槲皮素,一种天然黄酮类化合物,通过抑制Caspase-8/ASC依赖性巨噬细胞焦亡保护肝脏缺血再灌注损伤

Quercetin, a natural flavonoid, protects against hepatic ischemia-reperfusion injury via inhibiting Caspase-8/ASC dependent macrophage pyroptosis.

作者信息Jiacheng Lin, Fuyang Li, Junzhe Jiao, Yihan Qian, Min Xu, Fang Wang, Xuehua Sun, Tao Zhou, Hailong Wu, Xiaoni Kong
PMID38735388
期刊J Adv Res
发布时间2025-04
DOI10.1016/j.jare.2024.05.010

实验完整度

高

包含动物模型(肝IRI小鼠)、细胞焦亡模型(BMDMs、RAW 264.7)、流式、免疫荧光、Co-IP、western blot及基因敲除小鼠验证,多个独立证据层级且功能与机制验证明确。

主要模型

肝缺血再灌注损伤(IRI)小鼠模型 骨髓来源巨噬细胞(BMDMs) RAW 264.7-ASC细胞系 髓系细胞GSDMD缺陷小鼠(GSDMDflox/flox LyzmCre)

重点核对

肝IRI小鼠模型:缺血90分钟,再灌注6小时,再灌注0.5小时后单次腹腔注射槲皮素(12、25、50 mg/kg) NLRP3炎性小体诱导的巨噬细胞焦亡:BMDMs或RAW 264.7-ASC经200 ng/mL LPS处理4小时,再经20 μM Nigericin处理1.5小时 AIM2炎性小体诱导的巨噬细胞焦亡:BMDMs或RAW 264.7-ASC转染2 μg Poly(dA:dT) 16小时 Caspase-8过表达挽救实验:RAW 264.7细胞预转染Caspase-8和ASC质粒48小时 髓系GSDMD缺陷小鼠验证:GSDMDflox/flox LyzmCre小鼠与野生型比较,槲皮素处理未见显著肝保护作用

摘要

引言:肝脏缺血再灌注损伤(IRI)是肝脏手术不可避免的不良事件,导致肝损伤和潜在的器官衰竭。尽管取得了进展,但针对肝IRI的有效干预措施仍然难以实现,构成重大临床挑战。先天免疫反应通过促进炎症性细胞毒性循环,在肝IRI的发病机制中发挥重要作用。我们已报道阻断先天免疫细胞中GSDMD诱导的焦亡可保护肝脏IRI免受炎症损伤。然而,寻找有效的焦亡抑制剂仍在继续。目的:本研究旨在评估天然黄酮类化合物槲皮素是否能抑制GSDMD诱导的焦亡并减轻肝IRI。方法:我们建立了肝IRI小鼠模型和细胞焦亡模型以评估槲皮素的功效。结果:槲皮素有效减轻了肝IRI诱导的组织坏死和炎症。我们发现,在肝IRI期间,GSDMD的切割发生在肝巨噬细胞中,而非其他非实质细胞。槲皮素抑制了巨噬细胞中GSDMD的切割。此外,我们发现槲皮素阻断ASC组装,抑制NLRP3炎性小体和AIM2炎性小体的形成,从而抑制巨噬细胞焦亡。免疫共沉淀实验证实,槲皮素抑制了ASC与Caspase-8之间的相互作用,这是ASC复合物和炎性小体形成的机制。Caspase-8的过表达消除了槲皮素在NLRP3和AIM2炎性小体信号通路中的抗焦亡作用。此外,我们发现槲皮素的保肝活性在髓系GSDMD缺陷小鼠中减弱。结论:我们的发现表明槲皮素对肝IRI具有有益作用。槲皮素可以通过阻断Caspase-8/ASC相互作用减轻肝IRI并靶向抑制巨噬细胞焦亡。我们建议槲皮素可作为围手术期患者肝IRI预防和个体化治疗的靶向方法。

