促进内皮细胞从焦亡向凋亡转变:减轻甲基乙二醛诱导的血管损伤的新方法

Promoting the transition from pyroptosis to apoptosis in endothelial cells: a novel approach to alleviate methylglyoxal-induced vascular damage.

作者信息Ruqiang Yuan, Hu Xu, Mingqi Wang, Lina Guo, Yang Yao, Xiaoru Zhang, Xiuli Wang
PMID39930472
发布时间2025-02-10
DOI10.1186/s12967-025-06195-x

实验完整度

包含体外细胞实验(HUVECs)、血管类器官、小鼠模型,并通过抑制剂、腺病毒过表达、Western blot、流式、免疫荧光等验证功能与机制。

主要模型

人脐静脉内皮细胞(HUVECs) 人血管类器官(hVOs) 小鼠模型(C57BL/6)

重点核对

MGO浓度0.8 mM,处理24小时 DT-13预处理浓度1 μM,处理6小时 MYH9过表达腺病毒感染MOI 150 ROCK抑制剂Y27632浓度5 μM,预处理2小时 小鼠腹腔注射MGO 50 mg/kg,DT-13口服5或10 mg/kg

摘要

背景 甲基乙二醛(MGO)诱导的血管内皮细胞(VECs)死亡在糖尿病血管并发症(DVCs)的进展中起关键作用。先前研究表明,MGO可诱导炎症性焦亡,导致VEC损伤。然而,其潜在机制仍不清楚,有效的干预措施尚未开发。方法 采用人脐静脉内皮细胞(HUVECs)进行体外实验。通过形态学观察评估细胞死亡方式。使用免疫荧光、流式细胞术、Western blotting和ELISA进行机制研究。使用抑制剂和腺病毒验证机制。结合AngioTool插件实验的血管类器官用于评估VEC损伤和血管生成能力。采用尾套法测量小鼠血压,并通过苏木精-伊红(H&E)染色和免疫荧光染色观察血管形态。使用GraphPad Prism软件分析数据。结果 我们的研究表明,MGO通过Caspase3/gasdermin E(GSDME)通路诱导VECs焦亡。此外,麦冬皂苷单体13(DT-13)抑制MGO诱导的焦亡并促进凋亡小体的产生,促进焦亡向凋亡的转变。机制上,DT-13抑制Caspase3介导的GSDME和非肌球蛋白重链IIA(NMMHC IIA)的切割,同时增加肌球蛋白轻链2(MLC2)的磷酸化,这有助于凋亡小体的形成。此外,DT-13被证明可减轻VEC损伤、抑制血管生成、减少血管重塑,并缓解MGO诱导的高血压。结论 本研究揭示了MGO诱导VEC损伤的新机制,强调了焦亡向凋亡转变在此过程中的治疗意义。这些发现为管理糖尿病血管病变提供了潜在的治疗策略。此外,DT-13成为一种有前景的治疗干预化合物,为临床应用提供了新的可能性。

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
MGO如何诱导血管内皮细胞焦亡,以及能否通过促进焦亡向凋亡转变来减轻血管损伤?
核心机制
MGO通过ROS/Caspase3/GSDME通路诱导内皮细胞焦亡;DT-13通过抑制Caspase3介导的GSDME和NMMHC IIA切割,并增加MLC2磷酸化,促进凋亡小体形成,从而将焦亡转变为凋亡。
主要证据
在HUVECs中,MGO上调GSDME-NT和cleaved Caspase3,抑制剂NAC、Z-VAD-FMK、Z-DEVD-FMK阻断这些变化;DT-13抑制GSDME-NT产生并减少LDH和IL-18释放,增加凋亡小体形成;血管类器官和体内实验显示DT-13减轻血管损伤和高血压。
研究意义
揭示了MGO诱导VEC损伤的新机制,为糖尿病血管病变提供潜在治疗策略,DT-13有望成为治疗化合物。

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

MGO诱导HUVECs死亡的表征

确定MGO对HUVECs活力的影响和细胞死亡方式。

用不同浓度MGO处理HUVECs 24小时,通过CCK-8、结晶紫染色、形态观察、ROS检测、PI/Hoechst染色和流式细胞术检测细胞死亡。

2

验证MGO诱导焦亡的机制

验证MGO是否通过ROS/Caspase3/GSDME通路诱导HUVECs焦亡。

使用抑制剂NAC、Z-VAD-FMK和Z-DEVD-FMK预处理,然后MGO处理,通过Western blot检测GSDME-NT和cleaved Caspase3,观察形态变化。

3

DT-13抑制MGO诱导的焦亡

筛选并验证DT-13对MGO诱导焦亡的抑制作用。

用不同浓度DT-13预处理HUVECs 6小时,然后MGO处理,检测细胞活力、GSDME-NT表达、cleaved Caspase3、PARP和VE-Cadherin水平。

