一种miR-125/Sirtuin-7通路驱动糖尿病血管疾病中髓系细胞的促钙化潜能

A miR-125/Sirtuin-7 pathway drives the pro-calcific potential of myeloid cells in diabetic vascular disease

作者信息Saula Vigili de Kreutzenberg, Alessandra Giannella, Giulio Ceolotto, Elisabetta Faggin, Roberta Cappellari, Marta Mazzucato, Chiara Fraccaro, Giuseppe Tarantini, Angelo Avogaro, Gian Paolo Fadini
PMID35708762
发布时间2022-09
DOI10.1007/s00125-022-05733-2

实验完整度

高

包含横断面临床研究、hMSC和THP-1体外功能实验、基因敲低/过表达、miRNA mimic/antagomir、RNA-seq及机制验证(RUNX2乙酰化、JAK/STAT抑制剂)。

主要模型

人骨髓间充质干细胞(hMSCs) THP-1髓系细胞系 2型糖尿病患者的单核细胞(MNCs)

重点核对

高糖浓度:20 mmol/l 葡萄糖 vs 5 mmol/l 正常葡萄糖及20 mmol/l甘露醇渗透压对照 SIRT7敲低:100 nmol/l siRNA-SIRT7转染48小时或成骨分化期间 SIRT7过表达:3 μg/well pcDNA3.1 SIRT7flag质粒转染 miR-125b-5p mimic:50 nmol/l转染24、48、72小时;antagomir-125b-5p处理 JAK/STAT抑制剂:AG-490、Stattic、Fludarabine各10 μmol/l处理24小时

摘要

目的/假设:异位钙化是糖尿病血管疾病的典型特征,类似于加速衰老的表型。我们先前发现糖尿病个体中髓系钙化细胞增多。在此,我们研究了将动脉粥样硬化钙化与糖尿病环境中髓系细胞钙化联系起来的分子和细胞通路。方法:我们首先在一项针对87名接受择期冠状动脉造影的2型糖尿病参与者的横断面研究中,检查了冠状动脉钙化、髓系钙化细胞水平和单核细胞基因表达之间的关联。然后,我们进行了间充质干细胞和THP-1髓系细胞系的体外研究,以验证所观察到的关联的因果关系。结果:冠状动脉钙化与髓系钙化细胞水平升高2.8倍(p=0.037)以及单核细胞中成骨基因RUNX2表达升高50%相关,而Sirtuin-7(SIRT7)的表达与钙化呈负相关。在间充质干细胞的标准分化试验中,SIRT7敲低激活了成骨程序并加重了钙化,尤其是在高糖(20 mmol/l)条件下。在髓系细胞系THP-1中,SIRT7下调驱动了促钙化表型,而SIRT7过表达阻止了高糖诱导的钙化。通过Janus激酶(JAK)/信号转导和转录激活因子(STAT)通路,高糖诱导miR-125b-5p,后者靶向髓系细胞中的SIRT7,并与冠状动脉钙化直接相关。结论/解释:我们描述了一条由高糖通过JAK/STAT级联反应引发的新通路,涉及miR-125b-5p对SIRT7的调控,并驱动髓系细胞钙化。该通路与糖尿病个体的冠状动脉钙化相关,可能成为对抗糖尿病血管疾病的靶点。

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
糖尿病环境中,髓系细胞钙化潜能增强的分子和细胞通路是什么?
核心机制
高糖通过JAK/STAT级联反应诱导miR-125b-5p表达,miR-125b-5p靶向并下调SIRT7,导致RUNX2乙酰化水平升高,从而驱动髓系细胞(及间充质干细胞)的促钙化程序。
主要证据
临床横断面研究显示CC+患者MCC水平升高、RUNX2表达升高、SIRT7表达降低且与钙化程度负相关;体外实验表明SIRT7敲低促进hMSC和THP-1细胞钙化,过表达则抑制高糖诱导的钙化;miR-125b-5p mimic抑制SIRT7表达,antagomir逆转高糖效应;JAK/STAT抑制剂阻断miR-125b-5p诱导并恢复SIRT7水平。
研究意义
揭示了高糖通过miR-125b-5p/SIRT7通路驱动髓系细胞钙化的新机制,为糖尿病血管疾病的钙化提供了潜在治疗靶点。

