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Soluble tumor necrosis factor-alpha-induced hyperexcitability contributes to retinal ganglion cell apoptosis by enhancing Nav1.6 in experimental glaucoma
Journal of Neuroinflammation ( IF 9.3 ) Pub Date : 2021-08-21 , DOI: 10.1186/s12974-021-02236-6 Shuo Cheng 1 , Hong-Ning Wang 1 , Lin-Jie Xu 1 , Fang Li 1 , Yanying Miao 1 , Bo Lei 2 , Xinghuai Sun 3 , Zhongfeng Wang 1
Journal of Neuroinflammation ( IF 9.3 ) Pub Date : 2021-08-21 , DOI: 10.1186/s12974-021-02236-6 Shuo Cheng 1 , Hong-Ning Wang 1 , Lin-Jie Xu 1 , Fang Li 1 , Yanying Miao 1 , Bo Lei 2 , Xinghuai Sun 3 , Zhongfeng Wang 1
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Neuroinflammation plays an important role in the pathogenesis of glaucoma. Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) is a major pro-inflammatory cytokine released from activated retinal glial cells in glaucoma. Here, we investigated how TNF-α induces retinal ganglion cell (RGC) hyperexcitability and injury. Whole-cell patch-clamp techniques were performed to explore changes in spontaneous firing and evoked action potentials, and Na+ currents in RGCs. Both intravitreal injection of TNF-α and chronic ocular hypertension (COH) models were used. Western blotting, immunofluorescence, quantitative real-time polymerase chain reaction (q-PCR), and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) techniques were employed to investigate the molecular mechanisms of TNF-α effects on RGCs. Intravitreal injection of soluble TNF-α significantly increased the spontaneous firing frequencies of RGCs in retinal slices. When the synaptic transmissions were blocked, more than 90% of RGCs still showed spontaneous firing; both the percentage of cells and firing frequency were higher than the controls. Furthermore, the frequency of evoked action potentials was also higher than the controls. Co-injection of the TNF-α receptor 1 (TNFR1) inhibitor R7050 eliminated the TNF-α-induced effects, suggesting that TNF-α may directly act on RGCs to induce cell hyperexcitability through activating TNFR1. In RGCs acutely isolated from TNF-α-injected retinas, Na+ current densities were upregulated. Perfusing TNF-α in RGCs of normal rats mimicked this effect, and the activation curve of Na+ currents shifted toward hyperpolarization direction, which was mediated through p38 MAPK and STAT3 signaling pathways. Further analysis revealed that TNF-α selectively upregulated Nav1.6 subtype of Na+ currents in RGCs. Similar to observations in retinas of rats with COH, intravitreal injection of TNF-α upregulated the expression of Nav1.6 proteins in both total cell and membrane components, which was reversed by the NF-κB inhibitor BAY 11-7082. Inhibition of TNFR1 blocked TNF-α-induced RGC apoptosis. TNF-α/TNFR1 signaling induces RGC hyperexcitability by selectively upregulating Nav1.6 Na+ channels, thus contributing to RGC apoptosis in glaucoma.