4

DT-13促进凋亡小体形成并将焦亡转为凋亡

验证DT-13是否促进凋亡小体形成从而将MGO诱导的焦亡转变为凋亡。

通过形态学观察、流式细胞术、Annexin V/PI染色、LDH和IL-18释放检测凋亡小体和细胞死亡方式。

5

DT-13通过MLC2磷酸化促进细胞骨架重排

探究DT-13诱导凋亡小体形成的细胞骨架机制。

通过免疫荧光观察细胞骨架形态,使用钙缺乏、Y27632和检测MLC2磷酸化水平验证Ca2+/ROCK/p-MLC2通路。

6

DT-13抑制NMMHC IIA切割并促进凋亡小体形成

验证NMMHC IIA在DT-13诱导凋亡小体形成中的作用。

通过Western blot检测NMMHC IIA切割、免疫荧光定位、使用Blebbistatin和MYH9过表达腺病毒验证其功能。

7

DT-13减轻MGO诱导的血管损伤和功能障碍

在组织和动物水平验证DT-13对MGO诱导血管损伤的保护作用。

使用离体血管环、血管类器官和小鼠模型,检测血管反应性、血管生成、血压、组织染色。

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
内皮细胞培养基Sciencell1001
mTeSR Plus基础培养基STEMCELL100-0274
mTeSR Plus 5X添加物STEMCELL100-0275
基质胶Corning354234
甲基乙二醛SigmaM0252
N-乙酰半胱氨酸SelleckS1623
Z-VAD-FMKSelleckS7023
Z-DEVD-FMKSelleckS7312
DT-13MCE130551-41-6
Y27632SigmaY0503
BlebbistatinMCEHY-13441
无钙培养基MeilunbioPWL034
氯化钙Sigma449709
DCFH-DABeyotimeS0033M
Annexin V-FITCElabscienceE-CK-A111
碘化丙啶ElabscienceE-CK-A161
染色缓冲液ElabscienceE-CK-A107
PVDF膜PALLBSP0161
抗GSDME抗体Abcamab215191
抗VE-钙黏蛋白抗体Abcamab33168
抗Caspase3抗体CST9662S
抗MLC2抗体CST3672S
抗磷酸化MLC2抗体CST3671S
抗PARP抗体HuaBioET608-56
抗切割PARP抗体HuaBioET1608-10
抗MYH9抗体Proteintech11128-1-AP
抗β-肌动蛋白抗体Abcamab8226
增强化学发光试剂EpizymeSQ201
LDH检测试剂盒NjjcbioA020-2-2
IL-18 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-H0253
骨形态发生蛋白4ProteintechHZ-1045
CHIR99021APExBIOA3011
血管内皮生长因子AProteintechHZ-1038
毛喉素SigmaF3917
StemPro-34无血清培养基Gibco10640-019
成纤维细胞生长因子2Peprotech100-18B-100
抗α-SMA抗体SigmaA5228
抗CD31抗体Abcamab182981
Alexa Fluor 488标记二抗ZSGB-BIOZF-0511/ZF-0512
Alexa Fluor 594标记二抗ZSGB-BIOZF-0516
罗丹明标记鬼笔环肽BeyotimeC2205S
DAPISolarbioC0060
Alexa Fluor 647偶联CD31抗体BD Biosciences558094
酶标仪TECAN Spark--
荧光显微镜Leica DM4B--
BD Aria III流式细胞仪BD--
倒置显微镜Olympus CKX53--
ImageJ软件NIH1.53K
Prism软件GraphPad10.2.3
Softron BP2010血压计Softron--
激光共聚焦显微镜LeicaSP8

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
细胞培养和处理
细胞类型、培养基、MGO浓度、处理时间、抑制剂浓度和预处理时间、DT-13浓度和预处理时间
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment
焦亡机制验证
GSDME-NT和cleaved Caspase3表达水平、抑制剂效果
阅读提示:Results: MGO triggers pyroptosis via ROS/Caspase-3/GSDME; Figure 2
凋亡小体形成
凋亡小体数量、Annexin V/PI阳性比例、LDH和IL-18释放水平
阅读提示:Results: DT-13 induces PAT; Figure 4
细胞骨架机制
MLC2磷酸化水平、Y27632和钙缺乏的影响
阅读提示:Results: DT-13 promotes cytoskeleton rearrangement; Figure 5
NMMHC IIA功能
NMMHC IIA切割片段、Blebbistatin和MYH9过表达的影响
阅读提示:Results: DT-13 inhibits NMMHC IIA cleavage; Figure 6
体内验证
小鼠品系、MGO和DT-13剂量、给药途径、持续时间、血压测量方法
阅读提示:Methods: Blood pressure monitoring; Results: DT-13 alleviates vascular lesions; Figure 7