红景天苷通过靶向NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡改善阿尔茨海默病

Salidroside Ameliorates Alzheimer's Disease by Targeting NLRP3 Inflammasome-Mediated Pyroptosis.

作者信息Yawen Cai, Yuhui Chai, Yu Fu, Yingdi Wang, Yiming Zhang, Xue Zhang, Lingpeng Zhu, Mingxing Miao, Tianhua Yan
PMID35126093
发布时间2022-01-21
DOI10.3389/fnagi.2021.809433

实验完整度

包含两种AD动物模型、PC12细胞模型、NLRP3 siRNA敲低等至少两个独立证据层级,并进行功能、机制验证

主要模型

Aβ1-42双侧海马注射的C57BL/6J小鼠AD模型 D-gal/AlCl3诱导的C57BL/6J小鼠AD模型 D-gal诱导的PC12细胞损伤模型 D-gal和Nigericin诱导的PC12细胞NLRP3激活模型

重点核对

AD小鼠模型建立:Aβ1-42双侧海马注射(Bregma = -2mm,矢状缝=1.5mm,颅骨=-2mm,每侧5μl,5分钟)或D-gal腹腔注射(150mg/kg/d)和AlCl3灌胃(20mg/kg/d) Sal给药剂量:低、中、高剂量分别为20、40、80mg/kg(动物);PC12细胞中为2、10、50μM NLRP3激动剂Nigericin浓度:10μM NLRP3 siRNA敲低:100nM 行为学检测:Morris水迷宫测试(训练5天,每天4次,每次90秒)和旷场试验(5分钟)

摘要

据报道,淀粉样β蛋白(Aβ)可激活NLRP3炎症小体并驱动细胞焦亡,进而参与神经退行性疾病(如阿尔茨海默病(AD))的发病机制。迄今为止,AD的发病机制尚未得到充分阐明。因此,本研究旨在探讨红景天苷(Sal)治疗是否可通过改善细胞焦亡而有益于AD。首先,分别由Aβ1-42和D-半乳糖(D-gal)/AlCl3诱导的两种AD动物模型已被建立,以帮助我们理解AD的病理生理学。然后,我们证实细胞焦亡与AD的发病机制有关,并且Sal可通过抑制细胞焦亡来减缓AD的进展。随后,我们建立了D-gal和尼日利亚霉素诱导的PC12细胞损伤模型,以验证Sal主要通过靶向NLRP3炎症小体来阻断细胞焦亡。对于体内研究,我们观察到由双侧海马注射Aβ1-42以及D-gal联合AlCl3处理引起的AD小鼠中Aβ积累、Tau过度磷酸化、海马神经元损伤和认知功能障碍。此外,积累的Aβ促进NLRP3炎症小体激活,导致促炎细胞因子白细胞介素-1β(IL-1β)的激活和释放。值得注意的是,Aβ积累和Tau过度磷酸化均减少,并通过下调IL-1β和IL-18的表达而抑制细胞焦亡,这可归因于Sal的治疗。我们进一步发现,Sal可以在体外逆转TLR4、MyD88、NF-κB、P-NF-κB、NLRP3、ASC、cleaved Caspase-1、cleaved GSDMD、IL-1β和IL-18蛋白表达的增加。其潜在机制可能是通过抑制TLR4/NF-κB/NLRP3/Caspase-1信号通路。我们的研究强调了NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡在AD中的重要性,以及给予药理剂量的Sal如何抑制NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡并改善AD。因此,我们得出结论:NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡在AD中起重要作用,Sal可能成为AD的治疗药物。

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
NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡是否参与AD的发病机制,以及红景天苷是否通过抑制该过程改善AD。
核心机制
红景天苷通过抑制TLR4/NF-κB/NLRP3/Caspase-1信号通路,减少NLRP3炎症小体激活,从而抑制细胞焦亡(表现为降低cleaved Caspase-1、cleaved GSDMD、IL-1β和IL-18水平)。
主要证据
在Aβ1-42和D-gal/AlCl3诱导的AD小鼠模型中,Sal治疗减轻了认知障碍、Aβ积累、Tau过度磷酸化和神经元损伤,并降低了焦亡相关蛋白表达;在PC12细胞中,Sal抑制D-gal诱导的焦亡,且Nigericin(NLRP3激动剂)可逆转Sal的作用,NLRP3 siRNA敲低验证了Sal靶向NLRP3。
研究意义
研究揭示了NLRP3炎症小体介导的焦亡在AD发病中的重要性,并提示红景天苷可能成为AD的潜在治疗药物。

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

动物模型建立与分组

建立AD动物模型,评估红景天苷的作用

使用Aβ1-42双侧海马注射建立AD小鼠模型(48只C57BL/6J小鼠,分为6组:对照、模型、阳性对照多奈哌齐1mg/kg、Sal低中高剂量20/40/80mg/kg,每组8只);使用D-gal(150mg/kg/d腹腔注射)和AlCl3(20mg/kg/d灌胃)建立AD小鼠模型(60只小鼠,每组10只,Sal和DNP预给药7天后给予D-gal/AlCl3持续10周)。

