散在隐窝肠上皮细胞凋亡通过复杂机制诱导坏死性小肠结肠炎

Scattered Crypt Intestinal Epithelial Cell Apoptosis Induces Necrotizing Enterocolitis Via Intricate Mechanisms

作者信息Saravanan Subramanian, Heng-Fu Bu, Pauline M Chou, Xiao Wang, Hua Geng, Suhail Akhtar, Chao Du, Stephanie C Tan, Justin Eze Ideozu, Aasrita Tulluri, Yuxiang Sun, Wen-Xing Ding, Isabelle G De Plaen, Xiao-Di Tan
PMID38788898
发布时间2024
DOI10.1016/j.jcmgh.2024.05.012

实验完整度

研究包含转基因小鼠模型建立与表征、细胞凋亡与坏死性凋亡机制验证(基因敲除)、免疫细胞耗竭、抗生素处理及16S rRNA测序等多层级实验,并进行功能验证。

主要模型

3xTg-iAPcIEC新生小鼠模型(scattered crypt IEC apoptosis模型) 3xTg-iAPcIECRip3-/-小鼠 3xTg-iAPcIECIfng-/-小鼠

重点核对

Dox给药剂量(20或300 mg/kg,皮下注射)及时间点 散在隐窝IEC凋亡的诱导与确认(Fasl转基因表达) RIP3和IFN-γ基因敲除对NEC发展的影响 CD8+ T细胞耗竭(抗CD8单抗,100 μg/只) 万古霉素处理(50 μg/只,灌胃)对革兰氏阳性菌的耗竭

摘要

背景与目的:坏死性小肠结肠炎(NEC)是一种危及生命的疾病,主要影响早产儿的回肠。肠上皮细胞(IEC)凋亡促进NEC的发病机制。然而,散在的隐窝IEC凋亡如何导致伴有过度绒毛上皮坏死的NEC仍不清楚。方法:开发了一种新型三重转基因小鼠模型,即3xTg-iAPcIEC(隐窝IEC中可诱导的凋亡表型),使用多西环素(Dox)诱导的tetO-rtTA系统和villin-cre技术诱导IEC特异性过表达Fasl转基因。3日龄新生3xTg-iAPcIEC小鼠及其同窝对照通过皮下(s.c.)给予单剂量Dox。在不同时间点处理肠道组织以检查散在隐窝IEC凋亡介导的NEC发展。使用基因敲除技术、抗体介导的细胞耗竭和抗生素促进的革兰氏阳性菌耗竭来研究机制。结果:用Dox处理3xTg-iAPcIEC小鼠幼崽诱导散在隐窝IEC凋亡,随后出现隐窝炎症和过度的绒毛坏死,类似于NEC。这一进展与回肠中Ifng、Rip3、CD8+ T细胞和革兰氏阳性菌升高相关。机制上,IFN-γ和RIP3激活的信号介导散在隐窝IEC凋亡对肠道隐窝炎症和绒毛坏死诱导的作用。同时,CD8+ T细胞浸润和革兰氏阳性菌失调的病理生理事件主要导致过度的绒毛炎症和坏死。值得注意的是,阻断这些事件中的任何一个都可以防止3xTg-iAPcIEC小鼠幼崽的NEC发展,强调了它们在NEC发病机制中的核心作用。结论:散在隐窝IEC凋亡通过IFN-γ、RIP3、CD8+ T细胞和革兰氏阳性菌介导的综合病理生理事件诱导小鼠幼崽的NEC。我们的发现可能增进对NEC预防和治疗的认识。关键词:凋亡、肠道炎症、坏死性小肠结肠炎

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
散在的隐窝肠上皮细胞(IEC)凋亡如何导致伴有过度绒毛上皮坏死的坏死性小肠结肠炎(NEC)?
核心机制
散在隐窝IEC凋亡通过诱导IFN-γ产生和RIP3激活,介导肠道隐窝炎症和绒毛坏死;同时,CD8+ T细胞浸润和革兰氏阳性菌失调的病理生理事件促进绒毛坏死的发展。
主要证据
3xTg-iAPcIEC新生小鼠模型中诱导隐窝IEC凋亡后,观察到隐窝炎症和绒毛坏死;Rip3和Ifng基因敲除、CD8+ T细胞耗竭或万古霉素处理均减轻NEC样损伤,表明这些因子在发病机制中的核心作用。
研究意义
本研究揭示了散在隐窝IEC凋亡诱导NEC的复杂机制,为NEC的预防和治疗提供了潜在靶点。

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

建立3xTg-iAPcIEC转基因小鼠模型

开发一种能够在隐窝IEC中特异性诱导凋亡的小鼠模型,以研究散在隐窝IEC凋亡在NEC发病中的作用。

通过将(tetOp)7-Fasl、ROSA26-rtTA和Villin-cre转基因小鼠杂交,获得携带三种转基因的3xTg-iAPcIEC小鼠。通过基因分型确认基因型,并通过RT-qPCR和免疫印迹验证Dox诱导的Fasl表达。

