电针对慢性阻塞性肺疾病大鼠模型不同刺激强度的转录组学见解

Transcriptomic Insights into Different Stimulation Intensity of Electroacupuncture in Treating COPD in Rat Models.

作者信息Lu Liu, Zili Tang, Qian Zeng, Wenchuan Qi, Ziyang Zhou, Daohong Chen, Dingjun Cai, Ying Chen, Shiqi Sun, Siyao Gong, Bin He, Shuguang Yu, Ling Zhao
PMID38741612
发布时间2024-05-09
DOI10.2147/JIR.S458580

实验完整度

研究包含动物模型(CS+LPS诱导COPD大鼠)、多个证据层级(肺功能、组织病理、IHC、ELISA、氧化应激、转录组、WGCNA、RT-qPCR、WB),并进行了功能验证和机制探索。

主要模型

COPD大鼠模型(香烟烟雾+LPS诱导)

重点核对

动物模型:雄性SD大鼠,12-14周龄,200-220g,随机分为NC、COPD、EA-1mA、EA-3mA四组,每组6只 COPD模型诱导:香烟烟雾暴露(15支/次,每日2次,共12周)联合气管内滴注LPS(第1、31、61天,200μL,1mg/mL) 电针治疗:穴位BL13和ST36,强度1mA或3mA,频率4/20Hz,每日20分钟,持续2周 EA治疗起始时间:第77天(末次LPS注射后16天)

摘要

背景:电针(EA)具有不同的刺激强度,在动物和临床研究中已显示出治疗慢性阻塞性肺疾病(COPD)的治疗潜力。然而,对于强度相关效应(特别是1mA和3mA的EA)及其潜在机制的全面研究仍然缺乏。方法:通过长期暴露于香烟烟雾和间歇性气管内滴注脂多糖建立COPD大鼠模型。在穴位BL13(肺俞)和ST36(足三里)进行电针治疗,每天20分钟,持续2周,强度分别为1mA和3mA。通过肺功能、组织病理学变化、血清炎症细胞因子水平以及血清和肺组织中氧化应激标志物的水平来评估EA的有效性。进行转录组分析和加权基因共表达网络分析(WGCNA)以揭示基因表达模式并识别枢纽基因。进行实时定量PCR(RT-qPCR)和蛋白质印迹(WB)分别检测mRNA和蛋白质表达水平。结果:1mA和3mA的EA均产生了不同的治疗效果,通过改善COPD大鼠的肺功能并减少炎症和氧化应激。转录组分析揭示了两组之间的不同表达模式,在功能上对应于共享的和强度特异性(1mA和3mA)的富集通路。鉴定了8个候选基因,包括Aqp9、Trem1、Mrc1和Gpnmb,这些基因被EA下调并在COPD中上调。值得注意的是,Msr1和Slc26a4仅在EA-1mA中下调,而Pde3a和Bmp6仅在EA-3mA中上调。WGCNA构建了5个关键模块,并阐明了模块-性状关系,上述8个基因被重点突出。此外,通过RT-qPCR和WB验证了它们的mRNA和蛋白质水平。结论:我们的结果表明,1mA和3mA强度在转录水平上诱导不同的基因表达模式,这与共享的和1mA vs 3mA特异性的富集通路相关。基因Mrc1、Gpnmb、Trem1和Aqp9成为有希望的靶点,需要进一步研究来阐明它们在COPD中的功能后果。

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
不同电针刺激强度(1mA和3mA)在治疗COPD大鼠模型中的治疗效果及潜在分子机制是否存在差异?
核心机制
1mA和3mA电针通过调控转录水平上共享的和强度特异性的基因表达模式及富集通路(如炎症、免疫反应、神经活性配体-受体相互作用等),发挥抗炎和抗氧化作用。
主要证据
肺功能检测、HE和IHC染色、ELISA、氧化应激指标、转录组分析、WGCNA、RT-qPCR和WB验证,证实EA改善肺功能和炎症,并鉴定出Mrc1、Gpnmb、Trem1、Aqp9等靶基因。
研究意义
首次系统揭示了1mA和3mA电针在转录水平上的不同效应,为电针治疗COPD的强度选择提供了分子依据,并提出了Mrc1、Gpnmb、Trem1和Aqp9作为潜在治疗靶点。

