Gasdermin D可能在脑实质梗死核心中丢失,以及解毒活血汤对卒中后焦亡-自噬抑制的作用

Gasdermin D could be lost in the brain parenchyma infarct core and a pyroptosis-autophagy inhibition effect of Jie-Du-Huo-Xue decoction after stroke.

作者信息Chang Zhou, Shi-Wei Qiu, Feng-Ming Wang, Yu-Chen Liu, Wei Hu, Mei-Lan Yang, Wang-Hua Liu, Hua Li
PMID39139639
发布时间2024-07-29
DOI10.3389/fphar.2024.1449452

实验完整度

包含MCAO/R大鼠模型、LC-MS代谢物分析、神经功能与梗死体积评估、Western blot和免疫荧光检测,且包含功能验证与机制验证。

主要模型

SD大鼠MCAO/R模型 大鼠脑组织(皮层、海马、纹状体) JDHXD含药血清

重点核对

大鼠品系:SD大鼠,雄性,250-280 g MCAO/R模型:1.5 h阻塞后再灌注 JDHXD给药剂量:5.36、10.71、21.42 g/kg/天,灌胃 对照:Sham组、I/R组、Edaravone组(3.2 mg/kg/天) 检测时间点:建模后24 h和72 h,第3天取脑

摘要

背景:中药解毒活血汤(JDHXD)用于减轻脑缺血(CI)中的神经炎症。我们前期的研究已证实JDHXD可以抑制CI中的小胶质细胞焦亡。然而,JDHXD减轻神经炎症和焦亡的药理机制需要进一步阐明。新的研究指出,自噬与炎症小体NLRP3之间存在相互作用,自噬可以帮助清除NLRP3。NLRP3是焦亡和自噬的关键启动因子。JDHXD通过促进自噬清除NLRP3来抑制焦亡,对脑缺血再灌注炎症损伤的作用目前尚不清楚。我们推测JDHXD可以通过促进自噬清除NLRP3来抑制CI中的焦亡。方法:采用LC-MS对JDHXD进行化学成分表征。在SD大鼠中建立大脑中动脉闭塞/再灌注(MCAO/R)模型。评估神经功能缺损、神经元损伤和脑梗死体积。采用Western Blot和免疫荧光检测神经元焦亡和自噬。结果:经LC-MS分析,在JDHXD含药血清中鉴定出30种可能的物质代谢物(综合评分>0.98)。此外,JDHXD在CI后保护大鼠神经功能和脑梗死面积。JDHXD抑制CI后焦亡和自噬的表达。我们的Western blot和免疫荧光结果显示,JDHXD处理可以降低自噬相关因子ULK1、beclin1和LC3-Ⅱ的表达。JDHXD组NLRP3蛋白的表达低于I/R组。与I/R组相比,JDHXD组焦亡相关因子caspase-1 P10、GSDMD-NT、IL-18和IL-1β的表达降低。此外,我们观察到一个意外的结果:免疫荧光显示Gasdermin D(GSDMD)在梗死核心显著缺失,而在梗死周围和对侧大脑半球高表达。这一发现挑战了GSDMD在缺血大脑半球升高的普遍观点。结论:JDHXD在MCAO/R后抑制焦亡和自噬。JDHXD通过抑制NLRP3抑制焦亡和自噬,从而减轻CI。此外,我们提出了与以往研究不同的观察结果,即在CI第3天,梗死核心中GSDMD的表达低于梗死周围和对侧非缺血半球。

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
JDHXD是否通过促进自噬清除NLRP3来抑制脑缺血再灌注损伤中的经典焦亡途径?
核心机制
JDHXD抑制NLRP3/caspase-1/GSDMD经典焦亡通路,同时抑制ULK1/beclin1/LC3-II自噬通路,但并非通过促进自噬来清除NLRP3。
主要证据
MCAO/R模型大鼠中,JDHXD-M减少神经功能缺损和脑梗死体积,减轻皮层和海马神经元损伤,并下调NLRP3、ASC、caspase-1 P10、GSDMD-NT、IL-18、IL-1β以及ULK1、beclin1、LC3-II的表达。
研究意义
研究为JDHXD治疗缺血性脑卒中提供了新的药理学依据,并首次报道GSDMD在梗死核心丢失,可能对理解焦亡在CI中的作用提供新线索。

