通过抑制LRRK2重新平衡线粒体自噬改善了MPTP体内模型中的结肠改变。

Rebalance of mitophagy by inhibiting LRRK2 improves colon alterations in an MPTP in vivo model.

作者信息Alessia Filippone, Deborah Mannino, Laura Cucinotta, Fabrizio Calapai, Lelio Crupi, Irene Paterniti, Emanuela Esposito
PMID39635134
期刊iScience
发布时间2024-09-16
DOI10.1016/j.isci.2024.110980

实验完整度

高

包含体外细胞实验、体内动物模型(MPTP诱导的PD小鼠)、组织学、免疫组化、免疫荧光、Western blot、ELISA、HPLC和功能检测(粪便重量)等多层级验证,并涉及线粒体自噬机制验证。

主要模型

MPTP诱导的帕金森病小鼠模型 SH-SY5Y细胞系

重点核对

MPTP给药方案:4次腹腔注射,20 mg/kg,间隔2 h,总剂量80 mg/kg PF-475给药剂量和途径:腹腔注射2.5、5、10 mg/kg,每日一次,共7天 PF-475处理时间:MPTP首次注射后24 h开始 Western blot检测p-LRRK2 Ser935、α-syn、OPT、LAMP2、p62、TNF-α等蛋白表达 免疫荧光检测ZO-1和occludin表达及粪便重量测定

摘要

Mutations in the leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) gene are common genetic causes of Parkinson's disease (PD). Studies demonstrated that variants in LRRK2 genetically link intestinal disorders to PD. We aimed to evaluate whether the selective inhibitor of LRRK2, PF-06447475 (PF-475), attenuates the PD induced by 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) in central nervous system (CNS) and in the gastrointestinal system. CD1 mice received four intraperitoneal injections of MPTP (20 mg/kg, total dose of 80 mg/kg) at 2 h intervals (day 1). After 24 h PF-475 was administered intraperitoneally at the doses of 2.5, 5, and 10 mg/kg for seven days. LRRK2 inhibition reduced brain α-synuclein and modulated mitophagy pathway and reduced pro-inflammatory markers and α-synuclein aggregates in colonic tissues through the modulation of mitophagy proteins. LRRK2 inhibition suppressed MPTP-induced enteric dopaminergic neuronal injury and protected tight junction in the colon. Results suggested that PF-475 may attenuate gastrointestinal dysfunction associated to PD.

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
抑制LRRK2能否减轻MPTP诱导的帕金森病模型中的中枢神经系统和胃肠道损伤?
核心机制
LRRK2抑制通过调节线粒体自噬通路(增加OPT、LAMP2,减少p62)和减少炎症因子(TNF-α)来减轻α-突触核蛋白聚集和结肠损伤。
主要证据
在MPTP小鼠模型中,PF-475处理降低了脑和结肠中p-LRRK2 Ser935水平,减少了α-syn聚集,恢复了多巴胺水平,并改善了结肠炎症、肠神经标志物和紧密连接蛋白表达。
研究意义
该研究表明LRRK2抑制剂可能作为改善帕金森病相关胃肠功能障碍的治疗策略。

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

体外验证PF-475对LRRK2磷酸化的抑制作用

确认PF-475在细胞水平上是否抑制LRRK2的磷酸化。

使用分化的SH-SY5Y细胞,先用PF-475(1和3 μM)预处理2小时,再加入MPTP(3 mM)刺激2小时,然后通过Western blot检测p-LRRK2 Ser935水平。

2

建立MPTP诱导的PD小鼠模型并给予PF-475治疗

建立MPTP诱导的帕金森病小鼠模型,并评估PF-475的治疗效果。

CD1小鼠接受4次MPTP腹腔注射(20 mg/kg,间隔2小时),24小时后开始腹腔注射PF-475(2.5、5、10 mg/kg)每天一次,连续7天。

3

评估PF-475对脑组织α-突触核蛋白和多巴胺水平的影响

评估LRRK2抑制对MPTP诱导的脑内α-syn积累和多巴胺耗竭的影响。

通过Western blot检测脑组织中p-LRRK2、α-syn单体、四聚体和总水平,通过HPLC检测纹状体多巴胺、DOPAC和HVA含量。

4

评估PF-475对脑组织线粒体自噬和炎症的影响

探究LRRK2抑制是否通过调节线粒体自噬通路和炎症反应保护脑组织。

通过Western blot检测脑组织线粒体自噬相关蛋白OPT、LAMP2、p62和TNF-α的表达,并通过免疫荧光检测LAMP2阳性溶酶体数量,以及检测ATP和MDA水平。

