Evaluation of changed metabolite profiles in SIM-A9 microglial cells under the influence of hypoxia and lipopolysaccharide

封面

如何引用文章

全文:

详细

Microglial cells play a leading role in development of neuroinflammation. Activation of microglia leads to the formation of reactive phenotypes that can both contribute to the development of neuroinflammation and ensure its relief. Microglia activation is accompanied by metabolic reprogramming or changes in the metabolic pathways activity and the content of specific metabolites supporting a particular phenotype. An opportunity of phenotype switching due to metabolomic reprogramming may have real therapeutic potential. However, currently there are limited data on changes in composition of metabolites and activity of metabolic pathways in microglial cells under the influence of neuroinflammatory factors. In this regard, the purpose of this work was to conduct a non-targeted metabolomic study to assess changes of metabolites profiles in microglial cell line SIM-A9 exposed to hypoxia, as well as during TLR4 activation. Metabolite profiling of cell extracts exposed to hypoxia or lipopolysaccharide was performed using high-performance liquid chromatography and high-resolution mass spectrometry, followed by bioinformatics analysis of the data. The performed studies have shown that hypoxia, as well as TLR4 stimulation, lead to noticeable changes in the metabolism of microglial cells. At the same time, the nature of these changes depends on the type of stress exposure and its duration. Changed activity of glutathione and arginine metabolic pathways may serve as a marker of the polarization of microglial cells after hypoxic exposure. The activation of TLR4 by lipopolysaccharide leads to modulation of pathways associated with energy metabolism, as well as changes in the metabolic pathways of aromatic amino acids. One may suggest that the analytic approach used in this work will allow us to further investigate the dynamics of metabolic changes under the influence of proinflammatory factors of various origin and to gain detailed data on their role in metabolic reprogramming of microglial cells at various stages of neuroinflammation.

作者简介

Mikhail Bobrov

Sirius University of Science and Technologies

编辑信件的主要联系方式.
Email: bobrov.my@talantiuspeh.ru

PhD (Сhemistry), Leading Researcher in the Field of “Immunobiology and biomedicine”, Scientific Center of Genetics and Life Sciences

俄罗斯联邦, Sirius settlement, Krasnodar Region

V. Nikitin

Sirius University of Science and Technologies

Email: bobrov.my@talantiuspeh.ru

Laboratory Research Assistant, Master’s Student (Immunobiology and Biomedicine)

俄罗斯联邦, Sirius settlement, Krasnodar Region

M. Burak

Sirius University of Science and Technologies

Email: bobrov.my@talantiuspeh.ru

Laboratory Research Assistant, Master’s Student (Immunobiology and Biomedicine)

