高脂刺激通过CRIF1/eNOS/P21轴减少NO产生诱导心房神经重塑

High-fat stimulation induces atrial neural remodeling by reducing NO production via the CRIF1/eNOS/P21 axi.

作者信息An Zhang, Huilin Li, Qiyuan Song, Yansong Cui, Yujiao Zhang, Ximin Wang, Zhan Li, Yinglong Hou
PMID37932729
发布时间2023-11-06
DOI10.1186/s12944-023-01952-7

实验完整度

包含体外细胞模型、共培养模型、高脂饮食大鼠模型及患者样本验证等多个独立证据层级,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

H9C2大鼠心肌细胞 PC12大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞(神经元样细胞) 高脂饮食诱导的SD大鼠模型

重点核对

PA浓度150 μM及处理时间36 h用于心肌细胞模型 共培养模型使用Transwell孔径0.4 μm 大鼠分组:对照组、HFD组、HFD+TMZ组,每组n=10 TMZ腹腔注射剂量7 mg/kg/天,持续4周 实验重复三次独立样本

摘要

背景:心房的自主神经重塑在心房颤动(AF)的发生中起着关键作用,并对该病的进展产生重大影响。高脂血症是AF的易感因素,但其对心房神经重塑的影响尚不清楚。本研究的主要目的是探讨高脂饮食(HFD)诱导心房神经重塑的可能机制,并确定临床干预的新靶点。方法:通过棕榈酸(PA)处理细胞建立体外细胞模型,并通过高脂饮食喂养大鼠建立大鼠模型。利用孔径为0.4 μm的Transwell细胞培养板研究心肌细胞与神经细胞在共培养系统中的相互作用。采用CCK-8法测定细胞活力,荧光探针DCFH-DA和流式细胞术检测ROS水平,JC-1评估线粒体膜电位,Griess法测定上清液中一氧化氮(NO)水平,荧光法测定ATP水平,MitoTracker评估线粒体形态。使用蛋白质印迹法(WB)和免疫组织化学技术评估相关蛋白的表达。用SNAP处理神经细胞以模拟高NO环境,并使用iodoTMT试剂标记法评估亚硝基水平。结果:研究发现,在高脂刺激下,心肌细胞的线粒体形态和功能受损,通过CRIF1/SIRT1/eNOS轴影响一氧化氮(NO)的产生。在共培养模型中,心肌细胞中eNOS的过表达增加了NO的表达。此外,神经细胞内Keap1亚硝基化增加,促进Nrf2进入细胞核,导致P21转录增加和增殖抑制。在高脂饮食大鼠模型中发生了心房神经重塑,并且通过曲美他嗪(TMZ)增加心肌组织eNOS蛋白表达可改善心房神经重塑。结论:高脂刺激通过CRIF1/eNOS/P21轴减少NO产生,从而触发神经重塑。此外,TMZ通过增强eNOS表达防止神经重塑并减少AF的发生。

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
高脂刺激如何通过影响NO产生和心房神经重塑促进房颤的发生?
核心机制
高脂刺激损伤心肌细胞线粒体,通过CRIF1/SIRT1/eNOS轴减少NO产生;NO减少导致Keap1亚硝基化降低,Nrf2入核减少,P21转录抑制,从而解除对神经细胞增殖的抑制,促进心房神经重塑。
主要证据
体外实验显示PA刺激增加ROS,损伤线粒体,降低CRIF1、SIRT1、eNOS表达和NO水平;共培养模型中eNOS过表达增加NO,抑制PC12细胞增殖,而清除NO逆转此效应;体内实验显示HFD大鼠心房神经标志物TH、CHAT、PGP9.5表达增加,AF诱导率升高。
研究意义
研究揭示了高脂诱导心房神经重塑的新机制,并为房颤的防治提供了潜在靶点;TMZ可能作为高脂患者心肌保护的辅助治疗,但需进一步研究验证。

