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细胞死亡疾病。2019年8月;10(8): 555.
2019年7月19日在线发布。 数字对象标识:10.1038/s41419-019-1777-9
预防性维修识别码:PMC6642102型
PMID:31324751

小胶质细胞TREM-1受体通过与SYK的相互作用介导实验性缺血性卒中的神经炎症损伤

关联数据

补充资料

摘要

神经炎症是对缺血性中风的反应,通常以小胶质细胞激活和强烈的炎症效应引起的脑损伤为特征。髓系细胞(TREM-1)上表达的触发受体是先天免疫反应的放大器,是炎症的关键调节器。本研究证实脑缺血损伤后小胶质细胞TREM-1表达上调。用合成肽LP17对TREM-1进行药理学抑制后,缺血诱导的梗死和神经元损伤明显减轻。此外,阻断TREM-1可以增强海马的细胞增殖和突触可塑性,导致长期功能改善。由于LP17降低了M1标记物的mRNA水平、趋化因子、髓过氧化物酶和细胞内粘附分子-1(ICAM-1)的蛋白水平,小胶质细胞M1极化和中性粒细胞募集明显消失。在体内和体外,我们从机制上揭示了TREM-1可以通过与脾酪氨酸激酶(SYK)的相互作用激活下游促炎途径CARD9/NF-κB和NLRP3/caspase-1。此外,TREM-1诱导的SYK启动可通过提高小胶质细胞中的胃真皮蛋白D(GSDMD)、GSDMD N端片段(GSDMD-N)的水平,形成GSDMD孔,促进细胞内炎症因子的释放,从而导致小胶质细胞的凋亡。总之,小胶质细胞TREM-1受体通过与SYK相关联而产生卒中后神经炎症损伤。

主题术语:细胞死亡,细胞死亡,神经系统中的细胞死亡

介绍

在中枢神经系统(CNS)中,小胶质细胞作为常驻单核吞噬细胞,是参与急性和慢性神经炎症反应的关键细胞介质1神经炎症在脑缺血级联反应中起双重作用2它是消除脑血流减少和随后再灌注损伤引起的死亡细胞和坏死碎片的重要工具。然而,过度的炎症反应可能是有害的,并可能导致梗死增加和神经元可塑性降低,4有趣的是,在临床试验中,抗炎治疗在脑缺血方面没有显示出预期的结果5,6因此,有必要加深对缺血性卒中后神经炎症的认识。

髓样细胞1(TREM-1)上表达的触发受体是一种跨膜免疫受体,在吞噬细胞表面表达,起到有效的炎症放大器的作用710.TREM-1可以募集脾酪氨酸激酶(SYK)9被视为缺血性中风后炎症的起点11临床研究在炎症患者的血清中检测到sTREM-1,一种可溶性TREM-11215融合蛋白或合成抑制肽阻断TREM-1激活可抑制促炎介质的产生并限制白细胞募集1518然而,迄今为止,TREM-1及其下游因子在脑卒中后神经炎症中的确切作用尚未阐明。在此,在本研究中,我们使用小鼠大脑中动脉闭塞(MCAO)模型和小胶质细胞氧-葡萄糖剥夺(OGD)模型,研究了小胶质细胞TREM-1是否调节脑缺血损伤后的神经炎症,以及这种参与是否是通过与SYK相互作用来实现的。

方法和材料

动物和道德声明

成年雄性C57BL/6J小鼠(20–25 g)购自南京大学模型动物研究中心,分别饲养在光/暗循环12小时的单独笼子中,并可自由获取食物和水。所有实验均由金陵医院动物护理委员会批准,并根据国家卫生研究院《实验动物护理和使用指南》(NIH出版物编号:80-23,1996年修订)实施。每个数据点至少分析五只小鼠。

外科手术

按照之前的方法,使用管腔内灯丝通过MCAO手术诱导小鼠脑缺血/再灌注(I/R)模型19,20简而言之,用2%异氟烷在O中麻醉小鼠2(RWD生命科学,中国)。结扎右侧颈外动脉(ECA),将硅涂层单丝(直径:0.18±0.01 mm,中国北京奇能科技有限公司)插入ECA,并插入颈内动脉(ICA),直至感觉到轻微阻力。闭塞90分钟后,取出灯丝以诱导再灌注。为了确认MCA的正确闭塞,在手术期间和手术后,用激光多普勒血流仪(PeriFlux 5010;Perimed AB,瑞典)监测小鼠的局部脑血流量(补充图。S1(第一阶段)). rCBF下降≥基线的75%被视为成功闭塞。手术期间,使用加热垫将体温维持在37±0.5°C。假手术小鼠接受了相同的手术,只是没有将灯丝插入ICA。

