大鼠Müller胶质细胞的自噬受Sirtuin 4/AMPK/mTOR通路调节并在氧化应激下诱导凋亡

Autophagy in Rat Müller Glial Cells Is Modulated by the Sirtuin 4/AMPK/mTOR Pathway and Induces Apoptosis under Oxidative Stress.

作者信息Mengqi Qin, Zhi Xie, Ting Cao, Zhiruo Wang, Xiaoyu Zhang, Feifei Wang, Wei Wei, Ming Jin, Jingyuan Ma, Ling Zeng, Yanan Wang, Shaonan Pei, Xu Zhang
PMID36078054
期刊Cells
发布时间2022-08-25
DOI10.3390/cells11172645

实验完整度

包含体外细胞实验(r-MC细胞系)、体内动物模型(大鼠视网膜缺血再灌注、SIRT4敲除小鼠)以及细胞共培养实验,进行了功能验证(自噬调控、凋亡检测)和机制验证(AMPK/mTOR通路)。

主要模型

大鼠Müller胶质细胞系r-MC Sprague-Dawley大鼠视网膜缺血再灌注模型 SIRT4敲除小鼠(C57BL/6) r-MC与大鼠视网膜神经节细胞系R28共培养体系

重点核对

氧化应激诱导:H2O2浓度50 μM(r-MC)或100 μM(共培养),处理24小时 自噬调控:雷帕霉素2 μg/mL或2 μM,3-MA 1 mM,处理24小时 AMPK抑制:化合物C 10 μg/mL或10 μM,处理24小时 SIRT4敲低:慢病毒LV-SIRT4 RNAi转染,转染后筛选荧光细胞达90% 动物模型:大鼠单眼视网膜缺血60分钟,再灌注3天;SIRT4敲除小鼠基因型鉴定

摘要

Müller胶质细胞(MGCs)是视网膜中的一组胶质细胞,为视网膜神经元提供必要的支持;然而,对MGC凋亡和自噬的理解仍然有限。本研究旨在探讨MGCs在正常和氧化条件下自噬的作用,并确定其潜在机制。此外,观察到Sirtuin 4(SIRT4)介导的信号通路调节MGCs中的自噬过程。为了评估自噬对MGC线粒体功能和存活的影响,我们用雷帕霉素和3-甲基腺嘌呤(3-MA)处理rMC-1细胞——大鼠来源的Müller胶质细胞,并发现这种处理并没有诱导MGC死亡,而自噬功能障碍在氧化应激下可以增加MGC凋亡,这通过cleaved caspase 3的表达水平和PI染色反映出来。此外,通过3-MA下调自噬可以影响氧化应激下线粒体网络结构的形态、线粒体膜电位和活性氧(ROS)的产生。而且,SIRT4缺失增强了自噬体的形成,这通过LC3 II/I比值的增加和SQSTM1/p62表达的降低得到了验证,反之亦然。化合物C抑制AMPK磷酸化可以逆转SIRT4敲低引起的LC3 II/I和SQSTM1/p62的这些变化。我们的研究得出结论,MGCs在缺乏氧化应激的情况下可以耐受自噬功能障碍,而自噬下调可以使MGCs对氧化应激更加敏感。MGCs同时暴露于氧化应激和自噬功能障碍会导致细胞存活能力的显著损害。机制上,SIRT4缺失可以通过调节AMPK–mTOR信号通路激活MGCs中的自噬过程。

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
自噬在正常和氧化条件下对Müller胶质细胞功能和存活的影响及其潜在机制是什么?
核心机制
SIRT4缺失通过减少ATP生成激活AMPK磷酸化,进而抑制mTOR磷酸化,从而增强自噬(LC3 II/I比值升高,SQSTM1/p62降低)
主要证据
在r-MC细胞中,3-MA抑制自噬并增加H2O2诱导的cleaved caspase 3表达和PI阳性细胞;SIRT4敲低增加LC3 puncta,而化合物C逆转这些效应;体内实验中,SIRT4敲除小鼠视网膜自噬标志物变化;雷帕霉素减轻大鼠视网膜I/R损伤中的胶质增生和RGC凋亡。
研究意义
该研究提示SIRT4可能作为视网膜神经保护的潜在靶点,将代谢能量状态与细胞分解代谢和合成代谢过程联系起来。

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

确定H2O2亚毒性浓度和自噬调节剂剂量

确定用于后续实验的H2O2浓度以及雷帕霉素和3-MA的有效浓度

r-MC细胞用不同浓度H2O2处理,CCK8法检测细胞活力;用不同浓度雷帕霉素和3-MA处理,Western blot检测LC3和p62评估自噬水平

2

评估自噬调节对氧化应激下MGC凋亡和形态的影响

验证自噬功能障碍是否增加MGC对氧化应激的敏感性并诱导凋亡

r-MC细胞在正常或H2O2存在下用雷帕霉素或3-MA处理,通过Western blot检测cleaved caspase 3,并用calcein-AM/PI染色检测细胞死亡