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

临床关联分析

在2型糖尿病患者中评估冠状动脉钙化与髓系钙化细胞水平、单核细胞基因表达及衰老相关通路的关系

纳入87名接受择期冠状动脉造影的2型糖尿病患者,通过流式细胞术检测外周血中MCC水平,通过qPCR和Western blot检测MNC中RUNX2、SIRT7等基因和蛋白表达,并分析其与冠状动脉钙化(CC+ vs CC-)及钙化程度的相关性。

2

间充质干细胞成骨分化实验

验证SIRT7在成骨分化及高糖诱导钙化中的作用

将人骨髓间充质干细胞(hMSCs)在成骨诱导培养基中培养21天,并暴露于正常(5 mmol/l)或高糖(20 mmol/l)或甘露醇渗透压对照。通过siRNA敲低SIRT7,观察对成骨标志物和钙沉积的影响。

3

髓系细胞THP-1功能实验

验证SIRT7调控高糖诱导的髓系细胞钙化

将THP-1细胞在成骨培养基中培养3周,诱导成骨样表型,并施加SIRT7敲低或过表达处理。通过von Kossa染色和钙定量检测钙化程度,并检测RUNX2、OSX等基因表达。

4

miRNA机制研究

探究高糖下调SIRT7的miRNA机制

通过生物信息学筛选和qPCR验证候选miRNA,确定miR-125b-5p在高糖条件下上调。使用mimic和antagomir验证其对SIRT7表达的调控及对钙化的影响。

5

信号通路验证

验证JAK/STAT通路在调控miR-125b-5p和SIRT7中的作用

对高糖处理的成骨THP-1细胞进行RNA-seq分析,发现JAK/STAT通路富集。使用JAK、STAT1、STAT3抑制剂处理细胞,检测miR-125b-5p和SIRT7的表达变化。

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
PE标记抗骨钙素抗体R&D SystemsIC1419P
APC标记抗骨特异性碱性磷酸酶抗体R&D SystemsFAB1448A
Histopaque-1077分离液Sigma-Aldrich--
抗SIRT1抗体Cell Signaling Technology2496
抗SIRT7抗体Cell Signaling Technology5360
抗RUNX2抗体Cell Signaling Technology8486
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
抗OSX抗体Abcam229258
抗乙酰化赖氨酸抗体Cell Signaling Technology9814
间充质干细胞成骨诱导试剂盒StemCell Technologies--
RPMI 1640培养基Sigma-Aldrich--
Matrigel基质胶Corning Incorporated Life Sciences--
氟达拉滨AurogeneS1491
StatticTocris2798
AG-490TocrisT3434
Lipofectamine 3000转染试剂Invitrogen--
pcDNA3.1 SIRT7flag质粒Addgene13818
pcDNA3.1/NT-GFP对照载体Invitrogen--
SIRT7 siRNAApplied Biosystems--

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
临床研究
纳入标准、排除标准、样本量(n=87)、分组(CC- n=18,CC+ n=69)、冠状动脉钙化评估方法、MCC检测方法
阅读提示:Methods部分:Participants, Flow cytometry
间充质干细胞培养与成骨分化
hMSC来源、培养条件、成骨诱导培养基(Mesencult Osteogenic Stimulatory Kit)、分化时间(21天)、高糖浓度(20 mmol/l)、甘露醇浓度(20 mmol/l)
阅读提示:Methods部分:Culture in osteogenic medium
THP-1细胞培养与成骨分化
THP-1细胞来源、培养条件(RPMI 1640 + 10% FBS等)、细胞密度(3×10^6/cm2)、Matrigel包被、成骨分化时间(3周)、高糖浓度(20 mmol/l)
阅读提示:Methods部分:Culture in osteogenic medium
SIRT7敲低与过表达
siRNA浓度(100 nmol/l)、转染试剂(Lipofectamine 3000)、敲低效率验证方法、过表达质粒(pcDNA3.1 SIRT7flag,3 μg/well)、对照质粒
阅读提示:Methods部分:SIRT7 silencing and overexpression
miRNA操作
mimic-miR-125b-5p浓度(50 nmol/l)、转染时间(24、48、72小时)、antagomir-125b-5p处理条件(未明确浓度)、对照组(scrambled miR)
阅读提示:Methods部分:Mimic-miR-125b-5p and antagomir
信号通路抑制剂处理
JAK抑制剂AG-490、STAT1抑制剂Fludarabine、STAT3抑制剂Stattic的浓度(10 μmol/l)和处理时间(24小时)
阅读提示:Methods部分:Culture in osteogenic medium