淫羊藿次苷II对放射性膀胱炎的治疗作用:利用单细胞RNA测序揭示FN1/Itgαvβ6-PI3K/AKT信号通路的机制作用

Therapeutic effects of Icariside II on radiation cystitis: revealing the mechanistic role of the FN1/Itgαvβ6-PI3K/AKT signaling pathway using single-cell RNA sequencing

作者信息Juntao Sun, Wanqi Wang, Hongwei Li, Yinglu Yan, Xiaoying Pan, Yang Liu, Chenli Pan, Shuangyan He, Zhuo Wang, Yueyue Zang, Yinhui Mao, Mingxing Wang, Yong Yang, Zhitao Wei
PMID42682324
发布时间2026-04-24
DOI10.1097/JS9.0000000000005212

实验完整度

结合scRNA-seq、动物模型、细胞实验、Co-IP、SPR及分子动力学模拟等多层级验证,涵盖体内外功能与机制研究。

主要模型

放射性膀胱炎大鼠模型(Sprague-Dawley大鼠) SV-HUC-1人永生化输尿管上皮细胞 原代人膀胱成纤维细胞(HBFs) 间接共培养体系(HBF条件培养基处理SV-HUC-1)

重点核对

辐射剂量:膀胱照射20 Gy(2 Gy/min) ICA II剂量及给药方式:4.5 mg/kg/day口服灌胃,持续4周 细胞实验条件:SV-HUC-1细胞接受10 Gy辐射并给予40 μM ICA II处理48小时;HBF细胞接受4 Gy辐射并给予40 μM ICA II处理24小时 基因敲低:siFN1转染HBF细胞,最终浓度50 nM

摘要

目的:放射性膀胱炎(RC)是盆腔放疗的常见并发症,以持续性膀胱炎症为特征,最终可进展为纤维化。然而,参与RC的特定细胞类型和靶向分子治疗仍知之甚少,阻碍了有效治疗策略的开发。本研究聚焦于RC的分子复杂性,旨在通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)阐明辐射对膀胱细胞的影响,并研究淫羊藿次苷II(ICA II)在RC治疗中的保护作用及其潜在机制。材料与方法:建立大鼠RC模型,并进行单细胞RNA测序以分析辐射对不同膀胱细胞类型的分子影响。进行细胞间通讯分析以识别参与RC进展的关键信号通路。通过体外实验验证scRNA-seq的发现。此外,使用免疫共沉淀和分子动力学(MD)模拟评估ICA II对纤连蛋白1(FN1)与整合素αvβ6(Itgαvβ6)结合亲和力的影响。结果:scRNA-seq分析显示膀胱内存在16种不同的细胞类型,包括上皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞、内皮细胞和免疫细胞,揭示了RC中显著的细胞异质性。细胞间通讯分析显示,辐射暴露后FN1表达显著上调。FN1与其受体Itgαvβ6结合,激活PI3K/AKT信号通路并促进纤维化。MD模拟和体外实验进一步证实,ICA II能有效破坏FN1-Itgαvβ6相互作用,抑制PI3K/AKT通路的激活,并下调与纤维化和上皮间质转化(EMT)相关的标志物。结论:本研究确定FN1-Itgαvβ6相互作用是RC纤维化的关键驱动因素。这些发现表明,ICA II可能通过靶向FN1/Itgαvβ6-PI3K/AKT信号轴来减轻纤维化进展,从而成为RC的有前景的治疗剂。

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
本研究旨在通过单细胞RNA测序技术阐明放射性膀胱炎中不同膀胱细胞类型的分子变化及细胞间通讯,并探究ICA II对RC的治疗作用及潜在分子机制。
核心机制
辐射上调成纤维细胞中FN1表达,FN1与上皮细胞表面受体Itgαvβ6结合,激活PI3K/AKT信号通路,促进纤维化和EMT;ICA II通过破坏FN1-Itgαvβ6相互作用抑制该通路。
主要证据
scRNA-seq鉴定16种细胞类型并发现FN1信号通路激活;Co-IP和MD模拟证实FN1-Itgαvβ6相互作用;ICA II处理后SPR显示结合亲和力降低,并在细胞实验中抑制下游PI3K/AKT磷酸化及纤维化/EMT标志物。
研究意义
本研究为ICA II作为放射性膀胱炎的潜在治疗药物提供了理论依据和实验证据,靶向FN1/Itgαvβ6-PI3K/AKT信号轴可能为开发新型抗纤维化治疗策略提供方向。

