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        人Gax基因轉(zhuǎn)染對血管平滑肌細胞增殖、遷移和細胞周期的影響*

        2012-09-14 06:21:42胡振雷汪永義
        中國病理生理雜志 2012年2期
        關(guān)鍵詞:腺病毒細胞周期質(zhì)粒

        鄭 輝, 薛 松, 連 鋒, 胡振雷, 汪永義

        (上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院心胸外科,上海200127)

        冠狀動脈旁路移植術(shù)(coronary artery bypass grafting,CABG)是目前冠心病治療的主要手段,但是術(shù)后靜脈橋再狹窄嚴重影響了橋血管的遠期通暢率,已成為臨床上越來越棘手的問題。靜脈橋再狹窄的關(guān)鍵病變是內(nèi)膜增生[1],涉及多種因素,其中血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)過度增殖并從中膜向內(nèi)膜遷移是重要的病理基礎(chǔ),抑制VSMCs增殖和遷移是預(yù)防靜脈橋再狹窄發(fā)生的策略之一。隨著分子生物學及其技術(shù)的發(fā)展,基因治療逐漸成為防治靜脈橋再狹窄的焦點。生長終止特異性同源異型盒基因(growth arrest-specific homeobox gene,Gax)是近年來發(fā)現(xiàn)具有調(diào)節(jié)細胞生物學行為的核轉(zhuǎn)錄因子基因,屬于同源異型盒基因家族,其通過與啟動子或增強子序列相結(jié)合,激活或抑制靶基因的表達,實現(xiàn)細胞生長、分化和遷移的基因調(diào)控作用[2]。有研究表明Gax基因在VSMCs中的表達模式類似于gas基因(growth arrest-specific gene)、gadd基因(growth arrest and DNA damage-inducible gene),而gas/gadd基因家族對VSMCs增殖和遷移呈負性調(diào)節(jié),Gax(hGax)基因這種特殊的表達特性漸漸受到人們的關(guān)注,成為血管成形術(shù)后再狹窄防治的新靶點。本研究以人Gax(hGax)基因為靶點,構(gòu)建其重組腺病毒載體并感染兔VSMCs,觀察hGax基因過表達對血清刺激后VSMCs增殖、遷移和細胞周期的影響,為靜脈橋再狹窄基因治療提供實驗基礎(chǔ)。

        材料和方法

        1 材料

        兔血管平滑肌細胞、pEGFP-N1-h(huán)Gax、大腸桿菌DH5α由本實驗室保存,pDC318-mCMV質(zhì)粒和pPE3質(zhì)粒由上海第二軍醫(yī)大學錢其軍教授惠贈;脂質(zhì)體Lipofectamine 2000TM和Trizol均購自Invitrogen;限制性內(nèi)切酶購自NEB;DMEM培養(yǎng)液和胎牛血清購自Gibco;Taq酶和T4 DNA連接酶購自TaKaRa;病毒DNA抽提試劑盒、PCR回收試劑盒和DNA片段純化試劑盒均購自Qiagen;鼠抗人Gax單克隆抗體購自Abnova;MTT購自Sigma;PI購自上海生工試劑公司;所有引物均由上海博尚生物公司合成。

        2 方法

        2.1 高表達hGax的腺病毒載體的構(gòu)建與感染 采用限制性內(nèi)切酶NheⅠ和Hind III對pEGFP-N1-h(huán)Gax質(zhì)粒進行雙酶切反應(yīng),將酶切產(chǎn)物進行1.5%瓊脂糖凝膠電泳,回收并純化hGax目的基因(片段大小為927 bp);然后將hGax基因片段與經(jīng)SpeⅠ和Hind III雙酶切消化后的pDC318-mCMV質(zhì)粒通過T4 DNA連接酶進行連接構(gòu)建成pDC318-mCMV-h(huán)Gax質(zhì)粒;轉(zhuǎn)化DH5α大腸桿菌感受態(tài)細胞,用氨芐青霉素LB培養(yǎng)基平板進行篩選,孵育過夜后,挑取陽性克隆菌落,搖菌后用堿裂解法提取質(zhì)粒,分別進行Hinc II和Kpn I、Sac I和Xho I雙酶切鑒定;酶切鑒定正確的克隆送至上海博尚生物技術(shù)公司進行DNA測序,將完全正確的質(zhì)粒命名為pDC318-mCMV-h(huán)Gax;然后將穿梭質(zhì)粒pDC318-mCMV-h(huán)Gax與骨架質(zhì)粒pPE3通過Lipofectamine 2000TM脂質(zhì)體共轉(zhuǎn)染HEK293細胞以獲得含hGax基因的復(fù)制缺陷型腺病毒載體,用病毒DNA抽提試劑盒提取腺病毒DNA,PCR法鑒定重組腺病毒載體是否含有hGax基因。hGax基因上游引物 5'-ATGGAACACCCGCTCTTTGGC -3',下游引物 5'- TCATAAGTGCGCATGCTCTGAG -3'。經(jīng)PCR鑒定正確的重組腺病毒載體命名為Ad5-h(huán)Gax,即攜帶人Gax基因的5型復(fù)制缺陷型腺病毒重組載體。經(jīng)擴增、純化后用Ad5-h(huán)Gax感染VSMCs,并設(shè)陰性對照組(即Ad5-EGFP感染VSMCs)和空白對照組(即PBS感染VSMCs)。

