Iba-1+髓系细胞中前颗粒蛋白缺乏通过扰乱溶酶体功能和异常炎症加剧脉络膜新生血管

Progranulin deficiency in Iba-1+ myeloid cells exacerbates choroidal neovascularization by perturbation of lysosomal function and abnormal inflammation

作者信息Kei Takahashi, Shinsuke Nakamura, Wataru Otsu, Masamitsu Shimazawa, Hideaki Hara
PMID34304733
发布时间2021-07-25
DOI10.1186/s12974-021-02203-1

实验完整度

包含体内激光诱导CNV小鼠模型(Grn基因型比较)、体外RAW264.7细胞系和原代腹腔巨噬细胞实验,以及Western blot、免疫染色、LysoTracker等功能和机制验证,符合高完整度标准。

主要模型

激光诱导CNV的C57BL/6J小鼠模型 RAW264.7小鼠巨噬细胞系 Grn−/−小鼠原代腹腔巨噬细胞

重点核对

Grn基因型(Grn+/+、Grn+/−、Grn−/−)对CNV面积和血管渗漏的影响 PGRN敲低(siGrn)RAW264.7细胞在低氧(1% O2)条件下的VEGF-A和炎症因子表达 Grn−/−小鼠CNV周围Iba-1+细胞数量及VEGF-A表达 PGRN缺陷巨噬细胞中溶酶体标志物(LysoTracker、LAMP1、cathepsin D)的变化

摘要

背景:年龄相关性黄斑变性(AMD)是全球老年人永久性失明的主要原因。视网膜下腔的慢性炎症与渗出性AMD的进展相关。前颗粒蛋白(PGRN)是一种由髓系细胞分泌的生长因子,在控制溶酶体功能中发挥重要作用。PGRN缺乏可导致中枢神经系统神经元的炎症。本研究旨在探讨PGRN在激光诱导的CNV小鼠模型中脉络膜新生血管(CNV)大小中的作用。方法:通过激光光凝视网膜诱导C57BL/6J小鼠产生CNV。检测PGRN的表达和Iba-1+细胞在CNV周围的聚集。同时研究了激光诱导CNV的Grn−/−、Grn+/−和Grn+/+小鼠。为了评估巨噬细胞对炎症的影响,我们使用了通过RNA干扰敲低PGRN表达的巨噬细胞系(RAW264.7)以及来源于Grn−/−和Grn+/+小鼠的腹腔巨噬细胞。这些细胞在低氧条件(1%O2)下培养。结果:Iba-1+髓系细胞迁移并聚集在光凝诱导的CNV区域,且在Grn+/+小鼠中CNV病变分泌高水平的PGRN。Grn−/−小鼠的CNV大小大于Grn+/−和Grn+/+小鼠。在Grn−/−小鼠中,CNV周围眼部浸润的Iba-1+细胞数量更多,这些细胞产生的VEGF-A多于Grn+/+小鼠。PGRN沉默的RAW264.7细胞导致细胞异常活化。此外,低氧条件促进了PGRN缺陷巨噬细胞产生促血管生成和促炎细胞因子。有趣的是,在PGRN缺陷的巨噬细胞中,溶酶体相关蛋白的表达水平和活化溶酶体的数量增加。结论:这些发现表明,Iba-1+细胞中PGRN缺乏会激活溶酶体功能,进而导致异常炎症。Iba-1+髓系细胞的异常活化可能促进CNV的进展,调节这些细胞可能是渗出性AMD的新治疗靶点。

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
探讨PGRN在激光诱导CNV小鼠模型中对CNV大小的影响及其潜在机制。
核心机制
Iba-1+髓系细胞中PGRN缺乏导致溶酶体功能异常(溶酶体相关蛋白表达增加、活化溶酶体增多),进而引发异常炎症(促炎和促血管生成因子表达上调),最终加剧CNV形成和血管渗漏。
主要证据
通过比较Grn−/−、Grn+/−和Grn+/+小鼠的CNV面积和荧光素渗漏,发现Grn−/−小鼠CNV显著增大;体外实验证实PGRN沉默的RAW264.7细胞在低氧下VEGF-A和炎症因子(TNF-α、IL-1β、CCL2等)表达升高,且溶酶体标记物增强。
研究意义
PGRN缺乏引起髓系细胞异常活化可能促进CNV进展,调节这些细胞可能是渗出性AMD的新治疗靶点,可补充抗VEGF治疗的不足。

