《CNS Neuroscience & Therapeutics》:PGC-1α Transcriptionally Regulated by ChREBP Mitigates Neuropathic Pain Through Promoting Microglial Fatty Acid Oxidation and Anti-Inflammatory Response
ABSTRACT
Background
神經(jīng)病理性疼痛(NP)是一種由體感神經(jīng)系統(tǒng)病變引起的慢性疾病,嚴(yán)重?fù)p害生活質(zhì)量。小膠質(zhì)細(xì)胞的代謝重編程和神經(jīng)炎癥是驅(qū)動NP進(jìn)展的關(guān)鍵因素。盡管碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(ChREBP)這一關(guān)鍵代謝調(diào)節(jié)因子已被證實(shí)對NP具有保護(hù)作用,但其具體機(jī)制尚不清楚。
Methods
本研究通過 spared nerve injury (SNI) 手術(shù)建立NP大鼠模型,并使用Von Frey纖維絲評估機(jī)械性痛覺超敏。通過免疫熒光、RT-qPCR和蛋白質(zhì)印跡(Western Blot)檢測小膠質(zhì)細(xì)胞中ChREBP的表達(dá)。功能研究涉及ChREBP的敲低和過表達(dá),以評估其對小膠質(zhì)細(xì)胞極化、神經(jīng)炎癥、神經(jīng)元興奮性、疼痛行為及脂肪酸代謝的影響。機(jī)制探索通過雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)和染色質(zhì)免疫共沉淀(ChIP)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。
Results
SNI手術(shù)后,大鼠損傷同側(cè)(ipsilateral)的機(jī)械痛閾顯著降低。ChREBP在SNI后大鼠SDH小膠質(zhì)細(xì)胞以及體外LPS刺激的小膠質(zhì)細(xì)胞(HAPI細(xì)胞系)中表達(dá)上調(diào)。ChREBP敲低抑制了小膠質(zhì)細(xì)胞的抗炎極化,加劇了神經(jīng)炎癥并加重了疼痛。相反,ChREBP過表達(dá)則促進(jìn)了抗炎表型,抑制了神經(jīng)炎癥并緩解了疼痛。ChREBP增強(qiáng)了小膠質(zhì)細(xì)胞的脂肪酸氧化和能量代謝。機(jī)制上,ChREBP結(jié)合到PGC-1α啟動子上的TFBS1位點(diǎn),激活其轉(zhuǎn)錄。PGC-1α過表達(dá)能夠挽救由ChREBP敲低引起的損害,包括降低的脂肪酸氧化、受抑的抗炎極化、升高的炎癥因子以及增加的神經(jīng)元興奮性。脂肪酸氧化抑制劑Etomoxir可減弱ChREBP的保護(hù)作用。
Conclusions
ChREBP通過轉(zhuǎn)錄激活PGC-1α,增強(qiáng)小膠質(zhì)細(xì)胞脂肪酸氧化和抗炎表型,從而緩解NP,揭示了一條新的代謝-免疫軸,為NP的潛在治療提供了新思路。
1 Introduction
神經(jīng)病理性疼痛(NP)是一種復(fù)雜的慢性疾病,其特征包括自發(fā)性疼痛、痛覺過敏和機(jī)械性痛覺超敏。研究表明,NP的總體患病率為9.2%,嚴(yán)重影響患者的日常生活和工作能力。因此,闡明NP的病理機(jī)制并發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新的治療靶點(diǎn)具有重要的科學(xué)價(jià)值。
NP的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,涉及整個傷害性通路。脊髓背角(SDH)的小膠質(zhì)細(xì)胞在SNI后迅速被激活。在正常生理狀態(tài)下,小膠質(zhì)細(xì)胞處于相對靜息的狀態(tài)。當(dāng)免疫穩(wěn)態(tài)被破壞時,它們極化為兩種極端表型:促炎表型和抗炎表型。有趣的是,不同表型的小膠質(zhì)細(xì)胞不僅在形態(tài)、細(xì)胞數(shù)量和基因表達(dá)水平上發(fā)生顯著變化,其代謝模式也截然不同。促炎小膠質(zhì)細(xì)胞依賴有氧糖酵解,而抗炎小膠質(zhì)細(xì)胞則利用脂肪酸氧化(FAO)來促進(jìn)氧化磷酸化(OXPHOS)。研究表明,抗炎小膠質(zhì)細(xì)胞中較高水平的脂肪酸氧化能增強(qiáng)OXPHOS,提供持續(xù)的能量供應(yīng),抑制炎癥并促進(jìn)組織修復(fù)。因此,增強(qiáng)抗炎小膠質(zhì)細(xì)胞的修復(fù)效應(yīng)可能有助于改善NP。
