线粒体叶酸通路调控肌成纤维细胞分化及二氧化硅诱导的肺纤维化

Mitochondrial folate pathway regulates myofibroblast differentiation and silica-induced pulmonary fibrosis.

作者信息Yaqian Qu, Ruonan Zhai, Dandan Wang, Zheng Wang, Guangjie Hou, Chenchen Wu, Meian Tang, Xiongbin Xiao, Jie Jiao, Yue Ba, Fang Zhou, Jian Qiu, Wu Yao
PMID37280614
发布时间2023-06-06
DOI10.1186/s12967-023-04241-0

实验完整度

包含体外细胞实验和体内小鼠模型,并进行了功能验证(siRNA敲低/过表达)和机制验证(氧化应激),但缺乏患者样本的功能验证。

主要模型

TGF-β处理的人肺成纤维细胞MRC-5 二氧化硅诱导的肺纤维化小鼠模型 矽肺患者血浆样本 小鼠肺组织样本

重点核对

TGF-β1处理浓度5 ng/mL及处理时间48小时 siRNA敲低MTHFD2或SLC25A32后肌成纤维细胞标志物表达 过表达MTHFD2或SLC25A32后肌成纤维细胞标志物表达 叶酸补充剂量(5-mTHF 50 μM)及处理时间12小时 小鼠模型中二氧化硅的剂量(50 mg/mL,100 μL)及处理时间4周

摘要

背景:二氧化硅诱导的肺纤维化(矽肺)是一种弥漫性间质性纤维化疾病,其特征是肺组织中细胞外基质大量沉积。成纤维细胞向肌成纤维细胞的分化对疾病进展至关重要。抑制肌成纤维细胞分化可能是治疗肺纤维化的有效方法。方法:实验在TGF-β处理的人肺成纤维细胞中诱导肌成纤维细胞分化,并在二氧化硅处理的小鼠中诱导肺纤维化。结果:通过定量质谱分析,我们发现在TGF-β刺激后肌成纤维细胞分化过程中,参与线粒体叶酸代谢的蛋白质特异性上调。线粒体叶酸通路蛋白MTHFD2和SLC25A32的表达水平负向调控肌成纤维细胞分化。此外,矽肺患者和小鼠的血浆叶酸浓度显著降低。叶酸补充提高了MTHFD2和SLC25A32的表达,减轻了氧化应激,并有效抑制了小鼠的肌成纤维细胞分化和二氧化硅诱导的肺纤维化。结论:我们的研究表明,线粒体叶酸通路调控肌成纤维细胞分化,并可能成为改善二氧化硅诱导肺纤维化的潜在靶点。

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
研究线粒体叶酸通路是否调控肌成纤维细胞分化,并影响二氧化硅诱导的肺纤维化。
核心机制
线粒体叶酸通路通过MTHFD2和SLC25A32负向调控肌成纤维细胞分化,抑制氧化应激。
主要证据
通过定量质谱分析发现线粒体叶酸代谢蛋白在肌成纤维细胞分化中上调;siRNA敲低或过表达MTHFD2和SLC25A32影响肌成纤维细胞标志物表达;叶酸补充降低TGF-β诱导的ROS和氧化应激标志物,并减轻小鼠肺纤维化。
研究意义
研究表明线粒体叶酸通路可能作为改善矽肺的潜在治疗靶点。

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

诱导肌成纤维细胞分化

使用TGF-β处理人肺成纤维细胞建立肌成纤维细胞分化模型。

用5 ng/mL TGF-β1处理MRC-5细胞48小时,诱导肌成纤维细胞分化,并通过western blot检测α-SMA表达。

2

蛋白质组学分析差异蛋白

系统鉴定肌成纤维细胞分化中差异表达的蛋白质,特别是线粒体相关蛋白。

通过TMT标记的定量质谱分析TGF-β处理与对照细胞的蛋白质组,识别线粒体叶酸代谢相关蛋白的差异表达。

3

验证线粒体叶酸通路关键蛋白表达

验证MTHFD2和SLC25A32在肌成纤维细胞分化中的表达变化。

通过RT-qPCR和免疫荧光检测TGF-β处理细胞中MTHFD2和SLC25A32的表达水平。

4

功能研究MTHFD2和SLC25A32

探索MTHFD2和SLC25A32对肌成纤维细胞分化的调控作用。

通过siRNA敲低或质粒过表达MTHFD2和SLC25A32,检测肌成纤维细胞标志物FN1、COL1A1和α-SMA的表达变化。

5

评估叶酸补充对氧化应激的影响

检测叶酸补充是否抑制TGF-β诱导的氧化应激。

用5-mTHF预处理细胞,检测ROS水平(DCF和MitoSOX Red)、H2O2和MDA浓度。

6

动物模型验证叶酸补充的疗效

评估叶酸补充对二氧化硅诱导肺纤维化的治疗作用。

在二氧化硅诱导的肺纤维化小鼠模型中,通过饮用水补充叶酸,通过组织学染色、RT-qPCR和氧化应激指标评估纤维化程度。

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Solarbio11995
胎牛血清HycloneSV30087.03
转化生长因子-β1PEPROTECH100-21
5-甲基四氢叶酸MedChemExpress31690-09-2
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Thermo Fisher13778030
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo FisherL3000008
二氧化硅悬液Sigma-AldrichS5639
叶酸BBI Life ScienceA610466-0025
ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0009c
MTHFD2抗体Proteintech12270-1-AP
FN1抗体ServivebioGB114491
COL1A1抗体ServivebioGB11022-3
α-SMA抗体ServivebioGB111364
RIPA裂解液----
BCA蛋白浓度测定试剂盒BOSTERAR0146
PVDF膜MilliporeISEQ00010
GAPDH抗体CSTD16H11
FN1抗体Proteintech15613-1-AP
COL1A1抗体Abcamab260043
二抗CST7074
ECL发光试剂Absinabs920
Tom20抗体SCBTsc-17764
抗DNA抗体Progen61014
二抗InvitrogenA11034
二抗InvitrogenA21236
MitoTracker-Red线粒体染料InvitrogenM7512
Hoechst 33258染料Sigma-Aldrich14530
RNAiso Plus试剂Takara9109
DNaseTakaraRR047A
反转录试剂盒TakaraRR047A
TB Green Premix Ex Taq II试剂盒TakaraRR820A
TMT标记试剂Thermo Fisher90064CH
高pH反相肽分馏试剂盒Thermo Fisher84868
Q-Exactive质谱仪Thermo Fisher--
DCFH-DA探针BeyotimeS0033S
MitoSOX Red线粒体超氧化物指示剂InvitrogenM36008
H2O2检测试剂盒BeyotimeS0101S
MDA检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA003-4-1

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
细胞培养和处理
细胞系MRC-5传代范围22-36;TGF-β1浓度5 ng/mL,处理48小时;5-mTHF预处理浓度50 μM,处理12小时
阅读提示:见Methods部分Cell culture and transfection
基因敲低和过表达
siRNA浓度15 nM,转染试剂Lipofectamine RNAiMAX;过表达质粒每孔4 μg,转染试剂Lipofectamine 3000
阅读提示:见Methods部分Cell culture and transfection
动物模型
小鼠品系C57BL/6N雄性,5-6周龄;二氧化硅浓度50 mg/mL,体积100 μL,气管内滴注;叶酸补充浓度20 μg/mL,饮用水,处理4周
阅读提示:见Methods部分Mouse model for silicosis
氧化应激检测
DCFH-DA和MitoSOX Red浓度及孵育时间;H2O2和MDA检测试剂盒品牌及货号
阅读提示:见Methods部分Measurement of ROS