中文翻译:
可溶性肿瘤坏死因子-α诱导的过度兴奋通过增强实验性青光眼中的 Nav1.6 促进视网膜神经节细胞凋亡
神经炎症在青光眼的发病机制中起重要作用。肿瘤坏死因子-α (TNF-α) 是青光眼中激活的视网膜神经胶质细胞释放的主要促炎细胞因子。在这里,我们研究了 TNF-α 如何诱导视网膜神经节细胞 (RGC) 过度兴奋和损伤。采用全细胞膜片钳技术来探索自发放电和诱发动作电位以及 RGC 中 Na+ 电流的变化。使用玻璃体内注射 TNF-α 和慢性高眼压 (COH) 模型。采用蛋白质印迹、免疫荧光、定量实时聚合酶链反应 (q-PCR) 和末端脱氧核苷酸转移酶 dUTP 缺口末端标记 (TUNEL) 技术研究 TNF-α 对 RGC 影响的分子机制。玻璃体内注射可溶性 TNF-α 显着增加了视网膜切片中 RGC 的自发放电频率。当突触传递受阻时,超过 90% 的 RGC 仍表现出自发放电;细胞百分比和放电频率均高于对照组。此外,诱发动作电位的频率也高于对照组。共注射 TNF-α 受体 1 (TNFR1) 抑制剂 R7050 消除了 TNF-α 诱导的作用,表明 TNF-α 可直接作用于 RGC,通过激活 TNFR1 诱导细胞过度兴奋。在从注射了 TNF-α 的视网膜中急性分离的 RGC 中,Na+ 电流密度上调。在正常大鼠的 RGC 中灌注 TNF-α 模拟了这种效应,并且 Na+ 电流的激活曲线向超极化方向移动,这是通过 p38 MAPK 和 STAT3 信号通路介导的。进一步分析表明,TNF-α 选择性上调 RGC 中 Na+ 电流的 Nav1.6 亚型。与在患有 COH 的大鼠的视网膜中观察到的相似,玻璃体内注射 TNF-α 上调了总细胞和膜成分中 Nav1.6 蛋白的表达,而 NF-κB 抑制剂 BAY 11-7082 逆转了这种情况。抑制 TNFR1 可阻断 TNF-α 诱导的 RGC 细胞凋亡。TNF-α/TNFR1 信号通过选择性上调 Nav1.6 Na+ 通道诱导 RGC 过度兴奋,从而促进青光眼中的 RGC 凋亡。玻璃体内注射 TNF-α 上调了总细胞和膜成分中 Nav1.6 蛋白的表达,而 NF-κB 抑制剂 BAY 11-7082 逆转了这种情况。抑制 TNFR1 可阻断 TNF-α 诱导的 RGC 细胞凋亡。TNF-α/TNFR1 信号通过选择性上调 Nav1.6 Na+ 通道诱导 RGC 过度兴奋,从而促进青光眼中的 RGC 凋亡。玻璃体内注射 TNF-α 上调了总细胞和膜成分中 Nav1.6 蛋白的表达,而 NF-κB 抑制剂 BAY 11-7082 逆转了这种情况。抑制 TNFR1 可阻断 TNF-α 诱导的 RGC 细胞凋亡。TNF-α/TNFR1 信号通过选择性上调 Nav1.6 Na+ 通道诱导 RGC 过度兴奋,从而促进青光眼中的 RGC 凋亡。
更新日期:2021-08-21
中文翻译:
可溶性肿瘤坏死因子-α诱导的过度兴奋通过增强实验性青光眼中的 Nav1.6 促进视网膜神经节细胞凋亡
神经炎症在青光眼的发病机制中起重要作用。肿瘤坏死因子-α (TNF-α) 是青光眼中激活的视网膜神经胶质细胞释放的主要促炎细胞因子。在这里,我们研究了 TNF-α 如何诱导视网膜神经节细胞 (RGC) 过度兴奋和损伤。采用全细胞膜片钳技术来探索自发放电和诱发动作电位以及 RGC 中 Na+ 电流的变化。使用玻璃体内注射 TNF-α 和慢性高眼压 (COH) 模型。采用蛋白质印迹、免疫荧光、定量实时聚合酶链反应 (q-PCR) 和末端脱氧核苷酸转移酶 dUTP 缺口末端标记 (TUNEL) 技术研究 TNF-α 对 RGC 影响的分子机制。玻璃体内注射可溶性 TNF-α 显着增加了视网膜切片中 RGC 的自发放电频率。当突触传递受阻时,超过 90% 的 RGC 仍表现出自发放电;细胞百分比和放电频率均高于对照组。此外,诱发动作电位的频率也高于对照组。共注射 TNF-α 受体 1 (TNFR1) 抑制剂 R7050 消除了 TNF-α 诱导的作用,表明 TNF-α 可直接作用于 RGC,通过激活 TNFR1 诱导细胞过度兴奋。在从注射了 TNF-α 的视网膜中急性分离的 RGC 中,Na+ 电流密度上调。在正常大鼠的 RGC 中灌注 TNF-α 模拟了这种效应,并且 Na+ 电流的激活曲线向超极化方向移动,这是通过 p38 MAPK 和 STAT3 信号通路介导的。进一步分析表明,TNF-α 选择性上调 RGC 中 Na+ 电流的 Nav1.6 亚型。与在患有 COH 的大鼠的视网膜中观察到的相似,玻璃体内注射 TNF-α 上调了总细胞和膜成分中 Nav1.6 蛋白的表达,而 NF-κB 抑制剂 BAY 11-7082 逆转了这种情况。抑制 TNFR1 可阻断 TNF-α 诱导的 RGC 细胞凋亡。TNF-α/TNFR1 信号通过选择性上调 Nav1.6 Na+ 通道诱导 RGC 过度兴奋,从而促进青光眼中的 RGC 凋亡。玻璃体内注射 TNF-α 上调了总细胞和膜成分中 Nav1.6 蛋白的表达,而 NF-κB 抑制剂 BAY 11-7082 逆转了这种情况。抑制 TNFR1 可阻断 TNF-α 诱导的 RGC 细胞凋亡。TNF-α/TNFR1 信号通过选择性上调 Nav1.6 Na+ 通道诱导 RGC 过度兴奋,从而促进青光眼中的 RGC 凋亡。玻璃体内注射 TNF-α 上调了总细胞和膜成分中 Nav1.6 蛋白的表达,而 NF-κB 抑制剂 BAY 11-7082 逆转了这种情况。抑制 TNFR1 可阻断 TNF-α 诱导的 RGC 细胞凋亡。TNF-α/TNFR1 信号通过选择性上调 Nav1.6 Na+ 通道诱导 RGC 过度兴奋,从而促进青光眼中的 RGC 凋亡。