2

诱导散在隐窝IEC凋亡并评估NEC样损伤

验证Dox诱导的隐窝IEC凋亡是否导致隐窝炎症和绒毛坏死,从而模拟NEC。

对3xTg-iAPcIEC小鼠幼崽皮下注射Dox,在不同时间点(8、24、48、72小时)通过H&E染色观察肠道组织学变化,评估体重增长、肠道通透性和生存率。

3

验证RIP3在隐窝IEC凋亡诱导的NEC中的作用

确定RIP3是否介导隐窝IEC凋亡诱导的隐窝炎症和绒毛坏死。

通过将3xTg-iAPcIEC小鼠与Rip3-/-小鼠杂交产生3xTg-iAPcIECRip3-/-小鼠,用Dox处理后进行组织学检查和NEC评分,与3xTg-iAPcIEC小鼠比较。

4

验证IFN-γ在隐窝IEC凋亡诱导的NEC中的作用

确定IFN-γ是否介导隐窝IEC凋亡诱导的隐窝炎症和绒毛坏死。

通过将3xTg-iAPcIEC小鼠与Ifng-/-小鼠杂交产生3xTg-iAPcIECIfng-/-小鼠,用Dox处理后进行组织学检查和NEC评分,与3xTg-iAPcIEC小鼠比较。

5

探究CD8+ T细胞在绒毛坏死发展中的作用

确定CD8+ T细胞是否介导隐窝IEC凋亡诱导的绒毛坏死而非隐窝炎症。

用抗CD8单抗或同型对照处理3xTg-iAPcIEC小鼠幼崽(P2-P5),然后在P3给予Dox,72小时后收集肠道组织进行组织学检查和免疫细胞分析。

6

探究革兰氏阳性菌失调在绒毛坏死发展中的作用

确定革兰氏阳性菌失调是否介导隐窝IEC凋亡诱导的绒毛坏死而非隐窝炎症。

用万古霉素或载体处理3xTg-iAPcIEC小鼠幼崽(P0-P6),在P3给予Dox,72小时后收集肠道组织进行组织学检查和微生物组分析。

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
多西环素Sigma--
EdUInvitrogen--
抗CD8单克隆抗体Bio X cell2.43
万古霉素Sigma Chemical--
FITC-葡聚糖SigmaFD-10S
CASP3抗体Cell Signaling Technology9662
Cleaved CASP3抗体Cell Signaling Technology9661
CASP8抗体Cell Signaling Technology4927
RIP1抗体Cell Signaling Technology3493
pRIP1抗体Cell Signaling Technology31122
RIP3抗体Cell Signaling Technology95702
pRIP3抗体Cell Signaling Technology57220
MLKL抗体Cell Signaling Technology37705
pMLKL抗体Cell Signaling Technology37333
FasL抗体InvitrogenPA5-87385
β-肌动蛋白抗体SigmaA3854
RNAscope探针(Lgr5)Advanced Cell Diagnostics312171
RNAscope探针(Fasl)Advanced Cell Diagnostics439481-C2
Click-iT Plus EdU细胞增殖试剂盒Thermo Fisher ScientificC10638
CD8抗体BD566409
CD3抗体BD557596
CD4抗体BD557956
CD64抗体BD558539
MHC-II抗体BioLegend107630
SigF抗体BD562757
Ly6G抗体BD563979
CD45抗体BioLegend103136
可固定活力染料eBioscience65086614
Fc受体阻断剂BD553142
Ly6C抗体BioLegend128032
CD11b抗体BD612800
CD19抗体BD749028
CD11c抗体BD564080
NK1.1抗体eBioscience417594182

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
转基因小鼠模型
3xTg-iAPcIEC小鼠的基因型、Dox诱导的Fasl表达
阅读提示:Figure 1, 2; Methods: Establishment of 3xTg-iAPcIEC Mouse Model
Dox处理
Dox剂量(20或300 mg/kg)、给药途径(皮下)、时间点(P3)
阅读提示:Methods: Establishment of 3xTg-iAPcIEC Mouse Model; Figure 2, 3
组织学评估
组织学评分标准(NEC分级≥3)、观察时间点
阅读提示:Methods: Histological Examination; Figure 3
基因敲除验证
Rip3和Ifng基因敲除小鼠的构建及表型
阅读提示:Methods: Establishment of 3xTg-iAPcIECRip3-/- and 3xTg-iAPcIECIfng-/- Mouse Model; Figure 6, 9
免疫细胞耗竭
抗CD8单抗的剂量(100 μg/只)、给药方案(皮下,每日两次,P2-P5)
阅读提示:Methods: Depletion of CD8+ T cells in Mouse Pups; Figure 10
抗生素处理
万古霉素的剂量(50 μg/只)、给药途径(灌胃,每日三次,P0-P6)
阅读提示:Methods: Depletion of Gram-positive Bacteria; Figure 12