细胞外HMGB1通过损害调节性T细胞稳定性加剧1型糖尿病的自身免疫进展和复发

Extracellular HMGB1 exacerbates autoimmune progression and recurrence of type 1 diabetes by impairing regulatory T cell stability

作者信息Jing Zhang, Longmin Chen, Faxi Wang, Yuan Zou, Jingyi Li, Jiahui Luo, Faheem Khan, Fei Sun, Yang Li, Jing Liu, Zhishui Chen, Shu Zhang, Fei Xiong, Qilin Yu, Jinxiu Li, Kun Huang, Bao-Ling Adam, Zhiguang Zhou, Decio L Eizirik, Ping Yang, Cong-Yi Wang
PMID32072192
发布时间2020-05
DOI10.1007/s00125-020-05105-8

实验完整度

包含体外细胞实验(Treg分化、功能抑制实验)、体内动物模型(NOD小鼠、单纯疱疹病毒性脑炎T细胞转移模型、胰岛移植模型)及患者样本分析,并进行机制验证(信号通路抑制剂)。

主要模型

NOD小鼠自发1型糖尿病模型 NOD-scid小鼠T细胞转移性结肠炎模型 同基因胰岛移植NOD小鼠模型 1型糖尿病患者外周血样本

重点核对

HMGB1中和抗体处理后血糖水平变化及糖尿病逆转率(13/20) Treg稳定性指标:FOXP3表达、exFOXP3细胞频率、TSDR甲基化水平 信号通路关键蛋白磷酸化水平:p-PI3K、p-Akt、p-mTOR 人外周血中HMGB1水平与IFN-γ+FOXP3+Treg比例的相关性

摘要

目的/假设:高迁移率族蛋白B1(HMGB1)是一种进化上保守的染色体蛋白,被重新发现为一种“危险信号”(警报素),一旦释放到细胞外就会警示免疫系统。因此,它被认为有助于自身免疫性糖尿病的发病机制,但其对1型糖尿病发生和进展的确切影响以及相关的分子机制尚未完全阐明。方法:在本报告中,我们采用NOD小鼠作为模型,探讨阻断HMGB1对1型糖尿病预防、治疗和逆转的影响。为了研究其机制,我们广泛检测了HMGB1刺激后调节性T细胞(Tregs)的特征及其相关信号通路。此外,我们还研究了我们的数据与人类自身免疫性糖尿病的相关性。结果:中和HMGB1既延缓了糖尿病的发病,而且特别相关的是,在20只新发糖尿病NOD小鼠中,有13只逆转了糖尿病。一致地,阻断HMGB1可防止胰岛同种移植物在糖尿病NOD小鼠中遭受自身免疫攻击。利用携带Foxp3谱系报告基因的转基因报告小鼠,我们发现给予HMGB1会损害Treg的稳定性和功能。机制研究表明,HMGB1激活晚期糖基化终末产物受体(RAGE)和Toll样受体(TLR)4,以增强磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-Akt-雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号传导,从而损害Treg的稳定性和功能。事实上,1型糖尿病患者血液循环中高水平的HMGB1导致Treg不稳定,提示阻断HMGB1可能在临床环境中成为治疗1型糖尿病的有效方法。结论/解释:目前的数据支持HMGB1可能成为预防1型糖尿病背景下自身免疫的发生、进展和复发的可行治疗靶点。

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
细胞外HMGB1是否以及如何影响1型糖尿病的发生、进展和复发?
核心机制
HMGB1通过激活RAGE/TLR4受体,增强PI3K-Akt-mTOR信号通路,损害调节性T细胞的稳定性与功能。
主要证据
使用NOD小鼠模型,阻断HMGB1可逆转新发糖尿病并保护胰岛移植物;体外实验显示rHMGB1导致Treg失稳,增加exFOXP3细胞及TSDR甲基化,且RAGE/TLR4抑制剂可逆转此效应;人类1型糖尿病患者血清中HMGB1水平升高,且与IFN-γ+Treg比例相关。
研究意义
HMGB1可能成为预防1型糖尿病发生、进展和复发的治疗靶点。

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

HMGB1被动释放检测

验证在NOD小鼠β细胞更新期间,HMGB1是否从继发性坏死β细胞中被动释放。

对2.5周龄NOD和BALB/c小鼠胰腺切片进行HMGB1免疫组化染色,检测细胞质HMGB1阳性细胞;ELISA检测血清HMGB1水平。

2

早期预防实验

在β细胞更新期阻断HMGB1是否可预防胰岛炎和糖尿病的发生。

2.5周龄NOD雌性小鼠每隔一天给予抗HMGB1抗体(500μg/只)或对照IgG,持续两周;监测血糖至30周龄;在不同时间点(8、10、12周龄)进行胰腺组织学分析(H&E染色、CD4/CD8免疫组化)。

3

糖尿病逆转实验

抗HMGB1治疗是否能逆转新发自身免疫性糖尿病。

新发糖尿病NOD小鼠(血糖>13.8 mmol/l)随机接受抗HMGB1(500μg/只)或IgG治疗,每隔一天一次,持续两周;监测血糖至少120天;通过IPGTT评估葡萄糖耐受;胰腺组织学分析胰岛素和胰高血糖素染色。

