靶向TANK结合激酶1通过抑制小胶质细胞焦亡减轻疼痛性糖尿病神经病变

Targeting TANK-binding kinase 1 attenuates painful diabetic neuropathy via inhibiting microglia pyroptosis.

作者信息Qinming Liao, Yimei Yang, Yilu Li, Jun Zhang, Keke Fan, Yihao Guo, Jun Chen, Yinhao Chen, Pian Zhu, Lijin Huang, Zhongjie Liu
PMID39030571
发布时间2024-07-19
DOI10.1186/s12964-024-01723-6

实验完整度

包含体外细胞实验(ND7/23细胞siRNA筛选、原代DRG神经元培养)、体内动物模型(T1DM/T2DM PDN小鼠)、组织学与分子检测(WB、IF、ELISA、TEM)及干预验证(siRNA、抑制剂)。

主要模型

STZ诱导的1型糖尿病PDN小鼠(C57BL/6J) db/db小鼠(Lepr基因突变的2型糖尿病PDN模型) ND7/23细胞系 原代DRG神经元

重点核对

PDN模型建立:STZ注射剂量100 mg/kg,高脂高糖饮食,血糖>11.1 mmol/L siRNA干预:鞘内注射2 µg或10 µg,每三天一次,持续三周 药物干预:AMX灌胃剂量5、25、100 mg/kg,每日一次,持续四周 行为学检测:机械性痛觉超敏(Von Frey)和热痛觉过敏(Hargreaves) 分子检测:WB检测p-TBK1、N-GSDMD、NLRP3、caspase-1 p20等

摘要

背景:疼痛性糖尿病神经病变(PDN)与炎症密切相关,而炎症已被证明与焦亡有关。新兴证据表明TANK结合激酶1(TBK1)参与多种炎症性疾病。然而,激活的TBK1是否通过焦亡引起痛觉过敏仍不清楚。方法:通过C57BL/6J或携带Lepr基因突变的BKS-DB小鼠诱导1型或2型糖尿病PDN小鼠模型。对于2型糖尿病PDN模型,通过鞘内注射或灌胃给予TBK1-siRNA、Caspase-1抑制剂Ac-YVAD-cmk或TBK1抑制剂氨来占诺(AMX)。通过动物实验评估疼痛阈值和足底皮肤血流灌注。对脊髓、背根神经节、坐骨神经、足底皮肤和血清的评估包括蛋白质印迹、免疫荧光、ELISA和透射电子显微镜。结果:在PDN小鼠模型中,我们发现TBK1在脊髓背角(SDH)中显著激活,且主要定位于小胶质细胞,鞘内注射化学修饰的TBK1-siRNA可改善痛觉过敏。在此,我们描述了TBK1激活非经典核因子κB(NF-κB)通路,介导NLRP3炎症小体激活,触发小胶质细胞焦亡,最终诱导PDN的机制,而这在注射TBK1-siRNA后可逆转。我们还发现,全身给予TBK1抑制剂AMX可有效改善周围神经损伤。这些结果揭示了TBK1在PDN中的关键作用,TBK1抑制剂AMX可能成为治疗PDN的潜在策略。结论:我们的发现揭示了TBK1在PDN发病机制中的新因果作用,这提示应用氨来占诺选择性靶向TBK1可能成为PDN的潜在治疗策略。

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
TBK1是否通过诱导小胶质细胞焦亡促进疼痛性糖尿病神经病变的痛觉过敏?
核心机制
TBK1激活非经典NF-κB通路,上调NLRP3炎症小体,激活caspase-1,切割GSDMD形成膜孔,导致小胶质细胞焦亡,释放炎症因子,最终引起PDN痛觉过敏。
主要证据
在PDN小鼠(STZ和db/db)中,TBK1在SDH小胶质细胞中显著激活;鞘内注射si-TBK1抑制NF-κB、NLRP3、caspase-1、N-GSDMD表达,减少小胶质细胞焦亡并缓解痛觉过敏;AMX全身给药改善周围神经损伤。
研究意义
揭示TBK1在PDN发病机制中的因果作用,提出靶向TBK1(如使用氨来占诺)可能成为治疗PDN的潜在策略。

