肠道菌群代谢物丁酸钠通过NLRP3/Caspase-1焦亡通路调控心脏成纤维细胞转分化的机制

Mechanism of sodium butyrate, a metabolite of gut microbiota, regulating cardiac fibroblast transdifferentiation via the NLRP3/Caspase-1 pyroptosis pathway.

作者信息Tiancheng Dong, Dingkao Huang, Zhengzheng Jin
PMID38616256
发布时间2024-04-15
DOI10.1186/s13019-024-02692-0

实验完整度

该研究为体外细胞实验,包含细胞鉴定、功能验证(增殖迁移)和机制验证(通路抑制剂/激活剂),但缺乏动物和临床验证。

主要模型

小鼠心脏成纤维细胞系FH-M187 TGFβ1诱导的CFs转分化模型

重点核对

细胞系:小鼠CFs (FH-M187) 来源于富衡生物;培养条件:37°C,95%湿度,5% CO2 诱导与分组:TGFβ1 (10 ng/mL) 处理24 h;NaB (11 mg/mL);CY-09 (1 µM);NSS (5 µM) 检测指标:α-SMA、GSDMD-N、NLRP3、cleaved Caspase-1、IL-1β、IL-18、IL-6、IL-10 实验重复:Western blot、ELISA、CCK-8和划痕实验均重复三次

摘要

背景:心脏成纤维细胞(CFs)在初始损伤后被激活,然后分化为肌成纤维细胞(MFs),在病理重塑中作为主要介导细胞发挥关键作用。丁酸钠(NaB)作为肠道菌群的代谢物,在肠道以外的局部治疗中表现出抗炎特性。因此,本研究旨在探究NaB通过NLRP3/Caspase-1焦亡通路调控CFs转分化的机制。方法:体外培养CFs,并用TGFβ1诱导分化为MFs。通过波形蛋白和α-SMA的免疫荧光标记技术鉴定CFs,然后用NaB或NLRP3炎症小体抑制剂(CY-09)及其激活剂[尼日利亚霉素钠盐(NSS)]处理。使用免疫荧光、Western blot和ELISA测定α-SMA、GSDMD-N/NLRP3/cleaved Caspase-1蛋白以及炎症因子IL-1β/IL-18/IL-6/IL-10的表达水平。分别使用CCK-8法和细胞划痕实验评估细胞增殖和迁移。结果:TGFβ1诱导后,CFs中α-SMA蛋白和IL-6/IL-10的表达水平以及细胞增殖和迁移能力均升高。TGFβ1诱导CFs分化为MFs,而NaB抑制了这种分化。NaB使NLRP3/Caspase-1焦亡通路失活。CY-09对NLRP3/Caspase-1焦亡通路有抑制作用,导致TGFβ1诱导的CFs转分化减少。NSS激活了NLRP3/Caspase-1焦亡通路,从而部分抵消了肠道菌群代谢物NaB对CFs转分化的抑制作用。结论:肠道菌群代谢物NaB抑制TGFβ1诱导的CFs中NLRP3/Caspase-1焦亡通路的激活,抑制CFs向MFs的转分化。

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
肠道菌群代谢物NaB是否通过NLRP3/Caspase-1焦亡通路调控TGFβ1诱导的心脏成纤维细胞转分化?
核心机制
NaB通过抑制NLRP3/Caspase-1焦亡通路的激活,抑制TGFβ1诱导的CFs向MFs的转分化。
主要证据
体外培养小鼠CFs并用TGFβ1诱导,NaB处理降低α-SMA、NLRP3、cleaved Caspase-1、GSDMD-N及炎症因子水平;NLRP3抑制剂CY-09抑制转分化,激活剂NSS部分逆转NaB的抑制作用。
研究意义
本研究首次表明NaB可通过抑制NLRP3/Caspase-1焦亡通路减少CFs向MFs的转分化,提示NaB可能作为抗纤维化药物,但需进一步动物和临床研究验证。

