巨噬细胞mTORC2缺失通过FoxO1和IL-1β信号驱动动脉粥样硬化

Loss of Macrophage mTORC2 Drives Atherosclerosis via FoxO1 and IL-1β Signaling

作者信息Xiangyu Zhang, Trent D Evans, Sunny Chen, Ismail Sergin, Jeremiah Stitham, Se-Jin Jeong, Astrid Rodriguez-Velez, Yu-Sheng Yeh, Arick Park, In-Hyuk Jung, Abhinav Diwan, Joel D Schilling, Oren Rom, Arif Yurdagul, Slava Epelman, Jaehyung Cho, Irfan J Lodhi, Bettina Mittendorfer, Babak Razani
PMID37350264
期刊Circ Res
发布时间2023-07-21
DOI10.1161/CIRCRESAHA.122.321542

实验完整度

包含体外巨噬细胞培养、体内动脉粥样硬化模型(ApoE-/-小鼠)、基因敲除和药理学抑制等至少两个独立证据层级,并进行功能与机制验证。

主要模型

小鼠骨髓来源巨噬细胞 硫乙醇酸盐诱导的腹腔巨噬细胞 LysM-Cre/Rictorflox/flox ApoE-/-小鼠 LysM-Cre/mTORflox/flox ApoE-/-小鼠

重点核对

巨噬细胞特异性Rictor缺失(LysM-Cre) Western diet喂养8周诱导动脉粥样硬化 LPS注射0.9 mg/kg及FoxO1抑制剂AS1842856注射20 mg/kg siRNA敲低FoxO1

摘要

背景:雷帕霉素的机制靶点(mTOR)通路是一个复杂的信号级联,调节细胞生长、增殖、代谢和存活。虽然mTOR信号激活与动脉粥样硬化相关,但其在病变进展和斑块巨噬细胞中的直接作用仍不清楚。我们先前证明,mTOR复合物1(mTORC1)激活通过抑制自噬和增加巨噬细胞凋亡促进动脉粥样硬化。方法:利用巨噬细胞特异性Rictor和mTOR缺陷小鼠,我们解析了mTORC2通路在动脉粥样硬化中的不同功能。结果:与阻断巨噬细胞mTORC1所见的心脏保护作用相反,巨噬细胞特异性mTORC2缺陷小鼠表现出动脉粥样硬化表型,具有更大、更复杂的病变和增加的细胞死亡。在培养的巨噬细胞中,我们显示mTORC2信号抑制FoxO1转录因子,从而抑制促炎通路,特别是炎症小体/IL-1β反应,这是血管炎症和动脉粥样硬化的关键介质。此外,给予FoxO1抑制剂在体外和体内均可有效挽救由mTORC2缺陷引起的促炎反应。有趣的是,巨噬细胞mTOR的集体缺失(同时消除mTORC1和mTORC2依赖通路)导致斑块大小或复杂性变化极小,反映了这两个信号臂平衡但相反的作用。结论:我们的数据提供了巨噬细胞mTOR信号在动脉粥样硬化中的首个机制细节,并提示旨在调节mTOR的治疗措施需要考虑其双重功能。

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
巨噬细胞mTORC2信号在动脉粥样硬化中的作用及其机制是什么?
核心机制
mTORC2通过Akt磷酸化FoxO1使其失活,抑制FoxO1核转位和IL-1β转录,从而限制炎症反应;mTORC2缺失导致FoxO1激活,促进IL-1β表达和分泌,加重动脉粥样硬化。
主要证据
巨噬细胞特异性Rictor敲除小鼠在西方饮食后斑块增大、坏死核心和凋亡增加,体外和体内IL-1β升高;FoxO1敲低或抑制剂AS1842856可逆转IL-1β升高。
研究意义
该研究首次揭示巨噬细胞mTORC1和mTORC2在动脉粥样硬化中起相反作用,提示选择性mTOR抑制剂可能更有利于临床治疗。

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mTORC2缺陷小鼠模型

研究巨噬细胞mTORC2缺失对动脉粥样硬化的影响

使用LysM-Cre/Rictorflox/flox ApoE-/-小鼠及对照,西方饮食喂养8周,评估主动脉根部斑块面积、组成和细胞死亡。

2

检测体外巨噬细胞IL-1β产生

验证mTORC2缺失对巨噬细胞炎性反应的直接影响

从Rictor KO和对照小鼠分离腹腔巨噬细胞,用LPS和ATP或胆固醇晶体刺激,测量IL-1β分泌、pro-IL-1β表达和Il1b mRNA水平。

3

验证体内IL-1β激活

确认mTORC2缺失在体内增强IL-1β反应

给mϕRictor-KO和对照小鼠注射LPS,检测血清和血白细胞中IL-1β水平;并在喂养西方饮食的小鼠中检测血清、单核细胞和主动脉斑块中的IL-1β。

4

机制研究:mTORC2-FoxO1-IL-1β通路

阐明mTORC2调控IL-1β的分子机制

检测Rictor KO巨噬细胞中Akt和FoxO1磷酸化、FoxO1核转位,以及NF-κB核转位;利用siRNA敲低FoxO1分析对IL-1β的影响。

5

药理学抑制FoxO1

评估FoxO1抑制剂对mTORC2缺失引起的IL-1β升高的抑制作用

在体外,用AS1842856预处理Rictor KO巨噬细胞,然后LPS/ATP或胆固醇晶体刺激,检测IL-1β分泌和表达;在体内,给mϕRictor-KO和对照小鼠注射AS1842856,然后LPS刺激,检测血清IL-1β水平。

