Este artículo describe cómo el ungüento para quemaduras expuesto a la humedad promueve la reparación de heridas diabéticas mediante la regulación dinámica de la neovascularización de heridas diabéticas y la expresión de mir-31-5p exosomal en plasma.
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Artículo de investigación
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Este artículo describe cómo el ungüento para quemaduras expuesto a la humedad promueve la reparación de heridas diabéticas mediante la regulación dinámica de la neovascularización de heridas diabéticas y la expresión de mir-31-5p exosomal en plasma.
El ungüento para quemaduras expuestas a la humedad (MEBO) es una medicina tradicional china que se usa para tratar heridas diabéticas crónicas; sin embargo, el mecanismo subyacente no está claro. La evidencia reciente sugiere el papel de los exosomas y los miARN funcionales en la neovascularización de la herida. Aquí, nuestro objetivo fue investigar los efectos de MEBO sobre la neovascularización de la herida y la expresión plasmática exosomal mir-31-5p (pExo-mir-31-5p) en ratones diabéticos. Un total de 120 ratones C57BL / 6 se dividieron aleatoriamente en un grupo de control no diabético (n = 24) y un grupo diabético inducido por estreptozotocina (n = 96), que se aleatorizó en grupos de control diabético, MEBO, beifuxin y MHY1485 (n = 24 cada uno). Se establecieron cinco grupos con modelos de resección cutánea de espesor total, que fueron tratados con solución salina fisiológica, solución salina fisiológica, MEBO, beifuxina y MHY1485, respectivamente. En los días 1, 7, 13 y 18, la tasa de cierre de la herida, la densidad de microvasos y los niveles de expresión de pExo-mir-31-5p, junto con los niveles de ARNm y proteínas de VPS4a y Rab27a en los tejidos de la herida, se analizaron mediante ImageJ, tinción con hematoxilina-eosina (HE), reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa en tiempo real (qPCR) y western blot (WB), respectivamente. Además, se analizaron las correlaciones entre la expresión de VPS4a, la proteína Rab27a, pExo-mir-31-5p y la densidad de microvasos. Encontramos que MEBO promovió la reparación de heridas en ratones diabéticos (p < 0,050). Mejoró la neovascularización de la herida durante las etapas temprana y media de la cicatrización de la herida, pero la inhibió durante la etapa posterior (p < 0,050). MEBO reguló al alza la expresión de ARNm y proteínas de Vps4a y Rab27a en los tejidos de la herida, así como pExo-mir-31-5p durante las etapas temprana e intermedia de la cicatrización, mientras que los regula a la baja en la etapa posterior (p < 0,050). Además, VPS4a, la proteína Rab27a, la expresión de pExo-mir-31-5p y la densidad de microvasos se correlacionaron positivamente en ratones tratados con MEBO (p < 0,050). En conclusión, MEBO regula dinámicamente la neovascularización de la herida y la expresión de pExo-mir-31-5p en ratones diabéticos, proporcionando un nuevo apoyo teórico para su aplicación clínica.
La prevalencia de diabetes mellitus en pacientes mayores es alta y aumenta anualmente. La enfermedad está asociada a heridas diabéticas crónicas (RCD), que tienen un efecto perjudicial sobre la salud, la función y la calidad de vida general del paciente1. Por lo general, el cierre de la herida implica cuatro fases distintas: hemostasia, inflamación, proliferación y reepitelización2. De estos, la fase proliferativa es la más importante. Durante la fase proliferativa temprana, las células endoteliales capilares proliferan y migran a la herida, brotando nuevos vasos y formando una intrincada red3. Sin embargo, en las últimas etapas de la reparación de heridas, la mayoría de la luz capilar se somete a oclusión, y una minoría pasa a pequeñas arterias y venas. En pacientes con RCD, la pérdida de tejido, necrosis y gangrena, y diferentes niveles de inflamación e hiperglucemia, alteran el equilibrio dinámico entre la angiogénesis y la antiangiogénesis, retrasando la cicatrización de heridas, especialmente cuando la angiogénesis está alterada 4,5,6. El ungüento para quemaduras expuestas a la humedad (MEBO) es una medicina tradicional china que se usa para tratar los RCD, pero su mecanismo sigue sin estar claro. Recientemente, múltiples estudios han demostrado que los miARN cargados de exosomas podrían promover la angiogénesis y, por lo tanto, promover la cicatrización de heridas diabéticas 7,8. Sin embargo, pocos estudios han investigado la asociación entre MEBO y los miARN transportados por exosomas. Por lo tanto, es necesario revelar el mecanismo por el cual MEBO estimula la angiogénesis en los RCD desde la perspectiva de los exosomas y los miARN funcionales.