细胞培养和OGD模型

如前所述培养原代小胶质细胞21简单地说,建立了一个混合胶质细胞培养系统,并将其保存在含有10%致命牛血清(美国吉布科)和1%青霉素-链霉素(美国吉布克)的Dulbecco改良鹰氏培养基(DMEM,Gibco)中14天。用摇动法收集小胶质细胞,并将其接种在培养皿中以备进一步使用。为了进行OGD,用无葡萄糖DMEM代替细胞培养基(美国吉布科);然后将培养皿转移到配备AnaeroPack-Anaero(日本三菱气体化学公司)的密封室中。8小时后,将细胞放回正常培养箱中进行再灌注。初级皮层神经元由C57BL/6J小鼠大脑(E16)制备,并在含有2%B27(美国吉布科)和1%谷氨酸Max(美国吉布克)的神经基础培养基中培养。对于小胶质细胞-神经元共培养,使用Transwell®板(0.4-μm孔径,美国马萨诸塞州科宁市)。将原代神经元接种在Transwell板的下室,与小胶质细胞一起培养,小胶质细胞经LP17或对照肽预处理后进行OGD。使用LIVE/DEAD™活性/细胞毒性试剂盒(美国赛默飞世尔科技公司)检测神经毒性。

药物管理

如前所述,化学合成了TREM-1抑制肽LP17(LQVTDSGLYRCVIYHPP)和对照肽(TDSRCVIGLYHPPLQVY)(GenScript,中国)22在MCAO后连续3天每天经鼻给予LP17(0.5 mg/kg或1 mg/kg)。在OGD之前,体外小胶质细胞最初与LP17(1或10μM)预孵育2小时。在复氧后,再将小胶质细胞与LP17(1或10μM)孵育24小时。为了抑制SYK,在再灌注后连续3天每天向小鼠腹腔注射R406(5 mg/kg,Selleck,USA)。体外SYK抑制实验是在OGD前用1 mM R406预培养小胶质细胞,然后在OGD后用1 mMR406再培养24 h。载具动物取而代之的是对照肽或生理盐水。为了检测细胞增殖,小鼠在MCAO手术后连续7天每天腹腔注射5-溴-2′-脱氧尿苷(BrdU)(50 mg/kg,Sigma-Aldrich,美国)一次。

行为分析

改良神经系统严重程度评分(mNSS)2318分评分系统用于评估术前1天和术后3、7、14和28天的感觉运动缺陷。为了测试长期认知变化,如前所述,在中风后第22天至第28天进行Morris水迷宫(MWM)测试24使用ANY-maze视频跟踪软件(美国斯托尔廷)跟踪游泳路径,并记录到达水下平台的平均时间。

磁共振成像(MRI)和梗死体积评估

使用7.0 T MRI扫描仪(德国布鲁克PharmaScan)进行MRI检查,以确定中风后3天的梗死体积。简单地说,用异氟醚麻醉小鼠,并将其置于非磁性支架上。连续监测心跳和呼吸。采用松弛增强快速采集T2序列获取T2加权图像,参数为:矩阵=256×256,视野=20mm×20mm,重复时间=2800ms,回声时间(TE)=50ms,切片厚度=0.5mm(每只动物16片)。对于弥散加权成像(DWI),图像采用256×256矩阵,FOV为20 mm×20 mm,TR为5000 ms,TE为22 ms,切片厚度为0.5 mm(每只动物16片)。通过T2-WI获得的高信号识别梗死,并通过DWI进一步验证。如前所述,根据DWI扫描计算梗死体积19将病变半球的非梗死体积(NVL)和对侧半球的体积(VC)相加并乘以0.5mm,计算出相对梗死体积为(VC−NVL(2×VC)×100%。

RNA-sequencing(RNA-seq)分析

使用TRIzol试剂(Invitrogen,美国)提取MCAO和sham-operated组近红外组织的总RNA,并使用NanoDrop(Thermo Fisher Scientific,美国)进行量化。然后,根据制造商的协议(NEBNext®Ultra™RNA library Prep Kit for Illumina®,USA),使用每个样品的1μg总RNA构建下一代测序文库制剂。在HiSeq X Ten仪器(Illumina,San Diego,CA,USA)上进行RNA-seq分析。配对末端(2×150 bp)测序。使用Cutadapt 1.9.1版对获得的数据进行质量修整,以去除低质量的基底25然后与从Ensembl数据库下载的小鼠基因组(小家鼠.GRCm38)进行比对(网址:www.ensembl.org/info/data/ftp/)使用HISAT2 2.0.1版26.HTSeq版本0.6.127用于量化成对末端清洁数据中的基因表达水平。使用1.6.3版DESeq2进行差异mRNA表达分析28.已调整第页将值<0.05设置为检测差异表达基因,这些差异表达基因的表达变化至少为原来的两倍。

TREM-1小干扰RNA(siRNA)转染

RIBOBIO(中国)合成了阴性对照siRNA(UCUCCGAACGUGUCACGUT)和TREM-1 siRNA(CCCAGTGACACACTACAA)。1.25μl的siRNA(20μM)和核糖FECTTM(TM)将3μl的CP Regent(RIBOBIO,中国)混合在30μl的核糖FECT中TM(TM)CP缓冲液,用于生成转染混合物。然后将混合物添加到DMEM(siRNA浓度:50 nM)中并与小胶质细胞培养48 h。进行实时聚合酶链反应(PCR)和western blot分析以检查转染效率。

组织学染色

将小鼠麻醉,然后用0.9%氯化钠和4%多聚甲醛(PFA)进行心内灌注。在4%PFA中固定12小时后,大脑在4°C的10、20和30%蔗糖梯度溶液中脱水。然后将大脑植入最佳切割温度的复合物中(美国Sakura Finetek),并切割成15或25μm的切片。

