AICAR通过磷酸化AMPK并上调血红素加氧酶-1减轻急性肺损伤

AICAR decreases acute lung injury by phosphorylating AMPK and upregulating heme oxygenase-1

作者信息Israr Ahmad, Adam Molyvdas, Ming-Yuan Jian, Ting Zhou, Amie M Traylor, Huachun Cui, Gang Liu, Weifeng Song, Anupam Agarwal, Tamas Jilling, Saurabh Aggarwal, Sadis Matalon
PMID34049949
发布时间2021-12-23
DOI10.1183/13993003.03694-2020

实验完整度

包含小鼠体内模型(WT和HO-1−/−)、大鼠和人肺上皮细胞体外模型,以及siRNA敲低和生存分析等多个证据层级。

主要模型

C57BL/6小鼠 HO-1−/−小鼠及WT同窝小鼠 大鼠肺泡II型上皮L2细胞 人club样上皮H441细胞

重点核对

Br2暴露剂量和时长:小鼠600 ppm,45或30分钟;细胞100 ppm,10分钟 AICAR给药剂量和途径:10 mg/kg腹腔注射(小鼠),800 μM培养基(细胞) HO-1和Nrf2敲低:siRNA处理L2和H441细胞 检测时间点:24小时 生存分析:10天观察期

摘要

目的:我们研究了AMP活化蛋白激酶(AMPK)激活剂N1-(β-d-呋喃核糖基)-5-氨基咪唑-4-甲酰胺核苷酸(AICAR)在溴气(Br2)暴露后给予小鼠时减少肺损伤和死亡率的机制。方法:我们将雄性C57BL/6小鼠和血红素加氧酶-1(HO-1)缺陷(HO-1−/−)及其相应的野生型(WT)同窝小鼠在环境舱中暴露于Br2(分别为600 ppm持续45或30分钟),然后返回室内空气。在暴露后6小时给予AICAR(10 mg·kg−1,腹腔注射)。我们评估了存活率、肺损伤指标、血浆中的高迁移率族蛋白B1(HMGB1)、肺组织中的HO-1水平以及AMPK及其上游肝激酶B1(LKB1)的磷酸化。大鼠肺泡II型上皮(L2)细胞和人club样上皮(H441)细胞也暴露于Br2(100 ppm持续10分钟)。24小时后我们测量了凋亡和坏死、AMPK和LKB1磷酸化以及HO-1表达。结果:暴露后肺组织以及L2和H441细胞中磷酸化AMPK和LKB1显著下调。AICAR增加了C57BL/6小鼠的存活率,但对HO-1−/−小鼠无此作用。在WT小鼠中,AICAR减少了肺损伤,并将磷酸化AMPK和磷酸化LKB1恢复到对照水平,同时增加了暴露于Br2的肺组织和细胞中的HO-1水平。用针对核因子E2相关因子2或HO-1的小干扰RNA处理L2和H441细胞,消除了AICAR的保护作用。结论:我们的数据表明,AICAR在毒性气体损伤中的保护作用的主要机制是上调肺HO-1水平。

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
AICAR是否以及如何通过AMPK磷酸化和HO-1上调减轻溴气诱导的急性肺损伤?
核心机制
Br2暴露导致AMPK和LKB1磷酸化降低,AICAR通过激活AMPK上调HO-1,从而发挥保护作用;该作用依赖于Nrf2和HO-1。
主要证据
在C57BL/6小鼠中,AICAR恢复pAMPK和pLKB1水平,减少肺损伤并提高生存率;在HO-1−/−小鼠和siRNA敲低HO-1或Nrf2的细胞中,AICAR的保护作用消失。
研究意义
该研究表明AICAR可能作为治疗溴气等有毒气体暴露引起的急性肺损伤的潜在药物,其机制主要依赖于HO-1上调。

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

Br2暴露动物模型与细胞模型

建立溴气诱导的急性肺损伤模型,并检测AMPK信号通路的变化。

将小鼠暴露于600 ppm Br2(45或30分钟),细胞暴露于100 ppm Br2(10分钟),然后在特定时间点评估损伤和信号蛋白表达。

2

AICAR给药与保护效果评估

验证AICAR在Br2暴露后的治疗效果。

在Br2暴露后6小时给予AICAR(10 mg/kg腹腔注射或800 μM培养基),评估生存率、肺损伤评分、BALF蛋白和细胞计数、肺湿干比、血气分析等。

3

HO-1依赖性和Nrf2通路验证

验证AICAR的保护作用是否依赖于HO-1及其转录调节因子Nrf2。

使用HO-1−/−小鼠以及siRNA敲低HO-1或Nrf2的L2和H441细胞,在Br2暴露后给予AICAR,评估细胞凋亡和坏死。

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
验证分子表达变化
验证免疫效应
验证机制链路
评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
胰蛋白酶-EDTAAtlanta Biologicals--
胶原蛋白Sigma-Aldrich--
AICARTocris Biosciences--
血气电解质分析仪OPTI MedicalBP7558
小鼠HMGB1 ELISA试剂盒Novus BiologicalsNBP2-62767
柠檬烯溶剂----
抗髓过氧化物酶抗体Abcamab9535
HRP-DAB细胞和组织染色试剂盒R&D SystemsCTS005
BCA蛋白测定试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
Neubauer血细胞计数板----
细胞甩片机Tharmac--
快速染色液Siemens--
裂解缓冲液Thermo Fisher Scientific89901
Tris-HCl Criterion预制胶Bio-Rad Laboratories567-1093
PVDF膜Bio-Rad Laboratories--
总AMPK抗体Cell Signaling Technology2532S
T172磷酸化AMPK抗体Cell Signaling Technology2535S
总LKB1抗体Cell Signaling Technology3047S
S482磷酸化LKB1抗体Cell Signaling Technology3482S
HMGB1抗体Sigma-AldrichH9539
Nrf2抗体Santa Cruz Biotechnologysc722
HO-1抗体Enzo Life SciencesADI-SPA-896F
α-微管蛋白抗体Sigma-AldrichT5168
E-钙粘蛋白抗体BD Biosciences610182
E-选择素抗体Santa Cruz Biotechnologysc-137203
前表面活性蛋白C抗体Seven Hills BioreagentsWRAB-9337
β-肌动蛋白抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
Annexin V FITC检测试剂盒Cayman Chemicals Company600300
Hanks平衡盐溶液Gibco14175095
蛋白A/G琼脂糖珠Abcamab193262

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
动物暴露
Br2暴露浓度、持续时间和小鼠品系
阅读提示:Methods: Exposure to Br2
AICAR给药
AICAR剂量、给药途径和时间
阅读提示:Methods: AICAR preparation
细胞暴露和处理
细胞类型、Br2浓度、AICAR浓度和处理时间
阅读提示:Methods: Cell culture and exposure to Br2
siRNA敲低
siRNA靶基因和转染时间
阅读提示:Methods: Flow cytometry analysis
生存分析
观察周期和动物数量
阅读提示:Methods: AICAR preparation; Results: AMPK activation improves lung gas exchange and decreases mortality