隔日禁食抑制细胞焦亡,同时调节胆汁酸代谢并激活脊髓损伤中的TGR5信号通路

Every-other-day fasting inhibits pyroptosis while regulating bile acid metabolism and activating TGR5 signaling in spinal cord injury.

作者信息Honghu Song, Rizhao Pang, Zhixuan Chen, Linjie Wang, Xiaomin Hu, Jingzhi Feng, Wenchun Wang, Jiancheng Liu, Anren Zhang
PMID39328272
发布时间2024-09-12
DOI10.3389/fnmol.2024.1466125

实验完整度

包含动物模型、行为学、组织学、代谢组学及蛋白表达分析,但缺乏体外或机制干预验证。

主要模型

Sprague-Dawley大鼠C5半夹闭脊髓损伤模型

重点核对

C5半夹闭模型:70g动脉瘤夹夹闭30秒 EODF干预:术后立即开始,隔日禁食,持续28天 食物摄入监测:每日6pm提供预称量食物,24小时后测量剩余量 运动功能评估:圆筒测试,于术前及术后1、7、14、28天进行

摘要

隔日禁食是一种卡路里限制形式,在正常饮食和禁食之间交替,旨在预防和治疗疾病。这种方法已广泛用于神经系统疾病的基础研究,包括脊髓损伤,并显示出显著的神经保护作用。此外,隔日禁食因其安全性和可行性而受到关注,表明其具有广泛的应用潜力。本研究旨在评估隔日禁食对脊髓损伤的治疗效果,并探讨其潜在机制。首先,利用SCI大鼠模型评估隔日禁食对病理损伤和运动功能的影响。其次,考虑到隔日禁食通过代谢增强,采用液相色谱-质谱联用分析SCI大鼠的胆汁酸代谢,并进一步评估胆汁酸受体TGR5的表达。最终,证实隔日禁食影响与小胶质细胞和NLRP3炎症小体相关的TGR5信号传导,以及下游焦亡通路相关蛋白和炎症因子的表达,正如SCI大鼠中NLRP3/Caspase-1/GSDMD焦亡通路的激活所证明的那样。结果表明,隔日禁食显著增强了SCI大鼠运动功能的恢复,减少了病理损伤,同时控制了体重增加。值得注意的是,隔日禁食促进了胆汁酸代谢产物的分泌,激活了TGR5,并抑制了这些大鼠中的NLRP3/Caspase-1/GSDMD焦亡通路和炎症。总之,隔日禁食可通过改善代谢、激活TGR5信号传导和抑制NLRP3焦亡通路来减轻SCI后的继发性损伤,促进功能恢复。

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
隔日禁食对脊髓损伤大鼠的治疗效果及其潜在分子机制是什么?
核心机制
隔日禁食通过促进胆汁酸代谢产物分泌,激活TGR5信号,抑制NLRP3/Caspase-1/GSDMD焦亡通路,减少炎症反应,从而减轻继发性损伤并促进功能恢复。
主要证据
LC-MS显示EODF组多种胆汁酸升高;Western blot显示TGR5表达升高、TMEM119和NLRP3/Caspase-1/GSDMD表达降低;ELISA显示IL-18和IL-1β水平降低;行为学和组织学显示运动功能恢复和病理损伤减轻。
研究意义
为隔日禁食的临床应用及脊髓损伤治疗方法的开发提供理论支持和研究基础。

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

动物模型建立与EODF干预

建立C5半夹闭脊髓损伤模型,并施加EODF干预,以评估其对SCI的影响。

30只雄性SD大鼠随机分为Sham、SCI和SCI_EODF三组。SCI组和SCI_EODF组接受C5半夹闭手术,Sham组仅行椎板切除术。SCI_EODF组术后立即开始隔日禁食,持续28天。

2

评估运动功能和病理损伤

评估EODF对SCI大鼠运动功能恢复和脊髓组织病理损伤的影响。

使用圆筒测试评估患肢使用率;使用HE染色观察脊髓组织病理变化,并用ImageJ量化空腔面积。

3

胆汁酸代谢组学分析

分析EODF对SCI大鼠血清胆汁酸代谢的影响。

收集各组大鼠血清,采用UPLC-MS/MS进行胆汁酸谱分析。

4

蛋白表达和炎症因子检测

验证EODF对TGR5、NLRP3焦亡通路蛋白及炎症因子的影响。

Western blot检测脊髓组织中TGR5、TMEM119、NLRP3、Caspase-1、GSDMD表达;ELISA检测血清IL-18和IL-1β水平。

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
医用动脉瘤夹----
EXion液相色谱AB SCIEX--
AB6500 Plus质谱AB SCIEX--
ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱Waters--
蛋白提取试剂盒Solarbio--
TGR5抗体Affinity BiosciencesDF14067
NLRP3抗体Abcamab263899
Caspase-1抗体Abcamab179515
GSDMD抗体Abcamab219800
TMEM119抗体Proteintech66948-1-Ig
Vinculin抗体Proteintech26520-1-AP
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
HRP标记二抗ProteintechSA00001-2
ECL化学发光试剂----
Azure Biosystems近红外荧光成像系统Azure Biosystems--
IL-18 ELISA试剂盒Elabscience--
IL-1β ELISA试剂盒Elabscience--

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
大鼠品系、性别、体重、麻醉剂量、手术方式(C5半夹闭,70g夹30秒)、术后护理
阅读提示:Materials and methods 2.1 Animals and SCI model
EODF干预
禁食开始时间(术后立即)、禁食/进食周期(24小时交替)、持续时间(28天)、饮水是否自由
阅读提示:Materials and methods 2.1 和 Figure 1C
运动功能评估
圆筒测试的时间点(术前及术后1,7,14,28天)、视频录制时间(15分钟)、评分标准
阅读提示:Materials and methods 2.3 Behavioral evaluation and motor function assessment
胆汁酸代谢分析
血清采集时间(处死时)、LC-MS仪器、色谱柱、流动相、梯度洗脱条件、离子源参数
阅读提示:Materials and methods 2.5 Sample preparation for BA profiling and UPLC-MS/MS analysis
蛋白表达检测
抗体信息(TGR5、NLRP3等)、稀释比例、内参蛋白(GAPDH, Vinculin)
阅读提示:Materials and methods 2.6 Western blot
炎症因子检测
ELISA试剂盒品牌(Elabscience)、检测指标(IL-18, IL-1β)、血清样本处理
阅读提示:Materials and methods 2.7 Measurement of inflammatory cytokine concentrations