Caspase-11介導(dǎo)的肝細(xì)胞焦亡促進非酒精性脂肪性肝炎的進展

    非酒精性脂肪性肝炎(NASH)是一種結(jié)果嚴(yán)重的炎癥性疾病。肝細(xì)胞死亡，包括凋亡、壞死和焦亡，在NASH的病理生理學(xué)中已被證實。到目前為止，Caspase-11在NASH中的確切作用仍不清楚。本文詳細(xì)介紹了2021年4月發(fā)表于“Cell Mol Gastroenterol Hepatol”（IF=7.706）的文章“Caspase-11–Mediated Hepatocytic Pyroptosis Promotes the Progression of Nonalcoholic Steatohepatitis”。本研究探討了Caspase-11在NASH中的潛在作用。NASH小鼠肝臟中Caspase-11表達上調(diào)。MCD處理的Caspase-11缺乏的小鼠肝損傷、纖維化和炎癥減輕。MCD治療后Caspase-11缺乏小鼠Gasdermin D和IL-1β的激活被抑制。過表達Caspase-11促進脂肪性肝炎。

技術(shù)路線

結(jié)果

1.        肝脂肪變性小鼠肝臟中Caspase-11表達上調(diào)和激活

為了探討Caspase-11在肝脂肪變性中的作用，我們首先檢測了肝脂肪變性小鼠肝臟中Caspase-11的表達。如圖1A所示，與正常小鼠相比，MCD誘導(dǎo)的肝脂肪變性小鼠肝臟中Caspase-11 mRNA明顯增加。相應(yīng)的，在MCD誘導(dǎo)的肝脂肪變性小鼠的肝臟中，pro-caspase-11(圖1B和C)和cleaved-caspase-11(圖1B和D)的蛋白水平均顯著上調(diào)。這些結(jié)果提示Caspase-11與肝臟脂肪變性呈正相關(guān)。

2.        Caspase-11 缺乏減弱MCD誘導(dǎo)的小鼠肝脂肪變性

為了評估Caspase-11對肝脂肪變性的潛在影響，我們在Caspase-11缺陷小鼠中誘導(dǎo)肝脂肪變性并監(jiān)測表型。正常野生型和Caspase-11缺陷小鼠肝臟組織學(xué)表現(xiàn)正常。野生型小鼠經(jīng)MCD治療后，肝臟出現(xiàn)明顯的脂肪變性和腫脹。與MCD處理的野生型小鼠相比，MCD處理的Caspase-11缺陷小鼠的脂肪變性和腫脹明顯減少(圖2A)。相應(yīng)的，與MCD處理的野生型小鼠相比，MCD處理Caspase-11缺陷小鼠肝臟脂肪變性評分(圖2B)和膨脹評分(圖2C)顯著降低。我們進一步發(fā)現(xiàn)，MCD處理的Caspase-11缺陷小鼠顯示更低的血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)水平(圖2D)、血清天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(AST)水平(圖2E)和肝臟甘油三酯水平(圖2F)。總之，我們的結(jié)果表明Caspase-11缺陷減輕了MCD誘導(dǎo)的小鼠肝臟脂肪變性。

3.        Caspase-11缺乏減弱NASH小鼠的肝纖維化

 通過測量纖維化相關(guān)因子的表達我們評估Caspase-11缺失對MCD誘導(dǎo)的肝纖維化的影響。在正常條件下，野生型和Caspase-11缺陷小鼠的TGF-β(圖3A)、α-Sma(圖3B)和Col1a1(圖3C)表達相似。MCD處理的野生型小鼠中TGF-β、α-Sma和Col1a1的表達顯著上調(diào)。相比之下，MCD處理的Caspase-11缺陷小鼠TGF-β、α-Sma和Col1a1的mRNA水平顯著降低。這些結(jié)果表明，Caspase-11缺乏可減少MCD處理小鼠的肝纖維化。