俄罗斯联邦, Sirius settlement, Krasnodar Region

M. Afonin

Sirius University of Science and Technologies

Email: bobrov.my@talantiuspeh.ru

Chief Research Engineer, Resource Center for Analytical Methods

俄罗斯联邦, Sirius settlement, Krasnodar Region

参考

  1. Chen B., Di B. Endogenous Ligands of TLR4 in microglia: potential targets for related neurological diseases. Curr. Drug Targets, 2024, Vol. 25, no. 14, pp. 953-970.
  2. Fan H., Bai Q., Yang Y., Shi X., Du G., Yan J., Shi J., Wang D. The key roles of reactive oxygen species in microglial inflammatory activation: Regulation by endogenous antioxidant system and exogenous sulfur-containing compounds. Eur. J. Pharmacol., 2023, Vol. 956, 175966. doi: 10.1016/j.ejphar.2023.175966.
  3. Hestad K., Alexander J., Rootwelt H., Aaseth J.O. The role of tryptophan dysmetabolism and quinolinic acid in depressive and neurodegenerative diseases. Biomolecules, 2022, Vol. 12, no. 7, 998. doi: 10.3390/biom12070998.
  4. Iskusnykh I.Y., Zakharova A.A., Pathak D. Glutathione in brain disorders and aging. Molecules, 2022, Vol. 27, no. 1, 324. doi: 10.3390/molecules27010324.
  5. Li S., Park Y., Duraisingham S., Strobel F.H., Khan N., Soltow Q.A., Jones D.P., Pulendran B. Predicting network activity from high throughput metabolomics. PLoS Comput. Biol., 2013, Vol 9, no. 7, e1003123. doi: 10.1371/journal.pcbi.1003123.
  6. Liu Y., Wu L., Peng W., Mao X. Glial polarization in neurological diseases: Molecular mechanisms and therapeutic opportunities. Ageing Res. Rev., 2025, Vol. 104, 102638. doi: 10.1016/j.arr.2024.102638.
  7. Nair S., Sobotka K.S., Joshi P., Gressens P., Fleiss B., Thornton C., Mallard C., Hagberg H. Lipopolysaccharide-induced alteration of mitochondrial morphology induces a metabolic shift in microglia modulating the inflammatory response in vitro and in vivo. Glia, 2019, Vol. 67, no. 6, pp. 1047-1061.
  8. Ock J., Jeong J., Choi W.S., Lee W.H., Kim S.H., Kim I.K., Suk K. Regulation of Toll-like receptor 4 expression and its signaling by hypoxia in cultured microglia. J. Neurosci. Res., 2007, Vol. 85, pp. 1989-1995.
  9. Rana A.K., Bhatt B., Gusain C., Biswal S.N., Das D., Kumar M. Neuroimmunometabolism: how metabolism orchestrates immune response in healthy and diseased brain. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab., 2025, Vol. 328, no. 2, pp. E217-E229.
  10. Tyrtyshnaia A, Konovalova S, Bondar A, Ermolenko E, Sultanov R, Manzhulo I. Anti-inflammatory activity of N-Docosahexaenoylethanolamine and N-eicosapentaenoylethanolamine in a mouse model of lipopolysaccharide – induced neuroinflammation. Int. J. Mol. Sci., 2021, Vol. 22, no. 19, 10728. doi: 10.3390/ijms221910728.
  11. Wang Y., Leak R.K., Cao G. Microglia-mediated neuroinflammation and neuroplasticity after stroke. Front. Cell. Neurosci., 2022, Vol. 16, 980722. doi: 10.3389/fncel.2022.980722.
  12. Wang Z., Zhu H., Xiong W. Advances in mass spectrometry-based multi-scale metabolomic methodologies and their applications in biological and clinical investigations. Sci. Bull. (Beijing), 2023, Vol. 68, no. 19, pp. 2268-2284.
  13. Yang S., Qin C., Hu Z.W., Zhou L.Q., Yu H.H., Chen M., Bosco D.B., Wang W., Wu L.J., Tian D.S. Microglia reprogram metabolic profiles for phenotype and function changes in central nervous system. Neurobiol. Dis., 2021, Vol. 152, 105290. doi: 10.1016/j.nbd.2021.105290.
  14. Yao L., Kan E.M., Lu J., Hao A., Dheen S.T., Kaur C., Ling E.A. Toll-like receptor 4 mediates microglial activation and production of inflammatory mediators in neonatal rat brain following hypoxia: role of TLR4 in hypoxic microglia. J. Neuroinflammation, 2013, Vol. 10, 23. doi: 10.1186/1742-2094-10-23.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Figure 1. A, changes in the expression of TNF and IL6 cytokines in microglial cells under the influence of hypoxia-reoxygenation and lipopolysaccharide. The duration of hypoxia is 1 hour, reoxygenation is 1 and 3 hours, respectively. Incubation time with LPS (100 ng/mL) is 1 and 3 hours, respectively. B, evaluation of differences in the profiles of metabolites in the comparison groups by discriminant analysis of orthogonal partial least squares (OPLS-DA). Comparison groups: 1, hypoxia for 1 hour, reoxygenation for 1 hour; 2, hypoxia for 1 hour, reoxygenation for 3 hours; 3 and 4, incubation with lipopolysaccharide for 1 and 3 hours, respectively; circles (ο), samples of cells after exposure; triangles (∆), samples of cells without exposure

下载 (456KB)

版权所有 © Bobrov M., Nikitin V., Burak M., Afonin M., 2025

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».