载有α-突触核蛋白的星形胶质细胞来源的细胞外囊泡在帕金森病发病机制和诊断中的作用

α-Synuclein-carrying astrocytic extracellular vesicles in Parkinson pathogenesis and diagnosis

作者信息Pan Wang, Guoyu Lan, Bin Xu, Zhenwei Yu, Chen Tian, Xia Lei, Wassilios G Meissner, Tao Feng, Ying Yang, Jing Zhang
PMID37620916
发布时间2023-08-25
DOI10.1186/s40035-023-00372-y

实验完整度

包含体外原代星形胶质细胞实验、临床血浆样本队列及多种验证手段(NTA、TEM、Western blot、免疫荧光等)和功能验证(溶酶体功能、自噬检测)。

主要模型

原代星形胶质细胞(新生小鼠皮层) A53T α-syn质粒转染或α-syn聚集体处理的体外PD模型 血浆AEVs(来自PD、MSA及HC临床队列)

重点核对

原代星形胶质细胞的分离与培养条件 A53T α-syn质粒转染剂量(1 μg)及α-syn聚集体处理浓度(700 ng) AEV分离方法(抗GLT-1抗体偶联磁珠免疫沉淀) 血浆样本的收集及储存条件 Apogee流式细胞仪检测AEV的抗体标记及样品处理步骤

摘要

α-突触核蛋白(α-syn)的积累是帕金森病(PD)发生发展的关键步骤,不仅见于神经元,也见于包括星形胶质细胞在内的胶质细胞。调节星形胶质细胞α-syn水平和聚集的机制仍不清楚。最近的研究表明,部分α-syn的传播通过细胞外囊泡(EVs)发生,但尚不清楚这一过程是否参与PD中的星形胶质细胞。然而,已知来源于中枢神经系统的EVs存在于血液中,并被广泛探索作为PD和其他神经退行性疾病的生物标志物。方法:将原代星形胶质细胞转染A53T α-syn质粒或暴露于α-syn聚集体。通过纳米颗粒跟踪分析和免疫荧光评估星形胶质细胞来源的EVs(AEVs)的水平。通过组织蛋白酶活性测定、免疫荧光检测Lamp1和Lamp2水平以及LysoTracker Red染色评估溶酶体功能。优化Apogee检测方法,在106例PD、47例多系统萎缩(MSA)和103例健康对照(HC)的临床队列中测量GLT-1+ AEVs,以测试血浆AEVs作为生物标志物区分PD与其他形式帕金森综合征的潜力。结果:在α-syn沉积的原代星形胶质细胞中,AEVs的数量显著增加。AEVs增加的机制部分归因于溶酶体功能障碍。PD患者中携带α-syn的AEVs数量显著高于HC和MSA患者。结合AEVs与总α-syn和聚集α-syn的综合模型在区分PD与HC时表现出有效的诊断能力,AUC为0.915;区分PD与MSA时,AUC为0.877。结论:病理性α-syn沉积可能通过α-syn诱导的溶酶体功能障碍增加星形胶质细胞分泌EVs。外周血中含α-syn的AEVs可能成为临床诊断或鉴别诊断PD的有效生物标志物。

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
病理性α-syn沉积是否影响星形胶质细胞分泌EVs,其机制如何,以及血浆中携带α-syn的AEVs是否可作为PD的诊断或鉴别诊断生物标志物?
核心机制
病理性α-syn沉积导致星形胶质细胞溶酶体功能障碍,从而促进AEV分泌增加。
主要证据
原代星形胶质细胞过表达A53T α-syn或暴露于α-syn聚集体后EV分泌增加,伴随溶酶体活性(CTSL活性)降低、自噬标志物升高;临床队列血浆中GLT-1+ AEVs携带α-syn,且PD患者水平显著高于HC和MSA。
研究意义
血浆中α-syn阳性的AEVs可能成为PD诊断和鉴别诊断的有效生物标志物,并为PD发病机制提供新见解。

