Клетки центральной нервной системы изменяют способ выработки энергии в ответ на нормальные и болезненныеусловия 1,2. Среди основных метаболических путей гликолиз и окислительное фосфорилирование (OXPHOS) являются ключевыми путями, регулирующими функции иммунных клеток — они проходят либо для мощной и немедленной реакции на провоспалительные, так и противовоспалительные состояниясоответственно 3,4. Таким образом, иммунные клетки могут переключаться между метаболическими путями в ответ на воспалительные сигналы и функциональныесостояния 5. Микроглия, как и её миелоидные аналоги, метаболически связана со своими функциями и быстро адаптируется к разным путям в качестве альтернативного метаболического топлива, демонстрируя метаболическуюгибкость 6,7. Микроглия проходит быстрое метаболическое перепрограммирование во время воспаления, при этом усиленный гликолиз служит ключевым метаболическим признаком провоспалительныхсостояний 8. Таким образом, анализы, определяющие клеточную зависимость от метаболического фенотипа, позволяют исследовать их функциональные состояния при различных условиях. В текущем протоколе мы стремимся определить, зависит ли первичная микроглия от повышенного гликолиза при провоспалительных состояниях. Для этого мы регулярно проводим стресс-тесты на гликолиз. Хотя анализатор Seahorse XFe24 (внеклеточный анализатор потока) широко используется для измерения ECAR в увековеченных клеточных линиях и трансформированных клетках, первичная микроглия представляет собой уникальные технические задачи, включая ограниченный выход клеток, вариативные свойства присоединения и высокую чувствительность к условиям культуры, что может запутать метаболические измерения. Кроме того, он обеспечивает измерение ECAR в реальном времени, позволяя точно оценить гликолиз, вызванный лактатами, в нескольких временных точках, что невозможно зафиксировать только с помощью конечной лактатной анализы. Внеклеточное метаболическое профилирование на основе потока широко применяется в исследованиях метаболизма для характеристики клеточной биоэнергетики, что делает этот протокол отлично подходящим для исследований метаболических изменений в клетках во время активации, моделирования заболеваний или тестирования лекарств. Читатели могут определить пригодность на основе необходимости в динамических, высокоразрешающих гликолитических измерениях в первичных клетках.
Глюкоза метаболизируется в пируват через гликолиз, а затем либо превращается в лактат в цитоплазме, либо в CO₂ и воду в митохондриях. Превращение глюкозы в лактат приводит к высвобождению протонов во внеклеточное пространство, что приводит к закислению среды. Анализатор внеклеточного потока количественно определяет это закисление какECAR 9. В стресс-тесте на гликолиз клетки сначала инкубируются в среде без глюкозы и пируватов, и их базовый уровень ECAR фиксируется. Первая инъекция доставляет насыщенное количество глюкозы, которую клетки метаболизируют через гликолиз в пируват, производя АТФ, НАДГ, воду и протоны. Увеличение высвобождения протонов повышает уровень ECAR, отражая «гликолиз». Далее добавляется олигомицин для подавления синтеза митохондриального АТФ, заставляя клетки полагаться исключительно на гликолиз. Это изменение градиента протона дополнительно увеличивает ECAR и измеряется как максимальная гликолитическая ёмкость клетки. Наконец, вводится 2DG, аналог глюкозы. Он конкурентно ингибирует гексокиназу, блокируя гликолиз и снижая ЭКАР. Это падение подтверждает, что предыдущий ECAR был зависим от гликолиза. Разница между максимальной гликолитической ёмкостью и уровнем гликолиза определяет гликолитический резерв. Начальная ECAR до добавления глюкозы представляет собой негликолитическую кислотность в результате других клеточных процессов (рисунок 1).
Мы провели стресс-тест на гликолиз с использованием анализатора внеклеточного потока. Сырые значения ECAR экспортировались в Excel для анализа. Для каждого состояния мы определили временные точки, соответствующие базальному ECAR (до добавления глюкозы), гликолиза (после инъекции глюкозы) и гликолитической ёмкости (после терапии олигомицином). Усреднялись значения ECAR из соответствующих временных точек в каждой фазе и по четырём техническим репликам, а гликолиз рассчитывался как увеличение ECAR после добавления глюкозы. Гликолитическая ёмкость была рассчитана как увеличение ECAR после добавления олигомицина. Гликолитический резерв рассчитывался как снижение ECAR после инъекции 2DG. Эти средние значения затем использовались для сравнения метаболических реакций между группами.
С другой стороны, для оценки скорости потребления кислорода (OCR) и функции митохондрий стандартным подходом является митохондриальный стресс-тест (Agilent), который измеряет такие параметры, как базальное дыхание, АТФ-связанное дыхание, утечка протона, максимальное дыхание, запасная дыхательная ёмкость и немитохондриальное дыхание. Эти измерения получаются путём последовательного введения специфических митохондриальных ингибиторов: олигомицина (ингибитора АТФ-синтазы), FCCP (карбонилцианид-4 (трифторметокси) фенилгидразона), разъединителя, обеспечивающего максимальное дыхание, и ротенона/антимицина A (ингибиторы комплекса I/III), позволяющего количественно оценивать состояние митохондрий ибиоэнергетику 10,11,12,13 . Таким образом, анализы ECAR и OCR проводятся в разных условиях.