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

建立COPD大鼠模型

模拟COPD的病理特征(气流受限、炎症和氧化应激)

雄性SD大鼠被动吸入香烟烟雾(15支/次,每日2次,12周),并在第1、31、61天气管内滴注LPS(200μL,1mg/mL)。

2

电针治疗

评估不同强度电针对COPD大鼠的治疗效果

从第77天开始,对大鼠进行电针治疗,选穴BL13和ST36,强度分别为1mA和3mA,频率4/20Hz,每日20分钟,持续2周。

3

评估治疗效果

检测电针对肺功能、组织病理、炎症和氧化应激的影响

通过肺功能测试(FEV0.1/FVC、FEV0.3/FVC)、HE染色、IHC染色、ELISA检测血清细胞因子、生化试剂盒检测氧化应激标志物。

4

转录组测序和分析

揭示电针治疗下基因表达的变化和潜在机制

提取肺组织RNA,进行RNA-seq,鉴定DEGs,进行GO/KEGG富集分析和WGCNA。

5

验证关键基因表达

验证转录组测序结果的可靠性

使用RT-qPCR和WB检测8个候选基因(Mrc1、Gpnmb、Aqp9、Trem1、Msr1、Slc26a4、Pde3a、Bmp6)的mRNA和蛋白表达。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
CD3ServicebioGB12014
CD68ServicebioGB11067
β-肌动蛋白Abcamab8226
AQP9Abcamab191056
MRC1Abcamab64693
MSR1Abcamab151707
TREM1AbclonalA16535
GPNMBAbclonalA14270
PDE3AAbclonalA17919
BMP6AbclonalA4538
SLC26A4AffinityDF13409
IL-10 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0016c
IL-6 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0015c
IL-1β ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0012c
TNF-α ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R2856c
GSH-Px试剂盒ElabscienceE-BC-K096-M
SOD试剂盒ElabscienceE-BC-K020-M
MDA试剂盒ElabscienceE-BC-K025-M
RNAprep Pure 组织试剂盒TiangenDP431
FastFire qPCR预混液(SYBR Green)TiangenFP207
FastKing gDNA去除RT预混液TiangenKR118
脂多糖SigmaL2880
异氟烷RWD Life ScienceR510-22-16
电针仪(华佗SDZ-V型)Suzhou--
全身暴露舱Tow-Int TechCSM-100C
AniRes2005肺功能系统Bestlab CompanyV3.5
数字全景扫描仪3DHISTECHPANNORAMIC DESK/MIDI/250/1000
显微镜LeicaDM500
Qubit dsDNA HS检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
DNBSEQ快速建库试剂盒(V2.0)MGI--
DNBSEQ-T7测序仪MGI--
RIPA裂解液ServicebioCR2202124
BCA试剂盒ServicebioBL521A

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
动物模型建立
大鼠品系、性别、年龄、体重;香烟烟雾暴露参数(每日次数、持续时间、香烟数量);LPS给药剂量、时间点;对照组设置
阅读提示:Methods: Animal Ethics and Study, Generation of a Rat Model of COPD
电针治疗
穴位选择(BL13、ST36);电针强度(1mA或3mA);频率(4/20Hz);治疗时间(20min/天,2周);麻醉方式(1.5%异氟烷)
阅读提示:Methods: EA Treatment
样本采集与处理
肺组织部位(左肺上叶用于RNA提取,右肺下叶用于病理);血液样本采集;样本量(n=6/组,RNA-seq n=5/组)
阅读提示:Methods: Assessment of Pulmonary Function, RNA Isolation
数据分析和统计
DEGs筛选标准(TPM>1, |log2FC|>1, p<0.05, FDR<0.05);统计方法(ANOVA、Kruskal-Wallis);软件(Prism 9.0)
阅读提示:Methods: Statistical Analysis, Results: Transcriptome Analysis Identified Significant DEGs