:单因素方差分析伴有Bonferroni事后检验;非正态数据:Kruskal-Wallis H检验和Mann-Whitney U检验;显著性水平:p < 0.05;结果表示:均值±SEM
阅读提示:Methods 2.5 Statistical Analysis