碳水化合物反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(ChREBP)主要調(diào)控糖脂代謝相關(guān)基因的表達(dá),維持機(jī)體糖脂代謝穩(wěn)態(tài)。近年來,研究發(fā)現(xiàn)ChREBP在神經(jīng)系統(tǒng)中不僅參與神經(jīng)細(xì)胞能量代謝的調(diào)節(jié),還在神經(jīng)炎癥和神經(jīng)損傷修復(fù)等過程中發(fā)揮重要作用。在SNI模型中,外周神經(jīng)損傷導(dǎo)致局部神經(jīng)微環(huán)境發(fā)生變化,包括炎癥細(xì)胞浸潤、細(xì)胞因子釋放和代謝紊亂。作為對這些病理變化的反應(yīng),ChREBP的保護(hù)性上調(diào)可減輕炎癥反應(yīng),從而緩解疼痛并促進(jìn)神經(jīng)功能恢復(fù)。鑒于小膠質(zhì)細(xì)胞代謝重編程對NP發(fā)病至關(guān)重要,且ChREBP兼具代謝調(diào)節(jié)和疼痛調(diào)控的雙重角色,探索ChREBP是否通過靶向小膠質(zhì)細(xì)胞代謝在NP發(fā)病中發(fā)揮關(guān)鍵作用具有重要意義。
本研究闡明了ChREBP通過促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞脂肪酸氧化、增加抗炎小膠質(zhì)細(xì)胞比例、抑制炎癥反應(yīng)和降低脊髓神經(jīng)元興奮性來緩解疼痛的具體機(jī)制。研究確定了過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活因子1α(PGC-1α)是ChREBP調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞代謝和NP的重要下游效應(yīng)器。本研究闡明了ChREBP通過調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞代謝在NP中的保護(hù)作用,并凸顯了其作為開發(fā)基于代謝的NP治療新策略的潛力。
2 Methods
2.1 Animals
所有實(shí)驗(yàn)均經(jīng)過南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院實(shí)驗(yàn)動物倫理委員會審查批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號:LAEC-2022-144),并嚴(yán)格按照國際疼痛研究協(xié)會(IASP)制定的實(shí)驗(yàn)動物使用倫理指南進(jìn)行。使用8-10周齡、體重200-250g的雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠。
2.2 Construction of the NP Rat Model
采用SNI方法建立NP大鼠模型。大鼠吸入2%-3%異氟烷誘導(dǎo)麻醉,1%-1.5%異氟烷維持麻醉。暴露坐骨神經(jīng)及其分支(腓總神經(jīng)、脛神經(jīng)和腓腸神經(jīng)),緊密結(jié)扎腓總神經(jīng)和脛神經(jīng),保留腓腸神經(jīng)完整。假手術(shù)組僅暴露神經(jīng),不進(jìn)行結(jié)扎或離斷。
2.3 Stereotactic Injection of AAV Into the SDH
參照Perrine方法進(jìn)行脊髓立體定位注射。麻醉大鼠后,行椎板切除術(shù)充分暴露L4-L6脊髓節(jié)段。將立體定位儀坐標(biāo)重置為零,最終參數(shù)設(shè)置為X=0.5 mm, Y=0.5 mm, Z=0.5 mm。以0.2 μL/min的速率注射腺相關(guān)病毒(AAV)構(gòu)建體或?qū)φ赵噭傮w積1 μL。使用的AAV包括靶向小膠質(zhì)細(xì)胞干擾ChREBP的病毒(AAV9-F4/80-shChREBP)、編碼ChREBP的病毒(AAV9-F4/80-oeChREBP)和編碼PGC-1α的病毒(AAV9-F4/80-oePGC-1α)。
2.4 Intrathecal Catheterization
參照Hou等方法進(jìn)行鞘內(nèi)導(dǎo)管置入術(shù)。將無菌PE-10導(dǎo)管插入硬膜外間隙并輕柔推進(jìn)至腰膨大。通過導(dǎo)管注射2%利多卡因10 μL,出現(xiàn)短暫后肢癱瘓證實(shí)位置正確。脂肪酸氧化抑制劑Etomoxir溶解于DMSO后用0.9% NaCl稀釋,SNI手術(shù)后每天通過導(dǎo)管給予Etomoxir(0.05 mg/kg)或 vehicle(0.9% NaCl),連續(xù)14天。