末端脱氧核苷酸转移酶介导的dUTP缺口末端标记(TUNEL)染色

根据制造商的说明,使用AP(美国罗氏)原位细胞死亡检测试剂盒进行TUNEL染色。简单地说,冷冻玻片依次用0.1%Triton X-100、15%冰醋酸和TUNEL混合物培养,然后用转换器-AP培养。使用BICP/NBT溶液(Beyotime,中国)检测信号。图像是用奥林巴斯BX51显微镜拍摄的。

荧光翡翠C(FJC)染色

如前所述,FJC(美国Millipore)检测到退化神经元29将冷冻切片依次浸入1%NaOH/80%乙醇溶液、70%乙醇和0.06%高锰酸钾溶液中。然后用0.0001%FJC工作液对载玻片进行染色。

免疫荧光染色

用含有0.3%Triton、3%山羊血清和1%牛血清白蛋白的溶液封闭样品。为了标记BrdU,在37°C下用2N HCL预孵育切片,然后用大鼠抗BrdU单克隆抗体孵育(1:400;ab6326;Abcam,UK)。对于其他人,将切片与针对TREM-1(1:200;ab217161,Abcam,UK)、Iba-1(1:500;#019-19741,Wako,Japan)、CD68(1:200;MCA1957GA,AbD-Serotec,UK)、GFAP(1:500;ab4648,Abcam,UK)、NeuN(1:500;ab177487,Abcam,UK)、MBP(1:500;ab7349,Abcam,UK)、vWF(1:500;ab6994,Abcam,UK)、MPO(1:200;sc-16128-R,美国圣克鲁斯生物技术公司),SYK(1:200;#13198,美国细胞信号技术公司)和Gasdermin D(GSDMD)(1:200,英国圣克鲁斯生技公司,sc-393581)在4°C下过夜。然后用适当的二级抗体和DAPI(美国Sigma-Aldrich)培养切片。阳性信号通过Image J软件(美国国家卫生研究院)进行量化。

酶联免疫吸附试验

对缺血半暗带的脑组织进行解剖和均质化。收集细胞培养上清液。根据制造商的说明,使用ELISA试剂盒(英国Abcam)检测IL-1β和IL-18蛋白的浓度。

电子显微镜

将近红外组织(1×1×1mm)样品浸泡在2.5%戊二醛中,然后固定在1%四氧化锇中。在乙醇中脱水并包埋在硬石膏中后,将组织切割成50-60nm的切片。最后,用3%醋酸铀酰和柠檬酸铅对薄片进行染色,然后使用H7500透射电子显微镜(日本日立)进行扫描。

定量实时PCR

使用TRIzol regent(Sigma-Aldrich,USA)从梗死周围组织中提取总RNA,并使用RevertAid第一链cDNA合成试剂盒(Thermo Fisher Scientific,USA)逆转录为cDNA。然后使用UltraSYBR混合物(CWBio,中国)、特定小鼠引物(见补充表)进行实时定量PCRS1(第一阶段))以及使用Mx3000P实时PCR系统(美国安捷伦科技公司)的cDNA。GAPDH mRNA表达设为内部对照。与体内假手术组或体外对照组相比,结果表现为折叠变化。

协同免疫沉淀

采用弱放射免疫沉淀分析(RIPA)裂解缓冲液(中国贝约泰)提取并制备脑组织或原代小胶质细胞的总细胞裂解物。500μg蛋白质提取物与1μg抗TREM-1抗体或对照IgG在4°C下孵育过夜。然后将免疫复合物与蛋白A/G-琼脂糖珠(美国细胞信号技术)连接4小时。最后,收集洗脱的蛋白质并通过免疫印迹分析。

免疫印迹法

使用RIPA裂解缓冲液(细胞信号技术,美国)从脑组织和培养的小胶质细胞中制备蛋白质裂解物,并使用BCA蛋白质分析试剂盒(美国赛默飞世尔科学公司)进行定量。将30μg的蛋白质装载在10%十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳凝胶上并分离,然后转移到聚偏二氟乙烯膜(Millipore,美国)。用TREM-1(1:1000;ab217161,英国Abcam)、MPO(1:500;sc-16128-R,美国Santa Cruz Biotechnology)、细胞内粘附分子-1(ICAM-1)(1:500,sc-1511,美国圣克鲁斯生物技术)、SYK(1:1000,#13198,美国Cell Signaling Technology)、磷酸化-SYK(p-SYK;1:1000;ab195732,Abcam,英国),CARD9(1:1000;ab124922,Abcam,英国)、NLRP3(1:500;sc-66846,圣克鲁斯生物技术,美国)、ASC(1:500,sc-33958,圣克鲁兹生物技术,美国)、caspase-1 p10(1:500);sc-514,圣克鲁茨生物技术,美国)、IL-1β(1:500;#8242,细胞信号技术,美国),磷酸化-NF-κB p65(Ser536)(1:1000;#3033,细胞信号科技,美国),Synapsin I(1:1000;ab18814,英国Abcam)、Synaptophysin(1:1000)和β-actin(1:1000,美国细胞信号技术,#4970)在4°C下过夜,然后在室温下与HRP-结合二级抗体孵育。蛋白质信号通过Immobilon Western Chemiluminating HRP底物(美国Millipore)检测,并通过Image J软件(美国NIH)定量。β-actin的表达设为内部对照。

统计分析

使用SPSS 22.0软件(IBM,Armonk,NY,USA)进行数据分析。使用双尾Student’st吨测试和单向方差分析,然后是Tukey的事后检验。通过双向重复测量方差分析和Tukey的事后检验分析MWM测试中的逃生潜伏期和游泳路径长度。所有数据均表示为平均值±SEM。统计显著性确定为第页 < 0.05.

