FSHW | AFB1诱导肾小球足细胞炎症的机制:促进RelA泛素依赖性水解和激活CXCR4/TXNIP/NLRP3通路

健康   2024-11-13 21:12   北京  
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Introduction
黄曲霉毒素B1(AFB1)是自然界毒性最强的食源性毒素,也是一类致癌物,可导致肝、肾、肺、宫颈癌和结直肠癌,对食品安全和公共卫生构成极大威胁。虽然AFB1经肝微粒体酶代谢,但残留部分仍由肾脏排泄,导致肾小球足细胞损伤,并通过诱导活性氧(ROS)导致抗氧化和抗炎防御系统受损。肾小球足细胞损伤或功能障碍会导致蛋白尿,这是慢性肾脏疾病的主要特征,包括肾小球肾病和肾小球硬化。然而,AFB1诱导肾小球足细胞损伤的机制仍有待探究。本文旨在阐明以下假设:1)miR-9通过CXCR4/TXNIP/NLRP3炎症小体通路参与AFB1诱导的足细胞炎症;2)RelA与miR-9下调有关。

Results

AFB1诱导小鼠肾功能损伤和足细胞损伤

小鼠每天给予0.75 mg/kg AFB1灌胃4周后,结果发现,与对照组相比,攻毒组小鼠的体质量显著下降,肾脏重量/体质量显著增加,小鼠血清中的肌酐、尿酸和尿素氮水平(表1)以及尿中白蛋白与肌酐的比值显著增加(图1A)。此外,肾小球足细胞平均足突宽度增加(图1B),大量糖原沉积(图1C),部分足细胞突触消失,且从肾小球基底膜外部脱离(图1D),以及肾小球裂隙隔膜蛋白nephrin和podocin显著减少(图1E和1G),表明AFB1导致肾小球足细胞损伤,结构完整性被破坏。AFB1也能够显著降低MPC-5细胞中nephrin和podocin的表达(图1F)。以上结果表明,AFB1可以诱导小鼠肾功能损伤和足细胞损伤。

表1  AFB1对小鼠体质量和肾功能的影响

图1  AFB1诱导小鼠肾功能损伤和足细胞损伤

AFB1诱导小鼠肾小球足细胞炎症

小鼠每天给予0.75 mg/kg AFB1灌胃2周后,结果发现,攻毒组肾小球皮质中可观察到大量的单核细胞灶,伴有系膜增厚(图2A)。流式细胞术分析显示,AFB1攻毒2周和4周后,肾小球中产生IFN-γ的中性粒细胞(图2B)和M1型促炎巨噬细胞(图2C)的数量显著增加。此外,促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α随AFB1处理呈时间依赖性增加(图2D)。AFB1也能够显著增加MPC-5细胞中IL-1β、IL-6和TNF-α的蛋白和转录水平(图2E和2F)。这些结果表明,AFB1在体内和体外均可以诱导小鼠肾小球足细胞炎症。

图2  AFB1诱导小鼠肾小球足细胞炎症

AFB1通过上调CXCR4表达激活TXNIP/NLRP3通路诱导肾小球足细胞炎症

小鼠每天给予0.75 mg/kg AFB1灌胃2周和4周后,结果发现,攻毒组显著增加了CXCR4转录和蛋白水平(图3A、3C和3E),以及TXNIP、NLRP3、ASC和Cleaved-casp1的蛋白水平(图3C和3D)。MPC-5细胞中,AFB1同样诱导CXCR4转录和蛋白水平以及TXNIP、NLRP3、ASC和Cleaved-casp1的蛋白水平变化(图3B、3F、3G和3H)。

图3  AFB1通过上调肾小球足细胞CXCR4表达激活TXNIP/NLRP3通路

采用rAAV9-CAG-GFP-Cas9-sgCXCR4注射到小鼠左肾肾静脉,成功降低CXCR4的表达。CXCR4敲除显著减少AFB1造成的肾小球炎症因子浸润(图4A)及足细胞足突消失(图4B),还增加了肾小球nephrin和podocin的蛋白水平(图4C和4D)。此外,小鼠肾小球中TXNIP和NLRP3炎症小体相关蛋白水平显著下降(图4D)、产生IFN-γ的中性粒细胞(图4H)和M1型促炎巨噬细胞(图4I)以及炎症细胞因子减少(图4E)。在MPC-5细胞中,利用siRNA显著减少CXCR4转录及蛋白水平,而CXCR4的下调阻断了AFB1诱导CXCR4激活TXNIP/NLRP3炎症通路和炎症因子的产生(图4F、4G和4J)。以上结果表明CXCR4在介导AFB1诱导的TXNIP和NLRP3炎症小体参与的足细胞炎症中起重要作用。

