辐照加速载脂蛋白E敲除小鼠血流改变颈动脉中斑块形成和细胞衰老

Irradiation Accelerates Plaque Formation and Cellular Senescence in Flow-Altered Carotid Arteries of Apolipoprotein E Knock-Out Mice

作者信息Yu Yamamoto, Manabu Minami, Kazumichi Yoshida, Manabu Nagata, Takeshi Miyata, Tao Yang, Naoki Takayama, Keita Suzuki, Masakazu Okawa, Kiyofumi Yamada, Susumu Miyamoto
PMID34227406
发布时间2021-07
DOI10.1161/JAHA.120.020712

实验完整度

包括动物模型、组织形态学、免疫荧光、免疫组化及RT-qPCR等多个证据层级,并包含功能验证和机制验证。

主要模型

载脂蛋白E敲除(ApoE-/-)小鼠颈动脉部分结扎模型 经6 Gy伽马射线全身照射的ApoE-/-小鼠

重点核对

小鼠周龄及性别:9周龄雄性ApoE-/-小鼠 左颈动脉分支部分结扎手术(保留甲状腺上动脉) 照射剂量及时间:术后2周,6 Gy伽马射线全身照射 取样时间:照射后4周 对照组与IR组样本量(n=11等)及统计方法(Mann-Whitney U检验)

摘要

背景:通过细胞衰老(称为衰老相关分泌表型)引起的慢性炎症是包括动脉粥样硬化在内的多种器官疾病的机制。特别是,电离辐射(IR)通过引起DNA损伤导致细胞衰老。尽管先前的临床研究表明放疗作为长期副作用导致动脉粥样硬化,但详细机制尚不清楚。本研究旨在探讨小鼠颈动脉中辐射诱导的动脉粥样硬化与衰老相关分泌表型之间的关系。方法与结果:对9周龄雄性载脂蛋白E缺陷小鼠进行左颈动脉分支的部分结扎以诱导动脉粥样硬化。术后2周,小鼠接受剂量为6 Gy的伽马射线全身照射。我们比较了IR后4周收集的样本与未照射对照样本。IR组和对照组分别有90.9%和72.3%的小鼠出现病理性进展病变。IR组的斑块体积、巨噬细胞积累和血管平滑肌细胞表型转换均有所进展。照射样本显示持续DNA损伤反应(53BP1)增加,细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(p16INK4a和p21)上调,以及炎性趋化因子表达升高(单核细胞趋化蛋白-1、角质形成细胞衍生趋化因子和巨噬细胞炎症蛋白2)。结论:IR促进了小鼠颈动脉中斑块的生长。我们的研究结果支持衰老相关分泌表型可能加重照射动脉中动脉粥样硬化形成的可能性。该小鼠模型可能有助于阐明辐射诱导动脉粥样硬化的机制。

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
电离辐射是否通过衰老相关分泌表型促进颈动脉斑块形成?
核心机制
电离辐射引起持续DNA损伤,导致血管平滑肌细胞衰老,通过衰老相关分泌表型分泌炎性趋化因子,促进炎症和斑块进展。
主要证据
小鼠模型显示IR组斑块体积、巨噬细胞积累和VSMC表型转换增加,53BP1、p16INK4a、p21及MCP-1、KC、MIP-2表达上调。
研究意义
该模型有助于阐明辐射诱导动脉粥样硬化的机制,为理解放疗后颈动脉狭窄的病理生理提供依据。

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

建立动脉粥样硬化小鼠模型

通过部分结扎颈动脉诱导血流改变,模拟动脉粥样硬化形成条件。

对9周龄雄性ApoE-/-小鼠进行左颈动脉分支部分结扎,保留甲状腺上动脉,术后给予西方饮食。

2

电离辐射处理

观察全身照射对斑块形成的影响。

术后2周,对IR组小鼠进行6 Gy伽马射线全身照射,对照组不照射。

3

形态学评估斑块进展

比较IR组与对照组斑块的大小和病理分期。

收集照射后4周样本,进行弹力纤维染色,测量内膜面积及内膜/中膜比,并按改良AHA标准分类。

4

免疫荧光和免疫组化分析

检测巨噬细胞积累、VSMC表型转换、DNA损伤和衰老标志物。

使用抗体检测Iba-1、α-SMA、vimentin、γH2AX、53BP1、p16INK4a和p21,通过免疫荧光和免疫组化定量阳性细胞比例。

5

RNA提取和RT-qPCR

检测衰老和炎症相关基因的mRNA表达。

提取颈动脉总RNA,逆转录后通过定量PCR检测p16INK4a、p21、MCP-1、KC、MIP-2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。

验证细胞功能变化
验证分子表达变化
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
Gammacell 40Nordion--
Alexa Fluor 488标记二抗Invitrogen--
Alexa Fluor 594标记二抗Invitrogen--
含DAPI的Prolong Gold抗淬灭剂Invitrogen--
ImmPRESS马抗兔IgG聚合物试剂Vector Laboratories--
DAB过氧化物酶底物试剂盒Vector Laboratories--
抗α-平滑肌肌动蛋白抗体Cell Signaling Technology19245
抗波形蛋白抗体(Alexa Fluor 488偶联)Cell Signaling Technology9854
抗Iba-1抗体Fujifilm Wako013-27691
抗γH2AX抗体Millipore05-636-I
抗53BP1抗体Novus BiologicalsNB100-304
抗53BP1抗体(Alexa Fluor 594偶联)Novus BiologicalsNB100-304AF594
抗p16INK4a抗体Proteintech10883-1-AP
抗p21抗体Biossbs-10129R
RNeasy Micro试剂盒QIAGEN--
High-Capacity cDNA逆转录试剂盒Thermo Fisher Scientific--
THUNDERBIRD SYBR qPCR预混液TOYOBO--
Applied Biosystems 7300实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
BZ8100明场显微镜Keyence--
BZ-X710荧光显微镜Keyence--
GraphPad Prism 8GraphPad--

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
动物模型建立
小鼠品系、性别、周龄、手术方式、饮食
阅读提示:Methods部分:Experimental Procedures
照射处理
照射剂量、时间、方式
阅读提示:Methods部分:Experimental Procedures及图1B
样本收集
取样时间点、样本处理
阅读提示:Methods部分:Experimental Procedures
形态学评估
切片厚度、染色方法、测量指标
阅读提示:Methods部分:Morphologic Evaluation
分子检测
RNA提取方法、引物序列、内参、分析方法
阅读提示:Methods部分:Quantitative Real-Time Polymerase Chain Reaction