结果

近发病区免疫基因的转录调控

为了探讨缺血损伤后的神经炎症反应,我们采用RNA-seq分析检测215个可能参与免疫过程的基因的表达(补充表S2系列). 在这些免疫基因中,与MCAO手术后1天的假手术小鼠相比,MCAO小鼠中有187个上调,28个下调(图。(图1a)。1a个). 值得注意的是,TREM-1和NLRP3炎性体相关基因(NLRP3、NFKB2、IL-1β和IL-6)显著升高(补充表S2系列). 为了进一步证实这些结果,进行了实时PCR。如图所示。图1b,1亿,脑缺血后这些炎症因子的mRNA水平显著增加(均第页 < 0.01).

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局灶性脑缺血诱导的近梗死区免疫基因调控。

与假样本中的水平相比,大脑近梗死组织中的免疫基因表达至少有两倍变化的热图。b条TREM-1、NLRP3、NFKB2、IL-1β和IL-6的实时PCR分析。数据表示为平均值±SEM,n个 = 每组5人**第页<0.01 vs.假手术组

缺血缺氧条件下TREM-1表达模式及时间进程

接下来,我们探讨了TREM-1在MCAO小鼠和OGD小胶质细胞中的蛋白表达模式和时间进程。Western印迹结果表明,TREM-1在手术后6小时略有增加,在再灌注后3天达到峰值,并逐渐下降(图。(图2a)。2a个). 中风后28天,TREM-1的蛋白质水平仍显著升高(图。(图2a)。2a个). 同样,OGD以时间依赖性的方式增加小胶质细胞TREM-1的表达,在复氧后12小时达到峰值(图。(图2b)。2亿). 卒中后3天,在梗死周围区检测到与Iba-1共同染色的稳健TREM-1阳性细胞,表明小胶质细胞自主增加TREM-1(图。2c、d,第页 < 0.001). 然而,在星形胶质细胞、神经元、少突胶质细胞和内皮细胞上未检测到TREM-1染色信号(补充图。S2系列).

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脑卒中后小胶质细胞中的TREM-1上调。

中风后2、6小时、1、3、7和28天的TREM-1免疫印迹和定量分析。n个 = 5b条在复氧后2、6、12、24和48小时进行TREM-1的免疫印迹和定量分析。n个 = 6c(c)在近梗死区再灌注后1、3和28天,对TREM-1(红色)和Iba-1(绿色)进行协同训练。TREM-1染色的放大视图用虚线框标记。d日TREM-1阳性细胞的定量。n个 = 5.数据表示为平均值±SEM*第页<0.05, **第页<0.01, ***第页<0.001 vs.假手术组;#第页 < 0.05,##第页 < 0.01,###第页 < 0.001与对照组。比例尺=50μm

抑制TREM-1改善梗死进展和神经元损伤

为了证实TREM-1在缺血性卒中中的生物学功能,我们采用鼻内注射一种叫做LP17的抑制肽来阻断TREM-1的表达。LP17被罗丹明标记,以确定它是否能进入大脑。如附图所示。第3章鼻内给药后,在嗅球、皮层和海马中检测到LP17的红色荧光信号。1 mg/kg LP17显著消除了缺血诱导的TREM-1升高(图。(图3a,3a年,第页 = 0.0001). 这些结果表明LP17能够进入大脑并阻断TREM-1。为了检测LP17对脑卒中后梗死体积的影响,我们进行了T2加权成像和DWI检查。与接受对照肽的MCAO小鼠相比,LP17给药显著减少了27.3%的梗死体积(图。3b、c,第页 = 0.002). 接下来,我们询问LP17是否可以拯救缺血诱导的神经元损伤。为此,进行TUNEL和FJC测定以评估细胞凋亡和神经元变性。如图所示。图3d,三维补充1 mg/kg LP17可显著减少TUNEL阳性细胞和FJC阳性神经元(第页 = 0.005和0.021)。

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TREM-1抑制剂可减少缺血梗死,并在再灌注3天后挽救神经元损伤。

用LP17治疗后,癌旁组织中TREM-1的蛋白水平。n个 = 5b条T2和DWI MRI扫描中五种不同冠状切片的代表性图像。c(c)根据DWI扫描量化梗死体积。n个 = 9d日TUNEL和FJC染色显示,I/R后TUNEL-和FJC-阳性细胞密度增加,而LP17处理降低了近红外区的阳性信号。插图显示放大倍数更高的视图。n个 = 5.比例尺=50μm。数据表示为平均值±SEM***第页<0.01 vs.假手术组;#第页 < 0.05,##第页 < 0.01,###第页 < 0.001 vs.MCAO组