5

评估PF-475对结肠组织损伤和组织学的影响

评估LRRK2抑制对MPTP诱导的结肠组织损伤的修复作用。

通过H&E染色评估结肠组织学损伤,并通过Western blot检测结肠p-LRRK2水平。

6

评估PF-475对结肠炎症和α-突触核蛋白积累的影响

评估LRRK2抑制对结肠炎症反应和α-syn积累的影响。

通过Western blot检测结肠iNOS、COX-2、TNF-α等炎症标志物,通过ELISA检测IL-1β,通过免疫组化和Western blot检测α-syn水平。

7

评估PF-475对肠神经系统标志物的影响

评估LRRK2抑制对MPTP诱导的肠神经损伤的保护作用。

通过Western blot和免疫组化检测结肠组织中PGP9.5和NSE的表达。

8

评估PF-475对结肠线粒体自噬和屏障功能的影响

评估LRRK2抑制对结肠线粒体自噬、紧密连接蛋白和肠道屏障功能的影响。

通过Western blot检测结肠OPT、LAMP2、p62、TNF-α,通过免疫荧光检测ZO-1和occludin,并测量粪便重量以评估便秘。

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
PF-06447475MedChemExpress LLCHY-12477
抗LRRK2抗体Abcamab-133474
抗磷酸化LRRK2抗体Abcamab-133450
抗iNOS抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7271
抗COX2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-376861
抗α-突触核蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7011
抗PGP9.5抗体ElabscienceE-AB-53097
抗NSE抗体InvitrogenPA5-94940
抗p62抗体Abcamab91526
抗LAMP2抗体InvitrogenMA1-205
抗磷酸化Rab12抗体Abcamab256487
抗Rab12抗体Proteintech18843-1-AP
抗磷酸化Rab10抗体Abcamab230261
抗Rab10抗体Abcamab104859
抗Occludin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-133256
抗ZO-1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-33725
抗β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
Precision Plus蛋白质未染色标准品Bio-Rad--
小鼠IL-1β ELISA试剂盒Abcamab197742
小鼠ATP ELISA试剂盒MyBiosourceMBS267352
SH-SY5Y细胞ATCCCRL-2266
CD1小鼠Envigo/Inotiv--
SuperSignal West Pico化学发光底物Thermo Fisher Scientific--
石蜡Bio-Optica--
正常山羊血清----
亲和素Vector Laboratories--
生物素Vector Laboratories--
FITC偶联抗小鼠Alexa Fluor-488抗体Molecular Probes--
DAPIHoechst--
柠檬酸盐缓冲液----
十二烷基硫酸钠----
乙酸----

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
体外细胞实验
SH-SY5Y细胞分化条件(100 nM视黄酸,24小时),PF-475预处理浓度(1、3 μM)和时间(2小时),MPTP浓度(3 mM)和刺激时间(2小时)
阅读提示:STAR★Methods, Cell cultures
动物模型建立
CD1小鼠性别(雄性)、年龄(6-8周)、体重(25-30g),MPTP给药方案(4次腹腔注射,20 mg/kg,间隔2小时,总剂量80 mg/kg)
阅读提示:STAR★Methods, Induction of MPTP mouse model
PF-475治疗
PF-475剂量(2.5、5、10 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药频率(每日一次)、治疗开始时间(MPTP后24小时)和持续时间(7天)
阅读提示:STAR★Methods, Induction of MPTP mouse model
样本处理
组织固定(10%甲醛,24小时)、脱水、石蜡包埋、切片厚度(7 μm)
阅读提示:STAR★Methods, Tissue preparation
蛋白检测
蛋白提取缓冲液(Buffer A和B)、抗体稀释比例、内参(β-actin)
阅读提示:STAR★Methods, Western blot analysis
神经递质检测
HPLC流动相组成、检测电极类型
阅读提示:STAR★Methods, Measurement of dopamine, DOPAC, and HVA levels in the striatum
组织学分析
H&E染色、组织学评分标准
阅读提示:STAR★Methods, Histological evaluation
免疫组化分析
一抗孵育条件(4°C过夜)、二抗孵育时间、DAB显色、图像分析
阅读提示:STAR★Methods, Immunohistochemistry analysis
免疫荧光分析
抗原修复条件(柠檬酸盐缓冲液,1分钟)、一抗浓度、二抗浓度、DAPI浓度
阅读提示:STAR★Methods, Immunofluorescence analysis
功能检测
粪便重量测量的时间点(每日)、ATP和MDA检测的样品制备
阅读提示:STAR★Methods, Determination of fecal weight, ATP assay, MDA assay