巨噬细胞特异性RhoA基因敲除延缓小鼠周围神经损伤后的华勒氏变性

Macrophage-specific RhoA knockout delays Wallerian degeneration after peripheral nerve injury in mice

作者信息Jiawei Xu, Jinkun Wen, Lanya Fu, Liqiang Liao, Ying Zou, Jiaqi Zhang, Junyao Deng, Haowen Zhang, Jingmin Liu, Xianghai Wang, Daming Zuo, Jiasong Guo
PMID34654444
发布时间2021-10-15
DOI10.1186/s12974-021-02292-y

实验完整度

高

包含巨噬细胞特异性基因敲除小鼠模型、体内外功能验证(迁移和吞噬)、分子通路验证(Western blotting、抑制剂实验)及神经再生功能评估(电生理、组织学)等多个独立证据层级。

主要模型

Lyz2Cre+/−; RhoAflox/flox (cKO)小鼠 坐骨神经横切损伤模型 坐骨神经挤压损伤模型 骨髓来源巨噬细胞

重点核对

巨噬细胞特异性RhoA敲除的确认(F4/80和RhoA免疫荧光共染、Western blotting) 体内华勒氏变性评估:NF200和P0蛋白表达及轴突/髓鞘碎片长度(3和7 dpi) 体内巨噬细胞迁移评估:F4/80免疫组化计数不同时间点(0-28 dpi)的巨噬细胞数量 体外吞噬评估:荧光微球和髓鞘碎片吞噬实验(1×10^5细胞/孔,0.1 mg/mL lumispheres 3 h,1 mg/mL myelin debris 24 h) 机制验证:ROCK和MLCK表达检测及Y27632和ML7抑制剂处理

摘要

背景:在华勒氏变性过程中,大量巨噬细胞被招募至受损神经,在免疫反应和吞噬变性轴突及髓鞘碎片中发挥关键作用,从而为神经再生创造有利的微环境。近年来,靶向RhoA通路的药物已被广泛用于促进周围神经轴突再生。然而,RhoA在巨噬细胞中对周围神经损伤后华勒氏变性和神经再生的作用仍不清楚。在此,我们提出假设:RhoA可能通过影响周围神经损伤后巨噬细胞的迁移和吞噬作用来影响华勒氏变性和神经再生。方法:采用免疫组织化学、Western blotting、H&E染色和电生理学方法评估坐骨神经横切和挤压损伤后LyzCre+/−; RhoAflox/flox (cKO)小鼠或Lyz2Cre+/− (Cre)小鼠(不分性别)的华勒氏变性和轴突再生。在受损神经和培养的巨噬细胞中检测巨噬细胞的迁移和吞噬功能。此外,还评估了ROCK和MLCK在培养巨噬细胞中的表达和潜在作用。结果:1. cKO小鼠巨噬细胞中的RhoA被特异性敲除;2. 与Cre小鼠相比,cKO小鼠受损神经中轴突和髓鞘的分解、轴突再生和神经传导均显著受阻,而肌萎缩更为严重;3. RhoA敲除在体内和体外均减弱了巨噬细胞的迁移和吞噬能力;4. cKO巨噬细胞中ROCK和MLCK表达下调,而抑制ROCK和MLCK可减弱巨噬细胞的迁移和吞噬能力。结论:我们的研究结果表明,巨噬细胞中RhoA的缺失对华勒氏变性和神经再生产生不利影响,这很可能是由于RhoA/ROCK/MLCK通路中断导致巨噬细胞迁移和吞噬功能受损所致。由于既往研究已证明神经元中RhoA抑制有利于轴突再生,本研究提醒我们在未来治疗周围神经损伤的应用中需要考虑RhoA靶向药物的细胞特异性。关键词:RhoA,巨噬细胞,华勒氏变性,神经再生,周围神经损伤

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
RhoA在巨噬细胞中对周围神经损伤后华勒氏变性和神经再生有何作用?其潜在机制是什么?
核心机制
巨噬细胞中RhoA敲除下调ROCK和MLCK表达,导致巨噬细胞迁移和吞噬能力受损,从而延缓华勒氏变性和神经再生。
主要证据
在cKO小鼠中,坐骨神经损伤后轴突和髓鞘碎片清除减慢、巨噬细胞浸润减少、轴突再生标志物GAP43降低及功能恢复受损;体外实验证实cKO巨噬细胞迁移和吞噬能力下降,且ROCK/MLCK抑制剂可模拟此效应。
研究意义
研究提示RhoA在巨噬细胞和神经元中的作用不同,未来应用RhoA靶向药物治疗周围神经损伤时需考虑细胞特异性。

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

建立巨噬细胞特异性RhoA敲除小鼠模型

验证Lyz2Cre+/−; RhoAflox/flox (cKO)小鼠中RhoA在巨噬细胞中的特异性敲除。

将RhoAflox/flox小鼠与Lyz2Cre小鼠杂交,获得cKO小鼠;通过免疫荧光和Western blotting检测损伤神经和培养巨噬细胞中RhoA的表达。