        2.2 RT-PCR檢測轉(zhuǎn)染VSMCs hGax mRNA的表達 病毒感染細胞48 h后應(yīng)用Trizol法提取總RNA,測定RNA濃度和A260/A280值,按常規(guī)行RTPCR。引物序列:hGax正義鏈 5'-ACCACCATCACCACCATCATC-3',反義鏈 5'- TGGAAGAGTTGGAGCACAGG-3',擴增序列長度為174 bp;GAPDH正義鏈5'-GAACATCATCCCTGCCTCCAC -3',反義鏈 5'-GCCTGCTTCACCACCTTCTTG -3',擴增序列長度為183 bp。PCR反應(yīng)條件:95℃預(yù)變性3 min,95℃ 45 s,55℃ 1 min,72℃ 2 min,35個循環(huán),72℃ 10 min。PCR產(chǎn)物以1.5%瓊脂糖凝膠電泳、顯像、拍照。

        2.3 免疫熒光染色法檢測轉(zhuǎn)染VSMCs hGax蛋白的表達 Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染VSMCs 48 h后,固定細胞并按常規(guī)免疫熒光染色方法進行,Ⅰ抗為1∶400鼠抗人Gax蛋白單克隆抗體,4℃孵育過夜后PBS洗滌。Ⅱ抗為1∶1 000 FITC標記羊抗鼠IgG,37℃避光孵育1h,PBS洗滌后置熒光顯微鏡下觀察。

        2.4 Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染對血清刺激VSMCs增殖的影響 按8×103cells/well接種于96孔板,細胞貼壁后進行干預(yù),分別加入 Ad5-h(huán)Gax、Ad5-EGFP和PBS液,轉(zhuǎn)染4 h后用PBS液漂洗細胞去除病毒液,然后加入含1%FBS的 DMEM孵育12 h,換成含10%FBS的DMEM,使血清刺激VSMCs。分別于血清刺激 24 h、48 h、72 h、96 h 時,加入 20 μL MTT(5 g/L),37℃繼續(xù)培養(yǎng)4 h后吸棄孔內(nèi)培養(yǎng)液,每孔加入150 μL DMSO,振蕩10 min使甲瓚結(jié)晶完全溶解,酶標儀上以波長570 nm檢測各孔吸光度(A值)。抑制率(%)=(1-實驗組平均A值/空白對照組平均A值)×100%。

        2.5 Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染對血清刺激VSMCs遷移的影響 取對數(shù)生長期VSMCs接種于培養(yǎng)皿,調(diào)整細胞濃度以致第2 d覆蓋達到約90%,實驗分組和病毒感染過程如上述,在培養(yǎng)皿底部做一直線標記,用無菌槍頭在無菌條件下沿標記線作劃痕,PBS液漂洗后加入含1%FBS的DMEM,孵育12 h后重新加入含10%FBS的DMEM,置37℃、5%CO2孵箱培養(yǎng),分別于24 h、48 h、72 h后各組鏡下隨機選取10個視野進行拍攝,測量兩邊細胞遷移邊緣之間的距離即劃痕寬度,取均值。

        2.6 Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染對血清刺激VSMCs周期的影響 將VSMCs接種于培養(yǎng)皿,實驗分組、病毒感染和血清刺激方法同MTT實驗部分。血清刺激72 h后,消化并收集各組細胞,用4℃ 70%乙醇固定,RNA酶37℃下消化30 min,PI避光染色,300目篩網(wǎng)過濾后樣本加入流式細胞儀分析細胞周期。