2.5 Behavioral Test
使用Von Frey纖維絲評估大鼠的機(jī)械性痛覺超敏。將不同剛度的纖維絲垂直施加于同側(cè)后肢足底表面,逐漸增加力度直至纖維絲彎曲,維持2-5秒。記錄縮足、舔足或甩足等反應(yīng)。根據(jù)公式計(jì)算50%縮足閾值(PWT)。行為學(xué)測試采用盲法進(jìn)行。
2.6 Immunofluorescence Assay
取L4-L6節(jié)段脊髓組織OCT包埋冰凍切片(25 μm)。根據(jù)Rexed板層分類將背角劃分為I-VI板層。封閉后,與一抗4°C孵育過夜:Iba-1(小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物)、GFAP(星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物)、NeuN(神經(jīng)元標(biāo)志物)、ChREBP、PGC-1α、iNOS(促炎標(biāo)志物)、Arg-1(抗炎標(biāo)志物)。室溫避光孵育相應(yīng)熒光二抗1小時。封片后使用共聚焦顯微鏡采集圖像,ImageJ軟件分析平均熒光強(qiáng)度或陽性細(xì)胞數(shù)。
2.7 Patch-Clamp Recordings
在冰浴人工腦脊液(ACSF)中制備L4-L6脊髓節(jié)段300 μm厚切片。切片在持續(xù)通入95% O2/5% CO2的孵育槽中平衡20分鐘。在室溫下使用EPC 10 USB膜片鉗放大器進(jìn)行全細(xì)胞記錄。在鉗制電位-70 mV下記錄自發(fā)興奮性突觸后電流(sEPSCs)。數(shù)據(jù)以10 kHz數(shù)字化,2 kHz濾波,使用PatchMaster和Clampfit 10.3軟件分析。
2.8 Cell Culture
使用永生化大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞系(HAPI)。細(xì)胞在含10% FBS、100 U/mL青霉素和100 mg/mL鏈霉素的DMEM培養(yǎng)基中,于37°C、5% CO2的濕潤培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
2.9 Transfection of siRNA and Plasmids
使用靶向ChREBP的小干擾RNA(siRNA)以及ChREBP和PGC-1α的過表達(dá)質(zhì)粒。按照產(chǎn)品說明,使用Namipo轉(zhuǎn)染試劑將siRNA轉(zhuǎn)染入HAPI細(xì)胞,使用Lipofectamine 3000轉(zhuǎn)染試劑轉(zhuǎn)染質(zhì)粒。轉(zhuǎn)染后的HAPI細(xì)胞用100 ng/mL LPS刺激24小時。
2.10 Flow Cytometry Analysis
收集HAPI細(xì)胞,離心重懸后,加入CD86/APC、CD206/FITC、CD11b/PE抗體,冰上避光孵育15-20分鐘。離心、重懸、過濾后,使用流式細(xì)胞儀進(jìn)行分析。
2.11 Seahorse XF Cell Energy Metabolism Assay
使用Seahorse XFe96細(xì)胞能量代謝分析儀測量小膠質(zhì)細(xì)胞的氧消耗速率(OCR)。實(shí)驗(yàn)前一天,用Seahorse XF校準(zhǔn)液水化傳感器探針板,并在37°C無CO2培養(yǎng)箱中過夜。同時,將HAPI細(xì)胞以每孔10,000個的密度接種于Seahorse XF細(xì)胞培養(yǎng)微孔板中。實(shí)驗(yàn)當(dāng)天,更換為pH 7.4的Seahorse XF培養(yǎng)基(補(bǔ)充10 mM葡萄糖、1 mM丙酮酸鈉和2 mM谷氨酰胺)。在OCR測量前,細(xì)胞用或不用4 μM Etomoxir預(yù)處理2小時;隨后在基礎(chǔ)條件下以及依次加入寡霉素(1.5 μM)、FCCP(1 μM)和魚藤酮/抗霉素A(0.5 μM)后測量細(xì)胞OCR。使用BCA蛋白測定試劑盒測定每孔蛋白含量,以細(xì)胞數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化OCR數(shù)據(jù)。
2.12 RNA Extraction and RT-qPCR
使用AG RNAex Pro Reagent提取總RNA。使用Evo M-MLV逆轉(zhuǎn)錄預(yù)混試劑盒將mRNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA。使用SYBR Green Pro Taq HS預(yù)混qPCR試劑盒定量基因表達(dá),采用2?ΔΔCt方法以β-actin作為內(nèi)參基因進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
