Galectin-3通过调控小胶质细胞对PrPSc的摄取在朊病毒病中发挥保护作用

Protective role of Galectin-3 in prion disease through regulation of microglial PrPSc uptake

作者信息Natallia Makarava, Tarek Safadi, Narayan P Pandit, Olga Mychko, Olga Bocharova, Alexey Shevelkin, Kara Molesworth, Marta M Lipinski, Ilia V Baskakov
PMID42914142
发布时间2026-10-22
DOI10.1111/bpa.70161

实验完整度

高

含体内朊病毒感染小鼠模型、原代脑组织免疫荧光与共定位、Western blot、RT-qPCR、共免疫沉淀及基因敲除小鼠生存分析等多层级功能与机制验证

主要模型

SSLOW朊病毒株脑内接种C57BL/6J小鼠 Gal3基因敲除小鼠 Becn1条件性敲除小鼠(Becn1flox/floxLyz2Cre/Cre)

重点核对

SSLOW接种剂量与途径:1%脑匀浆,脑内20 μL或腹腔200 μL Gal3 KO与WT小鼠生存时间比较(i.c.接种SSLOW) 小胶质细胞相关PrPSc puncta及细胞内/细胞外比值的定量 PrPSc与Gal3的共免疫沉淀验证结合 终末期与早期临床期LAMP1、cathepsin D表达及共定位分析

摘要

小胶质细胞是抵抗朊病毒感染的主要先天防御机制;然而,在疾病进展过程中调控小胶质细胞反应的分子通路仍不完全清楚。Galectin-3(Gal3)是一种与多种神经退行性疾病中反应性小胶质细胞相关的β-半乳糖苷结合凝集素,已被认为参与吞噬作用、炎症信号传导和溶酶体稳态。在本研究中,我们利用朊病毒感染小鼠探究了Gal3在朊病毒病发病机制中的作用。在健康脑中检测不到Gal3表达,但其在临床前晚期开始上调,并随疾病进展而增加。Gal3主要定位于反应性IBA1阳性小胶质细胞的一个亚群,尤其在丘脑内,并与稳态小胶质细胞标志物P2Y12和TMEM119的表达呈负相关,这与获得反应性表型一致。在终末期疾病中,参与包裹神经元的小胶质细胞显示Gal3表达升高。Gal3的组成性缺失显著加速了临床疾病进展,但未改变总PrPSc积累、反应性胶质增生、神经元包裹或整体小胶质细胞和星形胶质细胞活化。然而,Gal3缺失显著降低了小胶质细胞对PrPSc的摄取,导致细胞内与细胞外PrPSc比值降低,支持Gal3在朊病毒的吞噬性隔离中发挥作用。相比之下,Gal3缺失并未损害溶酶体活性、溶酶体膜完整性或参与溶酶体修复通路的基因表达。同样,选择性抑制髓系细胞中的自噬对疾病进展仅产生轻微影响。总之,这些发现表明Gal3是反应性小胶质细胞的敏感标志物,其促进小胶质细胞对PrPSc的摄取,并在朊病毒病进展过程中发挥保护作用。

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
Galectin-3在朊病毒病进展中发挥何种作用,其是否影响小胶质细胞对PrPSc的摄取及疾病进程。
核心机制
Gal3在反应性小胶质细胞亚群中上调,作为调理素结合PrPSc并促进小胶质细胞对PrPSc的吞噬性摄取与隔离;该过程不依赖溶酶体功能或小胶质细胞自噬的显著改变。
主要证据
SSLOW感染小鼠中Gal3随疾病进展上调并定位于反应性小胶质细胞;Gal3 KO小鼠疾病进展加速而总PrPSc不变,但小胶质细胞相关PrPSc摄取减少、细胞内/外PrPSc比值降低;抗Gal3抗体可共沉淀PrPSc;溶酶体标志物与自噬抑制未见显著影响。
研究意义
研究提示Gal3介导的小胶质细胞对PrPSc的隔离是一种有生物学意义的宿主防御机制,并反对在朊病毒病中治疗性抑制Gal3通路。

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

Gal3在朊病毒感染小鼠中的表达动态与细胞定位

明确Gal3在疾病进展中的时空表达及其细胞来源。

对SSLOW腹腔接种C57BL/6J小鼠不同时间点取脑,Western blot检测Gal3;免疫组化与免疫荧光检测Gal3与IBA1、TMEM119、P2Y12、Vim共定位。

2

Gal3缺失对疾病进展的影响

验证Gal3缺失是否改变朊病毒病的临床进程与生存。

Gal3 KO与WT小鼠脑内接种SSLOW,监测临床体征、发病与生存时间,并进行性别分层分析。

3

Gal3缺失对PrPSc积累与胶质活化的影响

判断Gal3缺失是否改变脑内PrPSc总量及反应性胶质标志物。

终末期与早期临床期取脑,Western blot检测PrPSc(蛋白酶K处理)、CD11b、IFITM3、Vim、LAMP1、cathepsin D;RT-qPCR检测Tlr4、Ccl2、CD68、GPNMB等基因。

