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今天给大家分享的这篇文献就是2023年接收在该刊上的一篇文章，研究团队是中山大学附属第三医院的彭延文团队。本文结合了代谢重编程、干细胞、糖酵解等多个热点，深入探讨了NlRP3对MSCs在结肠炎中的治疗效果，文章虽然内容丰富，但实验常规易操作，因此综合来看这篇文章能投11分+的期刊，性价比还是很高的，感兴趣的小伙伴们继续往下看吧！

1.本文揭示了NLRP3炎症体在间充质干细胞（MSCs）中的作用，通过调节Glut1表达和促进糖酵解过程来增强MSCs的治疗效果，这一发现为NLRP3在MSCs代谢重编程中的作用提供了新的视角。

2.本文发现了NLRP3的激活能够通过增加IL-10的产生来提高MSCs的治疗潜力，NLRP3的过表达显著增强了MSCs的保护效果，而Nlrp3基因敲除则削弱了这种保护作用，突出了NLRP3在MSCs治疗效能中的关键地位。

3.本文揭示了Glut1在NLRP3调节的代谢途径中的重要性，为探究NLRP3和代谢途径的新型MSCs治疗策略提供了重要的分子机制和潜在的治疗靶点。

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题目：NlRP3分子通过Glut1介导的能量代谢重编程影响间充质干细胞的治疗效果

期刊：Journal of Advanced Research

影响因子：11.4

发表日期：2023年12月

公众号回复“123”领取原文PDF，文献编号：

研究背景

大量研究表明NlRP3与炎症性肠病（IBD）的发病机制有关，间充质干细胞（MSCs）调节NlRP3炎性体已成为治疗IBD的一种新的治疗方法。但是，NlRP3在调节MSCs功能中的确切作用尚不清楚。本研究旨在探讨NlRP3对MSCs在结肠炎中的治疗效果。

研究思路

本研究从小鼠骨髓中提取MSCs，并通过分化实验和流式细胞术对其进行鉴定。体外实验中利用炎症因子脂多糖（LPS）刺激WT MSCs和NlRP3 KO MSCs，并以不同浓度的NlRP3抑制剂MCC950刺激WT MSCs，对上清液中的IL-10水平进行检测。分别通过RNA-seq、海马和WB检测基因表达模式、检测氧化磷酸化（OXPHOS）、糖酵解水平和蛋白表达水平。体内实验中利用WT或NlRP3 KO MSCs治疗DSS诱导的结肠炎，监测体重，测量结肠长度。   

主要结果

1.NlRP3缺失会损害MSCs对DSS诱导结肠炎小鼠的治疗作用

为了比较NlRP3 KO MSCs与WT MSCs在体内的治疗效果，研究者利用DSS诱导的结肠炎小鼠模型，测量给药后的体重变化、结肠长度变化和组织学变化（图1a）。研究发现与DSS诱导组（IBD）相比，WT MSCs组和KO MSCs组均减轻了体重减轻，并改善了结肠长度，而且WT MSCs组小鼠的体重和结肠长度的减少明显低于KO MSCs组小鼠（图1b-d）。此外，结肠组织病理学分析显示，对照组小鼠上皮细胞完整，固有层腺排列整齐，肠上皮完整。IBD组小鼠表现为严重炎症，伴炎性细胞浸润，隐窝消失，肠上皮严重损伤。WT MSCs切片显示，与KO MSCs相比，固有层炎症较少，病理评分也较低（图1e-f）。

图1 NlRP3缺失损害了MSCs对DSS诱导的结肠炎小鼠的治疗作用

2.敲除NlRP3可阻断MSCs分泌IL-10，但不改变其特性

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通过ELISA法检测骨髓间质干细胞介导的结肠炎缓解腹腔灌洗液中IL-10水平，检测结果表明与WT MSCs相比，NlRP3 KO MSCs显著降低了腹膜灌洗液中IL-10的产生（图2a），表明IL-10分泌水平与NlRP3表达呈正相关。同时，在LPS的作用下，WT MSCs中IL-10的分泌显著增加，NlRP3 KO MSCs中IL-10的表达显著降低（图2b）。ELISA结果表明，MCC950显著抑制IL-10的产生，且呈剂量依赖性（从1 μm到200 μm）（图2c）。    

