富马酸二甲酯通过激活Nrf2/HO-1信号通路抑制氧化应激和NLRP3炎症小体介导的神经细胞焦亡,改善双侧海绵体神经损伤大鼠的勃起功能障碍

Dimethyl fumarate ameliorates erectile dysfunction in bilateral cavernous nerve injury rats by inhibiting oxidative stress and NLRP3 inflammasome-mediated pyroptosis of nerve via activation of Nrf2/HO-1 signaling pathway.

作者信息Guoda Song, Jiaxin Wang, Jihong Liu, Yajun Ruan
PMID37931471
发布时间2023-12
DOI10.1016/j.redox.2023.102938

实验完整度

包含体内BCNI大鼠模型和体外PC-12细胞模型,以及Nfe2l2和Ho-1基因敲低细胞系的功能验证,明确检测氧化应激、NLRP3炎症小体介导的焦亡及Nrf2/HO-1通路,验证机制完整。

主要模型

双侧海绵体神经损伤(BCNI)大鼠模型 PC-12细胞系 Nfe2l2敲低PC-12细胞系 Ho-1敲低PC-12细胞系

重点核对

DMF给药剂量:20 mg/kg/天和40 mg/kg/天,灌胃4周 动物模型:8周龄SPF级雄性Sprague Dawley大鼠,随机分为Sham组和BCNI组,每组8只 细胞处理:10 μmol/L DMF预处理2小时,然后40 μmol/L H2O2处理12小时 Nfe2l2和Ho-1基因敲低通过慢病毒转染构建,并经嘌呤霉素筛选稳定细胞系 NAC(5 mmol/L)预处理2小时作为ROS抑制剂阳性对照

摘要

目的:探讨富马酸二甲酯(DMF)在改善双侧海绵体神经损伤(BCNI)大鼠勃起功能方面的治疗潜力,并阐明其潜在机制。方法:通过钳夹双侧海绵体神经(CN)建立BCNI大鼠模型。DMF以低剂量(20 mg/kg/天)和高剂量(40 mg/kg/天)灌胃给药,持续4周。通过电刺激CN评估勃起功能。收集阴茎和CN组织用于后续分析。此外,使用PC-12细胞系在体外验证DMF的作用机制。通过慢病毒转染分别构建Nfe2l2或Ho-1基因敲低的PC-12细胞系。使用H2O2诱导损伤细胞模型。然后采用分子生物学方法分析细胞分子和蛋白质。结果:DMF治疗4周可改善BCNI大鼠的勃起功能,减少阴茎海绵体纤维化。CN的形态得以改善,神经纤维数量增加。此外,阴茎海绵体中nNOS、NO和cGMP水平升高,而Ca2+水平降低。值得注意的是,在背侧阴茎神经(DPN)和CN中,ROS、3-NT和NLRP3炎症小体产生水平降低,同时Nrf2和HO-1蛋白表达增加。在体外,DMF增加了细胞活力,降低了ROS水平,促进了SOD,减少了3-NT、MDA和DNA损伤标志物,并抑制了H2O2诱导的PC-12细胞中NLRP3炎症小体的激活。Nfe2l2敲低和Ho-1敲低分别显著削弱了DMF的保护作用。此外,N-乙酰半胱氨酸抑制ROS产生导致H2O2诱导的PC-12细胞中NLRP3炎症小体激活减少。结论:DMF通过激活Nrf2/HO-1通路抑制氧化应激和NLRP3炎症小体介导的焦亡,从而保护神经,改善BCNI大鼠的勃起功能。

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
DMF是否能通过激活Nrf2/HO-1通路抑制氧化应激和NLRP3炎症小体介导的神经焦亡,从而改善BCNI大鼠的勃起功能障碍?
核心机制
DMF通过激活Nrf2/HO-1信号通路,抑制氧化应激和NLRP3炎症小体介导的神经焦亡,从而保护海绵体神经,改善勃起功能。
主要证据
体内实验显示DMF改善BCNI大鼠勃起功能,减少阴茎纤维化,促进神经再生,降低ROS、3-NT和NLRP3炎症小体水平;体外实验显示DMF增加PC-12细胞活力,降低ROS和NLRP3炎症小体活化,而Nfe2l2或Ho-1敲低可逆转这些保护效应。
研究意义
该研究为DMF作为神经源性勃起功能障碍的潜在治疗药物提供了理论依据,并揭示了其作用机制。

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

建立BCNI大鼠模型及给药

模拟神经源性勃起功能障碍,评估DMF的治疗效果

32只8周龄SD雄性大鼠随机分为Sham组和三个BCNI组,每组8只。通过钳夹双侧海绵体神经(CN)5mm远端(距双侧MPG)2分钟建立BCNI模型。术后通过灌胃给予DMF(20或40 mg/kg/天)或赋形剂(0.08%甲基纤维素盐水)4周。