图4  AFB1通过上调CXCR4表达激活TXNIP/NLRP3通路诱导肾小球足细胞炎症

AFB1通过下调miR-9激活CXCR4/TXNIP/NLRP3通路诱导小鼠肾小球足细胞炎症

在AFB1处理的小鼠肾小球(图5A)和MPC-5细胞(图5B)中,观察miR-9的表达,通过qRT-PCR检测结果发现其显著降低。根据TargetScan 5.2(http://www.targetscan.org)发现,CXCR4是miR-9的靶基因之一,miR-9通过结合CXCR4基因的3'-UTR而发挥功能(图5C)。为了验证miR-9与CXCR4基因的结合,将野生型和突变型3'-UTR靶向序列构建到荧光素酶报告载体中(图5D),随后将miR-9和对照miRNA与野生型或突变型荧光素酶报告载体共转染到MPC-5细胞,结果发现miR-9降低了野生型CXCR4 3'-UTR报告细胞的活性;相反,miR-9不能降低突变型CXCR4 3'-UTR报告活性(图5E),表明miR-9能够通过3'-UTR结合位点抑制CXCR4基因表达。
利用rAAV9-CAG-GFP-miR-9转染AFB1处理的小鼠肾小球(图5F和5G),过表达miR-9导致小鼠肾小球中CXCR4蛋白水平降低,nephrin和podocin增加,抑制AFB1造成的TXNIP、NLRP3、ASC和Cleaved-casp1蛋白水平的变化(图5H和5I)。同时减轻了AFB1诱导的肾小球炎症,表现为炎症细胞因子分泌减少(图5J),炎症因子浸润减轻(图5K),产生IFN-γ的中性粒细胞和m1型促炎巨噬细胞水平降低(图5L和5M)。这些数据表明,miR-9在AFB1诱导的肾小球足细胞炎症中发挥CXCR4/TXNIP/NLRP3炎症小体通路的负调控作用。

图5  AFB1通过下调miR-9激活CXCR4/TXNIP/NLRP3通路诱导小鼠肾小球足细胞炎症

AFB1通过CXCR4/TXNIP/NLRP3通路下调miR-9表达诱导MPC-5足细胞炎症

将miR-9 mimic瞬时转染MPC-5细胞24 h,通过qRT-PCR检测miR-9 mimic的转染效率,结果发现miR-9的表达显著增加(图6A),CXCR4的相对蛋白表达量显著降低(图6B)。此外,将miR-9 mimic和AFB1(24 h)共处理的MPC-5细胞同miR-9对照类似物和AFB1共处理组相比, nephrin和podocin的相对蛋白表达量显著增加,CXCR4、TXNIP、NLRP3、ASC、Cleaved-casp1显著减少(图6C和6D)。miR-9 mimic转染还能够导致AFB1处理的足细胞中IL-1β、IL-6和TNF-α mRNA相对表达量和蛋白含量减少(图6E和6F)。以上结果表明,在AFB1诱导的足细胞炎症中,miR-9对CXCR4/TXNIP/NLRP3炎症小体通路的调控具有负向调控作用。

