M1巨噬细胞活化通过HIF-1α-HK2信号通路调控糖酵解促进糖尿病肾病

Activation of M1 macrophages promotes diabetic kidney disease by modulating glycolysis via HIF-1α-HK2 signaling pathway.

作者信息Xiaoyan Pei, Lijuan Lu, Ziqiong Huang, Yu Wei, Yu Li, Qiong Wang, Yanli Yang, Langen Zhuang, Guoxi Jin
PMID40883798
发布时间2025-08-29
DOI10.1186/s13098-025-01894-3

实验完整度

包含临床样本、小鼠模型、体外细胞共培养、功能实验和机制验证(双荧光素酶报告基因)等多个独立证据层级。

主要模型

THP-1巨噬细胞 Hkb-20肾小管上皮细胞 STZ诱导的DKD小鼠模型 临床DKD患者血清样本

重点核对

临床样本:20例DKD患者和健康人血清 小鼠模型:STZ注射(50 mg/kg)和高脂饮食诱导,n=6/组 体外细胞:THP-1细胞用30 mmol/L高糖刺激24小时诱导M1极化 共培养:THP-1和Hkb-20细胞Transwell共培养,密度1×10⁵ cells/mL 机制验证:HIF-1α调控HK2启动子结合位点(346-355)

摘要

目的:巨噬细胞和糖酵解在糖尿病肾病(DKD)中发挥关键作用。然而,DKD中巨噬细胞糖酵解的调控及其机制仍不清楚。因此,本研究旨在探讨DKD中巨噬细胞糖酵解的调控机制。方法:采用RT-qPCR和免疫荧光检测DKD患者和小鼠中巨噬细胞极化。通过注射链脲佐菌素并给予高脂饮食诱导小鼠DKD。采用苏木精-伊红染色和Masson三色染色鉴定模型小鼠的病理改变并观察肾胶原纤维。使用商业试剂盒定量糖酵解代谢物水平。通过western blot分析HK2、PFK1、LDH、PK1和GLUT1的蛋白水平。采用高糖处理的Hkb-20细胞作为体外实验模型。THP-1细胞与Hkb-20细胞共培养。通过CCK8实验、流式细胞术和伤口愈合实验评估巨噬细胞极化对Hkb-20细胞功能的影响。使用ELISA试剂盒检测IL-6、IL-1β和TNF-α水平。采用免疫荧光染色检测缺氧诱导因子1(HIF-1α)与HK2的共定位。结果:我们发现DKD患者和小鼠中出现M1巨噬细胞极化和糖酵解活性增强。此外,我们证明M1巨噬细胞极化促进巨噬细胞和模型小鼠的糖酵解活性。此外,我们发现DKD病例和小鼠血清中HIF-1α和HK2明显升高。机制上,我们揭示HIF-1α通过激活HK2转录参与体外M1巨噬细胞极化和糖酵解活性。结论:我们证明M1巨噬细胞极化介导的糖酵解通过调节HIF-1α-HK2信号通路促进DKD。

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
M1巨噬细胞极化是否通过调控糖酵解影响糖尿病肾病的发生发展,其分子机制是什么?
核心机制
M1巨噬细胞极化通过HIF-1α-HK2信号通路增强糖酵解活性,从而促进糖尿病肾病的进展。
主要证据
在DKD患者和小鼠中观察到M1极化增加和糖酵解增强;体外实验证明HIF-1α调控M1极化和糖酵解;双荧光素酶实验证实HIF-1α直接结合HK2启动子并激活其转录。
研究意义
本研究为DKD的预防和治疗提供了新的理论见解和潜在治疗靶点(HIF-1α-HK2通路)。

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

临床样本检测

评估DKD患者中巨噬细胞极化和糖酵解活性

收集DKD患者和健康人血清,通过RT-qPCR检测CD86和CD206表达,ELISA检测炎症因子及糖酵解代谢物,western blot检测糖酵解酶和HIF-1α水平。

2

DKD小鼠模型建立与表型分析

验证DKD小鼠中巨噬细胞极化和糖酵解活性变化

通过STZ注射和高脂饮食诱导DKD小鼠模型,检测血糖、24小时尿白蛋白,进行H&E和Masson染色观察病理改变,免疫荧光检测巨噬细胞标记物。

3

巨噬细胞清除与移植实验

验证M1巨噬细胞对DKD糖酵解和肾损伤的作用

DKD小鼠分为Sham、Model、Model+CL(氯膦酸盐脂质体清除巨噬细胞)和Model+MΦ(移植腹膜巨噬细胞)组,评估肾病理、炎症因子、糖酵解代谢物和HK2表达。