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
槲皮素是否通过抑制GSDMD诱导的巨噬细胞焦亡来减轻肝脏缺血再灌注损伤,其潜在分子机制是什么?
核心机制
槲皮素通过阻断Caspase-8与ASC的结合,抑制ASC组装,从而抑制NLRP3和AIM2炎性小体的形成,最终抑制巨噬细胞焦亡。
主要证据
利用肝IRI小鼠模型、BMDMs和RAW 264.7细胞,通过免疫印迹、流式、免疫荧光、Co-IP和ASC交联实验,证明槲皮素抑制GSDMD切割、ASC寡聚化及Caspase-1信号,且Caspase-8过表达消除其作用;在髓系GSDMD缺陷小鼠中,槲皮素的保肝作用消失。
研究意义
作者提出槲皮素可能作为治疗肝IRI和针对围手术期患者的靶向干预方法,并建议其作为膳食补充剂或替代疗法。

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

建立肝IRI小鼠模型并评估槲皮素的体内保护效果

验证槲皮素对肝IRI诱导的组织损伤、肝酶释放和细胞死亡的作用。

野生型C57BL/6J小鼠通过阻断肝左叶和中叶血供90分钟建立缺血再灌注模型,再灌注0.5小时后腹腔注射槲皮素(12、25、50 mg/kg)或NAC或PBS,再灌注6小时后检测血清ALT/AST、H&E染色、TUNEL染色、Suzuki评分和坏死面积。

2

评估槲皮素对氧化应激和炎症的影响

确定槲皮素是否减轻肝IRI引起的氧化损伤和炎症反应。

检测肝组织MDA水平、过氧化氢酶活性、线粒体DNA损伤和线粒体膜电位(JC-1),并通过免疫组化检测F4/80+巨噬细胞和MPO+中性粒细胞浸润,ELISA和RT-qPCR检测炎症因子TNF-α和IL-1β。

3

验证槲皮素在体内抑制巨噬细胞焦亡

确定槲皮素是否在肝IRI中抑制巨噬细胞中GSDMD的切割。

通过Western blot检测肝组织GSDMD、Caspase-1、NLRP3、AIM2水平;分离非实质细胞和肝细胞、巨噬细胞(F4/80+)和F4/80-细胞,检测GSDMD切割;流式检测N-GSDMD阳性巨噬细胞比例;免疫荧光共定位N-GSDMD和F4/80。

4

体外验证槲皮素抑制NLRP3炎性小体诱导的巨噬细胞焦亡

确认槲皮素在体外对NLRP3炎性小体通路的抑制作用。

用LPS + Nigericin诱导BMDMs和RAW 264.7-ASC细胞焦亡,检测PI染色、Annexin V/PI、细胞活力、LDH释放、IL-1β水平、ASC斑点、Caspase-1/GSDMD活性及ASC寡聚化。

5

体外验证槲皮素抑制AIM2炎性小体诱导的巨噬细胞焦亡

确认槲皮素对AIM2炎性小体通路的抑制作用。

用Poly(dA:dT)转染BMDMs和RAW 264.7-ASC细胞诱导AIM2炎性小体焦亡,检测PI染色、Annexin V/PI、细胞活力、LDH释放、IL-1β水平、ASC斑点、Caspase-1/GSDMD活性及ASC寡聚化。

6

探究槲皮素阻断Caspase-8与ASC结合及其必要性

验证槲皮素是否通过抑制Caspase-8/ASC相互作用抑制ASC组装,并确认Caspase-8的作用。

通过免疫共沉淀检测ASC与Caspase-8/FADD的结合;在RAW 264.7-ASC细胞中过表达Caspase-8,检测槲皮素的抗焦亡效果是否被废除。

7

用髓系GSDMD缺陷小鼠验证槲皮素保肝作用依赖于巨噬细胞焦亡

确定槲皮素的保肝作用是否依赖于GSDMD诱导的巨噬细胞焦亡。

对GSDMDflox/flox LyzmCre小鼠建立肝IRI模型,给予槲皮素或PBS,检测肝损伤指标(ALT/AST、H&E、Suzuki评分)、巨噬细胞和中性粒细胞浸润及炎症因子水平。