6

双重mTORC1和mTORC2缺陷的表型分析

探究同时缺失mTORC1和mTORC2对动脉粥样硬化的净效应

使用巨噬细胞特异性mTOR敲除小鼠(mϕmTOR-KO),西方饮食喂养8周,评估斑块面积和组成。

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
脂多糖InvivoGentlrl-eklps
三磷酸腺苷Sigma-AldrichA2383
AS1842856MilliporeSigma344355
胆固醇粉末Sigma-AldrichC8667
siRNA(FoxO1和对照)DharmaconL-041127-00-0005,
Lipofectamine RNAiMAX转染试剂Invitrogen13778
Pacific Blue偶联CD45抗体BioLegend103126
FITC偶联F4/80抗体BioLegend123108
PerCP-Cy5.5偶联CD11b抗体BioLegend101228
Alexa Fluor 700偶联Ly6C抗体BioLegend128024
PE偶联pro-IL-1β抗体eBioscience12-7114-82
同型对照抗体BioLegend400407
Liberase消化酶Roche05401127001
脱氧核糖核酸酶1SigmaD4527
透明质酸酶SigmaH3506
MOMA2抗体Bio-radMCA519G
精氨酸酶1抗体GenetexGTX109242
iNOS抗体Abcamab15323
FoxO1抗体Cell Signaling Technology2880
Cleaved-Caspase-3抗体Cell Signaling Technology9664
Ki67抗体Abcamab16667
FoxO3抗体Cell Signaling Technology12829
CD68抗体Bio-radMCA1957
DeadEnd荧光TUNEL系统PromegaG3250
RNAscope多重荧光试剂盒v2Advanced Cell Diagnostics323100
小鼠IL-1β探针--316981
RIPA裂解缓冲液----
蛋白酶抑制剂混合物Sigma-Aldrich4693132001
Pierce BCA蛋白检测试剂盒Thermo Fisher23227
NuPage LDS样品缓冲液InvitrogenNP0007
硝酸纤维素膜Cytiva10600003
LC3抗体Novus BiologicalsNB100-2220
IL-1β抗体R&DAF-401-NA
Caspase-1抗体Santa Cruzsc-56036
β-actin抗体SigmaA2066
Rictor抗体Cell Signaling Technology9476
Raptor抗体Cell Signaling Technology2280
p-Akt抗体Cell Signaling Technology9271
Akt抗体Cell Signaling Technology9272
p-S6抗体Cell Signaling Technology2215
S6抗体Cell Signaling Technology2217
NFκB p65抗体Cell Signaling Technology8242
GSDMD抗体Cell Signaling Technology--
p-FoxO1抗体Cell Signaling Technology9464
化学发光HRP底物Merck MilliporeWBKLS0500
Restore Western印迹剥离缓冲液Thermo Fisher21059
NE-PER核浆分离试剂盒Thermo Scientific78833
Purelink RNA试剂盒Invitrogen12183018A
Superscript Vilo cDNA合成试剂盒Invitrogen11754050
SYBR-Select主混合物Applied Biosystems4472908
IL-1β ELISA试剂盒R&D SystemsMLB00B
胆固醇检测试剂盒Thermo ScientificTR13421
甘油三酯检测试剂盒Thermo ScientificTR22421
葡萄糖检测试剂盒Thermo ScientificTR15408
游离脂肪酸检测试剂盒Wako DiagnosticsHR
Contour血糖仪Bayer Healthcare--
Zeiss LSM-700共聚焦显微镜Carl Zeiss AG--
EVOS XL Core细胞成像系统----

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
细胞培养和处理
巨噬细胞来源(腹腔或骨髓)、LPS浓度(100 ng/ml)、ATP浓度(5 mM)、胆固醇晶体浓度(500 μg/ml)、AS1842856浓度(10 nM),以及刺激时间(3或24小时)
阅读提示:参考Methods中的'Macrophage Culture and Treatment'和'Figure legends'(图2、图4、图5)
转染
siRNA浓度(30 pmol)、转染试剂Lipofectamine RNAiMAX用量(9 μL)、转染时间(48小时)
阅读提示:参考Methods中的'Macrophage Culture and Treatment'
蛋白质印迹
抗体稀释比例、批号信息(见补充材料)
阅读提示:参考Methods中的'Western Blotting'和'Major Resources Table'
体内实验
小鼠品系(C57BL/6J背景)、基因型(LysM-Cre/Rictorflox/flox ApoE-/-等)、喂养时间(8周)、LPS剂量(0.9 mg/kg)、AS1842856剂量(20 mg/kg)
阅读提示:参考Methods中的'Animals'和'Results'中的'Figure 1'、'Figure 3'、'Figure 5'
动脉粥样硬化定量
主动脉根切片厚度(10 μm)、染色方法(Oil Red O)、图像分析软件(ZEN)
阅读提示:参考Methods中的'Analytical Procedures and Lesion Quantification'