小胶质细胞PKM2通过星形胶质细胞C3-神经元C3R信号通路介导小鼠癫痫中的神经炎症和神经元丢失

Microglia PKM2 Mediates Neuroinflammation and Neuron Loss in Mice Epilepsy through the Astrocyte C3-Neuron C3R Signaling Pathway.

作者信息Xinlin Li, Rong Zhou, Hui Peng, Jing Peng, Qiaoling Li, Meng Mei
PMID36831807
期刊Brain Sci
发布时间2023-02
DOI10.3390/brainsci13020262

实验完整度

包含体内PISE小鼠模型、细胞学实验(原代细胞)和分子机制验证,并进行了功能验证(行为学、神经元损伤)。

主要模型

PISE小鼠模型 原代小胶质细胞 原代星形胶质细胞 原代神经元

重点核对

AAV-F4/80-PKM2 KD敲低效率及特异性 PKM2 siRNA敲低效率及对PKM1无影响 PISE模型成功率(Racine评分≥4) LPS刺激浓度(100 ng/mL)及处理时间(24 h) JSH-23(NF-κB抑制剂)浓度(10 μM)

摘要

癫痫是一种神经系统疾病,约30%的患者对目前的抗癫痫药物无效。神经炎症机制日益受到关注,并被视为癫痫的新型治疗策略,但靶分子仍需进一步研究。丙酮酸激酶同工酶2(PKM2)在外周炎症中已有充分研究,但其在癫痫神经炎症中的作用仍不清楚。我们通过立体定位腺相关病毒(AAV)显微注射敲低海马区小胶质细胞PKM2,并建立毛果芸香碱诱导的癫痫持续状态(PISE)模型。采用Racine评分评估癫痫等级。接下来,我们使用WB、多重酪胺信号放大(TSA)染色等方法确定神经炎症及原代小胶质细胞中补体成分3(C3)–C3aR相互作用。结果显示,小胶质细胞PKM2敲低降低了癫痫等级并挽救了神经元丢失。机制上,PKM2敲低通过抑制p65表达和磷酸化,抑制了小胶质细胞活化和炎症因子分泌。减少的小胶质细胞C1q、TNF-α和IL-1α导致星形胶质细胞C3表达降低,以及随后的C3–C3aR相互作用引起的神经元损伤。我们的数据表明,小胶质细胞PKM2抑制通过C3-C3aR相互作用改善癫痫中的神经炎症和神经元丢失,为干预癫痫中受损的神经元-胶质细胞串扰提供了一个有吸引力的靶点。

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
小胶质细胞PKM2在癫痫神经炎症和神经元损伤中的作用及其机制。
核心机制
小胶质细胞PKM2通过促进NF-κB p65表达和磷酸化,增强炎症因子C1q、TNF-α和IL-1α的释放,这些炎症因子诱导星形胶质细胞C3表达,C3与神经元C3aR结合导致神经元损伤。
主要证据
在PISE小鼠模型中,小胶质细胞PKM2敲低降低了癫痫等级、抑制小胶质细胞活化并挽救神经元丢失;在原代细胞实验中,PKM2 siRNA降低p65和p-p65水平,减少C1q、TNF-α和IL-1α分泌,降低星形胶质细胞C3表达,并用C3aRA阻断实验验证了C3-C3aR在神经元损伤中的作用。
研究意义
揭示小胶质细胞PKM2/星形胶质细胞C3/神经元C3aR网络机制,提示小胶质细胞PKM2可作为干预癫痫复杂级联发病机制的潜在靶点。

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PISE小鼠模型

模拟癫痫状态,为研究小胶质细胞PKM2的作用提供体内模型。

对C57BL/6J小鼠进行立体定位注射AAV-F4/80-NC或AAV-F4/80-PKM2 KD,3周后腹腔注射毛果芸香碱(280 mg/kg)诱导癫痫持续状态,对照组注射等量生理盐水。