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

建立放射性膀胱炎大鼠模型及治疗

建立放射诱导的膀胱损伤模型,并评估ICA II和改良配方MICA II的治疗效果。

对SD大鼠骨盆进行20 Gy X射线单次照射,照射后24小时,ICA II和MICA II组每天口服灌胃给药(4.5 mg/kg),持续4周。对照组给予溶剂。

2

单细胞转录组图谱和细胞间通讯分析

绘制放射性膀胱炎大鼠膀胱组织单细胞图谱,揭示细胞异质性及细胞间通讯变化,并识别关键信号通路。

对四组大鼠膀胱组织进行scRNA-seq,鉴定细胞类型,并通过CellChat分析细胞间通讯和信号通路。

3

验证FN1和Itgαvβ6的表达及空间分布

验证scRNA-seq中FN1和Itgαvβ6表达模式,并确认其细胞类型特异性分布。

通过免疫荧光和免疫组化染色检测膀胱组织中FN1和Itgαvβ6的表达和定位,并用Western blot验证蛋白水平。

4

分子动力学模拟预测ICA II与FN1/Itgαvβ6的相互作用

预测ICA II与FN1及Itgαvβ6的结合模式,并评估其对FN1-Itgαvβ6复合物稳定性的影响。

使用AutoDock Vina进行分子对接,Gromacs进行100 ns分子动力学模拟,计算RMSD、Rg、结合自由能等参数,分析ICA II作用。

5

Co-IP和SPR验证FN1-Itgαvβ6相互作用和ICA II的干扰效果

在组织水平和细胞水平验证FN1与Itgαvβ6的物理相互作用,并定量检测ICA II对其结合亲和力的影响。

使用膀胱组织进行Co-IP检测内源性FN1-Itgαvβ6相互作用;使用Biacore T200系统进行SPR测定结合动力学参数,并评估ICA II的竞争效应。

6

体外细胞实验验证ICA II对FN1-Itgαvβ6轴及下游信号的影响

在体外细胞模型中验证ICA II是否通过影响FN1-Itgαvβ6相互作用调节下游PI3K/AKT通路并抑制纤维化和EMT。

使用SV-HUC-1和HBF细胞,确定辐射剂量和ICA II浓度;通过siRNA敲低FN1,使用整合素αvβ6抑制剂(bexotegrast)和RGD肽,进行间接共培养实验,并检测相关蛋白表达。

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
PXi X-RAD 320 生物辐照仪Precision X-ray--
淫羊藿次苷II----
Masson三色染色----
抗FN1抗体Proteintech15613-1-AP
抗整合素αv抗体HuaAn BiotechnologyET1610-15
抗整合素β6抗体MCEYA3122
抗E-钙黏蛋白抗体AffinityAF0131
抗DCN抗体AffinityDF6543
DAPI染色液SolarbioC0065
TSA-488荧光染料----
TSA-CY3荧光染料----
3%过氧化氢SolarbioA8020
10x Genomics Chromium单细胞3' v3.110x Genomics--
高灵敏度DNA芯片Agilent--
Bioanalyzer 2100分析仪Agilent--
Qubit高灵敏度DNA检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
NovaSeq6000测序平台Illumina--
SV-HUC-1人永生化输尿管上皮细胞ProcellCL-0222
原代人膀胱成纤维细胞ProcellCP-H073
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
SV-HUC-1专用培养基ProcellCM-0222
HBF专用培养基ProcellCM-H073
无血清培养基ProcellPM150910
贝索替格斯特MCEHY-137561
RGD肽MCEHY-P1740
靶向FN1的siRNAMCEHY-RS05013
siRNA转染试剂MCEHY-K2017
细胞增殖-毒性检测试剂盒(CCK-8)BeyotimeC0038
FN1 ELISA试剂盒mmbioMM-51422H2
RIPA裂解液BeyotimeP1045
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0011
PVDF膜Millipore0000374718
抗GAPDH抗体Goodhere--
抗PI3K抗体AffinityAF6241
抗p-PI3K抗体AffinityAF3242
抗AKT抗体AffinityAF6261
抗p-AKT抗体AffinityAF0016
抗I型胶原蛋白抗体AffinityAF7001
抗III型胶原蛋白抗体AffinityAF5457
抗α-平滑肌肌动蛋白抗体BeyotimeAF1507
HRP标记二抗BeyotimeA0208/A0216
增强化学发光底物Millipore--
RIPA裂解液BeyotimeP0013
蛋白A+G琼脂糖珠BeyotimeP2055
动物细胞裂解液LABLEAD#CB0233-01
磁珠偶联蛋白A/G----
TRIzol试剂InvitrogenAM9738
5X FastKing-RT SuperMix反转录预混液TIANGENKR118
2X Talent qPCR预混液(SYBR Green)TIANGENFP209
FN1引物BeyotimeQH02877S
GAPDH引物BeyotimeQH00009S
Biacore T200系统Cytiva--
CM5传感芯片Cytiva29149603
淫羊藿次苷IIShanghai Yuanye Bio-TechnologyB20075
FN1蛋白BiosystemsH5116
胺偶联试剂盒CytivaBR-1000-50
Itgαvβ6蛋白BiosystemsH52E1
Pannoramic MIDI切片扫描仪3D HISTECH--

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
动物模型及分组
大鼠品系、年龄、性别、体重;照射剂量、剂量率;各组动物数量
阅读提示:见“Animals”和“Bladder irradiation and treatment”部分
药物处理
ICA II和MICA II的剂量、给药方式、给药频率和持续时间;溶剂组成
阅读提示:见“Bladder irradiation and treatment”部分
单细胞测序
测序平台和文库构建方法;质量控制标准;数据分析软件及参数
阅读提示:见“Single-cell library preparation and sequencing”和“Quality control and integration of scRNA-seq data”部分
细胞实验参数
细胞种类和来源;辐射剂量和孵育时间;ICA II处理浓度和时间;转染条件
阅读提示:见“Cell experiments”部分及结果中“ICA II targets the FN1–Itgαvβ6 axis”部分
蛋白质相互作用验证
Co-IP和SPR的具体条件,包括抗体、蛋白浓度、固定化水平、芯片类型等
阅读提示:见“Coimmunoprecipitation (Co-IP) assay”和“Surface plasmon resonance analysis”部分