雪旺细胞来源外泌体诱导星形胶质细胞Toll样受体2表达上调通过抑制CSPGs沉积促进脊髓损伤后功能恢复

Increasing toll-like receptor 2 on astrocytes induced by Schwann cell-derived exosomes promotes recovery by inhibiting CSPGs deposition after spinal cord injury

作者信息Dayu Pan, Yongjin Li, Fuhan Yang, Zenghui Lv, Shibo Zhu, Yixin Shao, Ying Huang, Guangzhi Ning, Shiqing Feng
PMID34372877
发布时间2021-08-09
DOI10.1186/s12974-021-02215-x

实验完整度

高

涵盖体外细胞实验、体内动物模型、特异性基因敲除小鼠及信号通路抑制剂验证,包含功能与机制验证。

主要模型

成年雌性C57BL/6J小鼠T10脊髓挫伤模型 原代培养小鼠雪旺细胞 原代培养小鼠脊髓星形胶质细胞 星形胶质细胞特异性TLR2敲除小鼠(TLR2−/−)

重点核对

SCDEs尾静脉注射剂量:每次25 μL(0.1 μg/μL),每周3次,持续4周 TLR2−/−小鼠(GFAP-Cre; TLR2flox/flox)用于验证TLR2特异性作用 体外氧化应激模型:星形胶质细胞用200 μM H2O2孵育24小时 信号通路验证:IKKβ抑制剂SC-514(腹腔注射,每周两次) 行为学评估时间点:术后1, 3, 5, 7, 14, 28, 42, 56天(BMS)及术前、术后1, 2, 4, 8周(CatWalk)

摘要

创伤性脊髓损伤(SCI)是一种严重致残性疾病,可导致感觉、运动和自主神经功能丧失。由于外泌体易于穿过血脑屏障,在SCI的诊断、预后和治疗方面具有巨大潜力,而雪旺细胞来源外泌体(SCDEs)的功能在很大程度上仍不清楚。方法:在成年雌性小鼠中建立T10脊髓挫伤模型。在SCI诱导后每周三次经尾静脉注射SCDEs,持续4周,对照组注射PBS。使用高分辨率透射电子显微镜和western blot表征SCDEs。通过TLR2、GFAP、CS56、5-HT和β-III-微管蛋白免疫荧光染色检测各组脊髓组织中星形胶质细胞上的Toll样受体2(TLR2)表达、硫酸软骨素蛋白聚糖(CSPGs)沉积和神经功能恢复。将TLR2f/f小鼠与GFAP-Cre品系杂交,产生星形胶质细胞特异性TLR2敲除小鼠(TLR2−/−)。最后,使用western blot分析确定信号蛋白的表达,并使用IKKβ抑制剂SC-514验证涉及的信号通路。结果:我们发现SCI后星形胶质细胞上TLR2显著升高。SCDEs治疗可促进功能恢复,并诱导星形胶质细胞上TLR2表达,同时伴随CSPGs沉积减少。星形胶质细胞上TLR2的特异性敲除消除了SCI后CSPGs沉积减少和神经功能恢复。此外,通过western blot验证了NF-κB/PI3K信号通路参与TLR2激活。进一步使用IKKβ抑制剂SC-514验证了该信号通路。结论:因此,我们的结果揭示了SCDEs可通过NF-κB/PI3K信号通路上调星形胶质细胞TLR2表达,减少CSPGs沉积,从而促进SCI后小鼠的功能恢复。

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
SCDEs能否通过调节星形胶质细胞上TLR2表达影响CSPGs沉积,从而促进脊髓损伤后的功能恢复?
核心机制
SCDEs通过NF-κB/PI3K信号通路上调星形胶质细胞TLR2表达,导致CSPGs沉积减少,从而促进SCI后功能恢复。
主要证据
体内实验显示SCDEs处理增加TLR2表达并减少CSPGs沉积,改善功能;TLR2−/−小鼠中这些效应被消除;western blot证实NF-κB/PI3K通路参与,SC-514抑制该通路后效应消失。体外实验(H2O2处理星形胶质细胞)验证了通路激活。
研究意义
该研究揭示了SCDEs通过TLR2/NF-κB/PI3K信号轴促进SCI后修复的新机制,为SCI治疗提供了潜在的新策略。