2

行为学测试

评估AD小鼠的学习记忆和自主活动能力

旷场试验用于检测自主活动和探索能力;Morris水迷宫测试评估空间学习和记忆能力。

3

组织学分析

检测神经元损伤、Aβ沉积和Tau磷酸化

采用尼氏染色观察海马CA1、CA3、DG区神经元形态;免疫组化检测Aβ、p-Tau、NLRP3、Caspase-1、TLR4表达。

4

ELISA检测

定量检测脑组织和细胞上清中IL-1β、IL-18及Aβ1-42水平

使用ELISA试剂盒检测小鼠脑组织和PC12细胞上清中的Aβ1-42、IL-1β和IL-18浓度。

5

Western blot分析

检测焦亡和炎症相关蛋白表达

提取小鼠海马组织和PC12细胞蛋白,通过Western blot检测Aβ1-42、p-Tau、Tau、TLR4、MyD88、NF-κB、p-NF-κB、NLRP3、ASC、cleaved Caspase-1、cleaved GSDMD、IL-1β、IL-18和β-actin表达。

6

细胞模型建立与处理

体外验证红景天苷对焦亡的抑制作用及机制

PC12细胞用D-gal(15mg/ml)处理48小时诱导损伤,Sal预处理2小时;用Nigericin(10μM)激活NLRP3;使用NLRP3 siRNA敲低验证靶点。

7

细胞活力检测

检测细胞活力以评估Sal的保护作用

使用CCK-8试剂盒检测细胞活力,计算细胞存活率。

8

免疫荧光检测

检测NLRP3、Caspase-1、TLR4表达和定位

PC12细胞经固定、透化、封闭后,与一抗(caspase-1、NLRP3、TLR4)孵育,荧光二抗标记,DAPI染色,荧光显微镜观察。

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
红景天苷Meilunbio--
β-淀粉样蛋白1-42Sigma-Aldrich--
D-半乳糖Aladdin--
盐酸多奈哌齐Aladdin--
胎牛血清Thermo Fisher Scientific--
Aβ1-42、IL-18、IL-1β ELISA试剂盒Elabscience--
抗P-Tau抗体Abcamab109390
抗NLRP3抗体Abcamab263899
cleaved Caspase-1抗体Thermo Fisher ScientificPA5-99390
抗MyD88抗体Cell Signaling Technology#4283
抗p-NF-κB抗体Cell Signaling Technology#3033
抗NF-κB抗体Cell Signaling Technology#8242
抗cleaved GSDMD抗体Cell Signaling Technology#10137
抗β-actin抗体Cell Signaling Technology#3700
抗Aβ抗体Proteintech25524-1-AP
抗Tau抗体Proteintech66499-1-Ig
抗ASC抗体Proteintech10500-1-AP
抗IL-1β抗体Proteintech16806-1-AP
抗IL-18抗体Proteintech10663-1-AP
抗TLR4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-293072
尼日利亚霉素----
CCK-8试剂Beyotime Biotechnology--
siRNA试剂盒RiboBio--
Triton X-100Sigma9002-93-1
DAPIThermo Fisher--
光学显微镜NikonTs2R
凝胶成像系统Tanon Science and Technology Co., Ltd.--

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
小鼠品系、性别、周龄、体重;Aβ1-42注射剂量、注射位点(海马)、注射体积和速度;D-gal和AlCl3的给药剂量、途径、频率和持续时间
阅读提示:Materials and Methods: Animals, Establishment of the AD Mice Model
药物处理
Sal的给药剂量(20,40,80mg/kg)和给药方式(推测口服或腹腔注射);DNP剂量1mg/kg;Sal预处理时间
阅读提示:Materials and Methods: Establishment of the AD Mice Model, Cell Treatment
细胞模型
PC12细胞来源;培养条件;D-gal浓度(15mg/ml)和处理时间(48h);Sal浓度(2,10,50μM)和预处理时间(2h);Nigericin浓度(10μM)
阅读提示:Materials and Methods: Cell Culture, Cell Treatment
行为学检测
旷场试验的适应时间、测试时长;Morris水迷宫水温、平台位置、训练天数、每天次数、每次时间;分析指标(逃避潜伏期、平台穿越次数等)
阅读提示:Materials and Methods: Behavioral Tests
蛋白检测
组织裂解缓冲液成分、离心条件;抗体稀释度;封闭条件;显影方法
阅读提示:Materials and Methods: Western Blot Analysis, Immunohistochemistry Staining
基因敲低
siRNA浓度(100nM),转染时间(24h),转染试剂盒(RiboBio)
阅读提示:Materials and Methods: SiRNA Transfection and Cell Viability Assay