图2 NlRP3对于MSCs中IL-10的产生是不可或缺的

3.NlRP3缺失不会改变表面标记物的表达，但会促进MSCs的成骨分化

研究者通过WT和KO MSCs的表面标记物及流式细胞术鉴定，发现阳性表达（CD29、CD44、CD49和Sca-1）较多，但造血标记（CD34和CD45）表达较少，当NlRP3发生缺失后，MSCs的特性没有改变（图3a）。通过进一步对MSCs分化能力进行分析，研究者发现与WT MSCs相比，NlRP3 KO MSCs的成骨分化明显上调，茜素红d染色的钙结节增加（图3b），然而NlRP3的缺失似乎并不影响成脂分化（图3c）。这些结果表明，NlRP3缺失并未改变MSCs表面标志物的表达，但促进了MSCs的成骨分化。

图3 NlRP3的缺失并不改变其表面标记物的表达，但它促进了MSCs的成骨分化

4.NlRP3缺乏降低糖酵解速率

对WT和NlRP3 KO MSCs的RNA-seq分析显示，研究者共筛选出差异表达基因1504个，其中上调基因673个，下调基因831个。热图显示了P值最小的前100个基因(图4a)；KEGG通路富集分析显示存在多个代谢通路显著富集(图4b)，表明代谢途径可能是这两种MSCs之间的主要差异。此外，研究结果显示糖酵解和线粒体呼吸（氧化磷酸化（OXPHOS））相关基因的表达在两组间充质干细胞之间存在显著差异（图4c），表明NlRP3可能以关键方式调节细胞能量代谢。    

图4 NlRP3 KO间充质干细胞与WT间充质干细胞具有不同的转录谱

为了更好地探索NlRP3缺失MSCs中糖酵解和线粒体代谢的参与，研究通过海马实验分析OCR（图5a）和ECAR（图5e）的实时变化。分析结果表明LPS处理的MSCs的基础呼吸（图5b）和ATP合成能力（图5d）低于WT MSCs，但NlRP3 KO MSCs组高于WT MSCs组。然而，NlRP3的缺失并不影响LPS存在下的最大呼吸量（图5c）。此外，ECAR的实时变化结果表明LPS处理的MSCs糖酵解显著上调（图5e）。此外，研究发现WT和NlRP3 KO MSCs的糖酵解输出值在LPS刺激下显著升高，而这些变化在NlRP3缺失后减弱，表明LPS刺激后细胞的糖酵解明显改善（图5f），WT MSCs的最大糖酵解能力高于LPS刺激前，而NlRP3 KO抑制最大糖酵解能力（图5g）。    

图5 NlRP3缺失抑制了糖酵解能力

5.Glut1依赖性糖酵解对MSCs的治疗效果至关重要

研究发现WT MSCs和NlRP3基因敲除KO MSCs中，Glut1的蛋白表达在LPS刺激下显著增加，而NlRP3 KO显著降低了Glut1的表达，且无论是否存在LPS。Glut3的表达没有观察到显著变化（图6a）。使用Glut1特异性抑制剂BAY876对IL-10的产生进一步分析，研究发现与LPS单独处理组相比，BAY876处理组IL-10产量呈剂量依赖性降低（图6b）。此外，体内实验结果显示BAY876降低了WT MSCs对DSS诱导的结肠炎的治疗效果，与WT MSCs组小鼠相比，WT MSCs + BAY876组小鼠结肠长度较短（图6d）,结肠组织病理学结果显示肠上皮结构受损，炎症细胞浸润受阻，病理评分较高（图6e,f）。    

图6 抑制Glut1会损害MSCs的治疗效果

本研究的体内实验结果显示，与IBD组相比，NC组小鼠的结肠长度更长，这种作用在OE - Glut1组小鼠中更为突出（图7b和c）。通过测定腹腔灌洗液中IL-10的水平，研究发现与NC组小鼠相比，OE-Glut1 KO MSCs组小鼠炎症细胞较少，病理评分较低，治疗效果增强(图7d-f)。

图7 在NlRP3缺陷的骨髓间充质干细胞中过表达Glut1增强其治疗效果

文章小结

本研究中NlRP3分子通过调节Glut1介导的能量代谢重编程，增强了MSCs在DSS诱导的结肠炎模型中的治疗效果，揭示了NlRP3的激活可以促进IL-10的产生，而Glut1过表达则恢复NlRP3基因敲除MSCs导致的治疗效果，证明了NlRP3-Glut1轴在调节MSCs免疫调节功能中的重要作用，为开发新的炎症性疾病治疗策略提供了有价值的信息。本文结合了代谢重编程、干细胞、糖酵解等多个热点，研究思路的确让人眼前一亮，内容丰富且逻辑完整，想要做代谢重编程的伙伴们赶紧照着这个方法冲！如果各位小伙伴遇到代码卡顿、bug频出的情况，快来找小薇师姐试用稳定高速服务器吧！此外，想要定制课程设计、生信分析的伙伴们也欢迎随时联系小薇师姐哦~