图6  AFB1通过CXCR4/TXNIP/NLRP3通路下调miR-9表达诱导MPC-5足细胞炎症

AFB1通过促进RelA泛素依赖性蛋白水解下调miR-9表达

通过Western blot检测0.75 mg/kg AFB1处理第0、2、4周小鼠肾小球和5、10、20 μmol/L AFB1处理的MPC-5中RelA的相对蛋白表达量,结果表明AFB1处理导致小鼠肾小球和MPC-5细胞中p-RelA/RelA显著降低(图7A、7B、7C和7D)。为了研究RelA与肾小球足细胞MPC-5中miR-9表达的关系,采用qRT-PCR检测转染RelA siRNA或对照试剂的MPC-5细胞中RelA调控的miRNA以及转染LV5-RelA的MPC-5中miR-9的相对表达量。结果表明,敲低RelA显著降低了miR-9、miR-125b和miR-146a的表达(图7E),在AFB1处理的小鼠肾小球(图7F)和MPC-5细胞(图7G)中,miR-125b和miR-146a的表达没有显著变化。而过表达RelA能够抵消AFB1对miR-9的抑制作用(图7H),说明AFB1可能是通过下调RelA从而减少miR-9的表达。之后,为了分析RelA和miR-9启动子区域的结合情况,采用ChIP-PCR方法检测暴露或未暴露AFB1及存在或不存在MG-132的MPC-5中miR-9启动子与RelA的结合情况。结果表明,无论加入或者不加入蛋白酶体抑制剂MG-132,AFB1都能减少MPC-5细胞中miR-9启动子区域的RelA结合(图7I),说明减少的RelA在AFB1诱导的miR-9下调中发挥作用。对于RelA结合蛋白的分析,采用IP-MS检测与RelA相互作用的蛋白。结果表明,AFB1处理的MPC-5与对应的对照组相比,TRIM7在AFB1处理组中显著富集(图7J)。通过Co-IP揭示了在暴露或未暴露AFB1及存在或不存在MG-132的MPC-5中RelA与TRIM7、泛素的相互作用。结果表明,AFB1促进了RelA和TRIM7的结合,从而增加了RelA的泛素化,下调RelA蛋白的表达(图7K)。最后,通过IP结合Western blot检测转染TRIM7 siRNA的暴露于AFB1的MPC-5细胞中RelA及其泛素化水平。结果表明,沉默TRIM7减少了MPC-5中RelA的泛素化水平,但恢复了AFB1处理后的RelA蛋白水平(图7L)。综上所述,AFB1处理通过增强RelA与TRIM7的结合从而增加泛素依赖性RelA降解,导致miR-9表达下调。

图7  AFB1通过促进RelA泛素依赖性蛋白水解下调miR-9表达


Discussion
本研究发现,AFB1不能激活RelA的磷酸化,而是能够诱导TRIM7泛素蛋白酶体降低RelA的含量,从而下调miR-9表达,导致CXCR4/TXNIP/NLRP3通路激活,诱导足细胞炎症损伤和肾功能障碍。AFB1驱动TRIM7识别并结合RelA,从而增强RelA的蛋白水解。TRIM7作为E3泛素连接酶,通过其C端与RelA相互作用,这种相互作用可增强RelA的泛素化水平,最终导致RelA通过26S蛋白酶体降解。与此一致,本研究发现AFB1通过促进TRIM7与RelA的结合而加剧RelA的蛋白水解。AFB1诱导的RelA构象异常可能暴露了TRIM7的结合位点,导致足细胞中TRIM7在RelA中的富集。近年来,越来越多的研究集中在miRNA对炎症稳态的调控作用。有研究证实RelA在一系列人类疾病中对miR-30a、miR-22和miR-9等表达具有调控作用。在AFB1诱导的足细胞损伤中,RelA降解靶向miR-9低表达激活CXCR4/TXNIP/NLRP3通路导致炎症反应。因此,miR-9可能是预防和抑制足细胞损伤的microRNA靶点。许多证据表明,TXNIP/NLRP3通路参与介导了足细胞损伤相关性肾小球疾病,但大多集中在经典ROS介导的TXNIP/NLRP3激活。本研究发现AFB1通过CXCR4依赖通路激活TXNIP/NLRP3通路引起细胞炎症。结果证实了CXCR4通过TXNIP/NLRP3通路介导AFB1诱导的小鼠足细胞损伤和肾功能障碍的关键作用。

Conclusion
本文阐明了(1)AFB1诱导小鼠肾功能损伤和肾小球足细胞炎症反应;(2)AFB1诱导RelA的泛素-蛋白酶体降解导致miR-9的下调;(3)低水平的miR-9足以上调CXCR4和增加TXNIP导致 NLRP3炎症小体激活和足细胞炎症反应。因此,该研究为制备诊断和/或治疗AFB1诱导的CXCR4/TXNIP/NLRP3通路的激活和肾小球足细胞炎症提供了新途径,以及为识别其他常见食源性毒素的肾毒性诱导提供参考模型,使人类和动物免受伤害。





