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利用ACSL4促進(jìn)神經(jīng)炎癥新機(jī)制的研究

瀏覽次數(shù):2113 發(fā)布日期:2023-4-19  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
項(xiàng)目文章 |青島大學(xué)崔玉課題組發(fā)現(xiàn)ACSL4促進(jìn)神經(jīng)炎癥新機(jī)制


長(zhǎng)鏈酰基輔酶A合成酶(ACSLs)構(gòu)成一個(gè)酶家族,通過(guò)將游離長(zhǎng)鏈脂肪酸轉(zhuǎn)化為其;o酶A(CoA)形式,在脂質(zhì)代謝中發(fā)揮著重要的作用。作為ACSL家族的一員,ACSL4優(yōu)先結(jié)合其底物花生四烯酸(AA),從而通過(guò)結(jié)合游離的AA參與含AA磷脂的重塑。之前的研究發(fā)現(xiàn)ACSL4促進(jìn)了缺血誘導(dǎo)的炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生。然而,ACSL4是否影響脂多糖(LPS)刺激后小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng),進(jìn)而影響帕金森疾病(PD)的進(jìn)展尚不清楚。2023年2月,青島大學(xué)崔玉課題組在Brain, Behavior, and Immunity(IF 19.227)上發(fā)表了題為“ACSL4 Promotes Microglia-Mediated Neuroinflammation by Regulating Lipid Metabolism and VGLL4 expression”的文章。該文結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)、基因手段、免疫生化等實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)LPS誘導(dǎo)后ACSL4的表達(dá)增加,敲低ACSL4會(huì)減少促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生,并結(jié)合體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)表明ACSL4是一種新型調(diào)節(jié)因子,通過(guò)調(diào)節(jié)退化樣家族成員4(VGLL4)表達(dá)和脂質(zhì)代謝來(lái)促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥。中科新生命參與了該研究中脂質(zhì)組學(xué)檢測(cè)的相關(guān)工作。

   
研究材料


小鼠和細(xì)胞
  
技術(shù)路線

步驟1:LPS誘導(dǎo)后小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)增加;
步驟2:敲低ACSL4對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥的影響;
步驟3:轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析:ACSL4通過(guò)增加VGLL4的表達(dá)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生;
步驟4:脂質(zhì)組學(xué)分析:敲低ACSL4可改變LPS誘導(dǎo)后細(xì)胞的脂質(zhì)組成;
步驟5:體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn):ACSL4敲低降低體外神經(jīng)元?dú)芰Γ瑴p輕體內(nèi)LPS和MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥。

研究結(jié)果

1. LPS誘導(dǎo)后小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)增加
為了確定ACSL4是否參與LPS誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥,作者首先檢測(cè)了LPS誘導(dǎo)2小時(shí)后的原代小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá),結(jié)果顯示ACSL4 mRNA和蛋白的表達(dá)顯著增加。此外,ACSL4在正常情況下或LPS誘導(dǎo)后主要定位于細(xì)胞質(zhì)中。這些結(jié)果表明,LPS誘導(dǎo)后原代小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)增加(圖1)。

圖1 LPS誘導(dǎo)后小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4的表達(dá)增加

2. 敲低ACSL4對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥的影響
為了評(píng)估ACSL4對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥的影響,作者用靶向ACSL4的特異性siRNA轉(zhuǎn)染BV2細(xì)胞(小鼠小膠質(zhì)細(xì)胞),然后在LPS誘導(dǎo)后檢測(cè)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生。結(jié)果發(fā)現(xiàn)沉默ACSL4可降低LPS誘導(dǎo)后BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中TNFA、IL-6和IL-1b mRNA水平。表明在LPS誘導(dǎo)下,敲低ACSL4減少了促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生(圖2)。作者進(jìn)一步研究了ACSL4促進(jìn)LPS引發(fā)的炎癥細(xì)胞因子產(chǎn)生的潛在分子機(jī)制,分析了由TLR4信號(hào)通路激活的關(guān)鍵下游信號(hào)分子的水平,包括P65、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)和c-Jun N-末端激酶(JNK)。發(fā)現(xiàn)在ACSL4敲低的細(xì)胞中,促炎細(xì)胞因子的表達(dá)降低可能是NF-κB信號(hào)激活降低的結(jié)果,而不是由于鐵死亡率降低所致(圖3)
 