Los exosomas son vesículas membranosas esféricas liberadas por células vivas, que miden 30-200 nm de tamaño, 1,1-1,2 g/ml de densidad y contienen proteínas marcadoras como CD81 y susceptibilidad tumoral 101 (TSG101)9. La producción y secreción de exosomas se clasifican en vías dependientes del complejo de clasificación endosómica requerido para el transporte (ESCRT) y no dependiente de ESCRT. Los reguladores más críticos dentro de estas vías son el homólogo a de clasificación de proteínas vacuolares 4 (VPS4a) y la proteína relacionada con Ras Rab-27a (Rab27a)10,11,12. Vps4a actúa como una ATPasa, catalizando el proceso de remodelación de la membrana dependiente de ESCRT, que regula el tamaño del exosoma y la tasa de formación de exosomas13,14. Rab27a es una pequeña GTPasa esencial que regula el acoplamiento de cuerpos multivesiculares a la membrana plasmática15. La secreción de exosomas está regulada negativamente por la diana en mamíferos del complejo de rapamicina 1 (mTORC1)16, que se activa por MHY1485 unión competitiva al dominio estructural ATP de la rapamicina17. En general, MHY1485 podría inhibir indirectamente la síntesis y secreción de exosomas. Los exosomas se pueden detectar en casi todos los fluidos corporales. Los exosomas plasmáticos son más productivos que los exosomas derivados de otros fluidos corporales18. Además, los exosomas protegen los ácidos nucleicos que transportan de la degradación19.
Los miARN son pequeñas moléculas de ARN no codificantes que regulan la actividad celular20. Los exosomas se han descubierto abundantemente en numerosos miARN cruciales para mejorar la angiogénesis de heridas, específicamente mir-126, mir-125a y mir-31-5p. Un estudio anterior demostró que los exosomas derivados de células madre mesenquimales de la médula ósea que sobreexpresan mir-126 promovieron la proliferación, migración y formación de tubos de células endoteliales de la vena umbilical humana in vitro mediante la transferencia de mir-12621. Otro estudio indicó que los exosomas secretados por las células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo humano transfirieron mir-125a a las células endoteliales y promovieron la angiogénesis al reprimir el inhibidor angiogénico delta-like 4 en heridas9. Yan et al. informaron que mir-31-5p cargado en los exosomas de la leche mejoró las funciones de las células endoteliales in vitro, promovió la angiogénesis y mejoró la cicatrización de heridas diabéticas in vivo22. Entre estos miARN, mir-31-5p fue el único miARN que se reguló significativamente a la baja en heridas de ratones diabéticos en comparación con el de las heridas de ratones normales22.
MEBO es un ungüento aceitoso que se puede utilizar para tratar heridas refractarias como los RCD23,24. Sin embargo, no se ha dilucidado el mecanismo de MEBO que promueve la cicatrización de heridas. Estudios anteriores han demostrado que MEBO promueve la neovascularización de la herida al regular al alza la expresión del factor de crecimiento endotelial vascular en ratas diabéticas25. Sin embargo, solo unos pocos estudios han abordado este tema desde la perspectiva de los miARN transportados por exosomas. En este estudio, para investigar los efectos de MEBO en los CDW, inducimos un modelo de herida de espesor total en ratones diabéticos usando estreptozotocina (STZ) y una dieta alta en grasas. Demostramos que MEBO aceleró significativamente la cicatrización de heridas en ratones diabéticos. Además, estudiamos los efectos de MEBO sobre la densidad de microvasos, los niveles de expresión de pExo-mir-31-5p, junto con el ARNm de VPS4a y Rab27a y la proteína en tejidos heridos. Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que MEBO promovió la cicatrización de heridas al regular pExo-mir-31-5p para regular la angiogénesis de heridas en ratones diabéticos. En la Figura 1 se presenta una descripción general esquemática del diseño del estudio.