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

细胞模型建立与ROS检测

确定PA刺激心肌细胞的最适浓度和时间,并观察ROS水平变化。

用不同浓度PA刺激H9C2细胞,CCK-8检测细胞活力;选择150 μM PA刺激36 h,用DCFH-DA探针和流式细胞术检测ROS。

2

线粒体形态与功能检测

评估PA刺激对线粒体形态和功能的影响。

用MitoTracker染线粒体观察形态,Western blot检测Mfn1、Mfn2及呼吸链复合物表达,JC-1检测膜电位,ATP检测。

3

SIRT1/eNOS/NO通路验证

验证PA刺激是否通过ROS调节SIRT1/eNOS表达影响NO产生。

检测PA刺激后SIRT1、eNOS蛋白表达和NO含量;用NAC清除ROS后检测;过表达或沉默SIRT1检测eNOS表达和乙酰化水平;沉默CRIF1后检测SIRT1/eNOS表达和NO,并回补SIRT1。

4

共培养模型验证心肌细胞对神经细胞的作用

研究高脂环境下心肌细胞对神经细胞增殖的影响。

建立H9C2心肌细胞和PC12神经细胞Transwell共培养系统,加入PA刺激,检测NO含量、神经标志物TH/PGP9.5和P21表达,EdU检测增殖。

5

eNOS过表达和NO清除实验

验证心肌细胞eNOS产生的NO在抑制神经细胞增殖中的作用。

在上层心肌细胞过表达eNOS,检测NO、P21、TH/PGP9.5表达和增殖;添加NO清除剂C-PTIO观察效果逆转。

6

NO调控P21转录的分子机制

阐明NO通过Keap1/Nrf2通路调控P21表达的机制。

用SNAP处理PC12细胞,检测NO、Nrf2、P21表达和Keap1亚硝基化水平;沉默Nrf2检测P21变化;在共培养模型中沉默Nrf2观察对神经细胞增殖的影响。

7

药物干预实验(TMZ)

评估TMZ对高脂诱导神经重塑的保护作用。

在心肌细胞和共培养模型中检测TMZ对eNOS/NO及神经细胞增殖的影响;在HFD大鼠模型中给予TMZ处理,检测心房神经重塑和AF诱导率。

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
评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Invitrogen--
胎牛血清----
棕榈酸Sigma--
Opti-MEM培养基Gibco--
Lipo2000转染试剂Invitrogen--
CCK-8试剂盒----
DCFH-DA荧光探针----
JC-1试剂盒Beyotime--
ATP检测试剂盒Beyotime--
RIPA裂解液Beyotime--
SDS-PAGE凝胶电泳EpiZyme--
PVDF膜----
ECL发光液Millipore--
Protein A/G磁珠MCEHY-K0202
S-亚硝基化检测试剂盒Thermo90105
EdU试剂盒BeyotimeC0075S
DAPI染液Beyotime--
曲美他嗪MCEHYB0968A
MDA检测试剂盒Elabscience--
DAB显色液----
Transwell培养板----

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
细胞模型
PA浓度150 μM,处理36 h;细胞系H9C2和PC12;培养条件DMEM+10%FBS,37℃,5% CO2
阅读提示:Materials and methods: Cell culture; Results: PA increases ROS in cardiomyocytes
共培养模型
Transwell孔径0.4 μm;上层H9C2,下层PC12;PA处理浓度和时间
阅读提示:Materials and methods: Cell culture; Results: PA induces PC12 cell proliferation in a coculture model
动物模型
雄性SD大鼠8周龄,约200g±20g;分组对照组、HFD、HFD+TMZ,每组n=10;HFD含30%棕榈油;TMZ腹腔注射7mg/kg/天,持续4周
阅读提示:Materials and methods: Animal grouping and modeling
电生理检测
右颈静脉插入电极至高位右心房;S1S2刺激频率8:1,S1S1间隔120ms,S1S2初始间隔60ms,递减2ms;AF定义为快速不规则心房率持续至少2s;AERP测量
阅读提示:Materials and methods: Programmed electrical stimulation
蛋白质表达检测
抗体列表及稀释比例(Table 1);蛋白上样量15μg;PVDF膜;ECL曝光
阅读提示:Materials and methods: Western blotting; Table 1