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

激光诱导CNV模型建立及PGRN表达定位

观察激光光凝后CNV区域PGRN表达和Iba-1+髓系细胞的聚集情况。

对C57BL/6J小鼠进行激光光凝诱导CNV,通过免疫荧光染色检测PGRN和Iba-1的表达及共定位。

2

评估PGRN基因缺失对CNV大小和血管渗漏的影响

比较不同Grn基因型小鼠CNV大小和血管通透性。

对Grn+/+、Grn+/−和Grn−/−小鼠进行激光光凝,通过FFA和FITC-dextran angiography评估血管渗漏和CNV面积。

3

检测CNV区域VEGF-A和CD68表达及髓系细胞浸润

确定PGRN缺乏对CNV区域髓系细胞促血管生成表型的影响。

在激光光凝后第7天,对RPE-脉络膜铺片进行免疫染色,检测VEGF-A和CD68表达,并计数Iba-1+细胞。

4

体外验证PGRN敲低对巨噬细胞活化、炎症和溶酶体功能的影响

建立PGRN敲低的细胞模型,验证其对巨噬细胞功能的影响。

使用siRNA敲低RAW264.7细胞PGRN表达,在低氧条件下培养,检测细胞活力、炎症因子表达、VEGF-A水平、溶酶体数量和功能。

5

验证PGRN缺乏对体内溶酶体蛋白表达的影响

在动物模型中验证PGRN缺乏对CNV区域溶酶体相关蛋白表达的影响。

对Grn+/+和Grn−/−小鼠CNV区域进行LAMP1和cathepsin D免疫组化染色。

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
托吡卡胺Santen Pharmaceutical--
MC500激光光凝仪NIDEC--
OCT包埋剂Sakura Finetek Japan--
Hoechst 33342InvitrogenH3570
抗小鼠PGRN抗体R&D SystemsAF2557
抗Iba1抗体FUJIFILM Wako019-19741
抗CD68抗体Bio-RadMCA1957GA
抗LAMP1抗体Abcamab25245
抗组织蛋白酶D抗体R&D SystemsAF1029
Alexa Fluor® 647驴抗绵羊IgGInvitrogenA21448
Alexa Fluor® 546驴抗兔IgGInvitrogenA10040
Alexa Fluor® 488驴抗大鼠IgGInvitrogenA21208
Alexa Fluor® 647驴抗大鼠IgGJackson ImmunoResearch712-605-153
抗VEGF-A抗体Merck MilliporePC315
Fluoromount封片剂DBS Diagnostic Biosystems--
荧光素Alcon Japan--
荧光素标记的葡聚糖Sigma-Aldrich--
DMEM培养基Nacalai Tesque08456-36
胎牛血清----
Lipofectamine® RNAiMAX转染试剂Invitrogen13778-150
靶向Grn的siRNAInvitrogen1320001
细胞计数试剂盒8Dojindo Molecular Technologies343-07623
RIPA裂解液Sigma-AldrichR0278
BCA蛋白定量试剂盒Pierce Chemical23225
PVDF膜MilliporeIPVH00010
抗IL-1β抗体Abcamab9722
抗C3抗体Santa Cruzsc-28294
抗TNF-α抗体Cell Signaling Technology11948
抗CCL2抗体Santa Cruzsc-52701
抗sortilin抗体Santa Cruzsc-376561
抗β-actin抗体Sigma-AldrichA2228
ImmunoStar LD化学发光底物FUJIFILM Wako290-69904
Amersham Imager 680成像仪GE Healthcare Life Sciences--
LysoTracker Red DND-99InvitrogenL7528
牛血清白蛋白Nacalai Tesque01863-06
抗iNOS抗体Cell Signaling Technology13120
3-巯基-1,2-丙二醇FUJIFILM Wako196-16142

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
激光诱导CNV模型
激光参数(波长、功率、持续时间、光斑大小);小鼠周龄和品系;排除标准(出血等)
阅读提示:Methods: Laser-induced choroidal neovascularization model
PGRN表达和定位检测
免疫荧光染色抗体浓度和品牌;组织处理(固定、包埋、切片厚度)
阅读提示:Methods: Immunostaining of ocular sections
CNV大小和血管渗漏评估
FFA分级标准;FITC-dextran用量和分子量;图像分析软件
阅读提示:Methods: Fundus fluorescein angiography, Quantifications of choroidal neovascularization
细胞培养和处理
RAW264.7细胞培养条件;PGRN siRNA转染浓度和时间;低氧条件(1% O2)和持续时间;原代巨噬细胞收集方法
阅读提示:Methods: Cell cultures, Transfection by small interfering RNA and cell treatment, Primary macrophage culture
蛋白表达检测
RIPA缓冲液配方;抗体浓度和品牌;ECL底物;成像系统
阅读提示:Methods: Western blot analysis
溶酶体功能检测
LysoTracker染色浓度和作用时间;LAMP1和cathepsin D抗体浓度
阅读提示:Methods: Lysotracker staining, Results: PGRN-deficient myeloid cells show lysosomal abnormality