4

小胶质细胞对PrPSc摄取的定量与Gal3结合验证

检验Gal3是否促进小胶质细胞对PrPSc的吞噬性摄取及其与PrPSc的结合。

脑组织IBA1与PrPSc(3D17/SAF-84)共免疫荧光,定量小胶质细胞相关PrPSc puncta及细胞内/外比值;抗Gal3抗体磁珠免疫沉淀后Western blot检测PrPSc。

5

Gal3缺失对神经元包裹的影响

验证Gal3缺失是否改变小胶质细胞对神经元的包裹。

NeuN与IBA1共免疫荧光,ImageJ定量神经元密度、被包裹神经元百分比、小胶质细胞密度及参与包裹的小胶质细胞百分比。

6

Gal3缺失对溶酶体功能与自噬的影响

检验Gal3是否通过溶酶体功能或小胶质细胞自噬影响疾病进展。

Western blot与免疫荧光检测LAMP1、cathepsin D及其共定位;利用Becn1 cKO小鼠脑内接种SSLOW评估自噬抑制对疾病进展与PrPSc的影响。

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
小鼠单克隆抗朊病毒蛋白抗体,克隆SAF-84Cayman Chemicals189775
兔单克隆抗朊病毒蛋白抗体,克隆3D17Millipore SigmaZRB1268
兔多克隆抗IBA1抗体Fujifilm Wako Chemicals USA013-27691
山羊多克隆抗IBA1抗体Bio-techneNB100-1028
大鼠单克隆抗Gal3抗体,克隆M3/38Santa Cruz Biotechnology Inc.sc-23938
兔抗P2Y12抗体Anaspec#55043A
TMEM119抗体Cell Signaling Technology#90840
兔抗Vim抗体Cell Signaling Technology#5741
小鼠单克隆抗NeuN抗体,克隆A60Millipore SigmaMAB377
大鼠单克隆抗LAMP1抗体,克隆1D4BBioLegend121601
兔多克隆抗CD11b抗体Abcamab128797
兔多克隆抗干扰素诱导跨膜蛋白3抗体Proteintech11714-1-AP
兔单克隆抗组织蛋白酶D抗体Cell Signaling Technology69854
山羊多克隆抗GPNMB抗体Bio-techneAF2320
小鼠单克隆抗β-actin抗体,克隆AC-15Millipore SigmaA5441
兔单克隆抗Gal3抗体,克隆E7B6RCell Signaling Technology89572
Alexa Fluor 488、546和647标记二抗Thermo Fisher Scientific--
自发荧光消除试剂Sigma-Aldrich2160
信号增强剂Cell Signaling Technology11932
DAB Quanto显色剂与底物Thermo Fisher ScientificTA125QHDX
蛋白酶KNew England BioLabsP8107S
RIPA裂解缓冲液Millipore Sigma20-188
NuPAGE 12% Bis-Tris凝胶Thermo Fisher ScientificNP0341BOX
Immobilon Forte Western HRP底物Millipore SigmaWBLUF0100
SuperSignal West pico PLUS化学发光底物Thermo Fisher Scientific34577
Protein A/G磁珠Thermo Fisher Scientific88803
蛋白酶抑制剂混合物Millipore SigmaP8340
TrizolThermo Fisher Scientific15-596-026
Aurum总RNA微型试剂盒Bio-Rad7326820
iScript cDNA合成试剂盒Bio-Rad1708890
Superfrost Plus显微镜载玻片Thermo Fisher Scientific22-037-246
抗原修复液Sigma-AldrichC9999

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
动物接种与临床监测
SSLOW接种途径(i.c. 20 μL或i.p. 200 μL)、1%脑匀浆浓度、6–7周龄小鼠、终末期判定标准(无法直立和/或体重下降20%)
阅读提示:Methods 2.1 Animals
Gal3表达时间进程
SSLOW腹腔接种后取样时间点(92 dpi、122 dpi、终末期157–166 dpi)及每组动物数N=4–5
阅读提示:Results 3.1及Figure 1A图注
小胶质细胞PrPSc摄取定量
每组N=5只动物、每只3个视野、每视野60–80个小胶质细胞、PrPSc puncta判定阈值(>5 pixels)、Gal3阳性判定阈值(>15% IBA1面积)
阅读提示:Methods 2.7与Figure 6图注
PrPSc Western blot检测
5%脑匀浆、蛋白酶K 20 μg/mL、37°C 30 min、50 mM Tris pH 7.5与2% Sarcosyl处理条件
阅读提示:Methods 2.8 Western blot
神经元包裹定量
NeuN与IBA1共染、皮质区域取样、包被判定阈值(NeuN与IBA1重叠>5%)、每组N=5只动物
阅读提示:Methods 2.6与Figure 5图注
Becn1 cKO自噬抑制实验
Becn1flox/floxLyz2Cre/Cre雌性小鼠、对照Lyz2Cre/Cre、SSLOW脑内接种、每组N=7(Western blot)
阅读提示:Methods 2.1与Figure 9图注