MSCs来源的HGF通过调控mitoSTAT3控制的铜通量和呼吸作用减轻急性肾损伤后的衰老

MSCs-derived HGF alleviates senescence after AKI by modulating mitoSTAT3-controlled copper flux and respiration.

作者信息Kaiting Zhuang, Wenjuan Wang, Cheng Xu, Siyang Wang, Yuhao Chen, Yingjie Zhang, Yanjun Liang, Xumin Zheng, Xiangmei Chen, Zhe Feng, Guangyan Cai
PMID41024282
发布时间2025-09-29
DOI10.1186/s13287-025-04653-3

实验完整度

包含体内动物模型(uIRI小鼠)、体外细胞模型(缺氧RTECs)、分子对接/动态模拟、Co-IP、RNA-seq等多个证据层级,并进行了功能验证(敲低/抑制)和机制验证。

主要模型

uIRI小鼠模型 缺氧-复氧处理的mPRTECs hUC-MSCs

重点核对

uIRI小鼠:C57BL/6雄性8周龄,左肾蒂夹闭35 min建立模型,每组6只 hUC-MSCs移植:肾包膜下注射80 µl 2×10^6胶原包被的MSCs,第0天和第7天 HGF敲低:慢病毒MOI 60,8 µg/ml嘌呤霉素筛选 药物处理:SGX-523(25 mg/kg)口服,mtcur-1(10 mg/kg)腹腔注射 mPRTECs缺氧:1% O2,无糖培养基24 h缺氧+24 h复氧

摘要

背景:人脐带来源的间充质干细胞(hUC-MSCs)可通过维持线粒体稳态逆转急性肾损伤(AKI)后的衰老。铜积累和STAT3核转位促进衰老,但它们在MSCs应答中的线粒体定位仍不清楚。方法:对C57小鼠进行单侧肾缺血再灌注损伤(uIRI),并将hUC-MSCs肾包膜移植两周以评估治疗效果。然后,使用RNA测序、蛋白质免疫共沉淀、分子对接和分子动力学模拟来发现衰老、STAT3线粒体转位(mitoSTAT3)和铜稳态之间的关系。此外,使用抑制cMet/HGFR、mitoSTAT3或COX17来验证它们之间的联系。结果:HUC-MSCs改善了肾功能,减少了衰老标志物(SA-β-gal、p53、p21、p16),并增加了STAT3pSer727和COX17水平。RNA测序揭示衰老调控与铜稳态和呼吸链复合物IV相关。通过慢病毒阻断MSCs来源的HGF可降低STAT3pSer727、COX17和mt-Co1(复合物IV的关键亚基)。免疫共沉淀和分子对接证实了STAT3pSer727与COX17之间的紧密结合。抑制cMet产生了与HGF缺乏相似的效果,表现为线粒体铜增加和mt-Co1减少。在缺氧的肾小管上皮细胞(RTECs)中,阻断HGF或cMet减弱了STAT3的线粒体转位,而抑制mitoSTAT3减少了COX17和mt-Co1。此外,敲低COX17加重了复合物IV活性丧失、铜积累和RTECs衰老。结论:HUC-MSCs来源的HGF通过cMet促进STAT3线粒体转位,通过COX17增强线粒体呼吸和铜排泄,从而减轻AKI后的肾脏衰老。

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
hUC-MSCs来源的HGF如何通过调控mitoSTAT3和铜通量来减轻AKI后的肾衰老?
核心机制
hUC-MSCs来源的HGF通过cMet促进STAT3线粒体转位(mitoSTAT3),mitoSTAT3(pSer727)与COX17结合,增强线粒体铜排泄和呼吸链复合物IV活性,从而减轻RTECs衰老。
主要证据
uIRI小鼠模型显示hUC-MSCs改善肾功能、降低衰老标志物,并上调STAT3pSer727和COX17;Co-IP、分子对接和分子动力学模拟证实STAT3pSer727与COX17的稳定结合;体外缺氧RTECs中,阻断HGF/cMet或抑制mitoSTAT3降低COX17、mt-Co1及复合物IV活性,敲低COX17加重铜积累和衰老。
研究意义
研究为靶向线粒体铜的肾保护药物开发和细胞器导向的精准医学提供理论基础。

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

体内模型建立与hUC-MSCs治疗评估

评估hUC-MSCs对uIRI小鼠肾衰老的治疗效果

对C57BL/6小鼠实施uIRI,并肾包膜移植胶原包被的hUC-MSCs,第14天检测肾功能、纤维化、衰老标志物及STAT3pSer727和COX17的表达。

2

转录组测序分析

探索hUC-MSCs治疗下衰老调控与铜稳态及线粒体呼吸的关联

收集sham、uIRI+col、uIRI+col-MSC组肾组织进行RNA测序,并进行通路富集、GSEA和相关性分析。

3

验证HGF的作用(体内敲低)