3

检测自噬调节对MGC线粒体功能和ROS的影响

探究自噬功能障碍是否通过影响线粒体形态、膜电位和ROS产生导致MGC凋亡

利用线粒体靶向DsRed荧光和MiNA分析评估线粒体网络形态;JC-1染色检测线粒体膜电位;DHE探针检测ROS水平;Western blot检测OPA1和DRP1表达

4

验证雷帕霉素激活自噬对视网膜缺血再灌注损伤的保护作用

在体内模型中验证激活自噬是否能抑制MGC胶质增生和视网膜神经节细胞凋亡

大鼠单眼视网膜缺血再灌注,雷帕霉素腹腔注射,通过GFAP免疫荧光和TUNEL染色检测胶质增生和细胞凋亡

5

验证MGC自噬激活对共培养RGC的保护作用

评估MGC自噬增强是否足以支持神经元存活

用雷帕霉素预处理MGCs,与R28细胞共培养,H2O2诱导氧化应激,通过Brn3a和cleaved caspase 3共免疫染色检测RGC存活

6

检测SIRT4对自噬的调节作用

确定SIRT4是否影响MGC自噬

在SIRT4敲除小鼠视网膜和r-MC细胞中检测LC3 II/I比值和p62表达;在SIRT4过表达和敲低的r-MC细胞中检测自噬标志物;通过LC3免疫染色计数自噬点

7

验证SIRT4通过AMPK/mTOR通路调节自噬

阐明SIRT4调节自噬的分子机制

在SIRT4敲低的r-MC细胞中检测p-AMPK、p-mTOR水平及ATP含量;用化合物C抑制AMPK,观察自噬标志物的变化

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
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Biological Industries--
过氧化氢Sigma-Aldrich323381
雷帕霉素J&K Scientific948477
3-甲基腺嘌呤SelleckS2767
化合物CSelleckS7306
Lipofectamine 3000转染试剂----
RIPA裂解液Solarbio--
Bradford蛋白浓度测定试剂盒Beyotime--
PVDF膜----
OPA1抗体BD Biosciences612606
DRP1抗体CST8570
cleaved caspase 3抗体CST9664
SIRT4抗体Abcamab10140
LC3抗体CST4599
SQSTM1/p62抗体CST16177
p-mTOR抗体CST5536
p-AMPK抗体CST4184
GADPH抗体TransGen BiotechHC301-01
β-tubulin抗体TransGen BiotechHC101-01
DAPIBoster--
CCK-8试剂盒Dojindo--
TUNEL凋亡检测试剂盒Yeason40307ES20
DHE探针Yeason50102ES02
Calcein-AM/PI试剂盒Yeasen40747ES76
JC-10线粒体膜电位检测试剂盒Yeasen40752ES60
线粒体靶向DsRed质粒----
ATP比色法检测试剂盒elabscienceE-BC-K157-M
Ezup柱式动物基因组DNA提取试剂盒Sangon BiotechB518251
2xSpecificTM Taq预混液Novoprotein ScientificE010
DNA分子量标准Novoprotein ScientificDM033
荧光显微镜Carl ZeissAxio Observe 3
共聚焦显微镜ZeissLSM800
流式细胞仪BeckmanDxFLEX
酶标仪Thermo Fisher ScientificThermo MK3

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
细胞培养与氧化应激诱导
r-MC细胞培养条件(高糖DMEM、10% FBS、37°C、5% CO2);H2O2浓度(50 μM)和处理时间(24小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.3 Cell Culture
自噬调控
雷帕霉素浓度(2 μg/mL或2 μM)、3-MA浓度(1 mM)和处理时间(24小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.3 Cell Culture
SIRT4敲低与过表达
慢病毒LV-SIRT4 RNAi滴度(1×10^8 TU/mL)、转染后荧光细胞比例(90%);SIRT4质粒转染(Lipofectamine 3000)及效率验证
阅读提示:Materials and Methods 2.5 Transfection of Lentivirus Vectors 和 2.6 Construction and Transfection of Plasmid
AMPK抑制
化合物C浓度(10 μg/mL或10 μM)和处理时间(24小时)
阅读提示:Materials and Methods 2.3 Cell Culture 和 Results 3.5
动物模型
大鼠品系(SD)、年龄(6-8周)、缺血时间(60分钟)、再灌注时间(3天)、雷帕霉素给药方案(腹腔注射,术前两天每天一次,术后隔天一次);小鼠品系(C57BL/6)、SIRT4敲除小鼠来源
阅读提示:Materials and Methods 2.1 Animals 和 2.2 Transient Retinal I/R Model and Drug Administration