2.13 Western Blot
使用總蛋白提取試劑盒提取蛋白質(zhì),BCA蛋白測定試劑盒定量。蛋白質(zhì)經(jīng)SDS-PAGE分離后轉(zhuǎn)印至PVDF膜。封閉后,與一抗孵育:ChREBP、PGC-1α、CPT1A、ACADM、NRF1、TFAM、β-actin。隨后與HRP標(biāo)記的二抗孵育,使用ECL化學(xué)發(fā)光試劑顯影,Image J軟件分析條帶。
2.14 PPI Network Construction and Bioinformatics Analysis
使用STRING數(shù)據(jù)庫構(gòu)建蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(PPI)網(wǎng)絡(luò),最小相互作用分?jǐn)?shù)閾值設(shè)為0.4。將PPI網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入Cytoscape軟件,使用度(degree)算法識別和排序核心基因。使用DAVID在線工具對這些核心基因進(jìn)行功能分析,包括Gene Ontology(GO)分類和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)通路富集分析。
2.15 Dual Luciferase Reporter Gene Assay
使用JASPAR網(wǎng)站預(yù)測ChREBP在PGC-1α啟動子上的結(jié)合位點(diǎn)。將空載體(EV)和ChREBP過表達(dá)質(zhì)粒與野生型PGC-1α(WT)或突變型PGC-1α(MUT1:位點(diǎn)1突變;MUT2:位點(diǎn)2突變;MUT3:位點(diǎn)1+2突變)熒光素酶報(bào)告質(zhì)粒共轉(zhuǎn)染入HAPI細(xì)胞。使用雙熒光素酶報(bào)告基因檢測試劑盒測量PGC-1α的熒光素酶活性。以螢火蟲熒光素酶與海腎熒光素酶的比值計(jì)算相對熒光素酶活性。
2.16 Chromatin Immunoprecipitation (ChIP)
使用Simple ChIP酶解染色質(zhì)免疫共沉淀試劑盒進(jìn)行ChIP實(shí)驗(yàn)。細(xì)胞用1%甲醛溶液交聯(lián)后加入甘氨酸終止。PBS洗滌后收集細(xì)胞,離心重懸于含DTT、PMSF和蛋白酶抑制劑的溶液中。混合物用微球菌核酸酶處理,EDTA終止反應(yīng)。離心后,重懸于ChIP緩沖液并進(jìn)行超聲破碎。將超聲破碎后的染色質(zhì)與IgG、組蛋白H3(陽性對照)和ChREBP抗體孵育。加入ChIP級Protein G磁珠,經(jīng)過洗滌、洗脫和純化DNA。使用PGC-1α啟動子特異性引物進(jìn)行RT-qPCR分析。采用比較Ct法計(jì)算目標(biāo)片段的富集倍數(shù),并標(biāo)準(zhǔn)化至Input樣本。
2.17 Statistical Analysis
兩組間數(shù)據(jù)比較采用非配對雙尾Student t檢驗(yàn)。三組及以上數(shù)據(jù)比較采用單因素方差分析(ANOVA)及Tukey事后檢驗(yàn)。行為學(xué)實(shí)驗(yàn)中縮足閾值的評估采用非參數(shù)檢驗(yàn):兩組比較用Mann-Whitney U檢驗(yàn),三組及以上比較用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性設(shè)定為p < 0.05。所有分析使用SPSS 26.0和GraphPad Prism 9軟件進(jìn)行。
3 Results
3.1 ChREBP Expression Is Upregulated in Microglia of SNI Rats and LPS-Stimulated HAPI Cells
采用SNI方法成功建立NP大鼠模型。SNI手術(shù)后第3天起,大鼠同側(cè)(Ipsi)痛閾顯著降低并持續(xù)至術(shù)后第21天,而對側(cè)(Contra)痛閾無顯著變化。免疫熒光和RT-qPCR結(jié)果顯示,與假手術(shù)組相比,SNI大鼠脊髓背角(SDH)ChREBP表達(dá)顯著增加,且變化主要集中在I-III板層。免疫熒光共標(biāo)顯示,ChREBP主要與Iba-1(小膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物)共定位,與NeuN(神經(jīng)元標(biāo)志物)有少量共定位,與GFAP(星形膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物)不共定位。SNI大鼠SDH中Iba-1+ChREBP+細(xì)胞數(shù)量增加,而NeuN+ChREBP+細(xì)胞數(shù)量無變化。在體外,LPS刺激顯著上調(diào)了HAPI細(xì)胞中ChREBP的mRNA和蛋白水平。這些結(jié)果表明ChREBP在SNI大鼠SDH小膠質(zhì)細(xì)胞和LPS刺激的HAPI細(xì)胞中表達(dá)上調(diào),提示ChREBP與小膠質(zhì)細(xì)胞中的NP密切相關(guān)。