2

小胶质细胞PKM2敲低效率验证

确认AAV介导的PKM2敲低在小胶质细胞中的特异性和有效性。

通过免疫染色检测PKM2和Iba1共定位,评估AAV-F4/80-PKM2 KD的敲低效率。

3

体内表型分析

评估小胶质细胞PKM2敲低对癫痫发作和神经元损伤的影响。

记录癫痫发作潜伏期和Racine评分,并通过Nissl和NeuN染色观察海马CA3区神经元存活。

4

小胶质细胞活化及NF-κB检测

检测小胶质细胞活化程度及NF-κB信号通路激活情况。

通过Iba1免疫染色评估小胶质细胞活化,使用TSA染色检测小胶质细胞中p-p65表达。

5

体外小胶质细胞炎症反应验证

验证PKM2敲低对LPS诱导的小胶质细胞炎症因子释放的影响。

原代小胶质细胞转染PKM2 siRNA或NC siRNA,经LPS刺激后检测p65、p-p65蛋白水平、炎症因子mRNA表达及C1q、TNF-α、IL-1α分泌。

6

小胶质细胞条件培养基对星形胶质细胞C3表达的影响

验证小胶质细胞分泌的因子对星形胶质细胞C3表达的调节。

收集不同处理的小胶质细胞条件培养基(MCM),处理原代星形胶质细胞,检测C3蛋白、mRNA和分泌水平。

7

星形胶质细胞条件培养基对神经元损伤的影响

验证C3-C3aR信号在神经元损伤中的作用。

收集不同处理的星形胶质细胞条件培养基(ACM),处理原代神经元,并设置C3aRA预处理组,检测神经元活力、 neurite长度和核形态。

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
胰蛋白酶Gibco25200056
胎牛血清Gibco10091148
DMEM培养基Gibco12100046
青霉素-链霉素Gibco15140122
DMEM/F12培养基Gibco11330032
多聚-D-赖氨酸SigmaP0296
Neurobasal培养基Gibco21103049
B-27添加剂Gibco17504044
L-谷氨酰胺Gibco25030081
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000015
JSH-23MedChemExpressHY-13982
脂多糖SigmaL4516
C3a受体拮抗剂MedChemExpressHY-101502A
NeuN抗体Cell Signaling Technology24307
Iba1抗体Cell Signaling Technology17198
GFAP抗体MilliporeMAB360
C3抗体InvitrogenPA5-21349
抗兔IgG (H+L), F(ab')2片段 (Alexa Fluor 488标记)Cell Signaling Technology4412
抗小鼠IgG (H+L), F(ab')2片段 (Alexa Fluor 555标记)Cell Signaling Technology4409
MAP2抗体Proteintech17490-1-AP
PKM2抗体Cell Signaling Technology4053
p-p65 ser536抗体Cell Signaling Technology3033
小鼠C3 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0330c
小鼠TNF-α ELISA试剂盒MultisciencesEK282
小鼠IL-1α ELISA试剂盒MultisciencesEK201A
小鼠C1q ELISA试剂盒ELK BiotechnologyELK5208
Hoechst33342染料SigmaB2261
FastPure细胞/组织总RNA提取试剂盒V2VazymeRC112
HiScript III RT SuperMix for qPCR(+gDNA wiper)VazymeR323-01
ChamQ Universal SYBR qPCR预混液VazymeQ711-02
蛋白酶抑制剂混合物MedChemExpressHY-K0011
磷酸酶抑制剂混合物MedChemExpressHY-K0022
β-actin抗体Proteintech66009-1-Ig
PKM1抗体Proteintech15821-1-AP
p-p65 ser468抗体Cell Signaling Technology3039
p65抗体Cell Signaling Technology6956
抗小鼠二抗ProteintechSA00001-1
抗兔二抗ProteintechSA00001-2
细胞计数试剂盒ZetaK009
Varioskan Flash全波长扫描多功能酶标仪----

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:C57BL/6J雄性8周龄;立体定位注射AAV的坐标和病毒量;毛果芸香碱剂量(280 mg/kg)和给药方式;癫痫发作定义(Racine评分4-5级);各组别小鼠数量
阅读提示:Materials and Methods 2.2 Stereotaxic AAV Microinjection; 2.3 PISE Mouse Model; Figure 2 legend
细胞实验
原代细胞提取的具体操作(胰酶浓度、消化时间、离心速度);LPS浓度(100 ng/mL)和处理时间(24 h);JSH-23浓度(10 μM);C3aRA浓度(1 μM)和作用时间(1 h)
阅读提示:Materials and Methods 2.4 Primary Cell Culture, Transfection and Treatment
分子检测
抗体品牌和货号;Western blot蛋白提取试剂和上样量;qPCR反应体系和引物序列;ELISA试剂盒型号
阅读提示:Materials and Methods 2.5-2.11; Figure 4-6 legends