棕色脂肪组织的白化通过分泌S100A8/A9抑制成骨分化

Whitening of brown adipose tissue inhibits osteogenic differentiation via secretion of S100A8/A9.

作者信息Ting Wang, Chaoran Zhao, Jiahuan Zhang, Shengfa Li, Youming Zhang, Yan Gong, Yingyue Zhou, Lei Yan, Sheng Zhang, Zhongmin Zhang, Hongling Hu, Anling Liu, Xiaochun Bai, Zhipeng Zou
PMID38303710
期刊iScience
发布时间2024-01-11
DOI10.1016/j.isci.2024.108857

实验完整度

高

包含动物模型(RhebBAD KO、RhebAD KO)、体外细胞实验、体内抗体中和实验、转录组分析等多层级验证,并明确功能与机制验证。

主要模型

RhebBAD KO小鼠(Ucp1-Cre; RhebFL/FL) RhebAD KO小鼠(Fabp4-Cre; RhebFL/FL) 原代BMSCs C3H10T1/2 MSCs C2C12细胞(诱导为棕色脂肪细胞或成骨细胞)

重点核对

Rheb特异性敲除在棕色脂肪细胞中,使用Ucp1-Cre和Fabp4-Cre小鼠 BAT白化表型:组织形态、UCP1表达、Nrip1表达 骨表型:microCT参数(BV/TV、BMD、Tb.Th等) S100A8/A9分泌:WB、ELISA检测BAT和血清 中和抗体实验:S100A8/A9中和抗体(2.5 μg/次,每周两次,共2个月)

摘要

棕色脂肪组织(BAT)调节骨代谢的机制尚不清楚。在此,我们揭示BAT分泌S100A8/A9,一种以前未被识别的BAT脂肪因子(batokine),以损害骨形成。棕色脂肪细胞特异性敲除Rheb(RhebBAD KO)——mTOR的上游激活因子——导致BAT功能障碍并抑制成骨。Rheb缺失诱导棕色脂肪细胞中NF-κB依赖的S100A8/A9分泌,而非巨噬细胞。在野生型小鼠中,与年龄相关的BAT中Rheb下调与S100A8/A9分泌增强相关。来自RhebBAD KO小鼠的batokines或重组S100A8/A9,通过靶向间充质干细胞表面的toll样受体4,在体外抑制其成骨分化。相反,S100A8/A9中和不仅挽救了RhebBAD KO小鼠中受抑制的成骨,而且减轻了野生型小鼠中与年龄相关的骨质疏松。总的来说,我们的数据揭示了由Rheb-S100A8/A9驱动的意想不到的BAT-骨串扰,发现S100A8/A9是治疗以及可能预防骨质疏松的有前景的靶点。

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
棕色脂肪组织如何通过分泌脂肪因子调节骨代谢?
核心机制
BAT中Rheb缺失导致NF-κB活化,促进S100A8/A9分泌,S100A8/A9通过靶向骨髓间充质干细胞表面的TLR4受体抑制其成骨分化,促进脂肪分化,从而抑制骨形成。
主要证据
RhebBAD KO和RhebAD KO小鼠显示BAT白化、骨量减少和BMSCs成骨分化降低;体外实验表明BAT条件培养基或重组S100A8/A9抑制成骨分化;S100A8/A9中和抗体可逆转骨表型。
研究意义
该研究揭示了BAT与骨之间的新串扰,并确定S100A8/A9为治疗或预防骨质疏松的潜在靶点。

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

构建BAT特异性Rheb敲除小鼠并验证BAT白化

验证Rheb在BAT稳态中的作用

通过Ucp1-Cre和Fabp4-Cre小鼠与RhebFL/FL小鼠交配获得RhebBAD KO和RhebAD KO小鼠,通过Western blot和免疫组化确认Rheb敲除,观察BAT形态(HE染色)、UCP1表达等。

2

评估骨表型

确定BAT功能障碍对骨量的影响

通过microCT分析远端股骨和近端胫骨的骨小梁参数,HE染色观察骨髓脂肪,评估成骨细胞和破骨细胞标志物。

3

体外验证BAT脂肪因子对BMSCs分化的影响

确定BAT分泌因子是否直接抑制成骨分化

收集BAT和WAT的条件培养基(CM),处理BMSCs,检测成骨或成脂分化。

4

鉴定S100A8/A9为关键脂肪因子

找出BAT分泌的抑制成骨的因子

通过转录组分析(mRNA array和RNA-seq)比较Rheb KO和对照BAT的基因表达,发现S100A8和S100A9显著上调,并通过RT-qPCR、WB和ELISA验证。