4.        Caspase-11缺失抑制MCD誘導(dǎo)的肝臟炎癥

接下來，我們評估了Caspase-11缺乏對MCD誘導(dǎo)炎癥的影響。首先，我們比較了野生型和Caspase-11缺陷小鼠肝臟白細(xì)胞浸潤情況。在正常情況下，野生型小鼠和caspase-11缺陷小鼠肝臟中CD45細(xì)胞的比例相似(圖4A和B)。MCD治療導(dǎo)致野生型小鼠肝臟中CD45細(xì)胞的比例增加。相比之下，MCD治療僅輕微增加了Caspase11缺陷小鼠肝臟中CD45細(xì)胞的比例。與MCD處理的野生型小鼠相比，MCD處理的Caspase-11缺陷小鼠肝臟中CD45細(xì)胞的比例明顯下降(圖4A和B)，表明MCD處理后Caspase-11缺陷導(dǎo)致肝臟中白細(xì)胞浸潤減少。相應(yīng)地，我們發(fā)現(xiàn)了MCD治療促進肝臟F4/80的表達而Caspase-11缺乏則抑制MCD誘導(dǎo)的F4/80上調(diào)(圖4C)。我們進一步發(fā)現(xiàn)MCD治療誘導(dǎo)野生型小鼠肝臟中TNF-α(圖4D)、IL-1β(圖4E)和CCL2(圖4F)的表達。相比之下，與MCD處理的野生型小鼠相比，MCD處理的Caspase-11缺陷小鼠肝臟中TNF-α(圖4D)、IL-1β(圖4E)和CCL2(圖4F)蛋白水平顯著降低。這些結(jié)果表明Caspase-11缺陷抑制了MCD誘導(dǎo)的肝臟炎癥。

5.        Caspase-11缺乏抑制小鼠肝細(xì)胞焦亡

我們評估了Caspase-11缺乏對MCD處理后小鼠焦亡活化的影響。我們檢測了Gsdmd和IL-1β的激活，這是焦亡的兩個關(guān)鍵因素。我們在未處理的野生型和Caspase-11缺陷小鼠肝臟中檢測到類似的Gsdmd(圖5A和B)、Gsdmd-N(圖5A和C)和pro-IL-1β(圖5A和D)蛋白水平。此外，我們在野生型和Caspase-11缺陷小鼠的肝臟中均未檢測到成熟的IL-1β蛋白(圖5 A和E)。MCD處理誘導(dǎo)了野生型小鼠肝臟中pro-Gsdmd(圖5A和B)、Gsdmd-N(圖5A和C)、pro-IL-1β(圖5A和D)和成熟IL-β(圖5A和E)的表達，表明MCD誘導(dǎo)了Gsdmd和IL-1β的激活。相比之下，與MCD處理的野生型相比，MCD處理的Caspase-11缺陷小鼠肝臟中pro-Gsdmd(圖5A和B)、Gsdmd-N(圖5A和C)、pro-IL-1β(圖5A和D)和成熟IL-β(圖5A和E)的蛋白水平顯著降低。野生型小鼠和Caspase11缺陷小鼠肝臟中pro-caspase-1(圖5A和F)和cleaved caspase-1(圖5A和G)的蛋白水平相似。在野生型小鼠和Caspase-11缺陷小鼠中，MCD處理顯著降低了pro-caspase 1的蛋白水平(圖5A和F)，而增加了活性Caspase-1的蛋白水平(圖5A和G)。此外，Caspase-11缺陷小鼠的活性caspase-1水平明顯低于野生型小鼠，說明MCD處理Caspase-11缺陷小鼠肝臟中Caspase-1的激活較少。同樣，我們在MCD處理的Caspase-11缺陷小鼠的肝細(xì)胞中檢測到較少的Gsdmd-N表達(圖5H和I)。這些結(jié)果表明，Caspase-11缺失減弱了MCD誘導(dǎo)的Gsdmd和IL-1β的激活。