药物阻断TREM-1可改善长期神经行为功能

据报道,中风后行为功能障碍与神经炎症有关30首先,通过mNSS评估神经功能。MCAO处理的小鼠表现出持续的感觉运动缺陷,LP17治疗可以显著逆转这种缺陷(图。(图4a)。4a类). 然后,我们用MWM测试了长期空间学习和记忆。提示试验中,逃避潜伏期和游泳速度没有差异,表明MCAO小鼠没有视觉或游泳缺陷(补充图。S4系列). 事后分析表明,在训练的第2-5天,MCAO小鼠的逃避潜伏期和到达隐蔽平台的路径长度低于假手术小鼠。然而,TREM-1抑制小鼠表现出更好的逃避潜伏期减少和路径长度缩短(图。4b、c). 在最后一次训练试验后24小时进行了探索试验。LP17处理的小鼠表现出更多的交叉,并在目标象限花费更多的时间(图。第4天–第5天,第页 = 0.039和0.030)。

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LP17给药挽救了MCAO小鼠的神经缺陷和认知功能障碍。

假手术组、MCAO组和MCAO+LP17组的mNSS。在MCAO手术前对小鼠进行测试。MCAO 3天:n个 = 20; 其他时间点:n个 = 10.逃逸延迟(b条)和路径长度(c(c))在隐藏平台阶段。n个 = 10d日探测试验中三组具有代表性的游泳轨迹。平台位置的交叉(e(电子))以及在目标象限中花费的时间百分比((f))记录并分析。n个 = 10.数据表示为平均值±SEM***第页 < 0.001 vs.假手术组;#第页 < 0.05,##第页 < 0.01,###第页 < 0.001 vs.MCAO组

然后,我们探讨了LP17补充诱导的功能改善的潜在机制。使用BrdU给药标记细胞增殖。MCAO后28天,齿状回中BrdU阳性细胞的数量保持在较低水平,而LP17的作用使其恢复(图。5a、b,第页 = 0.003). 神经可塑性是脑损伤后康复的另一种代偿机制。因此,我们评估了MCAO后28天海马中突触蛋白的表达,包括PSD95、CaMKII、突触肽I和突触肽。TREM-1的抑制与所有这些蛋白的高水平相关(图。5c、d,第页 = 0.001、0.009、0.018和0.002)。总的来说,这些数据表明,阻断TREM-1可以通过促进缺血性卒中后海马的细胞增殖和突触可塑性来挽救长期神经行为损伤。

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TREM-1抑制增强了缺血性卒中后海马的细胞增殖和神经可塑性。

齿状回BrdU阳性细胞的典型显微照片。BrdU染色的放大视图用虚线框标记。比例尺=20μm。b条BrdU阳性细胞的定量分析。c(c),d日突触元件的蛋白质印迹和定量,包括PSD95、CAMKII、突触蛋白I和突触球蛋白。n个 = 每组5人。数据表示为平均值±SEM***第页 < 0.001 vs.假手术组;#第页 < 0.05,##第页 < 0.01 vs.MCAO组

抑制TREM-1抑制小胶质细胞M1极化和中性粒细胞浸润

鉴于TREM-1在先天免疫系统调节中的重要作用7接下来,我们确定抑制TREM-1是否会影响缺血后炎症。用Iba-1和CD68染色检测近区小胶质细胞的反应。假手术组的静止小胶质细胞在形态学上观察到,在Iba-1染色中有小胞体和薄突起(图。(图6a)。第6页). 在对照肽处理的MCAO小鼠中,观察到具有较大胞体、较短突起和变形虫形态的活化小胶质细胞,而在LP17处理的小鼠中检测到较少的活化小胶质细胞(图。(图6a)。第6页). CD68染色进一步证实了LP17诱导的小胶质细胞活化的减轻(图。(图6a)。第6页). 接下来,我们试图检查近红外区的小胶质细胞极化。M1标记物的mRNA水平,包括iNOS、CD16、CD32、NLRP3、IL-1β、IL-18、IL-6和CD11b,在MCAO后3天都显著增加,但这些增加,除了CD11b外,通过LP17治疗显著减弱(图。(图6b,6b条,第页 = 0.013、0.041、0.018、0.007、0.010、0.004、0.012和0.168)。在M2型基因中,包括Arg-1、CD206和IL-10,只有CD206在LP17给药后受到抑制(图。(图6b,6b条,第页 = 0.007). ELISA分析显示,MCAO组细胞内IL-1β和IL-18 mRNA的上调伴随着细胞外IL-1β与IL-18蛋白水平的平行增加,这两种蛋白水平均被LP17逆转(图。(图6c第6页c).

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阻断TREM-1可抑制炎症介质和趋化因子的产生以及中性粒细胞的侵袭。

假手术组、MCAO组和MCAO+LP17组的Iba-1和CD68免疫染色。b条炎症基因(iNOS、CD16、CD32、CD11b、NLRP3、IL-1β、IL-18和IL-6)和抗炎基因(CD206、Arg-1和IL-10)的相对mRNA表达。c(c)酶联免疫吸附试验检测脑组织中的IL-1β和IL-18。d日趋化因子(CXCL-2、CCL-7、MCP-1和CXCL-1)的实时PCR分析。e(电子)Western blot显示ICAM-1和MPO在近梗死皮层的定量表达。(f)三组MPO免疫染色并进行定量。n个 = 每组5人。数据表示为平均值±SEM**第页 < 0.01, ***第页 < 0.001 vs.假手术组;#第页 < 0.05,##第页 < 0.01,###第页 < 0.001 vs.MCAO组。比例尺=50µm