4

胰岛移植模型

阻断HMGB1是否能防止胰岛同种移植物免受自身免疫攻击,延长移植物存活。

糖尿病NOD小鼠经亚治疗剂量胰岛素处理至少4周后,在左肾囊下移植500个来自4-5周龄NOD供体的胰岛;移植前一天开始每隔一天给予抗HMGB1或IgG,持续两周;每日监测血糖,记录糖尿病复发时间;移植后第9天和60天进行移植物组织学和免疫组化分析。

5

Treg稳定性体外实验

HMGB1是否直接影响Treg的稳定性与功能。

从NOD小鼠脾脏中分选naive CD4+ T细胞和Tregs;在Treg极化条件下,用重组HMGB1(rHMGB1)处理;通过流式检测FOXP3、IFN-γ和IL-17A表达;使用Foxp3谱系报告小鼠检测exFOXP3细胞;通过亚硫酸氢盐测序检测TSDR甲基化;进行体外抑制实验。

6

机制验证

HMGB1是否通过RAGE/TLR4-PI3K-Akt-mTOR信号通路损害Treg稳定性。

检测rHMGB1刺激后Treg中RAGE、TLR4、TLR2表达;使用RAGE抑制剂FPS-ZM1、TLR4抑制剂TAK-242、TLR2抑制剂C29、PI3K抑制剂wortmannin、Akt抑制剂perifosine、mTOR抑制剂rapamycin处理,检测IFN-γ+FOXP3+细胞比例;Western blot检测PI3K、Akt、mTOR磷酸化水平。

7

体内功能验证

在体内验证HMGB1处理的Treg是否功能受损。

将NOD naive CD4+ T细胞单独或与对照Treg或rHMGB1预处理的Treg共转移至NOD-scid小鼠,诱导结肠炎;监测体重、结肠长度和组织学评分;流式检测结肠固有层中CD4+ T细胞。

8

人体样本相关性分析

验证循环HMGB1水平与人类1型糖尿病中Treg不稳定性的关联。

ELISA检测1型糖尿病患者(n=30)和健康对照(n=34)血浆HMGB1水平;流式检测外周血CD4+ T细胞中IFN-γ+FOXP3+ Treg比例;将健康对照PBMC与糖尿病或对照血清共培养,并加入或不加入抗HMGB1中和抗体,检测IFN-γ+FOXP3+ Treg比例变化。

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
Accu-Check Advantage血糖仪Roche Diagnostics--
正常小鼠IgG (SLM56-0500)Equitech-BioSLM56-0500
抗HMGB1抗体 (ab18256)Abcamab18256
抗CD4抗体 (25229s)Cell Signaling Technology25229s
抗CD8抗体 (98941s)Cell Signaling Technology98941s
抗胰岛素抗体 (4590s)Cell Signaling Technology4590s
抗胰高血糖素抗体 (sc-130624)Santa Cruz Biotechnologysc-130624
小鼠naive CD4+ T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-104-453
小鼠CD4+CD25+调节性T细胞分离试剂盒Miltenyi Biotec130-091-041
RPMI 1640培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
谷氨酰胺补充剂Gibco--
青霉素/链霉素Gibco--
ELISA试剂盒BD Biosciences--
ELISA试剂盒eBioscience--
FPS-ZM1(RAGE抑制剂)----
TAK-242(TLR4抑制剂)----
C29(TLR2抑制剂)----
渥曼青霉素(PI3K抑制剂)----
哌立福辛(Akt抑制剂)----
雷帕霉素(mTOR抑制剂)----

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
糖尿病逆转实验
小鼠品系、周龄(12-20周)、血糖标准(>13.8 mmol/l)、给药剂量(500μg/只)、给药频率(每隔一天,共两周)、对照组(小鼠IgG)。
阅读提示:见Methods中'Diabetes reversal'部分及Fig.2图注。
胰岛移植
供体小鼠周龄(4-5周)、胰岛数量(500个)、受体预处理(亚治疗剂量胰岛素至少4周)、移植部位(左肾囊)、给药方案(移植前一天开始,每隔一天,共两周)。
阅读提示:见Methods中'Islet transplantation'部分及Fig.4图注。
Treg体外稳定性实验
rHMGB1浓度(文中未明确说明)、处理时间(72小时或3天)、Treg分离方法(CD4+CD25+分离试剂盒)、刺激条件(抗CD3/CD28、IL-2)。
阅读提示:见Methods中'Cell purification and culture'、'Methylation analysis of Treg cell-specific demethylated region'及Fig.6图注。
机制信号通路验证
抑制剂种类及浓度(FPS-ZM1、TAK-242、C29、wortmannin、perifosine、rapamycin)、处理时间(24小时)、检测磷酸化蛋白(p-PI3K、p-Akt、p-mTOR)。
阅读提示:见Methods中相关部分及Fig.7图注。
人血清相关性分析
受试者纳入标准(确诊1年内)、样本量(HMGB1检测:30患者、34对照;培养实验:各5例)、血清浓度(20%)、培养时间(72小时)、中和抗体浓度(文中未明确说明)。
阅读提示:见Methods中'Human samples'部分及Fig.8图注。