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

α-syn聚集体的制备与表征

获得并验证α-syn聚集体,用于模拟病理性α-syn状态。

重组人α-syn蛋白在BioTek Synergy Neo2上以间歇摇动孵育7天制备聚集体,通过Dot blot、ThT实验和TEM验证。

2

原代星形胶质细胞α-syn病理状态建模及EV分泌检测

评估病理性α-syn沉积对星形胶质细胞EV分泌的影响。

原代星形胶质细胞转染A53T α-syn质粒或暴露于α-syn聚集体,通过NTA和免疫荧光检测EV数量及EV标志物Alix。

3

溶酶体功能评估

探讨病理性α-syn诱导EV分泌增加的机制是否涉及溶酶体功能障碍。

检测组织蛋白酶活性(CTSB, CTSD, CTSL)、LysoTracker Red染色、Lamp1/Lamp2免疫荧光、LC3和p62水平。

4

人血浆AEVs的分离与鉴定

从人血浆中分离星形胶质细胞来源的EVs并验证其存在和α-syn携带情况。

使用抗GLT-1抗体偶联磁珠免疫沉淀血浆中的AEVs,通过Western blot、TEM、NTA进行表征,并通过MSD检测α-syn。

5

Apogee流式细胞术检测血浆AEVs

开发一种敏感且快速的流式细胞术方法,定量检测血浆中携带α-syn的AEVs,并评估其诊断性能。

优化Apogee流式细胞术,检测GLT-1+、SYN211+、MJFR14+ EVs,在临床队列中评估诊断性能。

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
抗GLT-1抗体AbnovaMAB20001
磺基-NHS-LC-LC-生物素----
链霉亲和素偶联磁珠Invitrogen--
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Scientific--
PVDF膜Millipore--
抗LC3I/II抗体Proteintech14600-1-AP
抗β-肌动蛋白抗体Proteintech20536-1-AP
抗Alix抗体Cell Signaling Technology2171
抗CD9抗体Santa Cruzsc13118
抗GFAP抗体Cell Signaling Technology3670s
抗GLT-1抗体AbnovaMAB20001
抗组织蛋白酶L抗体Cell Signaling Technology55914
抗SQSTM1/p62抗体Abcamab109012
抗pro-Caspase3抗体ABclonalA19654
抗GAPDH抗体Sigma AldrichG9545
正常兔IgGSanta Cruz Biotechnology--
蛋白A/G琼脂糖凝胶Santa Cruz Biotechnologysc-2003
NanosightMalvern--
捕获抗体(MJFR1)Abcamab138501
重组α-突触核蛋白Sino Biological--
Sulfo-tag标记α-syn检测抗体BD Biosciences610786
Alexa Fluor 405兔IgG标记试剂盒----
Alexa Fluor 488小鼠/兔IgG标记试剂盒----
抗α-syn抗体(SYN211)Abcamab206675
抗α-syn聚集体抗体(MJFR14)Abcamab214033
重组人α-syn蛋白Sino Biological12093-HNAE
BioTek Synergy Neo2酶标仪Agilent--
硝酸纤维素膜Millipore--
LI-COR Odessey CLX成像系统LI-COR--
硫黄素TSigma Aldrich596200
96孔白板Corning3610
BMG CLARIOstar Plus酶标仪BMG Labtech--
DMEM培养基----
胎牛血清----
Lipofectamine™ 3000转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000015
Hank平衡盐溶液Invitrogen--
多聚-D-赖氨酸----
JEM-1400 PLUS透射电子显微镜JEOL--
组织蛋白酶活性检测试剂盒(荧光法)Abcamab65300, ab65302, ab65306
抗LC3抗体Proteintech14600-1-AP
抗Lamp1抗体Abcam24170
抗Lamp2抗体Abcam199947
抗Alix抗体Cell Signaling Technology2171
抗GFAP抗体Abcam4674
抗α-syn抗体(MJFR14)Abcamab214033
抗α-syn抗体(SYN211)Abcamab206675
DAPISigma Aldrich--
LysoTracker Red DND-99Thermo Fisher--
Trizol试剂Invitrogen--
PrimerScript逆转录试剂盒Thermo Scientific--
PowerUp™ SYBR™ Green预混液Applied Biosystems--
CFX Connect实时荧光定量PCR检测系统Bio-Rad--
BD Vacutainer® EDTA抗凝管BD367863

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
原代星形胶质细胞培养和处理
星形胶质细胞分离自新生小鼠皮层;培养条件(DMEM含10% FBS);A53T α-syn质粒转染剂量1 μg;α-syn聚集体处理浓度700 ng;处理时间24小时;转染试剂Lipofectamine 3000
阅读提示:Methods: In vitro primary astrocyte and neuron cultures
α-syn聚集体制备
重组人α-syn浓度1 μg/μl;孵育温度30℃;孵育时间7天;摇动循环(5分钟摇动/5分钟静置)
阅读提示:Methods: Preparation of α-syn aggregates
人血浆AEV分离
血浆样本量500 μl;抗GLT-1抗体偶联磁珠量100 μl;孵育时间24小时;洗脱缓冲液0.1 M甘氨酸(pH 2.8);洗涤次数4次
阅读提示:Methods: Astrocyte-derived EV isolation
Apogee流式细胞术检测
血浆样本量20 μl;抗体标记(GLT-1-Alexa Fluor 405, SYN211-Alexa Fluor 488, MJFR14-Alexa Fluor 488);抗体孵育时间30分钟;Triton X-100浓度0.1%
阅读提示:Methods: Apogee flow cytometry
临床队列
样本量:HC 103, PD 106, MSA 47;年龄、性别匹配;血液采集使用EDTA管,离心条件(1500×g 15分钟,3200×g 15分钟);血浆保存于-80℃
阅读提示:Methods: Human subjects and sample collection