钴原卟啉在高糖条件下促进人角质形成细胞迁移

Cobalt protoporphyrin promotes human keratinocyte migration under hyperglycemic conditions.

作者信息Peng-Hsiang Fang, Ying-Ying Lai, Chih-Ling Chen, Hsin-Yu Wang, Ya-Ning Chang, Yung-Chang Lin, Yu-Ting Yan, Cheng-Hung Lai, Bill Cheng
PMID35739477
期刊Mol Med
发布时间2022-06-23
DOI10.1186/s10020-022-00499-0

实验完整度

文献包含体外细胞实验(HaCaT和WS1)的迁移、增殖、Western blot、免疫荧光等验证,但缺乏体内动物模型验证,实验层级单一。

主要模型

人角质形成细胞系HaCaT 人皮肤成纤维细胞系WS1

重点核对

葡萄糖浓度:5.5 mM(NG)和25 mM(HG) CoPP处理浓度:10 μM H2O2处理浓度:300 μM LPS处理浓度:1 μg/mL CoPP预处理时间:大于12小时

摘要

背景:糖尿病伤口的完全愈合仍然是一个未满足的临床需求。尽管干细胞治疗和生长因子治疗等强有力的疗法已在临床应用中,但这些治疗对于大多数糖尿病伤口患者来说费用高昂。因此,需要一种更便宜的替代方案。最近已证明钴原卟啉(CoPP)可以促进组织再生。本研究探讨了CoPP在糖尿病伤口愈合中的治疗益处。方法:建立模拟再上皮化的体外伤口愈合模型,以检查CoPP在正常葡萄糖(NG)或高葡萄糖(HG)培养基中,以及在H2O2或脂多糖(LPS)存在下对人角质形成细胞(HaCaT)迁移能力的影响。在迁移实验结束时,收集细胞并进行Western blotting分析和免疫染色。结果:与NG培养基相比,HaCaT在HG培养基中的迁移速度显著更慢。CoPP处理可增强HG培养基中的细胞迁移,但在NG培养基中培养的HaCaT中,CoPP处理却降低了细胞迁移和增殖。CoPP处理在任一葡萄糖浓度下培养的HaCaT中均诱导高水平的Nrf-2/HO-1和FoxO1表达,尽管在NG培养基中进行迁移实验的HaCaT中,FoxO1表达显著高于HG培养基中的细胞。在NG培养基中培养的CoPP处理HaCaT中观察到的较高FoxO1表达水平导致CCL20上调和TGFβ1下调。相反,在HG培养基中迁移的HaCaT被发现具有高水平的TGFβ1表达和低水平的CCL20表达。有趣的是,在H2O2存在下,CoPP预处理的HaCaT在NG或HG培养基中培养时,Nrf-2/HO-1和FoxO1的表达水平彼此相似。此外,在任一葡萄糖浓度下培养的HaCaT中均注意到CoPP预处理的抗凋亡作用。另外,CoPP预处理被证明可以促进LPS诱导损伤的HaCaT中紧密连接的形成。结论:CoPP在高糖条件下增强细胞迁移能力,并保护细胞免受含有H2O2或LPS的HG培养基中氧化和LPS诱导的细胞损伤。

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
CoPP能否在高糖条件下促进人角质形成细胞迁移,并保护其免受氧化应激和LPS诱导的损伤?
核心机制
CoPP通过诱导Nrf-2/HO-1和FoxO1表达,在高糖条件下促进角质形成细胞迁移,并在H2O2或LPS存在时提供细胞保护,可能通过上调p-p38 MAPK和p-Akt信号通路。
主要证据
体外伤口愈合实验显示,CoPP处理显著增强了HG培养基中HaCaT的迁移,Western blot显示Nrf-2、HO-1、FoxO1表达上调,并调节CCL20和TGFβ1表达;在H2O2存在下,CoPP预处理减少凋亡蛋白Bax和cleaved caspase-3,增加p-p38和p-Akt;在LPS存在下,CoPP预处理促进ZO-1介导的紧密连接形成。
研究意义
CoPP具有成为治疗糖尿病伤口的愈合剂的潜力,尤其可与生长因子和干细胞等强效愈合剂联合使用。

