髓系细胞Z-DNA结合蛋白1缺失通过促进巨噬细胞向M2亚型极化限制脓毒性心肌病

Myeloid deficiency of Z-DNA binding protein 1 restricts septic cardiomyopathy via promoting macrophage polarisation towards the M2-subtype.

作者信息Yifan Shi, Lu He, Jie Ni, Yuyuan Zhou, Xiaohua Yu, Yao Du, Yang Li, Xi Tan, Yufang Li, Xiaoying Xu, Si Sun, Lina Kang, Biao Xu, Jibo Han, Lintao Wang
PMID40289345
发布时间2025-05
DOI10.1002/ctm2.70315

实验完整度

包含体内基因敲除小鼠模型、snRNA-seq/scRNA-seq、BMDM细胞实验、双荧光素酶报告实验及STAT1抑制剂干预等多个独立证据层级,并涵盖功能验证与机制验证。

主要模型

LPS诱导的脓毒性心肌病小鼠模型(WT、Zbp1−/−、Zbp1CKO) 骨髓来源巨噬细胞(BMDM) HL-1心肌细胞 HEK293T细胞

重点核对

LPS处理浓度10 mg/kg,腹腔注射,处理时间6小时 Zbp1−/−、Zbp1CKO、Zbp1fl/fl及WT小鼠的遗传背景(C57BL/6J) 氟达拉滨剂量50 mg/kg/天,腹腔注射,连续5天 snRNA-seq和scRNA-seq的样本处理:每组三个心脏混合为一个样本 BMDM分化:M-CSF终浓度10 ng/mL

摘要

背景:脓毒性心肌病是脓毒症患者常见的并发症,且与高死亡率相关。鉴于其临床重要性,理解其确切的内在机制具有重要价值。方法和结果:我们的结果显示,Z-DNA结合蛋白1在脂多糖处理的小鼠心肌组织中表达上调。单细胞mRNA测序和单核mRNA测序表明,LPS似乎升高了内皮细胞、成纤维细胞和巨噬细胞中的Zbp1 mRNA,这与免疫荧光的观察部分一致。通过超声心动图,我们发现ZBP1的全身性敲除改善了LPS处理小鼠的心脏功能障碍和生存率。机制上,snRNA-seq显示ZBP1主要在巨噬细胞中表达,ZBP1的缺失促进巨噬细胞向M2亚型极化,从而减少炎症细胞浸润。值得注意的是,髓系特异性ZBP1缺失也促进了M2巨噬细胞极化并改善了心脏功能障碍,验证了巨噬细胞来源的ZBP1在脓毒性心肌功能障碍中的作用。最后,我们发现LPS通过信号转导与转录激活因子1增加ZBP1的转录和表达。STAT1的抑制剂氟达拉滨也能促进M2巨噬细胞极化并改善LPS处理小鼠的心脏功能障碍。结论:我们的研究提供了巨噬细胞中新型STAT1-ZBP1轴促进脓毒性心肌病的证据,并强调了巨噬细胞来源的ZBP1作为脓毒性心肌病治疗靶点的潜力。

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
ZBP1是否以及如何参与脓毒症诱导的心肌功能障碍(脓毒性心肌病)的发生发展?
核心机制
LPS通过STAT1上调ZBP1的转录和表达,促进巨噬细胞向促炎性M1亚型极化,导致炎症细胞浸润和心功能障碍;髓系ZBP1缺失则促进巨噬细胞向M2表型转化,减轻炎症和心脏损伤。
主要证据
snRNA-seq和scRNA-seq显示ZBP1主要在巨噬细胞中表达并影响M1/M2比例;Zbp1−/−和Zbp1CKO小鼠改善LPS诱导的心功能障碍和炎症浸润;双荧光素酶报告实验和CHIP-seq数据证实STAT1结合Zbp1启动子区域;STAT1抑制剂氟达拉滨可模拟ZBP1缺失的保护效应。
研究意义
研究揭示STAT1-ZBP1轴是调控巨噬细胞极化并促进脓毒性心肌病的关键机制,提出巨噬细胞来源的ZBP1可作为脓毒性心肌病的潜在治疗靶点。

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

LPS诱导心肌组织ZBP1表达升高及细胞定位分析

验证LPS处理后心肌组织中ZBP1的表达变化及其主要表达细胞类型。

通过RNA-seq、Western blot和免疫荧光检测LPS处理后心肌组织和小鼠巨噬细胞中ZBP1的表达;利用snRNA-seq和scRNA-seq分析心脏中各细胞类型中Zbp1 mRNA的表达分布。