然后,我们开始测试TREM-1抑制是否影响脑缺血损伤下趋化因子的产生和中性粒细胞的浸润。对近端脑组织进行实时PCR,以评估趋化因子mRNA。TREM-1的药理抑制导致CXCL-2(52.6%)、CCL-7(54.6%)、MCP-1(48.8%)和CXCL-1(60.8%)的mRNA水平显著降低(图。(图6d,6天,第页 = 0.040、0.020、0.025和0.001)。同时,LP17导致ICAM-1表达减少39.5%(图。(图6e,第六版,第页 = 0.015). MPO的免疫印迹和免疫染色都提供了直接证据,证明LP17治疗可以减轻中性粒细胞向近梗死区的浸润(图。6e、f,第页 = 0.0002和0.006)。这些结果表明,LP17可以抑制白细胞浸润。

抑制TREM-1可延缓小胶质细胞无菌性炎症和神经元死亡

我们进一步研究了小胶质细胞OGD模型中TREM-1的功能。添加不同剂量的LP17(1或10μM)。通过实时PCR,10μM LP17在复氧24小时后显著降低了促炎细胞因子(NLRP3、IL-1β、IL-18、IL-6、CD16、CD32和iNOS)和趋化因子(MCP-1、CXCL-1和CXCL-2)的mRNA水平(图。(图7a)。第7页). LP17显著降低了IL-1β和IL-18的细胞外蛋白水平,在10μM时最大降低(图。(图7b)。7亿). 为了确定抑制小胶质细胞TREM-1是否影响神经元存活,引入了小胶质细胞-神经元共培养系统。在不存在或存在LP17的情况下,将神经元与OGD小胶质细胞共同培养24小时。OGD诱导了神经元死亡的大量增加,这是通过活/死染色的量化确定的,同时与LP17在10μM浓度下培养,最大限度地保持了神经元的活力(图。(图7c,第7页c,第页 < 0.001).

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TREM-1的药理学抑制抑制了体外炎症因子的产生和神经元损伤。

采用实时定量PCR分析OGD后24 h原发性小胶质细胞中NLRP3、IL-1β、IL-18、IL-6、CD16、CD32、iNOS、MCP-1、CXCL-1和CXCL-2的mRNA水平。n个 = 4b条OGD后24 h,ELISA法检测原发性小胶质细胞上清液中IL-1β和IL-18。n个 = 4c(c)神经元与对照小胶质细胞、OGD小胶质细胞或经LP17(1或10μM)处理的OGD小神经胶质细胞共培养24小时。n个 = 6.比例尺=50µm。数据表示为平均值±SEM**第页 < 0.01, ***第页 < 0.001与对照组;#第页 < 0.05,##第页 < 0.01,###第页 < 0.001 vs.OGD/R组

TREM-1与小胶质细胞SYK相互作用

据报道,TREM-1的参与导致单核细胞/巨噬细胞中激酶SYK的募集和刺激,向下游通路传递激活信号7我们检测了小胶质细胞中TREM-1和SYK之间是否存在关联。通过联合免疫沉淀,TREM-1在体内和培养的小胶质细胞中似乎与SYK相互作用(图。(图8a)。第8页a). 共免疫标记进一步显示,TREM-1受体与小胶质细胞SYK共定位,为它们的相互作用提供了物理基础(图。(图8b8b个).

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TREM-1通过与SYK相互作用触发CARD9/NF-κB信号通路和NLRP3炎性体。

皮质组织和小胶质细胞的裂解物用抗TREM-1免疫沉淀。然后用抗TREM-1和抗SYK免疫印迹法分析免疫沉淀物。b条近梗死区TREM-1和SYK的免疫染色。比例尺=20μm。c(c)再灌注后3天,用western blotting检测缺血半暗带组织中TREM-1、p-SYK和SYK蛋白的表达。d日使用相同组织对CARD9/NF-κB信号通路进行免疫印迹c(c).e(电子)NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β和IL-18的免疫印迹分析。(f)用LP17(10μM)处理OGD小胶质细胞。在复氧24小时后,用蛋白质印迹法测定TREM-1、p-SYK和SYK的蛋白水平。,小时(f)用western blot检测CARD9、p-p65、p65、NLRP3、ASC、caspase-1、IL-1β和IL-18。用Con-siRNA或TREM-1 siRNA处理原代小胶质细胞,然后经OGD处理8 h。复氧24 h后用免疫印迹法检测TREM-1、p-SYK、SYK、CARD9、p-p65和NLRP3的蛋白水平。n个 = 每组5人