验证hUC-MSCs来源的HGF对STAT3pSer727和COX17的调控作用

用慢病毒敲低hUC-MSCs中的HGF(MSCshHGF),移植到uIRI小鼠,检测肾衰老指标及STAT3pSer727、COX17表达。

4

分子互作验证(Co-IP、分子对接、分子动力学)

验证STAT3pSer727与COX17之间的相互作用

通过免疫共沉淀检测STAT3pSer727与COX17结合;分子对接和分子动力学模拟比较STAT3磷酸化前后与COX17的结合稳定性。

5

药物抑制cMet/mitoSTAT3的体内验证

验证HGF/cMet/mitoSTAT3通路在hUC-MSCs治疗中的必要性

在uIRI小鼠接受hUC-MSCs治疗的基础上,使用SGX-523抑制cMet或用mtcur-1抑制mitoSTAT3,观察肾功能、衰老指标、线粒体形态及铜水平。

6

体外细胞模型验证HGF/cMet的作用

在细胞水平观察HGF/cMet对STAT3线粒体转位和铜通量的影响

对mPRTECs进行缺氧/复氧处理,给予MSC-CM及HGF或cMet中和抗体,检测mPTP、STAT3pSer727线粒体转位、复合物IV活性和铜离子含量。

7

抑制mitoSTAT3和敲低COX17的体外验证

验证mitoSTAT3和COX17对线粒体铜外排和呼吸链复合物IV活性的必要性

在缺氧RTECs中,使用mtcur-1抑制mitoSTAT3或转染COX17 shRNA,检测线粒体膜电位、ROS、复合物IV活性、铜离子含量及衰老标志物。

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
C57BL/6小鼠SPF (Beijing) Biotechnology Co., Ltd--
DMEM/F12培养基Gibco--
mtcur-1EnamineEN300-188280
SGX-523SelleckchemS1112
甲基纤维素Med Chem ExpressHY-125861
肌酐检测试剂盒Nanjing Jiancheng BioC011-2-1
尿素检测试剂盒Nanjing Jiancheng BioC013-2-1
衰老检测试剂盒GENMEDGMS10012.3
免疫沉淀试剂盒ProteintechPK10007
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
BCA蛋白定量试剂盒Thermo23225
线粒体提取试剂盒BeyotimeC3601
铜离子比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K300-M
ATP检测试剂盒BeyotimeS0027
细胞色素C氧化酶活性检测试剂盒ElabscienceE-BC-K837-M
线粒体通透性转换孔检测试剂盒AbbkineKTA4002
线粒体膜电位检测试剂盒BeyotimeC2006
细胞活性氧检测试剂盒BeyotimeS0033
MitoSOX Red线粒体超氧化物指示剂ThermoM36007
铜离子传感器-1Med Chem ExpressHY141511
抗STAT3pSer727抗体Abcamab32143
抗Tomm20抗体Abcamab289670
抗COX17抗体Proteintech11464-1-AP
抗ATP7B抗体NovusNB100-360
抗CTR1抗体Cell Signaling Technology13086
抗STAT1抗体Cell Signaling Technology9172
抗STAT5抗体Proteintech12071-1-AP
抗mt-Co1抗体BeyotimeAG2674
抗STAT3抗体Proteintech10253-2-AP
抗β-肌动蛋白抗体Proteintech66009-1-Ig
抗α-微管蛋白抗体Proteintech80762-1-RR
抗I型胶原抗体Abcamab270993
抗α-平滑肌肌动蛋白抗体Abcamab7817
抗波形蛋白抗体Abcamab92547
抗GAPDH抗体Proteintech60004-1-Ig
抗COXIV抗体BeyotimeAG8011
抗P53抗体Cell Signaling Technology2524
抗P16抗体Abcamab51243
抗P21抗体Abcamab109520
HGF中和抗体R&D SystemsAF294
cMet中和抗体R&D SystemsAF276
大鼠尾胶原蛋白ILife Technologies--

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
动物模型建立与MSC移植
小鼠品系、周龄、性别、体重、麻醉方式、体温维持、缺血时间、MSC数量、注射体积、胶原浓度、注射次数、样本量
阅读提示:见 Materials and methods 的 Animal model and treatment 及 Fig 1A
HGF敲低慢病毒感染
慢病毒MOI、感染时间、嘌呤霉素筛选浓度和时间
阅读提示:见 Materials and methods 的 Animal model and treatment 第二部分
药物处理(SGX-523和mtcur-1)
药物剂量、给药途径、给药频率、对照组(PBS和MC)
阅读提示:见 Materials and methods 的 Animal model and treatment 第三部分及 Fig 5A
细胞缺氧/复氧模型
氧气浓度、缺氧时间、复氧时间、培养基(无糖)
阅读提示:见 Materials and methods 的 Cell culture 及 Fig 6A
抗体中和处理
中和抗体(HGF和cMet)的稀释比例、处理时间
阅读提示:见 Materials and methods 的 Antibody neutralization 及 Fig 6A、7A
关键蛋白检测
抗体货号和稀释度、Western blot上样量、内参选择
阅读提示:见 Materials and methods 的 Western blot analysis 及相应图注