RGS5通过TNF信号增强星形胶质细胞活化并促进神经炎症

RGS5 augments astrocyte activation and facilitates neuroinflammation via TNF signaling

作者信息Shu Yin, Xin-Yue Ma, Ying-Feng Sun, Yan-Qing Yin, Ying Long, Chun-Lai Zhao, Jun-Wei Ma, Sen Li, Yan Hu, Ming-Tao Li, Gang Hu, Jia-Wei Zhou
PMID37674228
发布时间2023-09-06
DOI10.1186/s12974-023-02884-w

实验完整度

包含细胞实验(原代星形胶质细胞、HEK293T)、三种动物模型(LPS诱导、6-OHDA、A30P转基因)以及转录组和分子机制验证,具备多层级验证。

主要模型

小鼠LPS诱导的PD模型 小鼠6-OHDA诱导的PD模型 A30P突变α-突触核蛋白转基因小鼠 原代星形胶质细胞

重点核对

星形胶质细胞特异性Rgs5敲除(hGFAP-Cre和hGFAP-CreER) LPS注射剂量和途径(如5 mg/kg腹腔注射或脑内注射) 6-OHDA注射剂量(4 µg) RGS5过表达病毒类型和滴度(AAV-GFAP-RGS5 2×10^12 TU/ml; 1 µl) TNF-α刺激浓度和时长(100 ng/ml, 5 h)

摘要

星形胶质细胞在包括帕金森病(PD)在内的多种神经退行性疾病中导致慢性神经炎症,帕金森病是最常见的运动障碍。然而,星形胶质细胞在神经炎症中的确切作用仍不完全清楚。在此,我们表明G蛋白信号调节因子5(RGS5)通过增强星形胶质细胞肿瘤坏死因子受体(TNFR)信号促进神经退行性过程。我们发现,在PD动物模型中,选择性消融星形胶质细胞中的Rgs5导致细胞因子产生受到抑制,从而减轻神经炎症反应并促进神经元存活,而Rgs5过表达则产生相反的效果。机制上,RGS5通过与受体TNFR2结合,将星形胶质细胞从神经保护性转变为促炎性。RGS5还通过与受体TNFR1相互作用增强TNFR信号介导的促炎反应。此外,通过RGS5 aa 1–108或小分子化合物feshurin和butein阻断RGS5/TNFR相互作用,抑制了星形胶质细胞细胞因子的产生。我们发现,星形胶质细胞RGS5的转录受转录因子早期B细胞因子1的控制,其表达受到RGS5调节的TNF信号的相互影响。因此,我们的研究表明,超越其在G蛋白偶联受体信号中的传统作用,星形胶质细胞RGS5是TNF信号回路的关键调节因子,从而激活星形胶质细胞,进而导致慢性神经炎症。阻断星形胶质细胞RGS5/TNFR相互作用是神经炎症相关神经退行性疾病的潜在治疗策略。

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
RGS5在星形胶质细胞介导的神经炎症和神经退行性过程中的作用及其机制是什么?
核心机制
RGS5通过与TNFR1或TNFR2相互作用增强TNF信号介导的促炎反应,将TNFR2从抗炎作用逆转为促炎作用;且其转录受EBF1调控。
主要证据
在LPS和6-OHDA诱导的PD模型中,星形胶质细胞特异性敲除Rgs5减少炎症因子产生并保护多巴胺神经元;过表达RGS5增强炎症和α-突触核蛋白聚集,而阻断RGS5/TNFR相互作用的片段或化合物抑制星形胶质细胞产生细胞因子。
研究意义
提示星形胶质细胞RGS5/TNFR轴是慢性神经炎症的关键调节因子,阻断该相互作用是治疗神经炎症相关神经退行性疾病的潜在策略。

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

构建星形胶质细胞特异性Rgs5敲除小鼠

验证RGS5在星形胶质细胞中的功能缺失对神经炎症和神经退行性过程的影响

将Rgs5flox/flox小鼠与hGFAP-Cre或hGFAP-CreER转基因小鼠杂交,获得Rgs5敲除小鼠,并通过qPCR和Western blot确认敲除效率。