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

CFs培养与鉴定

获取并确认小鼠心脏成纤维细胞纯度及状态。

培养小鼠CFs (FH-M187),用显微镜观察形态,免疫荧光检测vimentin阳性、α-SMA阴性以鉴定CFs。

2

TGFβ1诱导CFs转分化及NaB处理

建立CFs向MFs转分化模型,并观察NaB对转分化的影响。

用TGFβ1 (10 ng/mL) 处理CFs 24 h以诱导转分化,部分细胞同时加入NaB (11 mg/mL) 处理。

3

检测CFs转分化标志物及功能变化

评估CFs是否成功分化为MFs,并观察NaB对细胞功能的影响。

通过免疫荧光检测α-SMA表达,ELISA检测IL-6和IL-10水平,CCK-8检测细胞增殖,划痕实验检测细胞迁移。

4

检测NLRP3/Caspase-1焦亡通路相关蛋白及炎症因子

验证NaB是否影响NLRP3/Caspase-1焦亡通路。

Western blot检测NLRP3、cleaved Caspase-1、GSDMD-N蛋白水平,ELISA检测IL-1β和IL-18水平。

5

使用NLRP3抑制剂CY-09验证通路作用

验证抑制NLRP3/Caspase-1通路是否能减少CFs转分化。

TGFβ1诱导的同时,加入NLRP3抑制剂CY-09 (1 µM) 或溶剂DMSO对照,检测转分化标志物和通路蛋白。

6

使用NLRP3激活剂NSS验证通路作用

验证激活NLRP3/Caspase-1通路是否能逆转NaB的抑制作用。

在TGFβ1和NaB处理的基础上,加入NLRP3激活剂NSS (5 µM),检测相关指标。

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。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化

产品清单

实验环节名称品牌货号
小鼠CFs完全培养基Fuheng BiologyPYM188
转化生长因子β1MedChemExpressP01137
丁酸钠Sigma-Aldrich303410-5G
CY-09Abcamab287086
尼日利亚霉素钠盐Abcamab120494
α-SMA抗体Abcamab7817
抗波形蛋白抗体Abcamab92547
山羊抗兔IgG二抗Abcam--
山羊抗小鼠IgG二抗Abcam--
BCA试剂盒Boster Biological TechnologyAR1189
cleaved caspase-1抗体Cell Signaling Technology4199
NLRP3抗体Abcamab263899
GSDMD-N抗体Cell Signaling Technology#36425
辣根过氧化物酶标记二抗Boster Biological TechnologyBA1054
增强化学发光工作液Boster Biological TechnologyAR1191
β-actin抗体Abcamab179467
IL-18 ELISA试剂盒NeoBioscienceEMC011.96
IL-1β ELISA试剂盒NeoBioscienceEMC001b.96.2
IL-6 ELISA试剂盒Abcamab178013
IL-10 ELISA试剂盒Abcamab185986
CCK-8试剂盒Boster Biological TechnologyAR1199
奥林巴斯CKX41显微镜Olympus--
尼康TS100显微镜Nikon--
酶标仪Tecan--

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
细胞模型与培养
细胞系:小鼠CFs (FH-M187);培养条件:37°C,95%湿度,5% CO2;培养基:小鼠CFs完全培养基
阅读提示:见Methods中'Culture and grouping of CFs'
诱导与药物处理
TGFβ1浓度10 ng/mL;NaB浓度11 mg/mL;CY-09浓度1 µM;NSS浓度5 µM;处理时间均为24 h;溶剂对照:FBS和DMSO
阅读提示:见Methods中'Culture and grouping of CFs'
检测指标与方法
免疫荧光检测α-SMA和vimentin;Western blot检测NLRP3、cleaved Caspase-1、GSDMD-N;ELISA检测IL-1β、IL-18、IL-6、IL-10;CCK-8和划痕实验检测增殖和迁移;重复次数均为三次
阅读提示:见Methods中'Immunofluorescence'、'Western blot'、'ELISA'、'CCK-8 assay'和'Cell scratch test'
统计分析
数据以均值±标准差表示;多组比较用单因素方差分析,事后检验用Tukey's test;P<0.05视为显著
阅读提示:见Methods中'Statistical analysis'