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Todos los protocolos experimentales con animales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad Médica de Youjiang para las Nacionalidades, Baise, China (2018051501). Los ratones machos C57BL/6 libres de patógenos específicos (SPF) (7 semanas de edad) fueron alojados en el Centro de Animales de Laboratorio SPF de la Facultad de Medicina de Youjiang para las Nacionalidades y alimentados con una dieta ordinaria o alta en grasas y agua limpia. A lo largo del estudio, la temperatura de la sala de alimentación de los animales se mantuvo entre 23 °C y 25 °C, la humedad fue del 40% al 60% y el ciclo de luz/oscuridad fue de 12 h. El cuidado de los animales se proporcionó de acuerdo con las pautas de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. y el Instituto Nacional de Salud de China (Beijing, China). Todas las intervenciones quirúrgicas se realizaron bajo anestesia con pentobarbital sódico (0,3%, 50 mg/kg) utilizando un protocolo estandarizado establecido en nuestro laboratorio. Se hicieron todos los esfuerzos para reducir el número de animales utilizados y minimizar las molestias de los animales. Todas las secciones de este informe se adhieren a las Pautas ARRIVE para informar sobre la investigación con animales.
Modelo y tratamiento de heridas de ratón
Un total de 120 ratones fueron asignados aleatoriamente a un grupo de control no diabético (NDB-CTR; n = 24) o diabético (n = 96). Para simular la diabetes tipo 2 humana, los ratones del grupo diabético fueron alimentados con una dieta alta en grasas y azúcar refinada durante 4 semanas y luego inyectados intraperitonealmente (ip) con STZ (100 mg / kg), una vez al día, durante 2 días consecutivos después de ayunar durante 16 h. Los niveles de glucosa en sangre en ayunas se midieron el 5º y 6º día después de la inyección de STZ. Los ratones con valores de glucosa en sangre en ayunas superiores a 16,7 mmol/L en dos ocasiones y con síntomas como polifagia, polidipsia, poliuria y pérdida de peso fueron considerados modelos exitososde diabetes 26. Después de 1 semana, se afeitó el vello dorsal y se generó una herida cutánea redonda de espesor total (diámetro = 15 mm) en la espalda de cada ratón después de la administración intraperitoneal de pentobarbital sódico (0,3%, 50 mg / kg). Los ratones del grupo diabético fueron asignados aleatoriamente a los grupos MEBO, BFX (beifuxin), DB-CTR (control diabético) o MHY1485 (MHY). Los ratones de los grupos MEBO y BFX fueron tratados con MEBO (0,2 g/cm2) y gel BFX (0,2 g/cm2) aplicados a la herida una vez al día, respectivamente. El gel BFX, cuyo nombre genérico es gel de factor de crecimiento de fibroblastos básico bovino, es un medicamento tópico utilizado para tratar heridas crónicas27. Los ratones de los grupos NDB-CTR, DB-CTR y MHY fueron tratados con solución salina fisiológica. El grupo MHY también fue tratado con MHY1485 (10 mg/kg, ip) durante 2 días consecutivos. A los ratones diabéticos se les inyectó insulina por vía subcutánea a una dosis de 2-4 UI/kg una vez al día para controlar el nivel de glucosa en sangre.