2

LPS诱导的PD动物模型

评估Rgs5敲除对LPS诱导的星形胶质细胞活化、神经炎症和多巴胺神经元存活的影响

向成年小鼠黑质内注射LPS,3周后通过免疫组化检测TH、GFAP和IBA1的表达,并检测炎症因子水平。

3

6-OHDA诱导的PD动物模型

验证Rgs5敲除对6-OHDA诱导的多巴胺神经元变性和胶质细胞活化的影响

向小鼠纹状体注射6-OHDA,2周后通过免疫组化评估TH+细胞数量和胶质细胞反应。

4

RGS5过表达实验

验证RGS5过表达是否会增强神经炎症和神经退行性表型

通过AAV或慢病毒载体在星形胶质细胞中过表达RGS5,然后通过LPS或α-突触核蛋白转基因模型评估炎症和运动功能。

5

体外细胞实验

验证RGS5对原代星形胶质细胞炎症反应的直接影响

从大鼠或小鼠新生鼠制备原代星形胶质细胞,用慢病毒过表达或敲低Rgs5,用LPS或TNF-α刺激,检测炎症因子表达。

6

蛋白相互作用验证

证明RGS5与TNFR1或TNFR2的直接相互作用,并鉴定关键结构域

使用免疫共沉淀(Co-IP)和NanoBRET/NanoBit技术检测RGS5与TNFR1/TNFR2的结合,并通过截短突变体确定结合区域。

7

小分子化合物筛选和验证

筛选能够阻断RGS5与TNFR相互作用的化合物,并验证其抗炎作用

通过NanoBit蛋白互作测定筛选天然化合物库,找到feshurin和butein,并测试其在星形胶质细胞中抑制炎症因子产生的能力。

8

转录调控机制研究

阐明EBF1对RGS5转录的调控作用

通过qPCR、双荧光素酶报告基因和染色质免疫沉淀(ChIP)验证EBF1直接结合Rgs5启动子并促进其转录。

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
他莫昔芬Sigma-AldrichT5648
DMEM培养基Corning--
胎牛血清----
Opti-MEM培养基Gibco11058021
脂多糖Sigma-Aldrich--
肿瘤坏死因子α----
6-羟基多巴胺Sigma-Aldrich--
抗β-肌动蛋白抗体Sigma-AldrichA5441
抗IL-1β抗体Abcamab9722
抗TNF-α抗体Abcamab9739
抗GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
抗α-突触核蛋白抗体Cell Signaling2628
抗TNFR2抗体BeyotimeAF8199
抗TNFR1抗体Proteintech21574-1-AP
抗RGS5抗体Sigma-Aldrichsc-390245
抗GFAP抗体Sigma-AldrichG3893
抗Iba1抗体WAKO019-19741
抗酪氨酸羟化酶抗体ChemiconAB152
辣根过氧化物酶标记的抗兔IgG二抗Jackson ImmunoResearch Laboratories115-035-003
辣根过氧化物酶标记的抗小鼠IgG二抗Jackson ImmunoResearch Laboratories115-035-003
SuperSignal WestPico化学发光底物Pierce Biotechnology--
ImageQuant LAS-4000成像系统Fujifilm--
Hoechst 33342染料----
MACS缓冲液Miltenyi Biotec--
神经组织解离试剂盒Miltenyi Biotec130-093-231
抗GLAST磁珠Miltenyi Biotec130-095-826
双荧光素酶检测系统Promega--
EZ染色质免疫沉淀试剂盒Millipore17-371
蛋白A/G琼脂糖珠Santa Cruzsc-2003
抗HA标签抗体Sigma-AldrichH3663
抗FLAG标签抗体Sigma-AldrichF1804
HA-TNFR2质粒Sino BiologicalHG10417-NY
TRIzol试剂Invitrogen--
M-MLV逆转录酶试剂盒Invitrogen--
SYBR Green预混液Takara--
实时荧光定量PCR系统Roche LightCycler 480--
Rotorgene 6000----
NanoBRET蛋白互作检测系统PromegaN1811
HaloTag NanoBRET 618配体PromegaN1662
NanoBRET Nano-Glo底物PromegaN1662
Envision多功能酶标仪PerkinElmer--
NEB Next Ultra RNA文库制备试剂盒NEB--
AMPure XP纯化系统Beckman Coulter--
USER酶NEB--
安捷伦2100生物分析仪Agilent--
NF-κB荧光素酶报告质粒Ji Manchu Biotechnology--

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
动物模型构建
星形胶质细胞特异性Rgs5敲除(品系、Cre型、他莫昔芬诱导剂量和方案)
阅读提示:Methods中的Animals和Tamoxifen treatments部分
LPS诱导的PD模型
LPS注射剂量、途径、时间点
阅读提示:Methods中的Stereotaxic injection和Intraperitoneal injection of LPS部分
6-OHDA诱导的PD模型
6-OHDA剂量、注射位点、时间点
阅读提示:Methods中的Stereotaxic injection部分
RGS5过表达
病毒载体类型、注射剂量、启动子、时间点
阅读提示:Methods中的Stereotaxic injection和Plasmid constructions and virus package部分
细胞实验
原代星形胶质细胞制备、刺激条件(LPS或TNF-α浓度和时间)、转染条件
阅读提示:Methods中的Primary astrocytic cultures和Plasmid constructions and virus package部分
蛋白互作实验
细胞类型、转染条件、检测方法(Co-IP、NanoBRET/NanoBit)
阅读提示:Methods中的Coimmunoprecipitation analysis和NanoBRET/NanoBit assays部分
化合物处理
化合物浓度和处理时间
阅读提示:图6和图S5