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

SCDEs制备与表征

获取并验证雪旺细胞来源的外泌体

从成年WT雌性小鼠坐骨神经分离原代雪旺细胞,培养后收集条件培养基,通过超速离心法提取外泌体(SCDEs)。

2

体内SCI模型建立与SCDEs治疗

评估SCDEs对SCI后TLR2表达、CSPGs沉积和功能恢复的影响

成年雌性WT小鼠建立T10严重脊髓钳夹损伤模型,术后通过尾静脉注射SCDEs或PBS(对照组)。

3

星形胶质细胞特异性TLR2敲除小鼠验证

验证SCI后SCDEs的治疗作用是否依赖于星形胶质细胞上的TLR2

将TLR2f/f小鼠与GFAP-Cre小鼠杂交,获得星形胶质细胞特异性TLR2敲除小鼠(TLR2−/−),并用于SCI模型及SCDEs治疗研究。

4

体外星形胶质细胞氧化应激模型与通路验证

在体外验证SCDEs对星形胶质细胞TLR2表达的诱导作用及NF-κB/PI3K信号通路的参与

分离培养原代星形胶质细胞,用H2O2处理模拟SCI体外环境,并用SCDEs处理,通过Western blot检测信号通路蛋白表达。

5

信号通路抑制剂体内验证

验证NF-κB/PI3K信号通路在SCDEs作用中的必要性

对SCI小鼠给予SCDEs处理,同时腹腔注射IKKβ抑制剂SC-514,检测TLR2表达、CSPGs沉积和星形胶质细胞分布的变化。

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
验证分子表达变化

产品清单

实验环节名称品牌货号
日立HT7700透射电子显微镜Hitachi--
微型蚊式弯止血钳MEDLINEMDS1222310
硫酸庆大霉素Abcamab146573
镇痛钠Abcamab145848
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
胶原酶ARoche--
多聚-L-赖氨酸Sigma--
木瓜蛋白酶Millipore SigmaP3125
Optiprep密度梯度分离液Millipore SigmaD1556
Bradford蛋白定量试剂盒Sangon Biotech--
OCT包埋剂Fisher Scientific4583
抗5-HT抗体Santa Cruz Biotechnologysc-65495
抗GFAP抗体Abcamab4674
抗TLR2抗体Cell Signaling Technology12276S
抗CS56抗体Abcamab11570
抗PGP9.5抗体Abcamab108986
抗III型胶原抗体Abcamab7778
抗纤连蛋白抗体Abcamab253288
抗p75抗体Abcamab52987
抗S100抗体Abcamab34686
抗CD9抗体Abcam--
抗Alix抗体Cell Signaling Technology--
抗CD63抗体Santa Cruz--
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology--
抗NF-κB p65抗体Cell Signaling Technology--
抗磷酸化PI3激酶抗体Cell Signaling Technology--
抗PI3激酶抗体Cell Signaling Technology--
ECL底物ThermoFisher Scientific--
ChemiDoc XRS凝胶成像系统BioRad--
SC-514Abcamab144415
CatWalk步态分析系统Noldus--
蔡司LSM 780共聚焦显微镜Zeiss--

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
小鼠品系、性别、年龄、损伤节段与方式、麻醉方式
阅读提示:Methods - Mice, Surgical procedures and treatment
SCDEs制备与给药
雪旺细胞分离与培养条件、外泌体纯化参数、给药剂量、频率与途径
阅读提示:Methods - Schwann cell isolation and cell culture, Preparation and purification of SCDEs, Characterization of SCDEs and injections
体外星形胶质细胞实验
星形胶质细胞分离与培养方法、H2O2浓度与处理时间、SCDEs处理浓度与时间
阅读提示:Methods - Isolation and culture of spinal cord astrocytes
信号通路验证
SC-514的给药剂量、频率与途径,及其对TLR2、GFAP、CS56蛋白表达的影响
阅读提示:Methods - Western blotting, Results - SC-514 abolished the effect of SCDEs...
行为学评估
BMS评分时间点、CatWalk测试前的训练方案、测试时间
阅读提示:Methods - Evaluation of the locomotive function