HSPA1A通过DUSP1抑制MAPK信号通路,从而抑制脊髓损伤后的细胞焦亡和神经炎症

HSPA1A inhibits pyroptosis and neuroinflammation after spinal cord injury via DUSP1 inhibition of the MAPK signaling pathway.

作者信息Xuegang He, Bo Deng, Cangyu Zhang, Guangzhi Zhang, Fengguang Yang, Daxue Zhu, Yong Yang, Bing Ma, Xuchang Hu, Yonggang Wang, Xuewen Kang
PMID39924492
期刊Mol Med
发布时间2025-02-09
DOI10.1186/s10020-025-01086-9

实验完整度

包含大鼠SCI模型体内实验、原代及HAPI小胶质细胞体外实验,并采用过表达/敲低、抑制剂、共免疫沉淀和生物信息学分析进行功能与机制验证。

主要模型

Sprague-Dawley大鼠T10脊髓挫伤模型 原代大鼠小胶质细胞 HAPI小胶质细胞系

重点核对

SCI模型:成年雌性Sprague-Dawley大鼠,T10节段,10g重量从25mm高度撞击 分组:假手术组、SCI组、HSPA1A过表达组(SCI后鞘内注射过表达慢病毒,每日一次,连续3天) 体外模型:LPS(1 μg/ml)预处理5小时,尼日利亚霉素(10 μM)诱导 DUSP1抑制:BCI抑制剂(1 nM,24小时) 检测终点:损伤后7天,评估运动功能(BBB评分)、组织学、焦亡及炎症指标

摘要

背景:炎症和促炎性程序性细胞死亡,即细胞焦亡,是创伤性脊髓损伤(TSCI)后功能恢复不良的重要原因。热休克蛋白家族A成员1A(HSPA1A)是一种分子伴侣蛋白,在TSCI后高表达,被认为具有神经保护作用。然而,HSPA1A在TSCI后发挥保护作用的机制尚不清楚。方法:通过酶联免疫吸附测定(ELISA)和蛋白质印迹分析测定TSCI后细胞焦亡和炎症的水平。通过体内和体外实验验证HSPA1A在TSCI中调节细胞焦亡和炎症的作用。通过生物信息学和免疫共沉淀分析阐明HSPA1A在TSCI中作用的分子机制。结果:TSCI后细胞焦亡和炎症显著增加。小胶质细胞中HSPA1A过表达减弱了尼日利亚霉素和脂多糖(LPS)诱导的体外细胞焦亡和炎症,而敲低HSPA1A则加重了细胞焦亡和炎症。在体内,HSPA1A过表达减少了TSCI大鼠的组织损伤、神经细胞死亡、细胞焦亡和炎症,并促进了功能恢复。在机制上,我们发现HSPA1A与双特异性磷酸酶1(DUSP1)相互作用,并抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路的激活,从而减轻细胞焦亡和炎症。结论:HSPA1A通过上调DUSP1和抑制MAPK通路激活来减少TSCI后的细胞焦亡和炎症。HSPA1A激活作为促进TSCI后功能恢复的治疗方法具有潜力。

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
HSPA1A是否以及如何抑制脊髓损伤后的细胞焦亡和神经炎症?
核心机制
HSPA1A通过与DUSP1相互作用并上调DUSP1表达,抑制MAPK通路(p38、JNK、ERK1/2)的磷酸化激活,从而抑制小胶质细胞焦亡和炎症。
主要证据
体内大鼠SCI模型中HSPA1A过表达减少组织损伤和细胞焦亡并促进功能恢复;体外LPS/尼日利亚霉素诱导的小胶质细胞模型中,HSPA1A过表达抑制焦亡和炎症,而敲低则加重;DUSP1抑制剂逆转HSPA1A的作用;免疫共沉淀证实HSPA1A与DUSP1相互作用。
研究意义
作者提出促进HSPA1A表达可能作为治疗TSCI的潜在策略,以促进功能恢复。

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

大鼠SCI模型建立及HSPA1A过表达干预

验证HSPA1A过表达对SCI后组织损伤和功能恢复的影响。

采用改良Allen's法建立大鼠T10脊髓挫伤模型,鞘内注射HSPA1A过表达慢病毒,术后7天取材。

2

体内焦亡和炎症指标检测

评估HSPA1A过表达对SCI后焦亡和炎症水平的影响。

通过Western blotting、ELISA、免疫组化和免疫荧光检测焦亡相关蛋白(NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD-NT)、炎症因子(IL-1β、IL-18、IL-6、TNF-α、IL-10)及炎症标志物(iNOS、COX-2)。