6.        Caspase-11缺乏抑制脂多糖誘導(dǎo)的肝細(xì)胞焦亡和體外損傷

我們在體外評價Caspase-11缺乏對肝細(xì)胞焦亡的影響。我們用脂多糖(LPS)處理野生型小鼠原代肝細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)LPS誘導(dǎo)了pro-caspase-11和caspase-11的表達(圖6A和B)，表明LPS誘導(dǎo)了原代肝細(xì)胞中caspase-11的激活。我們進一步處理來自野生型和Caspase-11缺陷小鼠的原代肝細(xì)胞，并監(jiān)測Gsdmd的表達和激活。如圖6C和D所示，LPS處理未在野生型和Caspase-11缺陷的原代肝細(xì)胞中誘導(dǎo)pro-Gsdmd的表達。我們檢測到LPS處理的野生型小鼠原代肝細(xì)胞中Gsdmd-N明顯增加。相比之下，LPS處理不影響Caspase-11缺陷小鼠原代肝細(xì)胞的Gsdmd-N水平，且Gsdmd-N水平顯著低于野生型小鼠原代肝細(xì)胞。此外，LPS誘導(dǎo)野生型原代肝細(xì)胞中IL-1β(圖6E)、ALT(圖6F)和AST(圖6G)的表達。相反，在Caspase11缺陷的原發(fā)性肝細(xì)胞中，LPS誘導(dǎo)的IL-1β(圖6E)、ALT(圖6F)和AST(圖6G)的產(chǎn)生顯著減少。綜上所述，Caspase-11的缺失抑制了LPS誘導(dǎo)的Caspase-11和GSDMD的體外激活。

7.        抑制NF-kB可抑制LPS和MCD誘導(dǎo)的Caspase-11表達

NF-kB已被證明在Caspase-11的表達和NASH發(fā)展中起重要作用。為了檢測NF-kB是否參與LPS和MCD誘導(dǎo)的Caspase-11表達，我們在LPS處理的原代肝細(xì)胞和MCD處理的小鼠中使用NF-kB抑制劑JSH-23。如圖7A所示，LPS處理促進了Caspase-11 mRNA的表達，而JSH-23則抑制了LPS誘導(dǎo)的caspase-11的上調(diào)。相應(yīng)的，我們檢測到LPS處理的原代肝細(xì)胞中pro-caspase-11蛋白水平顯著升高，而JSH-23/LPS處理的原代肝細(xì)胞中pro-caspase-11蛋白水平顯著降低(圖7B和C)。MCD處理誘導(dǎo)野生型小鼠肝臟中Caspase-11 mRNA(圖7D)和蛋白(圖7E和F)的表達。相比之下，JSH-23治療可抑制MCD誘導(dǎo)的Caspase-11的表達。

8.        過表達Caspase-11加重MCD誘導(dǎo)的小鼠肝脂肪變性

由于缺乏Caspase-11減弱MCD誘導(dǎo)的肝脂肪變性，我們檢測肝臟中Caspase-11過表達對MCD誘導(dǎo)的肝脂肪變性的影響。我們在Alb-Cre小鼠肝細(xì)胞中過表達Caspase-11(圖8A)。正常情況下，對照組和過表達Caspase11的小鼠肝臟組織學(xué)形態(tài)正常。MCD處理導(dǎo)致對照和過表達Caspase11的小鼠肝臟出現(xiàn)明顯的脂質(zhì)積聚(空泡)。此外，過表達caspase-11的小鼠肝臟中的空泡比對照小鼠肝臟中的大且多(圖8B)。相應(yīng)的，與MCD處理的對照組相比，過表達Caspase-11的小鼠脂肪變性評分(圖8C)和膨脹評分(圖8D)顯著升高。類似地，與對照組小鼠相比，MCD處理的caspase-11過表達的的小鼠血清中ALT(圖8E)、AST(圖8F)和肝臟甘油三酯(圖8G)升高。為了進一步確定過表達的Caspase-11是否足以加重MCD誘導(dǎo)的NASH，我們給小鼠使用了Caspase-1抑制劑belnacasan。belnacasan治療顯著降低MCD治療對照組小鼠的脂肪變性評分(圖8H)。相比之下，belnacasan治療不影響MCD處理的Caspase-11過表達小鼠的脂肪變性評分。同樣，belnacasan處理顯著降低了MCD處理對照組小鼠的腫脹評分(圖8I)、血清ALT(圖8J)、AST(圖8K)和肝臟甘油三酯(圖8L)，而MCD處理過表達Caspase-11小鼠的這些指標(biāo)沒有明顯影響。綜上所述，過表達Caspase-11足以促進MCD誘導(dǎo)的小鼠脂肪性肝炎的嚴(yán)重程度。

結(jié)論

MCD處理后Caspase-11缺陷小鼠的肝損傷、纖維化和炎癥明顯減輕。Caspase-11缺失可改善NASH患者的肝細(xì)胞焦亡。