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
槲皮素MeilunbioMB1938
N-乙酰半胱氨酸MeilunbioMB1735
ALT/AST检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute--
IL-1β ELISA试剂盒MultiSciences70-EK201B
TNF-α ELISA试剂盒NeoBioscienceEMC102a
TUNEL检测试剂盒BeyotimeC1098
F4/80抗体Proteintech28463-1-AP
MPO抗体Biocare MedicalSKU:023
N-GSDMD抗体Abcamab215203
F4/80抗体BiolegendQA17A29
ASC抗体Cell Signaling67824
DAPIBeyotimeC1005
QuantStudio 3实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher--
FuGENE HD转染试剂PromegaE2311
脂多糖Sigma-AldrichL2630
尼日利亚霉素SelleckS6653
Poly(dA:dT)Invivogen--
CellTiter-Lumi Steady Plus试剂盒BeyotimeC0069S
PI溶液BeyotimeST511
LDH检测试剂盒BeyotimeC0016
Annexin V-FITC/PI试剂盒BeyotimeC1062
FACS Canto II流式细胞仪BD Biosciences--
Gentle MACS组织处理器Miltenyi Biotec--
APC-CD45抗体Invitrogen17-0451-82
PE-F4/80抗体BiolegendQA17A29
BV510-CD11b抗体BD Biosciences562950
Alexa Fluor 488标记的N-GSDMD抗体Abcamab236553
过氧化氢酶活性试剂盒BeyotimeS0051
MDA检测试剂盒BeyotimeS0131
组织线粒体分离试剂盒BeyotimeC3606
JC-1检测试剂盒BeyotimeC2003
双琥珀酰亚胺辛二酸酯MeilunbioMB0842
蛋白A琼脂糖凝胶BeyotimeP2175S
ASC抗体Santa Cruzsc-514414
RIPA裂解液Thermo Fisher89900
IP裂解液Thermo Fisher87787
β-actin抗体Sigma-AldrichA3854
NLRP3抗体Cell Signaling15101S
Caspase-1 p20抗体Cell Signaling4199S
Caspase-8抗体Cell Signaling4790S
GSDMD抗体Abcamab209845
Caspase-1抗体Abcamab124812
Caspase-11抗体Abcamab180673
AIM2抗体Santa Cruzsc-293174

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
肝IRI小鼠模型
小鼠品系和性别(C57BL/6J雄性)、缺血时间(90分钟)、再灌注时间(6小时)、给药时间(再灌注0.5小时后)、给药剂量(12/25/50 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)
阅读提示:Methods: Hepatic IRI mouse model and treatment; Figure 1 legend
NLRP3诱导的巨噬细胞焦亡
BMDMs来源和分化条件、LPS浓度(200 ng/mL)和处理时间(4小时)、Nigericin浓度(20 μM)和处理时间(1.5小时)、槲皮素处理浓度(12-50 μM)
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment; Figure 4 legend
AIM2诱导的巨噬细胞焦亡
Poly(dA:dT)浓度(2 μg)和转染时间(16小时)、转染试剂(FuGENE HD)、槲皮素处理浓度(12-50 μM)
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment; Figure 5 legend
Caspase-8过表达挽救实验
RAW 264.7-ASC细胞构建(ASC质粒转染)、Caspase-8质粒转染时间和剂量(48小时)、后续刺激(LPS+Nigericin或Poly(dA:dT))
阅读提示:Methods: Cell culture and treatment; Figure 6 legend
髓系GSDMD缺陷小鼠验证
GSDMDflox/flox LyzmCre小鼠基因型、年龄和性别匹配、肝IRI模型参数、槲皮素给药方案(50 mg/kg, i.p.)
阅读提示:Methods: Animals; Figure 7 legend