3

体外小胶质细胞焦亡和炎症模型建立及HSPA1A干预

验证HSPA1A在体外对LPS/尼日利亚霉素诱导的小胶质细胞焦亡和炎症的影响。

使用原代大鼠小胶质细胞和HAPI细胞,LPS和尼日利亚霉素诱导焦亡和炎症,然后进行HSPA1A过表达或敲低,检测相关指标。

4

机制探索:DUSP1和MAPK通路

阐明HSPA1A抑制焦亡和炎症的分子机制。

通过生物信息学分析(GSEA、KEGG、PPI)预测机制,Western blotting检测MAPK磷酸化水平,免疫组化/免疫荧光检测DUSP1表达,免疫共沉淀验证HSPA1A与DUSP1相互作用。

5

DUSP1抑制剂的回复实验

验证DUSP1在HSPA1A抑制焦亡和炎症中的必要性。

在HSPA1A过表达的小胶质细胞中抑制DUSP1,观察焦亡和炎症指标是否恢复。

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
尼氏染色试剂盒SolarbioG1120
DAB显色液Gene-TechGK800511
Alexa 488标记二抗ProteintechSA00013-2
Alexa 594标记二抗ProteintechSA00013-3
DAPISolarbioS2110
Triton X-100BeyotimeP0096
山羊血清SolarbioSL038
Beaver Beads™ Protein A/G基质免疫沉淀试剂盒Beaver22202-20
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
PMSFBeyotimeST2573
胰蛋白酶----
DMEM培养基Gibco-BRL11965092
胎牛血清FuHengFH100-900
青霉素/链霉素Gibco-BRL15070063
HAPI细胞系YaJi BiologicalYS1284C
脂多糖Thermo Fisher Scientific00-4976-93
尼日利亚霉素MCE28380-24-7
HSPA1A过表达慢病毒GeneChem--
HSPA1A短发夹RNAGenePharma--
BCI抑制剂----
Spurr树脂----
醋酸铀----
柠檬酸铅----
Bradford蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23236
PVDF膜MilliporeIPFL00010
增强化学发光试剂盒Bio-Rad1705061
ChemiDoc XRS成像系统Bio-Rad--
HSPA1A抗体Proteintech25405-1-AP
DUSP1抗体ImmunoWayYT2771
NeuN抗体Proteintech26975-1-AP
GFAP抗体Proteintech16825-1-AP
NF-200抗体Proteintech18934-1-AP
Iba-1抗体Proteintech10904-1-AP
NLRP3抗体Proteintech27458-1-AP
ASC抗体ABclonalA22046
Caspase-1抗体ABclonalA21085
GSDMD-NT抗体ABclonalA10164
iNOS抗体Proteintech22226-1-AP
COX-2抗体ABclonalA1253
TNF-α抗体Proteintech17590-1-AP
p38抗体Proteintech14064-1-AP
p-p38抗体Proteintech28796-1-AP
JNK抗体Proteintech24164-1-AP
p-JNK抗体Proteintech80024-1-RR
ERK1/2抗体Proteintech11257-1-AP
p-ERK1/2抗体Proteintech28733-1-AP
β-actin抗体Proteintech81115-1-RR
HRP标记山羊抗兔二抗BeyotimeA0277
HRP标记山羊抗小鼠二抗BeyotimeA0216
光学显微镜Olympus--
荧光显微镜Olympus--
透射电子显微镜Hitachi--

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
SCI模型构建
大鼠品系、性别、体重、麻醉方式、撞击节段、打击重量和高度,以及HSPA1A过表达慢病毒的给药途径、剂量和时机
阅读提示:见Materials and methods中的Animals and SCI model construction
体外小胶质细胞模型
细胞类型(原代或HAPI)、LPS浓度和预处理时间、尼日利亚霉素浓度和处理时间、HSPA1A过表达/敲低的慢病毒或shRNA的转染条件
阅读提示:见Materials and methods中的Cell culture and treatment
DUSP1抑制实验
BCI抑制剂的浓度和处理时间
阅读提示:见Materials and methods中的Cell culture and treatment
焦亡和炎症指标检测
检测的蛋白和细胞因子列表、抗体来源和稀释比、ELISA试剂盒的货号、组织或细胞样本的处理方式
阅读提示:见Materials and methods中的Western blotting、ELISA和补充材料
功能恢复评估
BBB评分的时间点和频率、足迹分析的具体操作和参数
阅读提示:见Materials and methods中的Assessment of locomotor capacity和Footprint analysis