3.2 ChREBP Mitigates Pain by Mediating Microglial Anti-Inflammatory Polarization and Suppressing Inflammation
為闡明ChREBP在小膠質(zhì)細(xì)胞中的作用,將靶向ChREBP的siRNA轉(zhuǎn)染至LPS刺激的HAPI細(xì)胞。轉(zhuǎn)染后,ChREBP的mRNA和蛋白表達(dá)均顯著下調(diào)。流式細(xì)胞術(shù)分析顯示,ChREBP敲低導(dǎo)致CD11b+CD86+/CD11b+CD206+細(xì)胞比率增加,表明向促炎表型轉(zhuǎn)變。同時,ChREBP敲低后,LPS刺激的HAPI細(xì)胞中TNF-α、IL-1β和IL-6的mRNA水平顯著上調(diào)。相反,將ChREBP過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染入LPS刺激的HAPI細(xì)胞后,ChREBP mRNA和蛋白表達(dá)顯著上調(diào)。流式細(xì)胞術(shù)顯示ChREBP過表達(dá)降低了CD11b+CD86+/CD11b+CD206+細(xì)胞比率,表明向抗炎表型轉(zhuǎn)變。此外,ChREBP過表達(dá)下調(diào)了LPS暴露的HAPI細(xì)胞中促炎因子mRNA水平。
為了在體內(nèi)驗(yàn)證小膠質(zhì)細(xì)胞ChREBP在NP中的作用,在SNI手術(shù)前4周將含有F4/80啟動子的AAV9載體(AAV9-F4/80-shChREBP用于敲低,AAV9-F4/80-oeChREBP用于過表達(dá))立體定向注射到SD大鼠同側(cè)SDH。免疫熒光共定位實(shí)驗(yàn)證實(shí),注射AAV-shChREBP可特異性降低SNI大鼠SDH小膠質(zhì)細(xì)胞中ChREBP表達(dá),而注射AAV-ChREBP則顯著增加其表達(dá)。RT-qPCR分析進(jìn)一步驗(yàn)證了ChREBP mRNA水平的變化。為評估小膠質(zhì)細(xì)胞ChREBP調(diào)控對體內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞極化的影響,使用促炎標(biāo)志物iNOS和抗炎標(biāo)志物Arg-1(均與Iba-1共標(biāo))進(jìn)行免疫熒光染色。在SNI + AAV-shChREBP組,Iba-1+iNOS+/Iba-1+Arg-1+細(xì)胞比率顯著增加,表明向促炎表型轉(zhuǎn)變。相反,SNI + AAV-ChREBP組該比率顯著降低,反映向抗炎表型轉(zhuǎn)變。行為學(xué)測試顯示,小膠質(zhì)細(xì)胞ChREBP敲低導(dǎo)致SNI后第3、7、14和21天同側(cè)機(jī)械痛閾顯著降低,加劇了NP癥狀。相反,小膠質(zhì)細(xì)胞ChREBP過表達(dá)則顯著提高了同側(cè)機(jī)械痛閾,緩解了NP。重要的是,AAV注射組對側(cè)痛閾無顯著變化。
綜上所述,這些體外和體內(nèi)結(jié)果突顯了ChREBP在小膠質(zhì)細(xì)胞表型中的調(diào)節(jié)作用:它促進(jìn)抗炎極化并抑制促炎反應(yīng),從而緩解SNI誘導(dǎo)的NP。
3.3 ChREBP Enhances Fatty Acid Oxidation Rate and Energy Production in Microglia