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

药物化学成分分析

鉴定JDHXD含药血清中的代谢产物。

采用LC-MS对JDHXD含药血清进行非靶向代谢物检测,分析可能入血成分。

2

建立MCAO/R模型

模拟脑缺血再灌注损伤。

采用线栓法阻塞大脑中动脉1.5 h后拔线实现再灌注,建立大鼠局灶性脑缺血再灌注模型。

3

评估神经功能和梗死体积

评价JDHXD对脑缺血再灌注损伤的保护作用。

在再灌注后24 h和72 h使用Zea Longa评分评估神经功能缺损;TTC染色评估脑梗死体积。

4

评估神经元损伤

观察JDHXD对神经元形态学损伤的改善作用。

采用HE染色和Nissl染色观察皮层、海马CA1区和纹状体的神经元形态,计数异常神经元数量。

5

检测焦亡相关蛋白表达

验证JDHXD对经典焦亡通路的影响。

通过Western blot和免疫荧光检测梗死周围区域NLRP3、ASC、caspase-1、GSDMD、IL-18、IL-1β等蛋白表达和定位。

6

检测自噬相关蛋白表达

探究JDHXD对自噬的影响。

通过Western blot和免疫荧光检测ULK1、beclin1、LC3-II和p62的表达水平。

7

观察GSDMD分布

观察GSDMD在脑内的分布模式。

通过免疫荧光全景扫描和Western blot检测GSDMD在梗死核心、梗死周围及对侧半球的表现。

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
尼龙线栓Beijing Cinontech2636-A4
2,3,5-三苯基氯化四氮唑SigmaT8877-5G
华为Mate 30手机HUAWEI--
正置光学显微镜NikonECLIPSE E100
成像系统NikonDS-U3
甲苯胺蓝ServicebioG1032
超高效液相色谱系统Thermo Fisher ScientificVanquish
Q Exactive Focus质谱仪Thermo Fisher Scientific--
BCA蛋白定量试剂盒AbiowellABW0104
PVDF膜MilliporeIPVH00010
NLRP3抗体HUABIOET1610-93
ASC抗体ZENBIO340097
Caspase-1抗体HUABIOET1608-69
Gasdermin D抗体HUABIOHA721144
IL-18抗体Proteintech60070-1-Ig
IL-1β抗体ZENBIO511369
IL-6抗体HUABIOR1412-2
ULK1抗体Proteintech20986-1-AP
Beclin1抗体Proteintech11306-1-AP
LC3-I/II抗体Cell Signaling12741
ZO-1抗体Proteintech21773-1-AP
P62抗体HUABIOHA721171
β-肌动蛋白抗体Proteintech20536-1-AP
辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgGElabscienceE-AB-1003
辣根过氧化物酶标记的山羊抗鼠IgGElabscienceE-AB-1001
Bio-Rad系统Bio-Rad--
GSDMD抗体Proteintech20770-1-AP
GSDMD抗体Servicebio20770-1-AP
NLRP3抗体ServicebioGB114320-100
Caspase-1抗体ServicebioGB11383-100
LC3-I/II抗体ServicebioGB11124
NLRP3抗体HUABIOET1610-93
Caspase-1抗体Proteintech22915-1-AP
NeuN抗体ServicebioGB11138
DAPIServicebioG1012
GSDMD抗体Proteintech20770-1-AP

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
药物成分分析
JDHXD制备方法(浸泡2 h,第一次加水6倍煎煮1.5 h,第二次加水3倍煎煮1.5 h,浓缩至1 g/mL);给药后采血时间(30 min);LC-MS条件(色谱柱、流动相、流速、梯度)
阅读提示:Materials and methods 中 'Composition and quality control for JDHXD' 和 'LC-MS analysis of JDHXD and Medicinal serum'
MCAO/R模型
线栓型号(cat# 2636-A4)、阻塞时间(1.5 h)、动物品系和体重(SD大鼠,雄性,250-280 g)、麻醉方法(4%异氟烷诱导,2%维持)
阅读提示:Materials and methods 中 'Cerebral ischemia-reperfusion injury models'
药物分组与给药
JDHXD剂量(低5.36,中10.71,高21.42 g/kg/天)、给药途径(灌胃)、给药方案(术前3天至术后3天,每日两次9:00和16:00)、阳性药Edaravone剂量(3.2 mg/kg/天,腹腔注射)
阅读提示:Materials and methods 中 'Drug administration and experimental design'
神经功能评估
Zea Longa评分时间(24 h和72 h)、评分标准(五级评分)
阅读提示:Materials and methods 中 'Neurological function assessment'
脑梗死体积测定
TTC染色浓度(2%)、孵育条件(37°C,30 min)、脑片厚度(3 mm)
阅读提示:Materials and methods 中 '2,3,5-Triphenyltetrazolium Chloride (TTC)'
蛋白质表达检测
取材区域(梗死周围组织)、抗体稀释比例(NLRP3: 1:10000, ASC: 1:10000, Caspase-1: 1:10000, GSDMD: 1:10000, IL-18: 1:5000, IL-1β: 1:5000, ULK1: 1:10000, Beclin1: 1:10000, LC3: 1:10000, β-actin: 1:10000)、内参蛋白(β-actin)
阅读提示:Materials and methods 中 'Western blot analysis'
GSDMD分布观察
免疫荧光抗体浓度(GSDMD 1:500)、Western blot检测GSDMD-FL和NT、取材区域(梗死核心)
阅读提示:Materials and methods 中 'Immunofluorescence' 和 Results 中 'Loss of pyroptotic GSDMD protein May contribute to adverse outcomes of CIRI'