2

评估勃起功能

检测DMF对BCNI大鼠勃起功能的影响

通过电刺激CN(5.0V,15Hz,1.2毫秒脉宽,持续1分钟)评估勃起功能,记录ICP和MAP,计算max ICP/MAP和总ICP(AUC)。

3

组织学分析

评估DMF对阴茎纤维化和神经再生的影响

采用Masson三色染色评估阴茎海绵体平滑肌/胶原比例;免疫组化检测α-SMA;透射电镜观察CN髓鞘纤维形态和轴突密度;免疫荧光检测ATF3和NF200表达。

4

检测nNOS和NO/cGMP通路

评估DMF对阴茎海绵体神经功能和NO/cGMP通路的影响

通过免疫荧光检测nNOS表达,使用试剂盒检测阴茎海绵体中NO、cGMP和Ca2+水平。

5

评估氧化应激和NLRP3炎症小体介导的焦亡

探究DMF对BCNI大鼠神经组织中氧化应激和焦亡的影响

使用DHE探针检测DPN和CN中ROS水平,IHC检测3-NT、NLRP3和Caspase-1,IF检测GSDMD。

6

体外细胞损伤模型及机制验证

验证DMF在细胞水平通过Nrf2/HO-1通路抑制氧化应激和NLRP3炎症小体介导的焦亡

使用PC-12细胞,建立H2O2损伤模型,检测细胞活力、ROS、MDA、SOD、DNA损伤标志物、NLRP3炎症小体相关蛋白和炎症因子。构建Nfe2l2和Ho-1敲低细胞系,观察DMF保护作用的逆转。使用NAC抑制ROS,验证ROS在NLRP3激活中的作用。

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
富马酸二甲酯MedChemexpressHY-17363
肝素----
BL-420F生物信号采集系统Techman--
抗α-SMA抗体ServicebioGB111364
抗3-硝基酪氨酸抗体abcamab61392
抗NLRP3抗体NOVUS BiologicalsIMG-6668A
抗Caspase-1抗体Proteintech22915-AP
抗nNOS抗体BD Pharmingen610308
抗ATF3抗体AbclonalA13469
抗NF200抗体Proteintech18934-1-AP
抗Nrf2抗体Proteintech16396-1-AP
抗HO-1抗体abcamab68477
抗GSDMD抗体abmartP30823
日立HT7700透射电镜Hitachi--
总一氧化氮检测试剂盒BeyotimeS0024
大鼠cGMP酶联免疫吸附测定试剂盒JINGMEIJM-01434R2
钙比色检测试剂盒BeyotimeS1063S
RPMI 1640培养基BosterPYG0066
胎牛血清ExcellFCS500
青霉素/链霉素----
CCK-8试剂盒BosterAR1160
酶标仪Thermo Fisher ScientificMultiskan FC
FastPure无内毒素质粒小提试剂盒VazymeDC203-01
过氧化氢BosterAR1108
TRIzol试剂ServicebioG3013
Hifair® Ⅲ逆转录酶YEASEN11111ES92
Hieff® qPCR SYBR Green Master MixYEASEN11202ES03
QuantStudio 6 Flex实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
RIPA裂解液SolarbioR0010
蛋白酶抑制剂混合物MedChemexpressHY-K0010
核浆分离提取试剂盒ApplygenP1200-50
BCA蛋白定量试剂盒BosterAR0146
抗Nrf2抗体abcamab92946
抗HO-1抗体Proteintech66743-1-Ig
抗NLRP3抗体NOVUS BiologicalsIMG-6668A
抗Caspase-1抗体Proteintech22915-AP
抗GSDMD抗体abmartP30823
抗Cleaved-Caspase-1抗体AffinityAF4005
抗β-actin抗体Proteintech20536-1-AP
抗Histone3抗体Proteintech17168-1-AP
二氢乙锭探针Sigma-AldrichD7008
DAPI染色液ServicebioG1012
H2DCFH-DA探针BiosharpBL714A
丙二醛含量检测试剂盒SolarbioBC0025
总超氧化物歧化酶检测试剂盒(WST-8法)BeyotimeS0101S
Hoechst 33342/PI双染试剂盒SolarbioCA1120
乳酸脱氢酶细胞毒性检测试剂盒BeyotimeC0016
大鼠IL-1β ELISA试剂盒NeoBioscienceERC007.96
大鼠IL-18 ELISA试剂盒NeoBioscienceERC010.96
GraphPad Prism软件--version 8.0.1
Image-Pro Plus软件--Version 6.0
ImageJ软件----

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
大鼠品系、年龄、性别、体重;麻醉剂量;手术方法(钳夹位置、力度和时间);分组方式(随机化)
阅读提示:见Materials and methods部分2.1和2.2
DMF给药
给药剂量(20和40 mg/kg/天)、给药途径(灌胃)、给药频率(每天)、持续时间和赋形剂
阅读提示:见Materials and methods部分2.1
勃起功能评估
电刺激参数(电压、频率、脉宽、持续时间)、ICP和MAP测量方法、计算指标
阅读提示:见Materials and methods部分2.3
PC-12细胞培养和处理
细胞来源、培养条件(培养基、血清浓度、CO2浓度)、DMF和H2O2浓度及处理时间
阅读提示:见Materials and methods部分2.9和2.12
基因敲低细胞系构建
慢病毒载体构建、shRNA序列、感染条件、嘌呤霉素筛选浓度
阅读提示:见Materials and methods部分2.10和Supplementary Table 1