圖2 敲低ACSL4可減少炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生

圖3 ACSL4通過(guò)促進(jìn)NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并以一種不依賴(lài)于鐵死亡的方式增加細(xì)胞因子的產(chǎn)生 
 
3.  轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析:ACSL4通過(guò)增加VGLL4的表達(dá)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生
與對(duì)照組相比,處理組共鑒定出203個(gè)基因?yàn)椴町惐磉_(dá)基因(DEGs),其中157個(gè)DEGs下調(diào),46個(gè)DEGs上調(diào)。與促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生的減少一致,與炎癥反應(yīng)相關(guān)的通路活性發(fā)生了顯著變化,包括NF-kappa B信號(hào)通路、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、TNF信號(hào)通路、病毒蛋白與細(xì)胞因子及細(xì)胞因子受體的相互作用等通路。此外,ACSL4以非鐵死亡依賴(lài)性方式調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生,而脂質(zhì)代謝相關(guān)途徑的基因的表達(dá)沒(méi)有明顯變化(圖4)。作者還發(fā)現(xiàn)ACSL4敲低的小膠質(zhì)細(xì)胞中,VGLL4的表達(dá)增加。通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)ACSL4可能通過(guò)降低VGLL4的表達(dá)來(lái)促進(jìn)炎癥因子的產(chǎn)生(圖5)。

圖4 ACSL4敲低導(dǎo)致許多與炎癥反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)發(fā)生變化

圖5 ACSL4通過(guò)調(diào)節(jié)VGLL4的表達(dá)來(lái)影響炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生 

4. 脂質(zhì)組學(xué)分析:敲低ACSL4可改變LPS誘導(dǎo)后細(xì)胞的脂質(zhì)組成
先前的研究表明,ACSL4通過(guò)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生。作者評(píng)估了敲低ACSL4后是否會(huì)改變LPS誘導(dǎo)的脂質(zhì)代謝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)照和敲低ACSL4的小膠質(zhì)細(xì)胞中脂質(zhì)種類(lèi)發(fā)生顯著變化,比如與對(duì)照組相比,ACSL4敲低后磷脂(PE、PC、PA、PI和PG)、鞘脂(Ger、SM)和脂肪酸(FA)種類(lèi)水平顯著降低。這些結(jié)果表明ACSL4可能通過(guò)調(diào)節(jié)BV2小膠質(zhì)細(xì)胞中的脂質(zhì)組成來(lái)調(diào)節(jié)炎癥過(guò)程(圖6)。

圖6 敲低ACSL4可改變LPS誘導(dǎo)后細(xì)胞中的脂質(zhì)組成 

5. 體內(nèi)體外實(shí)驗(yàn):ACSL4敲低降低體外神經(jīng)元?dú)芰,減輕體內(nèi)LPS和MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥
由于來(lái)自活化小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥細(xì)胞因子會(huì)降低神經(jīng)元活力,作者研究發(fā)現(xiàn)與ACSL4沉默的BV2細(xì)胞共培養(yǎng)的神經(jīng)元比對(duì)照組的神經(jīng)元存活更多,表明體外小膠質(zhì)細(xì)胞中ACSL4敲低降低了神經(jīng)元的殺傷能力。為了探究ACSL4在體內(nèi)是否在神經(jīng)炎癥中發(fā)揮重要作用,作者首先通過(guò)腹腔注射LPS建立動(dòng)物模型,隨后評(píng)估炎癥反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)ACSL4 敲低可在體內(nèi)減輕LPS誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥(圖7)。小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥與帕金森病(PD)的進(jìn)展有關(guān),作者進(jìn)一步評(píng)估了ACSL4是否影響帕金森病急性l-甲基-4-苯基-l,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)小鼠模型中的小膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)在MPTP PD模型中,ACSL4的敲低減少了神經(jīng)炎癥,并減輕了酪氨酸羥化酶陽(yáng)性(Th+)神經(jīng)元的變性(圖8)。

圖7 敲低ACSL4可減輕LPS誘導(dǎo)的體內(nèi)神經(jīng)炎癥

圖8 敲低ACSL4可減輕MPTP誘導(dǎo)的體內(nèi)神經(jīng)炎癥
 
小編小結(jié)

總之,文章揭示了ACSL4通過(guò)調(diào)節(jié)VGLL4表達(dá)和脂質(zhì)代謝來(lái)促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥的新作用。針對(duì)ACSL4表達(dá)的干預(yù)可能是帕金森病或其他涉及神經(jīng)炎癥的神經(jīng)疾病的潛在治療方法。   

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