TREM-1对于缺血诱导的SYK和下游成分的激活是必需的

为了描述TREM-1是否能激活SYK,我们评估了下游CARD9/NF-κB和NLRP3/caspase-1通路中分子的表达31LP17和TREM-1 siRNA均被引入。在体内,I/R增加的TREM-1表达伴随着再灌注后SYK和p-SYK的升高(图。(图8c,8厘米,补充图。S5a系列). I/R还诱导CARD9、CARD9/NF-κB信号中的p-p65以及NLRP3、ASC、裂解caspase-1、成熟IL-1β和NLRP3/caspase-2信号中的成熟IL-18显著增加(图。第8天,第5天,补充图。S5b、c). 这些增量都被LP17抑制,表明TREM-1可以在MCAO后激活SYK;SYK的激活可能导致CARD9/NF-κB和NLRP3/caspase-1通路中成分的蛋白水平增加。另一方面,在体外,我们发现LP17对SYK启动和下游信号激活具有一致的作用(图。8f–小时,补充图。S5d–f码). 此外,将培养的小胶质细胞与TREM-1 siRNA孵育,可以有效地抑制TREM-1的表达。我们发现OGD诱导的TREM-1、p-SYK、SYK、CARD9、p-p65和NLRP3的上调被TREM-1 siRNA显著抑制(图。(图8i,第8页,补充图。5克). 这种抵消作用与LP17的作用相当。总之,这些数据表明,TREM-1在缺血性损伤后小胶质细胞的SYK动员和下游CARD9/NF-κB和NLRP3/caspase-1激活中是必要的。

TREM-1诱导的SYK动员是小胶质细胞凋亡的原因

SYK激活的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1可裂解GSDMD,触发细胞凋亡32.焦下垂是一种溶解型程序性细胞死亡,其内在导致炎症32因此,小胶质细胞凋亡可能是加重卒中后神经炎症的重要因素。为此,我们用R406处理小鼠或小胶质细胞以抑制SYK。在不明显干扰升高的TREM-1水平的情况下,R406给药可以显著逆转MCAO小鼠和OGD/R小胶质细胞中SYK、CARD9、NLRP3和caspase-1 p10的免疫反应增强(图。9a、b,补充图。S6a、b系列). 然后,我们测量了体内和体外抑制SYK后的细胞凋亡。免疫印迹结果显示,GSDMD-N是GSDMD增加的一种裂解形式,在MCAO和OGD/R后表达增加7.60倍和5.76倍;而R406治疗显著降低了体内(42.8%和38.7%)和体外(43.9%和44.7%)GSDMD和GSDMD-N的缺血诱导升高(图。9c、d,补充图。S6c、d系列). 一致地,双重免疫荧光结果表明,与假手术小鼠相比,卒中后3天,在MCAO小鼠的近梗死区检测到更多GSDMD阳性小胶质细胞,R406显著减弱了这些细胞(图。(图9e,第9页,补充图。第7部分). 透射电镜观察GSDMD-N在小胶质细胞膜上形成的微孔。如图所示。图9f,第9页,与车辆处理的MCAO小鼠相比,R406处理的MCOA小鼠的膜孔较少。ELISA分析表明,R406抑制了IL-1β和IL-18的细胞外表达(图。9克,小时,第页 = 0.0001、0.0011和第页 = 0.0003, 0.002).

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TREM-1诱导的SYK激活引发脑卒中后小胶质细胞凋亡。

用SYK抑制剂R406治疗MCAO小鼠和OGD小胶质细胞。,b条MCAO小鼠再灌注3天后的TREM-1、SYK、CARD9、NLRP3和caspase-1以及再氧24小时后OGD小胶质细胞的Western blotting分析。c(c),d日治疗小鼠和培养小胶质细胞中GSDMD的免疫印迹分析。e(电子)Iba-1和GSDMD的双重免疫染色显示这两个标记物具有良好的共同定位。LP17治疗可减少缺血半暗带GSDMD阳性小胶质细胞。比例尺=50µm。(f)梗死周围小胶质细胞的代表性透射电子显微镜图像。小胶质细胞膜的放大图用虚线框标记。红色箭头:膜孔。比例尺=1µm。,小时ELISA检测脑组织和小胶质细胞培养液中的IL-1β和IL-18。n个 = 每组5人。数据表示为平均值±SEM***第页 < 0.001 vs.假手术组;##第页 < 0.01,###第页 < 0.001 vs.MCAO组;†††第页 < 0.001 vs.对照组;§§第页 < 0.01,§§§第页 < 0.001 vs.OGD/R组

讨论

缺血性脑损伤会对缺乏血流的大脑造成永久性损伤,其进展涉及缺血后炎症的重要步骤,并可能影响身体功能和认知。与之前的研究同时进行33,在我们的实验性缺血模型中检测到强烈的炎症反应,如小胶质细胞M1极化增强和中性粒细胞募集。M1表型小胶质细胞可通过产生炎性细胞因子、活性氧和氮物种发挥细胞毒性作用34,35而浸润的中性粒细胞可通过加剧氧化应激和导致血流阻塞而加剧血脑屏障(BBB)损伤36,37在本研究中,我们发现这些炎症反应伴随着梗死体积增加、神经元损伤和长期功能损害。