第一作者



张杰,女,常熟理工学院讲师,主要研究方向是霉菌毒素的毒理学机制研究。主持市厅级项目2项,近两年以第一作者及通讯作者发表SCI论文7篇,累计影响因子77。





通信作者



吴文达,男,合肥工业大学教授,博士生导师,黄山青年学者,赫拉德茨-克拉洛韦大学客座教授,江苏省“双创计划”科技副总。博士毕业于南京农业大学,2010-2013年、2015-2016年留学美国密歇根州立大学食品科学与人类营养系。担任本领域主流期刊Food Chem Toxicol、Front Immunol、Toxins特约编委和Lett Drug Design Discov编委。主要从事霉菌毒素与食品安全、肉品营养健康研究。主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、江苏省自然科学基金、中国博士后科学基金特别资助等10余项。在Mol Cancer、Trends Food Sci Tech、J Hematol Oncol Arch Toxicol等国际著名期刊上发表第一或通讯作者SCI论文60余篇。申请和授权专利10余项,参与制订地方标准2项,参编“十三五”规划教材2部和英文论著1部。


Foodborne toxin Aflatoxin B1 induced glomerular podocyte inflammation through proteolysis of RelA, downregulation of miR-9 and CXCR4/TXNIP/NLRP3 pathway


Jie Zhanga,b, Shuang Yangb, Baocai Xuc, Zihui Qinc,d, Xinyi Guoc,d, Ben Weic,d, Qinghua Wue,f, Kamil Kucae, Tushuai Lig,h,*, Wenda Wuc,d,e,*

a School of Biology and Food Engineering, Changshu Institute of Technology, Suzhou 215500, China

b Center for Clinical Mass Spectrometry, School of Pharmaceutical Sciences, Soochow University, Suzhou 215123, China

School of Food and Biological Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China

MOE Joint International Research Laboratory of Animal Health and Food Safety, College of Veterinary Medicine, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Hradec Kralove, Hradec Kralove 50003, Czech Republic

College of Life Science, Yangtze University, Jingzhou 434025, China

Wuxi Medical College, Jiangnan University, Wuxi 214122, China

Wuxi Translational Medicine Research Center and Jiangsu Translational Medicine Research Institute Wuxi Branch, Wuxi 214013, China

*Corresponding author.

Abstract

Aflatoxin B1 (AFB1) is a naturally-occurring mycotoxin and recognized as the most toxic foodborne toxin, particularly causing damages to kidney. Glomerular podocytes are terminally differentiated epithelial cells. AFB1 induces podocyte inflammation, proteinuria and renal dysfunction. Studying the mechanism of AFB1-induced podocyte inflammation and murine kidney dysfunction, we detected that AFB1 increased ubiquitin-dependent degradation of the transcription factor RelA through enhanced interaction of RelA with E3 ubiquitin ligase tripartite motif containing 7 (TRIM7) in mouse podocyte clone-5 (MPC-5) and mouse glomeruli. Reduction of RelA resulted in decreasing microRNA-9 (miR-9) and activating the chemokine receptor 4 (CXCR4), thioredoxin interacting protein (TXNIP), and NOD-like receptor pyrin domain-containing 3 (NLRP3) signaling axis (CXCR4/TXNIP/NLRP3 pathway), leading to podocyte inflammation. We also determined that downregulation of miR-9 led to CXCR4 expression and the downstream TXNIP/NLRP3 pathway activation. Overexpression of miR-9 or deletion of CXCR4 suppressed AFB1-induced CXCR4/TXNIP/NLRP3 pathway, resulting in alleviating podocyte inflammation and kidney dysfunction. Our findings indicated that ubiquitin-dependent proteolysis of RelA, downregulation of miR-9, and activation of CXCR4/TXNIP/NLRP3 pathway played an essential role in AFB1-induced glomerular podocyte inflammation. Our study revealed a novel mechanism, via RelA, for the control of AFB1’s nephrotoxicity, leading to an effective protection of food safety and public health.  

Reference:

ZHANG J, YANG S, XU B C, et al. Foodborne toxin Aflatoxin B1 induced glomerular podocyte inflammation through proteolysis of RelA, downregulation of miR-9 and CXCR4/TXNIP/NLRP3 pathway[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(4): 2289-2309. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250191.

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本文编译内容由作者提供
编辑:梁安琪;责任编辑:孙勇
封面图片来源:图虫创意




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