没食子酸通过增强Nrf2信号抑制NLRP3炎症小体活化及细胞焦亡缓解痛风性关节炎

Gallic Acid Alleviates Gouty Arthritis by Inhibiting NLRP3 Inflammasome Activation and Pyroptosis Through Enhancing Nrf2 Signaling.

作者信息Yuqing Lin, Tianyu Luo, Anli Weng, Xiaodi Huang, Yanqing Yao, Zhen Fu, Yingwei Li, Aijun Liu, Xican Li, Dongfeng Chen, Hao Pan
PMID33365024
发布时间2020-12-07
DOI10.3389/fimmu.2020.580593

实验完整度

文章包含体外巨噬细胞实验(细胞死亡、LDH、免疫印迹、ELISA、ASC斑点、免疫共沉淀、siRNA)和体内小鼠痛风模型(关节肿胀、组织学、免疫组化、流式)等多个证据层级,并含机制验证。

主要模型

J774A.1细胞 骨髓来源巨噬细胞(BMDMs) MSU诱导的急性痛风性关节炎小鼠模型

重点核对

LPS预处理浓度500 ng/ml,作用4小时;GA处理30分钟;ATP(3 mM)或尼日利亚霉素(10 μM)刺激1小时,MSU(200 μg/ml)刺激6小时 GA浓度20、40、80 μM用于体外实验;体内GA剂量100 mg/kg,关节腔注射;秋水仙碱1 mg/kg作为阳性对照 ML385(2 μM)预处理30分钟用于抑制Nrf2;Nrf2 siRNA(100 nM)转染敲低 BMDM纯度>96%通过CD11b/F4/80染色流式验证 统计方法:两组比较用Student t检验,多组用单因素方差分析及Tukey事后检验,P<0.05

摘要

没食子酸是一种广泛分布于植物中的活性酚酸,有确凿证据证明其抗炎作用。NLRP3炎症小体失调与许多炎症性疾病密切相关。然而,没食子酸如何影响NLRP3炎症小体仍不清楚。因此,在本研究中,我们探讨了没食子酸对NLRP3炎症小体和细胞焦亡的影响及其对小鼠痛风性关节炎的作用机制。结果表明,没食子酸抑制了脂多糖(LPS)预处理并经ATP、尼日利亚霉素或单钠尿酸盐(MSU)晶体刺激的巨噬细胞中乳酸脱氢酶(LDH)的释放和细胞焦亡。此外,没食子酸阻断了NLRP3炎症小体的活化,并抑制了随后caspase-1的活化和IL-1β的分泌。没食子酸通过阻断NLRP3-NEK7相互作用和ASC寡聚化发挥其抑制作用,从而限制炎症小体的组装。此外,没食子酸促进了核因子E2相关因子2(Nrf2)的表达,并减少了线粒体活性氧(mtROS)的产生。重要的是,没食子酸的抑制作用可被Nrf2抑制剂ML385处理逆转。NRF2 siRNA也消除了没食子酸对IL-1β分泌的抑制作用。结果进一步表明,没食子酸可减轻MSU诱导的关节肿胀,并抑制小鼠体内IL-1β和caspase 1(p20)的产生。此外,没食子酸可减少MSU诱导的巨噬细胞和中性粒细胞向关节滑膜的迁移。总之,我们发现没食子酸抑制ROS生成,从而通过Nrf2信号限制NLRP3炎症小体活化和细胞焦亡,表明没食子酸具有治疗痛风性关节炎的潜力。

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
没食子酸是否通过影响NLRP3炎症小体活化和细胞焦亡来缓解痛风性关节炎?
核心机制
没食子酸通过增强Nrf2信号,减少线粒体ROS产生,从而抑制NLRP3炎症小体组装(通过阻断NLRP3-NEK7相互作用和ASC寡聚化),进而抑制caspase-1活化和IL-1β分泌,并减少细胞焦亡。
主要证据
体外实验显示没食子酸抑制LPS预处理巨噬细胞中ATP、尼日利亚霉素或MSU诱导的LDH释放、细胞死亡、caspase-1 p20和成熟IL-1β产生及GSDMD-N生成;体内实验显示没食子酸减轻MSU诱导的关节肿胀、IL-1β和caspase-1 p20表达,减少白细胞浸润和巨噬细胞/中性粒细胞募集。
研究意义
没食子酸通过抑制NLRP3炎症小体活化,可能成为治疗NLRP3相关疾病(如糖尿病、痛风、阿尔茨海默病)的新候选药物,其调节作用和安全性值得深入研究。

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

体外评估没食子酸对细胞死亡的影响

确定没食子酸对LPS预处理且NLRP3激活剂刺激的巨噬细胞焦亡的作用。

J774A.1细胞或BMDMs经LPS(500 ng/ml)预处理4小时,加入没食子酸(20,40,80 μM) 30分钟,然后ATP(3 mM)或nigericin(10 μM)刺激1小时。检测PI染色阳性细胞比例和LDH释放。

2

验证没食子酸对NLRP3炎症小体活化的影响

检测没食子酸是否影响NLRP3炎症小体活化标志物和细胞焦亡执行蛋白。

在相同处理条件下,通过免疫印迹检测上清中caspase-1 p20、成熟IL-1β(17kDa)和细胞裂解物中GSDMD-N的水平;通过ELISA检测IL-1β分泌。