2

评估华勒氏变性程度

检测巨噬细胞RhoA敲除对轴突和髓鞘碎片清除的影响。

建立坐骨神经横切损伤模型,于3和7 dpi收集远端神经段,进行Western blotting(NF200、P0)和免疫组化染色,量化轴突和髓鞘碎片长度。

3

评估神经再生和功能恢复

检测巨噬细胞RhoA敲除对轴突再生和功能恢复的影响。

建立坐骨神经挤压损伤模型,观察3 dpi时GAP43蛋白水平和轴突生长长度;28 dpi时评估腓肠肌湿重、肌纤维面积和CMAP。

4

体内外巨噬细胞迁移和吞噬功能分析

验证RhoA敲除对巨噬细胞迁移和吞噬能力的影响。

通过F4/80免疫组化计数不同时间点损伤神经中的巨噬细胞;体外Transwell实验检测迁移,荧光微球和髓鞘碎片吞噬实验检测吞噬。

5

机制验证:ROCK/MLCK通路

探究RhoA调控巨噬细胞迁移和吞噬的下游机制。

检测cKO和Cre巨噬细胞中ROCK和MLCK的蛋白表达;使用ROCK抑制剂Y27632和MLCK抑制剂ML7处理野生型巨噬细胞,观察迁移和吞噬功能变化。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
B6.129P2-Lyz2tm1(cre)Ifo/J小鼠上海模式动物中心--
RhoAflox/flox小鼠Cyagen--
三溴乙醇----
DMEM/F12培养基Gibco11330057
胎牛血清SigmaF8318
青霉素/链霉素Gibco15140122
巨噬细胞集落刺激因子R&D416-ML-010
Y27632SelleckS1049
ML7AbcamAB120848
Hank's平衡盐溶液GibcoC14175500BT
荧光微球BaseLine Chromtech7-3-0100
抗F4/80抗体Abcamab6640
油红OSolarbioG1262
抗MBP抗体BiolegendSMI-99
Transwell小室Corning Costar3422
结晶紫LeageneDZ0055
OCT包埋剂Sakura4583
Triton X-100SigmaX100
鱼明胶SigmaG7041
DAPISigmaD8417
抗NF200抗体SigmaN4142
抗P0抗体MilliporeABN363
抗GAP43抗体Abcamab16053
抗RhoA抗体Santa Cruzsc-418
Alexa 568偶联山羊抗兔二抗InvitrogenA-11011
Alexa 488偶联山羊抗兔二抗InvitrogenA-11008
Alexa 488偶联山羊抗小鼠二抗InvitrogenA-11001
Alexa 568偶联山羊抗小鼠二抗InvitrogenA-11004
Alexa 488偶联山羊抗大鼠二抗InvitrogenA-11006
Alexa 568偶联山羊抗大鼠二抗InvitrogenA-11077
RIPA裂解液Fdbio scienceFD009
蛋白酶抑制剂混合物FdbioFD1001
SDS-PAGE上样缓冲液Fdbio scienceFD006
PVDF膜MilliporeIPVH0010
抗GAPDH抗体Abcamab8245
抗ROCK2抗体Abcamab125025
抗MLCK抗体AbceptaAP7966A
山羊抗大鼠IgG二抗Invitrogen31471
山羊抗兔IgG二抗Invitrogen31460
山羊抗小鼠IgG二抗Invitrogen32430
增强化学发光试剂Millipore--
Lumazone成像系统Roper--
Axon Digidata 1550数字转换器Molecular Devices--

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、年龄、性别;手术方式(横切或挤压);损伤位置(坐骨切迹远端0.3 cm);麻醉方式及剂量;镇痛药物及剂量
阅读提示:Methods: Animals, Animal surgery
巨噬细胞培养和处理
骨髓细胞来源;培养时间(7天);MCSF浓度;Y27632和ML7浓度及处理时间
阅读提示:Methods: Culture of bone marrow-derived macrophages and pharmacological treatment
迁移和吞噬实验
Transwell孔径和预处理;细胞数量;迁移时间;吞噬物类型和浓度;孵育时间
阅读提示:Methods: Phagocytic capability assay, Migration assay
华勒氏变性评估
损伤后时间点(3、7 dpi);NF200和P0检测;轴突和髓鞘碎片长度量化方法
阅读提示:Results: Macrophage-specific RhoA depletion retards Wallerian degeneration in the injured nerve
神经再生和功能恢复评估
GAP43蛋白水平;轴突再生长度;腓肠肌湿重;肌纤维面积;电生理参数(振幅、潜伏期)
阅读提示:Results: Macrophage-specific RhoA depletion attenuates nerve regeneration after nerve injury