Colección de especímenes
En los días 1, 7, 13 y 18, seis ratones de cada grupo fueron seleccionados al azar para la eutanasia por dislocación cervical, y se tomaron muestras de tejidos epidérmicos en forma de anillo, incluida la herida, a 0,5 cm del borde de la herida con tijeras de tejido estériles. A continuación, se recogieron los tejidos de la herida para la tinción de HE, el análisis de qPCR y los ensayos de WB. Se recolectaron muestras de sangre de ratones en los grupos DB-CTR y MEBO utilizando el método retroorbital bajo anestesia con pentobarbital sódico. Las muestras de sangre se mezclaron con heparina en tubos anticoagulantes y se centrifugaron a 3.000 x g durante 15 min para recuperar el sobrenadante plasmático. Todas las muestras se almacenaron a -80 °C. Para calcular la tasa de cierre de la herida, se utilizó una cámara digital para capturar imágenes de la cicatrización de la herida en un momento fijo y a la misma distancia con una escala graduada en el costado. El área de la herida se midió con el software ImageJ. La tasa de cierre de la herida se calculó de la siguiente manera:
tasa de cierre de la herida (%) = [W1-Wn] / W1 x 100%
donde W1 y Wn se refieren a las áreas de la herida en los días 1 y n, respectivamente.
Ensayo histopatológico
Se realizó una tinción de HE para observar dinámicamente la cicatrización patológica de la herida. Después de la fijación con una solución de paraformaldehído al 4% durante 16 h, los tejidos de la herida se deshidrataron, se incrustaron en parafina y luego se cortaron en secciones de 3 μm. La tinción de HE se realizó en portaobjetos de tejido. Para explorar la densidad de microvasos de los tejidos de la herida, se tomaron imágenes de portaobjetos de tejido con un microscopio óptico. Para cuantificar la densidad de microvasos de cada muestra, seleccionamos el área con la mayor densidad capilar bajo un microscopio de 10x, luego seleccionamos y fotografiamos tres áreas no superpuestas bajo un microscopio de 20x. Las densidades de microvasos se calcularon y promediaron utilizando ImageJ.
Aislamiento y caracterización de exosomas plasmáticos
Se realizó ultracentrifugación para aislar exosomas plasmáticos de acuerdo con un protocolo publicado con modificaciones menores28. Brevemente, se centrifugaron 2 ml de plasma a 2.000 x g a 4 °C durante 30 min. El sobrenadante se centrifugó nuevamente a 10,000 x g a 4 ° C durante 45 min para eliminar las vesículas más grandes. El sobrenadante se filtró a través de una membrana filtrante de 0,45 μm y se recolectó el filtrado. A continuación, el filtrado se centrifugó a 100.000 x g a 4 °C durante 70 min. Después de retirar el sobrenadante, el sedimento se volvió a suspender con 10 ml de 1x PBS preenfriado y se centrifugó a 4 °C, 100.000 x g, durante 70 min. Se eliminó el sobrenadante y el sedimento se volvió a suspender con 150 μL de PBS 1x preenfriado y se almacenó a -80 °C. Para confirmar los exosomas plasmáticos recopilados anteriormente, utilizamos microscopía electrónica de transmisión (TEM) para determinar la morfología de los exosomas, un sistema de citometría de nanoflujo para analizar el tamaño y la concentración de los exosomas, y WB para detectar los niveles de expresión de los marcadores de exosomas CD81 y TSG101.
Extracción de ARN, transcripción inversa (RT) y qPCR
Se realizó qPCR para cuantificar los niveles de expresión de ARNm de Vps4a, Rab27a y pExo-mir-31-5p. Se recolectaron tejidos de heridas para extraer ARN total utilizando un reactivo de extracción de ARN. Se consideró aceptable una concentración total de ARN entre 400-700 ng/μL. Las muestras de ARN se transcribieron de forma inversa en ADNc utilizando transcriptasa inversa con dsDNasa de acuerdo con las instrucciones del fabricante. La qPCR se realizó utilizando la mezcla de qPCR SYBR Green (sin ROX). En cuanto a mir-31-5p, el ARN de los exosomas plasmáticos se extrajo utilizando el mini kit, se transcribió de forma inversa con el kit de síntesis de ADNc de la primera cadena y se amplificó con SYBR Green qPCR Master Mix. Las expresiones de ARNm y miARN se analizaron utilizando el método 2-ΔΔCt en relación con β-actina y cel-mir-39, respectivamente. Los cebadores utilizados se presentan en la Tabla 1.