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

建立高糖培养模型

模拟糖尿病伤口的高糖环境,验证高糖对HaCaT增殖和迁移的影响

将HaCaT分别培养在含有5.5 mM(NG)或25 mM(HG)葡萄糖的DMEM培养基中,观察细胞形态、计数活细胞,并通过活细胞成像系统进行迁移实验。

2

CoPP浓度筛选及毒性评估

确定CoPP的有效诱导HO-1表达的浓度,并评估其对细胞活力的影响

将HaCaT暴露于1 μM或10 μM的CoPP,通过Western blot检测HO-1表达;将细胞暴露于10 μM CoPP 5天,计数活细胞并观察形态。

3

评估CoPP对迁移的影响

验证CoPP在正常和高糖条件下对HaCaT迁移的差异性作用

将HaCaT在2孔插入物中培养过夜,然后用10 μM CoPP处理至少12小时,移除插入物后,在含或不含CoPP的NG或HG培养基中监测迁移。

4

蛋白表达分析

探究CoPP调节迁移的分子机制,分析Nrf-2/HO-1、FoxO1及下游分子的表达

在迁移实验结束后收集细胞,通过Western blot检测Nrf-2、HO-1、FoxO1、CCL20、TGFβ1等蛋白的表达。

5

氧化应激条件下的保护作用

评估CoPP预处理在H2O2存在下对HaCaT生存和迁移的保护效果

将HaCaT用10 μM CoPP预处理>12小时,然后暴露于300 μM H2O2的培养基中,进行迁移实验,并检测凋亡相关蛋白和信号通路。

6

LPS诱导损伤下的保护作用

评估CoPP预处理在LPS存在下对HaCaT迁移和紧密连接形成的影响

将HaCaT用10 μM CoPP预处理>12小时,然后暴露于1 μg/mL LPS的培养基中,进行迁移实验,并通过免疫荧光检测ZO-1定位和表达。

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。

验证样本或模型特征
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
钴原卟啉Enzo Life ScienceALX-430-076-M025
过氧化氢Sigma-AldrichH1009
脂多糖Sigma-AldrichL2018
抗人HO-1抗体ElabscienceE-AB-18231
抗人CCL20抗体ElabscienceE-AB-65380
抗人β-肌动蛋白抗体GeneTexGTX109639
抗人Nrf-2抗体GeneTexGTX135165
抗人FoxO1抗体GeneTexGTX135251
抗人TGFβ1抗体GeneTexGTX130023
抗人Akt(磷酸化)抗体GeneTexGTX128414
抗人Akt(内参)抗体GeneTexGTX121937
抗人ZO-1抗体GeneTexGTX108592
抗人cleaved caspase-3抗体Arigo BiolaboratoriesARG57512
抗人pro-caspase-3抗体Arigo BiolaboratoriesARG65765
抗人p38 MAPK抗体Arigo BiolaboratoriesARG55258
抗人p38 MAPK(磷酸化)抗体Arigo BiolaboratoriesARG51850
抗人Bax抗体Arigo BiolaboratoriesARG65612
低糖DMEM培养基Gibco11885084
高糖DMEM培养基Gibco11965092
低糖EMEM培养基ATCC30-2003
胎牛血清Gibco10437028
青霉素-链霉素Gibco15140122
D-葡萄糖Sigma-Aldrich49163
血球计数板MerckZ359629
台盼蓝ThermoFisher Scientific15250061
Ibidi载物台顶部孵育系统Ibidi10720
2孔培养插入物Ibidi80209
Mini-PROTEAN Tetra手动灌胶系统Bio Rad1658000FC
PVDF膜Merck MilliporeIPVH00010
ECL-plus试剂Merck MilliporeWBKLS0500
Odyssey Fc成像系统LI-COR Biosciences--
Image Studio软件5.xLI-COR Biosciences--
荧光显微镜Nexcope--
Pannoramic 250 FALSH II数字扫描仪----
Pannoramic Viewer软件----

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
葡萄糖浓度:NG为5.5 mM,HG为25 mM;细胞系:HaCaT(CLS)、WS1(ATCC);培养基:DMEM低糖/高糖、EMEM低糖;血清:10% FBS;抗生素:1% P/S
阅读提示:Materials and methods, Cell culture
CoPP处理
CoPP浓度:10 μM;溶剂:0.1 M NaOH;储存液浓度:25 mg/mL;处理时间:迁移实验前至少12小时;长期处理:5天
阅读提示:Materials and methods, Chemicals and antibodies; Results, CoPP enhanced human keratinocyte migration
体外伤口愈合实验
使用2孔培养插入物;细胞接种密度未明确;监测时间:20小时;CoPP浓度:10 μM
阅读提示:Materials and methods, In vitro wound healing assay; Results, CoPP enhanced human keratinocyte migration
H2O2处理
H2O2浓度:300 μM;CoPP预处理:10 μM,>12小时;处理后观察时间:24小时(细胞死亡观察)
阅读提示:Materials and methods, In vitro wound healing assay; Results, CoPP enhanced human keratinocyte migration in the presence of H2O2
LPS处理
LPS浓度:1 μg/mL;CoPP预处理:10 μM,>12小时;处理时间:过夜(免疫荧光)
阅读提示:Materials and methods, In vitro wound healing assay; Results, CoPP enhanced the migration of keratinocytes in LPS-containing HG media
Western blotting
一抗稀释比例:1:1000;二抗稀释比例:1:10000;凝胶浓度:4-12%;转膜条件:100V;封闭:4°C过夜;一抗孵育:4°C过夜;二抗孵育:室温1小时;ECL检测
阅读提示:Materials and methods, Dodecyl sulfate polyacrylamide electrophoresis (SDS-PAGE) and western blotting
免疫荧光染色
细胞固定:4%多聚甲醛,4°C过夜;一抗(抗ZO-1)孵育:4°C过夜;二抗(FITC标记)孵育:室温1小时;封片后荧光显微镜观察
阅读提示:Materials and methods, Immunofluorescence staining