為闡明ChREBP調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞極化和功能的機(jī)制,從STRING數(shù)據(jù)庫篩選出前50個ChREBP相關(guān)基因。隨后對這些基因進(jìn)行GO功能注釋和KEGG富集分析。GO功能注釋結(jié)果顯示:在生物過程方面,ChREBP相關(guān)基因顯著富集于脂肪酸穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞對胰島素刺激的反應(yīng)和葡萄糖穩(wěn)態(tài)等條目;在細(xì)胞組分方面,富集于染色質(zhì)、SREBP-SCAP-Insig復(fù)合物和細(xì)胞質(zhì)等條目;在分子功能方面,關(guān)鍵功能條目是RNA聚合酶II序列特異性DNA結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。KEGG富集分析進(jìn)一步表明這些基因主要與AMPK信號通路、胰島素抵抗、脂肪酸代謝和代謝通路相關(guān)。鑒于這些通路均與脂肪酸代謝密切相關(guān),結(jié)果表明ChREBP主要參與小膠質(zhì)細(xì)胞的脂肪酸代謝通路。
為評估ChREBP對小膠質(zhì)細(xì)胞脂肪酸代謝的影響,使用Seahorse XF細(xì)胞外通量分析儀測量OCR(線粒體呼吸和能量代謝的關(guān)鍵指標(biāo))。結(jié)果顯示,ChREBP過表達(dá)顯著促進(jìn)了LPS暴露的HAPI細(xì)胞的脂肪酸氧化速率、基礎(chǔ)呼吸、最大呼吸和ATP產(chǎn)量。這些發(fā)現(xiàn)表明ChREBP在小膠質(zhì)細(xì)胞能量代謝中起關(guān)鍵作用。
從STRING數(shù)據(jù)庫檢索的候選基因中,根據(jù)Cytoscape軟件計(jì)算的連通度(connectivity degree)篩選出核心基因。RT-qPCR實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了PPI網(wǎng)絡(luò)中連通度排名前八的核心基因。結(jié)果顯示,ChREBP顯著提高了PPARG、SCD、FASN、PGC-1α、ACACA和PPARA的mRNA水平。SREBF1和HMGCR呈輕微上調(diào)趨勢但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。值得注意的是,PGC-1α的表達(dá)增加最為顯著。作為脂肪酸氧化的主要調(diào)節(jié)因子,這種上調(diào)可能有助于ChREBP過表達(dá)細(xì)胞中觀察到的更高脂肪酸氧化速率,進(jìn)一步支持了ChREBP與小膠質(zhì)細(xì)胞脂肪酸代謝之間的聯(lián)系。
3.4 ChREBP Directly Regulates PGC-1α Expression by Binding to Its Promoter Region
免疫熒光分析顯示,在SNI大鼠模型的SDH中,ChREBP和PGC-1α均與Iba-1共定位。此外,體內(nèi)上調(diào)ChREBP促進(jìn)了ChREBP過表達(dá)SNI大鼠同側(cè)SDH中PGC-1α表達(dá)的增加。而且,ChREBP過表達(dá)的SNI大鼠中PGC-1α mRNA水平上調(diào)。觀察到ChREBP過表達(dá)導(dǎo)致HAPI細(xì)胞中PGC-1α蛋白水平顯著升高。然而,當(dāng)將PGC-1α過表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染入LPS刺激的HAPI細(xì)胞時,發(fā)現(xiàn)PGC-1α過表達(dá)對ChREBP mRNA和蛋白水平影響甚微。根據(jù)這些結(jié)果,認(rèn)為ChREBP很可能作用于PGC-1α的上游。
為了進(jìn)一步確認(rèn)這種調(diào)節(jié)作用是否是直接的,進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)。使用JASPAR數(shù)據(jù)庫鑒定了ChREBP在PGC-1α啟動子區(qū)域的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)(TFBS)。TFBS 1位于142-151 bp之間,TFBS 2位于1054-1063 bp之間。隨后構(gòu)建了PGC-1α突變質(zhì)粒:PGC-1α-MUT1靶向TFBS 1,PGC-1α-MUT2靶向TFBS 2,PGC-1α-MUT3包含TFBS 1和TFBS 2的雙重突變。雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)顯示,ChREBP顯著增強(qiáng)了PGC-1α的熒光素酶活性,并且TFBS 1被鑒定為ChREBP在PGC-1α啟動子上的主要結(jié)合位點(diǎn)。使用PGC-1α啟動子引物進(jìn)行ChIP實(shí)驗(yàn)檢測ChIP DNA產(chǎn)物。結(jié)果顯示,ChREBP增加了PGC-1α啟動子片段的擴(kuò)增。這些發(fā)現(xiàn)表明ChREBP通過結(jié)合其啟動子區(qū)域直接調(diào)節(jié)PGC-1α