TREM-1最初在外周血单核细胞和中性粒细胞中检测到,随后在巨噬细胞、内皮细胞和纤维肉瘤细胞系中发现10我们的双重免疫染色结果显示,TREM-1定位于近梗死区的小胶质细胞上。调节脑免疫反应的已知受体小胶质细胞TREM-138以时间依赖性的方式强烈诱导,在卒中后3天达到峰值。在我们的研究中,我们发现阻断TREM-1不能减弱MCAO小鼠CD11b mRNA水平的增加。我们认为大脑中复杂的微环境可能是这种现象的原因。与我们的结果一致,Hommes等人。39未发现TREM-1消融可影响细胞CD11b表达。虽然LP17治疗并没有降低CD11b的表达,但它确实降低了其他M1标记物的表达,表明TREM-1激活可以促进小胶质细胞M1极化。在少关节幼年性自发性关节炎中,TREM-1参与诱导巨噬细胞M1促炎重编程,也出现了类似的现象40据报道,TREM-1刺激可诱导炎症介质的生成、MPO的释放和粘附分子的上调41一致地,我们发现缺血诱导的TREM-1促进了小胶质细胞中IL-1β、IL-18、IL-6、CXCL-2、MCP-1和CXCL-1的产生,以及缺血损伤后MPO和ICAM-1的表达。

本研究的另一个主要观察结果是,TREM-1可以通过与SYK相互作用激活CARD9/NF-κB和NLRP3/caspase-1通路。我们发现TREM-1在体内和体外均与小胶质细胞SYK共沉淀。小胶质细胞TREM-1与胞质内SYK共定位。从机制上讲,TREM-1作为一种免疫受体酪氨酸基活化基序相关受体,可以通过其带电荷的赖氨酸残基与12 kDa的DNAX活化蛋白(DAP12)偶联,进而招募和动员SYK42,43有报道称,SYK启动可以通过控制CARD9/Bcl-10复合物和通过SYK依赖性活性氧生成激活NLRP3炎性体来激活NF-κB信号42CARD9/NF-κB对炎症基因和趋化因子的转录至关重要10,4446而NLRP3负责中性粒细胞浸润47此外,NLRP3为原蛋白酶-1切割提供了分子平台,随后将前IL-1β和前IL-18切割成生物成熟的IL-1β和成熟的IL-18,释放到细胞外环境中48ELISA结果证实,再灌注3天后细胞外IL-1β和IL-18水平显著升高。最近的研究表明,GSDMD引起的细胞凋亡对IL-1β的分泌至关重要49,50GSDMD经活化的caspase-1裂解后可释放N-末端片段,随后N-末端片段与质膜中的磷脂酰肌醇结合,形成12-14nm的膜孔32形成的孔隙是成熟IL-1β细胞外释放的大门32事实上,在本研究中,GSDMD和GSDMD-N在小胶质细胞中的表达显著上调,并且在缺血性卒中后的小胶质细胞膜上检测到更多孔隙,表明卒中后小胶质细胞内发生了细胞凋亡。这些数据揭示了TREM-1在协调缺血性卒中后炎症反应中的重要作用(图。(图1010).

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小胶质细胞TREM-1调节缺血后神经炎症的原理图。

I/R受伤后,TREM-1水平上调。TREM-1-SYK结合启动SYK刺激,并动员两个下游途径,包括CARD9/NF-κB和NLRP3/胱天蛋白酶-1,以产生炎症介质和趋化因子。此外,SYK启动诱导的活化caspase-1裂解GSDMD,释放N末端片段,在小胶质细胞上形成孔隙,导致细胞外释放炎症因子,如IL-1β和IL-18。TREM-1的药理抑制可减轻炎症反应,从而改善缺血性中风预后

LP17是一种经批准的化学合成的TREM-1抑制肽,包括互补决定区-3和TREM-1胞外区的“F”β链22研究表明,LP17可以与TREM-1的天然配体竞争22,51LP17通过鼻内给药给药,这是一种绕过血脑屏障的无创给药方法,可使治疗物质直接进入中枢神经系统52TREM-1的表达及其与SYK的关系被LP17或TREM-1 siRNA显著阻断。NF-κB诱导的炎症和趋化基因表达以及NLRP3依赖性细胞凋亡也被抑制。阻断TREM-1不仅在体内外抑制小胶质细胞炎症相关损伤,而且还能恢复海马的细胞增殖和突触可塑性。然而,在缺血诱导的脑免疫反应中,小胶质细胞TREM-1可能与其他蛋白相互作用。需要进一步研究,以获得TREM-1在脑缺血损伤中介导的其他可能关联的更多细节。

总之,我们的数据表明,TREM-1在缺血后神经炎症中起着关键作用。我们发现,小胶质细胞TREM-1通过与SYK的相互作用激活CARD9/NF-κB信号通路和NLRP3炎性体,随后导致炎性细胞因子和趋化因子的产生和细胞凋亡。阻断TREM-1可以抑制TREM-1/SYK通路的激活和随后的炎症反应,从而挽救中风结局。总之,我们的数据表明TREM-1是治疗缺血性中风的潜在治疗靶点。

补充信息

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致谢

本研究得到了国家自然科学基金(No.81571143,81530038,81701230,81701180)和江苏省自然科学基金资助(No.BK20160607)。

利益冲突

提交人声明他们没有利益冲突。

脚注

编辑:K.Schroder

出版商备注:Springer Nature在公布的地图和机构关联中的管辖权主张方面保持中立。

这些作者贡献均等:徐鹏飞、张晓浩、刘谦

参与者信息

刘新峰,电话:+86 25 80863531,moc.361.piv@2uilfx.

徐格琳,电话:+86 25 80863531,nc.ude.ujn@uxnileg.

补充信息

补充信息本文附于(10.1038/s41419-019-1777-9)。

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