4

体外细胞实验

研究高糖诱导的M1巨噬细胞对肾小管上皮细胞功能的影响

THP-1细胞用高糖诱导为M1巨噬细胞,与Hkb-20细胞共培养,检测Hkb-20细胞增殖、凋亡、迁移以及炎症因子分泌。

5

HIF-1α功能验证

验证HIF-1α在M1极化和糖酵解中的作用

在THP-1细胞中过表达或敲低HIF-1α,检测巨噬细胞极化、HK2表达、糖酵解代谢物以及共培养后Hkb-20细胞功能。

6

机制验证

验证HIF-1α是否直接调控HK2转录

通过JASPAR预测结合位点,双荧光素酶报告基因实验证实HIF-1α与HK2启动子结合,免疫荧光检测HIF-1α和HK2共定位。

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
DMEM培养基BiosharpBL308A
胎牛血清Thermo Fisher2068801CP
青霉素-链霉素BiosharpBL505A
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen11668-027
Transwell 6孔板NEST723121
CCK-8试剂盒DojindoPR645
Annexin V-FITC/PI凋亡检测试剂盒BeyotimeC1062M
FACSAria III流式细胞仪BD--
抗CD86抗体BioLegend159203
抗CD206抗体BioLegend162503
Trizol试剂CrondaKCD-M1001
逆转录试剂盒CrondaKCD-M1003
RT-qPCR试剂盒CrondaKCD-M1004
LightCycler 480II实时荧光定量PCR仪Roche--
RIPA裂解液BiosharpBL504A
全血蛋白提取试剂盒BestbioBB-31406
BCA蛋白定量试剂盒BiosharpBL521A
PVDF膜MilliporeIPVH00010
抗HK2抗体Proteintech22029-1-AP
抗PFK1抗体Proteintech55028-1-AP
抗LDH抗体Proteintech66287-1-Ig
抗PK1抗体Abcamab137787
抗GLUT1抗体Proteintech21829-1-AP
抗HIF-1α抗体AffinityBF8002
抗β-actin抗体ServicebioGB11001
牛血清白蛋白BioFROXX4240GR500
ChemiDoc XRS+凝胶成像系统Bio-Rad--
45%高脂饲料hfkbioH10045
链脲佐菌素----
血糖仪Yuyue586
Masson三色染色试剂盒ServicebioG1345
抗HIF-1α抗体Abcamab179483
抗F4/80抗体Santa Cruzsc-377009
抗CD206抗体Proteintech18704-1-AP
抗CD86抗体Proteintech26903-1-AP
抗HIF-1α抗体Proteintech66730-1-Ig
Hoechst 33258染料BeyotimeC1017
FITC标记的山羊抗兔IgGServicebioGB22303
Cy3标记的山羊抗小鼠IgGServicebioGB21301
TNF-α ELISA试剂盒----
IL-6 ELISA试剂盒----
IL-1β ELISA试剂盒----
乳酸检测试剂盒南京建成生物工程研究所A019-2-1
柠檬酸检测试剂盒南京建成生物工程研究所A128-1-1
乙酰辅酶A检测试剂盒ElabscienceE-EL-0125c
α-酮戊二酸检测试剂盒Sigma-AldrichMAK054
异柠檬酸脱氢酶检测试剂盒Sigma-AldrichMAK062
VARIOSKAN LUX酶标仪Thermo Fisher--
SpectraMax i3酶标仪Molecular Devices--
DMI8倒置显微镜Leica--
DMI3000B倒置显微镜Leica--

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
临床样本
DKD患者纳入标准:年龄18-70岁,DKD3期(30≤eGFR<60 mL/min/1.73 m²),排除其他肾病、感染、遗传病;样本量:20例患者和健康对照
阅读提示:Materials and methods: Clinical subjects and specimens
细胞培养与处理
THP-1细胞用30 mmol/L高糖刺激24小时诱导M1极化;Hkb-20细胞与THP-1共培养时密度1×10⁵ cells/mL
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and transfection
DKD小鼠模型
C57BL/6小鼠8周龄;45%高脂饮食1周后禁食12小时,腹腔注射STZ(50 mg/kg);血糖>16.7 mmol/L判定糖尿病;继续高脂饮食6周;每组n=6
阅读提示:Materials and methods: Diabetic kidney disease model
巨噬细胞清除与移植
氯膦酸盐脂质体剂量20 mg/kg,尾静脉注射,每2天一次,每周三次,共6周;巨噬细胞移植每次5×10⁶ cells,每周一次,共6周
阅读提示:Materials and methods: Diabetic kidney disease model
机制验证
HIF-1α敲低shRNA序列(sh-HIF-1α-2效果最佳);双荧光素酶报告基因中HK2启动子结合位点346-355(GGACGTGCAT)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and transfection; Results: HK2 transcription was regulated by HIF-1α