2

ZBP1全基因敲除对脓毒性心肌功能障碍的影响

评估ZBP1缺失是否改善LPS诱导的心脏功能障碍和炎症细胞浸润。

对Zbp1−/−和WT小鼠进行LPS注射,通过超声心动图评估心功能,记录7天生存率,通过H&E染色和免疫组化评估心肌损伤和免疫细胞浸润。

3

snRNA-seq分析ZBP1缺失对巨噬细胞极化的影响

探究ZBP1缺失是否改变LPS处理后心脏中M1/M2巨噬细胞的比例及极化方向。

对LPS处理的WT和Zbp1−/−小鼠心脏进行snRNA-seq,分析巨噬细胞亚群;使用Monocle2进行拟时间轨迹分析,并分析M1/M2相关标记基因的表达。

4

髓系特异性ZBP1敲除小鼠的表型验证

确认巨噬细胞来源的ZBP1在脓毒性心肌病中的作用。

通过将Zbp1fl/fl小鼠与Lyz2-Cre小鼠杂交获得Zbp1CKO小鼠,LPS处理后评估心脏功能、炎症浸润和M1/M2极化。

5

STAT1调控ZBP1转录的机制验证

验证STAT1是否直接结合Zbp1启动子区域并促进其转录。

通过PROMO、CHIP atlas和pySCENIC预测转录因子,结合CHIP-seq数据分析STAT1和H3K27ac的富集,通过双荧光素酶报告实验验证STAT1对Zbp1启动子的激活作用。

6

STAT1抑制剂氟达拉滨对脓毒性心肌病的影响

评估药理性STAT1抑制是否通过下调ZBP1表达来改善LPS诱导的心脏损伤。

对WT小鼠预先给予氟达拉滨5天,然后LPS处理,检测ZBP1/STAT1表达、心功能、炎症细胞浸润和M1/M2极化。

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
脂多糖Sigma-Aldrich2630
氟达拉滨MCEHY-B0069
杜氏改良 Eagle 培养基Wisent319-005-CL
胎牛血清Gibco10099141C
青霉素/链霉素Wisent450-201-EL
巨噬细胞集落刺激因子Gibco315-02
MobiNova-100 单细胞系统----
Illumina NovaSeq 6000Illumina--
FACS Aria 流式细胞仪BD Biosciences--
RIPA 裂解液KeyGENKGB5303
抗ZBP1抗体AdipogenAG-20B-0010-C100
抗Tubulin抗体Proteintech11224-1-AP
抗GAPDH抗体FamacsFD0063-50
抗STAT1抗体CST14994
HRP标记二抗ImmunowayRS0002,
增强化学发光底物Yeasen36208ES76
抗CD68抗体Abcamab283654,
抗CD11b抗体Abcamab133357
抗F4/80抗体CST70076
抗Ly6G抗体ServicebioGB11229
抗Ly6C抗体Abcamab314120
抗ZBP1抗体NOVUSNBP1-76854
抗α-肌动蛋白抗体Sigma AldrichA7811
抗iNOS抗体Abcamab49999
抗CD206抗体CST24595
DAPI----
Lipofectamine 3000Invitrogen--
双荧光素酶报告实验系统Promega--

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
LPS剂量10 mg/kg,腹腔注射,处理时间6小时(部分实验延长至7天生存观察)
阅读提示:见2.1节“Mice experiments”和图2A、图5A、图7A的图注。
基因敲除小鼠
Zbp1−/−(品系号T029037)和Zbp1CKO(Zbp1fl/fl Lyz2-Cre,Zbp1fl/fl品系号T019676,Lyz2-Cre品系号T003822)
阅读提示:见2.1节“Mice experiments”和2.2节“Genotyping”。
骨髓来源巨噬细胞(BMDM)培养
M-CSF终浓度10 ng/mL持续培养诱导分化
阅读提示:见2.5节“Mouse bone marrow-derived macrophages isolation and culture”。
STAT1抑制剂处理
氟达拉滨剂量50 mg/kg/天,腹腔注射,连续5天;溶剂为10% DMSO + 45% PEG300 + 5% Tween80 + 40% saline
阅读提示:见2.1节“Mice experiments”和图7A图注。
单细胞/单核RNA测序
每组三个心脏混合为一个样本,捕获10,000个细胞/核
阅读提示:见2.7节“Single-cell mRNA sequencing”和2.8节“Single-nucleus mRNA sequencing”。
流式细胞术
心脏消化使用Liberase DH(Sigma, 05401054001),37°C消化30-40分钟;抗体:F4/80(E-AB-F0995D)、CD11b(E-AB-F1081C)、CD206(E-AB-F1135H),均来自Elabscience
阅读提示:见2.9节“Flow cytometry analysis”。