Western blot
El ensayo WB se utilizó para detectar los niveles de expresión de las proteínas Vps4a y Rab27a, así como los niveles de los marcadores de exosomas CD81 y TSG101. Los niveles totales de proteínas de los tejidos de la herida y los exosomas plasmáticos se extrajeron mediante el tampón de lisis RIPA, y la concentración de proteínas se determinó mediante el kit de ensayo de proteínas de ácido bicinconínico. Un total de 50 μg de proteína se separó mediante dodecil sulfato-poliacrilamida de sodio. Después de secar las membranas de fluoruro de polivinilideno, las membranas se bloquearon con albúmina de suero bovino, luego se incubaron a 4 ° C durante la noche con anticuerpos contra Vps4a (1: 3000), Rab27a (1: 1000), gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) (1: 5000), CD81 (1: 3000), TSG101 (1: 3000), luego se incubaron con anticuerpos secundarios, anti-conejo IgG peroxidasa conjugada (1: 3000), a 37 ° C durante 1 h. Las membranas se visualizaron utilizando un kit de quimioluminiscencia mejorado.
Análisis estadístico
Todos los datos presentados en este estudio se analizaron para determinar su significación estadística utilizando el software SPSS. Todos los resultados obtenidos en estos análisis se visualizaron utilizando el software GraphPad Prism. Las diferencias entre los dos grupos se examinaron mediante una prueba t de muestra independiente. Para las comparaciones de grupos múltiples, se utilizó el análisis de varianza unidireccional para los datos de varianza homogénea, mientras que la prueba de Welch se aplicó a los datos de varianza heterogénea. Además, utilizamos la prueba de diferencia menos significativa para la comparación por pares de datos de varianza igual y la prueba T2 de Tamhane para datos de varianza desigual. Los datos cuantitativos se presentan como media ± desviación estándar. Las correlaciones se analizaron mediante el análisis de correlación de Spearman para variables no distribuidas normalmente y se describieron como coeficientes de correlación e intervalos de confianza del 95%. P < 0,050 se consideró estadísticamente significativo. Todos los experimentos se repitieron al menos tres veces.
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MEBO acelera la cicatrización de heridas en ratones diabéticos
Para validar la eficacia de MEBO en heridas diabéticas, establecimos un modelo de herida diabética y tomamos fotografías los días 1, 7, 13 y 18. Las heridas en cada grupo sanaron gradualmente con el tiempo (Figura 2A). Las heridas en el grupo NDB-CTR sanaron por completo el día 18. Las heridas en el grupo MEBO sanaron más rápidamente entre las heridas diabéticas, formando algunas partículas de granulación rosa...
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Los RCD, una complicación de la diabetes, pueden conducir a una mortalidad y discapacidad significativas, y a menudo se asocian con trastornos vasculares29. MEBO es eficaz en el tratamiento de los RCD; sin embargo, su mecanismo subyacente no está claro30. Por lo tanto, nuestro objetivo era examinarlo desde la perspectiva de los exosomas y los miARN funcionales. En este estudio, encontramos que la tasa de cierre de la herida y la densidad de...
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Los autores declaran que no tienen intereses contrapuestos.
Este estudio fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China bajo la subvención [número 81960875], la Fundación de Ciencias Naturales de Guangxi bajo la subvención [número 2023GXNSFDA026008], el proyecto de desarrollo y aplicación de tecnología apropiada médica y de salud de Guangxi bajo la subvención [número S2022134], la Comisión de Salud de la Región Autónoma Zhuang de Guangxi de la medicina occidental autofinanciada por la subvención [número 20210234] y la Oficina de Medicina Tradicional China de Guangxi autofinanciada proyecto de investigación bajo subvención [número GZZC2020255].