3

分析没食子酸对ASC寡聚化和斑点形成的影响

确定没食子酸是否抑制炎症小体组装。

LPS预处理的BMDMs经没食子酸处理后,用ATP、nigericin或MSU刺激,通过免疫荧光检测ASC斑点,通过交联和免疫印迹检测ASC寡聚化。

4

探究没食子酸依赖Nrf2的机制

验证没食子酸通过Nrf2减少mtROS从而抑制NLRP3炎症小体。

LPS预处理的BMDMs用ML385(2 μM)预处理30分钟,再加入没食子酸(80 μM) 30分钟,然后刺激。检测MitoSOX和MitoTracker染色、IL-1β分泌、caspase-1 p20、GSDMD-N和Nrf2表达,以及NLRP3-NEK7相互作用(Co-IP)。

5

验证没食子酸对MSU激活的NLRP3炎症小体的影响及Nrf2依赖性

确认没食子酸在MSU刺激下通过Nrf2抑制NLRP3炎症小体。

LPS预处理的BMDMs用ML385或Nrf2 siRNA处理后,加入没食子酸,再MSU刺激6小时。检测细胞死亡、LDH释放、MitoTracker染色、免疫印迹和IL-1β ELISA。

6

体内评估没食子酸对MSU诱导痛风性关节炎的影响

验证没食子酸在体内是否缓解MSU诱导的关节炎症状并抑制炎症。

C57BL/6J小鼠关节腔注射没食子酸(100 mg/kg)或秋水仙碱(1 mg/kg)作为阳性对照,1小时后注射MSU晶体(0.5 mg/20 μl)。测量关节肿胀,24小时后取关节组织进行ELISA、H&E染色、免疫组化、免疫荧光和流式细胞术分析。

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
没食子酸TargetMolT0877
秋水仙碱TargetMolT0320
ML385TargetMolT4360
脂多糖Sigma-AldrichL4391
三磷酸腺苷Sigma-AldrichA6419
二琥珀酰亚胺辛二酸酯Sigma-AldrichS1885
碘化丙啶Sigma-AldrichP4170
Hoechst 33342Sigma-AldrichB2261
单钠尿酸盐结晶InvivoGentlrl-msu
尼日利亚霉素InvivoGentlrl-nig
Opti-MEM培养基ThermoFisher--
胎牛血清ThermoFisher--
链霉素/青霉素ThermoFisher15140122
Ly-6G抗体ThermoFisher14-5931-82
F4/80抗体ThermoFisher14-4801-82
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂ThermoFisher13778075
MitoTracker Deep Red FMThermoFisherM22426
MitoSOX Red线粒体超氧化物指示剂ThermoFisherM36008
乳酸脱氢酶细胞毒性检测试剂盒Beyotime BiotechnologyC0017
Western blot和IP细胞裂解液Beyotime BiotechnologyP0013
BeyoECL Plus化学发光底物Beyotime BiotechnologyP0018AM
抗NLRP3抗体Cell Signaling Technology15101
抗ASC抗体Cell Signaling Technology67824
正常兔IgGCell Signaling Technology2729
Alexa Fluor 488羊抗兔IgGCell Signaling Technology4412
Alexa Fluor 555羊抗小鼠IgGCell Signaling Technology4409
Protein A琼脂糖珠Cell Signaling Technology9863
Protein G琼脂糖珠Cell Signaling Technology37478
抗β-actin抗体Abcamab8227
抗GAPDH抗体Abcamab181602
抗GSDMD抗体Abcamab209845
抗NEK7抗体Abcamab133514
抗IL-1β抗体Abcamab9722
抗caspase-1 (p20)抗体AdipogenAG-20B-0042
抗caspase-1抗体Novus BiologicalsNB100-56565
抗NRF2抗体Proteintech16396-1-AP
CD11b-FITC抗体BD Biosciences557396
F4/80-PE抗体BD Biosciences565410
Ly6G-Percp-Cy5.5抗体BD Biosciences560062
小鼠IL-1β ELISA试剂盒Neobioscience Technology Co., LtdEMC001b
小鼠TNF-α ELISA试剂盒Neobioscience Technology Co., LtdEMC102a
BCA蛋白浓度测定试剂盒文中未明确说明--
PVDF膜文中未明确说明--
增强化学发光试剂盒Beyotime Biotechnology (BeyoECL Plus)--
Tanon 4600自动化学发光图像分析系统Tanon Science and Technology Co., Ltd--
IN Cell Analyzer 2000高内涵分析仪GE Healthcare--
Zeiss LSM 800共聚焦激光扫描显微镜Zeiss--
BD Accuri C6流式细胞仪BD Biosciences--
BD FACS Calibur C6流式细胞仪BD Biosciences--
GraphPad Prism 8GraphPad Software--
C57BL/6J小鼠----
DMEM培养基文中未明确说明--
红细胞裂解液文中未明确说明--
II型胶原酶文中未明确说明--

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
体外细胞实验
细胞类型(J774A.1、BMDM)及培养条件、LPS预处理浓度和时间、没食子酸浓度和处理时间、ATP/nigericin/MSU刺激浓度和时间
阅读提示:Materials and Methods中的Cell Culture and Stimulation及Figure legends 1-5
Nrf2相关机制实验
ML385浓度和处理时间、Nrf2 siRNA序列及转染条件、MitoSOX和MitoTracker染色浓度和时间、免疫共沉淀条件
阅读提示:Materials and Methods中的Knockdown of Nrf2、MitoSOX and MitoTracker Staining、Co-Immunoprecipitation及Figure legends 4-5
动物实验
小鼠品系和年龄、没食子酸剂量和给药途径、MSU剂量和注射方式、检测时间点、统计方法
阅读提示:Materials and Methods中的Monosodium Urate-Induced Arthritis、Histology, Immunohistochemistry, and Immunofluorescence及Figure legends 6-7