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PDN小鼠模型

建立1型和2型糖尿病相关PDN模型,模拟疾病状态。

使用STZ注射C57BL/6J小鼠建立T1DM模型,使用db/db小鼠建立T2DM模型,并通过行为学测试验证PDN。

2

检测TBK1表达与定位

验证TBK1在PDN小鼠脊髓背角中的表达变化及细胞定位。

通过Western blot和免疫荧光染色检测TBK1在SDH中的表达和细胞定位。

3

siRNA筛选与体内敲低TBK1

筛选有效的TBK1-siRNA并在体内敲低TBK1,观察对痛觉过敏的影响。

在ND7/23细胞中筛选siRNA,然后在PDN小鼠鞘内注射si-TBK1,评估痛觉行为。

4

抑制caspase-1验证焦亡参与

通过抑制caspase-1阻断焦亡,评估对PDN痛觉过敏的影响。

鞘内注射Ac-YVAD-cmk,观察行为学变化。

5

检测焦亡相关蛋白表达

验证TBK1敲低对焦亡通路的影响。

通过Western blot和免疫荧光检测NLRP3、ASC、caspase-1、N-GSDMD、IL-1β等。

6

评估周围神经损伤

评估TBK1敲低对DRG神经元轴突生长、坐骨神经形态和皮肤神经支配的影响。

原代DRG神经元培养,透射电镜观察坐骨神经,免疫荧光检测足底皮肤IENFD,激光散斑检测血流。

7

系统性给予AMX治疗

评估TBK1抑制剂AMX全身给药对PDN小鼠痛觉过敏和周围神经的影响。

通过灌胃给予不同剂量AMX,评估行为学、代谢、神经损伤和炎症指标。

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
链脲佐菌素SelleckchemS1312
Ac-YVAD-cmkSelleckchemS9727
氨来占诺SelleckchemS3648
羧甲基纤维素钠SelleckchemS6703
Opti-MEM培养基Invitrogen31985070
脂质体3000InvitrogenL3000001
DAPI----
抗TBK1抗体Cell Signaling Technology38066
抗磷酸化TBK1抗体Cell Signaling Technology5483
抗NF-κB p65抗体Cell Signaling Technology8242
抗磷酸化NF-κB p65抗体Cell Signaling Technology3033
抗NLRP3抗体ImmunowayYT5382
抗pro-Caspase-1抗体ImmunowayYT5743
抗cleaved Caspase-1 p20抗体Cell Signaling Technology89332
抗ASC抗体AbmartPA7120
抗IL-1β抗体ImmunowayYM4682
抗GSDMD N端抗体ImmunowayYT7991
抗c-Fos抗体Cell Signaling Technology2250
抗Iba1抗体Abcamab283319
抗TNF-α抗体Abcamab215188
抗TBK1抗体Santa Cruzsc-398366
抗Iba1抗体Abcamab178847
抗GFAP抗体Cell Signaling Technology80788
抗NeuN抗体Abcamab177487
抗GSDMD N端抗体ImmunowayYT7991
抗NeuN抗体SigmaMAB37
抗GFAP抗体Cell Signaling Technology3670
抗Iba1抗体AbmartTU308558
抗磷酸化NF-κB p65抗体Cell Signaling Technology3033
抗c-Fos抗体Cell Signaling Technology2250
抗TNF-α抗体Abcamab215188
抗PGP9.5抗体Abcamab108986
小鼠胰岛素ELISA试剂盒MEIMIANMM-0579M1
小鼠IFN-β ELISA试剂盒NeobioscienceEMC016.96
小鼠TNF-α ELISA试剂盒NeobioscienceEMC102a.96

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
小鼠品系(C57BL/6J、db/db)、周龄、STZ剂量(100 mg/kg)、饮食方案(高脂高糖)、血糖标准(>11.1 mmol/L)
阅读提示:Materials and methods: Animals, Establishment of the PDN model
siRNA干预
siRNA序列(siRNA3)、剂量(2 µg或10 µg)、给药途径(鞘内注射)、频率(每三天一次)、持续时间(3周)
阅读提示:Materials and methods: Knockdown of TBK1 in SDH with chemically modified siRNA technique
药物干预
AMX剂量(5、25、100 mg/kg)、给药途径(口服灌胃)、频率(每日一次)、持续时间(4周);Ac-YVAD-cmk剂量(10 nmol/鼠)、给药途径(鞘内注射)、频率(每两天一次)
阅读提示:Materials and methods: Drug administration
行为学测试
von Frey纤维丝范围(0.02-1.4 g)、50% PWT计算(Dixon up-down法)、Hargreaves测试刺激次数(3次)、间隔时间(5分钟)
阅读提示:Materials and methods: Establishment of the PDN model
分子检测
抗体(TBK1、p-TBK1、NLRP3、caspase-1等)、稀释比例(1:1000)、组织(L4-L6脊髓)
阅读提示:Materials and methods: Western blotting, Immunofluorescent staining