5

验证NF-κB依赖性S100A8/A9分泌

探索Rheb缺失诱导S100A8/A9表达的机制

用NF-κB抑制剂处理C2C12 BADs,检测S100A8表达和分泌。

6

体内中和S100A8/A9验证其功能

证明S100A8/A9是介导骨丢失的关键因子

向RhebBAD KO小鼠骨髓腔或尾静脉注射S100A8/A9中和抗体,然后分析骨表型。

7

验证S100A8/A9通过TLR4抑制成骨分化

确定S100A8/A9抑制成骨分化的受体机制

用重组S100A8/A9处理MSCs(C3H10T1/2和C2C12),检测TLR4激活标志(Myd88转位),并使用TLR4抑制剂TAK242验证。

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
RHEB抗体Abcamab97896
磷酸化S6抗体Cell Signaling Technology2211S
S6抗体Cell Signaling Technology2317
BSP2抗体Cell Signaling Technology5468S
OSX抗体Abcamab22552
RUNX2抗体AbclonalA2851
PPARGC1A抗体AbclonalA12348
PRDM16抗体Abcamab106410
UCP1抗体proteintech23673-1-AP
EBF1抗体proteintech14159-1-AP
PPARγ抗体Cell Signaling Technology2435S
S100A8抗体AbclonalA1688
P65抗体AbclonalA10609
磷酸化P65抗体AbclonalAP0123
β-actin抗体AffinityAF7018
GAPDH抗体Beijing Ray Antibody BiotechRM2002
α-tubulin抗体Beijing Ray Antibody BiotechRM2007
MyD88抗体AbclonalA0980
骨钙素抗体AbclonalA6205
F4/80抗体Abcamab6640
iNOS抗体Abcamab15323
CD206抗体R&DAF2535-SP
脂滴包被蛋白抗体Cell Signaling Technology9349
S100A9抗体proteintech26992-1-AP
HSL抗体AbclonalA15686
磷酸化HSL抗体AbclonalAP0851
Rheb慢病毒Genechem序列5’-GCCAATTTGTTGATTCCTA-3’
阴性对照慢病毒Genechemcontract
S100A8慢病毒Genechem序列5’-CAACCTCATTGATGTCTACCA-3’
表达Cre的腺病毒Genechemcontract
雷帕霉素MedChemExpress, MCEHY-10219
S100A8/A9中和抗体biolegend697504
IgG抗体biolegend409306
SN50MCEHY-P0151
QNZSelleckEVP4593
S100A8/A9重组蛋白R&D8916-S8-050
TAK-242ApexbioA3850
Ⅰ型胶原酶消化Gibco17100017
巨噬细胞集落刺激因子R&D416-ML-010
毛喉素selleck66575-29-9
贝沙罗汀SelleckS2098-50mg
RNAiso Plus试剂TaKaRa9109
metafectene pro转染试剂biontexbiontex
三碘甲状腺原氨酸(T3)溶液Sigma-AldrichT-074-1ML
DAPI染色液Fisher ScientificD1306
α-MEM培养基GibcoC12571500BT
胎牛血清Gibco10099-141
DAB底物试剂盒ZsbioZLI-9305
MEM培养基Gibco11095-080
RPMI 1640培养基Biological Industries01-100-1AC
谷氨酰胺补充剂GENOM2002GNM-21051
β-甘油磷酸Sigma-AldrichG9422
异丁基甲基黄嘌呤Sigma-AldrichI5879-100MG
全反式维甲酸Sigma-AldrichR2625
地塞米松Sigma-AldrichD4902
Alexa 594标记驴抗兔二抗InvitrogenA21207
吲哚美辛Sigma-AldrichI7378-5G
罗格列酮Sigma-AldrichR2408
胰岛素Sigma-Aldrich91077C
钙黄绿素Sigma-Aldrichc0875
油红OSigma-AldrichO0625
Von Kossa染色试剂盒Abcamab150687
白细胞酸性磷酸酶(TRAP)试剂盒Sigma-Aldrich387A-1KT
快速银染试剂盒BeyotimeP00175
PINP ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M0233c
CTX-1 ELISA试剂盒Cloud-cloneCEA665Mu
循环甘油检测试剂盒GEMICXFP17067
循环游离脂肪酸检测试剂盒SolarbioBC0595
ALP染色试剂盒BeyotimeC3206
CCK-8试剂盒DojindoCK04-500T
小鼠瘦素ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M3008
小鼠S100A9 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M3049
小鼠S100A8 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-M1343c
PrimeScript™ RT试剂盒TaKaRaRR047A
实时定量PCR试剂TaKaRaRR420A
C3H/10T1/2细胞ATCCCCL-226
C2C12细胞ATCCCRL-1772
UCP1-Cre小鼠Beijing BiocytogenStock
Fabp4-Cre小鼠Beijing BiocytogenStock
Rheb-fl/fl小鼠the West China Center of Medical Sciences,Sichuan UniversityA
mT/mG小鼠The Jackson LaboratoryStock
Amicon Ultra-0.5超滤管Merck-MilliporeUFC50030
Scanco Medical μCT100Scanco Medical--
奥林巴斯200M显微镜Olympus--
蔡司Axio Scope A1显微镜Carl Zeiss Microscopy GmbH--

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
动物模型构建
小鼠品系、Cre系、Rhebfl/fl等位基因、雄性、年龄
阅读提示:STAR Methods中的Animal部分
BAT白化表型分析
BAT重量、形态、UCP1蛋白表达、Nrip1表达
阅读提示:Figure 1及相关图注
骨表型分析
microCT参数(BV/TV、BMD、Tb.Th等)、骨组织形态计量、血清PINP和CTX-I浓度
阅读提示:Figure 2, 3及Methods microCT和ELISA部分
体外BMSCs分化实验
BMSCs来源、诱导培养基组成、处理条件(CM浓度、处理时间)
阅读提示:Methods中的Primary culture of BMSCs和Treatment of mouse BMSCs with conditioned medium
S100A8/A9分泌检测
BAT和血清中S100A8/A9蛋白水平、mRNA水平
阅读提示:Figure 5及Methods中Western blot和ELISA部分
中和抗体实验
抗体剂量、注射方式、频率、治疗时间
阅读提示:Methods中S100A8/A9 neutralization in vitro and in vivo部分