Contribución del autor:
Yuanyuan Xu: Redacción - borrador original, Software, Metodología, Investigación, Análisis formal, Conceptualización. Jianchang Xu: Recursos, metodología, investigación. Anbang Zhou: Investigación, análisis formal. Nimiao Cen: Visualización, Lina Huang: Supervisión. Biaoliang Wu: Redacción-revisión y edición, Recursos, Administración de proyectos, Metodología, Adquisición de fondos, Curación de datos, Conceptualización.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 1&veces; PBS | Solarbio (Pekín, China) | #P1020 | Solución tamponada |
| Solución de paraformaldehído al 4% | Solarbio (Pekín, China) | #P1110 | Arreglar tejido |
| anti-conejo IgG peroxidasa conjugada | Afinidad | #S0001 | Anticuerpo secundario |
| Gel Beifuxin | Essexbio (Zhuhai, China) | #042404A06 | Un ungüento para tratar heridas crónicas |
| Anticuerpo CD81 | Anticuerpo de la vía de señalización | #41779 | Anticuerpo primario |
| kit de quimioluminiscencia mejorado | Epizyme (China) | #SQ101 | Kit de quimioluminiscencia para banda de proteínas |
| Anticuerpo gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH) | Afinidad | #AF7021 | Anticuerpo primario |
| Prisma GraphPad | https://www.graphpad.com/prism/ | Visualización | |
| ImagenJ | https://imagej.net/ij/ | Medir el área de la herida | |
| Kit de ensayo instantáneo de proteína de ácido bicinconínico (BCA) | Epizyme (China) | #ZJ102 | Determinar la concentración de proteínas |
| Sistema LightCycler96 | Roche | Equipo de qPCR | |
| MHY1485 | MedChemExpress (Estados Unidos) | #326914-06-1 | Un activador de la diana en mamíferos del complejo 1 de rapamicina (mTORC1) |
| miRNeasy Mini kit | Tiangen (China) | #217004 | Extracción de ARN (miARN) |
| Ungüento para quemaduras expuestas a la humedad | Mebo (Shantou, China) | #2403103B | Un ungüento para tratar heridas crónicas |
| MonAmp SYBR Mezcla de qPCR verde (sin ROX) | Mónada (China) | #MQ10101S | Kit de qPCR (ARNm) |
| MonScript RTIII All-in-One Mix con dsDNase | Mónada (China) | #MR05101S | Kit de transcripción inversa (ARNm) |
| Sistema de citometría de flujo nano | N30E (China) | Un equipo para analizar el tamaño y la concentración de exosomas | |
| microscopio óptico | Olimpo (Tokio, Japón) | Observar la patomorfología de los tejidos | |
| solución salina fisiológica | Kelun (Sichuan, China) | #L24041709 | Solución salina fisiológica |
| membranas de fluoruro de polivinilideno | Millipore(Estados Unidos) | #IPVH00010 | Membrana Western Blot |
| Imprimaciones | Generay Biotech Co., Ltd. (Shanghái, China) | ||
| Anticuerpo Rab27a | Tecnología de señalización celular | #69295 | Anticuerpo primario |
| Kit de síntesis de ADNc de primera cadena RevertAid | Thermo Fisher (Estados Unidos) | #K1622 | Kit de transcripción inversa (miRNA) |
| Tampón de lisis RIPA | Solarbio (Pekín, China) | #R0010 | Extracción total de proteínas |
| dodecil sulfato de sodio poliacrilamida | Epizyme (China) | #PG222 | Tampón de electroforesis |
| pentobarbital sódico | Merck (Shanghái, China) | #P3761 | Anestésico |
| Ratones machos C57BL/6 libres de patógenos específicos | Guangdong Vital River Laboratory Animal Technology Co., Ltd (Guangdong, China) | Animales de experimentación | |
| SPSS | https://www.ibm.com/spss | Análisis estadístico | |
| estreptozotocina | Solarbio (Pekín, China) | #S8050 | Inducir un modelo de ratón diabético |
| Mezcla maestra de qPCR SYBR Green | Roche (Suiza) | #4943914001-SR | Kit de qPCR (miRNA) |
| Microscopía electrónica de transmisión | Hitachi (Japón) | HT-7700 | Un equipo para determinar la morfología de los exosomas |
| TRIZOL | Invitrogen (Estados Unidos) | #15596026CN | Extracción de ARN (ARNm) |
| Anticuerpo TSG101 | Abcam | # ab125011 | Anticuerpo primario |
| Anticuerpo Vps4a | Abcam | # ab197896 | Anticuerpo primario |
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