        3 統(tǒng)計學處理

        結(jié) 果

        1 含hGax基因的復(fù)制缺陷型腺病毒重組載體的鑒定

        經(jīng)Sac I和 Xho I雙酶切,pDC318-mCMV-h(huán)Gax質(zhì)粒切出319 bp、791 bp和3 728 bp 3條片段,與預(yù)期的酶切結(jié)果完全相符,見圖1。經(jīng)Hinc II和Kpn I雙酶切,pDC318-mCMV-h(huán)Gax質(zhì)粒切出401 bp、596 bp、1 846 bp 和1 995 bp 4 條片段,與預(yù)期結(jié)果完全相同,見圖2。DNA測序結(jié)果示pDC318-mCMV-h(huán)Gax質(zhì)粒中的人Gax基因序列與GenBank中公布的基因序列基本一致。PCR產(chǎn)物凝膠電泳圖示在927 bp的位置上出現(xiàn)特異性條帶,與預(yù)期的hGax基因片段大小相符,見圖3。說明成功構(gòu)建了含hGax基因的復(fù)制缺陷型腺病毒重組載體。

        2 RT-PCR分析

        瓊脂糖凝膠電泳圖示,Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染的VSMCs中hGax mRNA表達呈陽性條帶(174 bp),而Ad5-EGFP轉(zhuǎn)染組無相應(yīng)陽性條帶,表明在mRNA水平上目的基因hGax成功轉(zhuǎn)染入VSMCs,見圖4。

        Figure 1.The double digestion identification of pDC318-mCMV- hGax.M:DNA marker;Lane 1,2:Sac I and Xho I digestion.圖1 pDC318-mCMV-h(huán)Gax質(zhì)粒的Sac I和Xho I雙酶切鑒定

        3 免疫熒光染色分析

        Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染48 h后,免疫熒光染色結(jié)果示VSMCs內(nèi)呈紅色陽性表達,尤以胞核為主,即為hGax蛋白,而對照組細胞內(nèi)未見相應(yīng)的染色,提示VSMCs經(jīng)Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染后有外源性hGax蛋白過表達,見圖5。

        Figure 4.RT-PCR result of the hGax mRNA expression.M:DNA marker;Lane 1:Ad5-EGFP-transfected cells;Lane 2:Ad5-h(huán)Gax-transfected cells.圖4 hGax mRNA表達的RT-PCR檢測結(jié)果

        Figure 5.The hGax protein expression in the Ad5-h(huán)Gax-transfected cells.A:hGax protein expression in the cells 48 h after Ad5-h(huán)Gax transfection under fluorescent microscope(×100);B:EGFP protein expression in the cells 48 h after Ad5-EGFP transfection(negative control group)under fluorescent microscope(×100);C:VSMCs 48 h after PBS treatment(blank control group)under inverted microscope(×100).圖5 hGax蛋白在Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染后的細胞中表達

        4 細胞增殖分析

        MTT法結(jié)果表明(表1),Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染組中血清刺激后VSMCs體外增殖受到明顯抑制,與陰性對照組和空白對照組(各時點為0)相比有顯著差異(P<0.05),且隨培養(yǎng)時間的延長細胞生長抑制率升高,見圖6,而陰性對照組和空白對照組之間無顯著差異,說明hGax基因過表達能顯著抑制血清刺激后兔VSMCs增殖。

        表1 hGax蛋白對血清刺激后VSMCs增殖的影響Table 1.Effect of hGax protein expression on the proliferation of serum-induced VSMCs in different groups at different time points(±s.n=5)

        表1 hGax蛋白對血清刺激后VSMCs增殖的影響Table 1.Effect of hGax protein expression on the proliferation of serum-induced VSMCs in different groups at different time points(±s.n=5)

        *P<0.05 vs blank control group and Ad5-EGFP group.

        Group 24 h 48 h 72 h 96 h Blank control 0.303 ±0.033 0.350 ±0.025 0.440±0.006 0.473 ±0.012 Ad5 -EGFP 0.295 ±0.029 0.348 ±0.016 0.438 ±0.008 0.467 ±0.014 Ad5 -h(huán)Gax 0.251 ±0.032 0.260 ±0.015*0.275 ±0.007*0.283 ±0.007*

        Figure 6.Effect of hGax overexpression on proliferation inhibitory rates of serum-induced rabbit VSMCs at different time points.±s.n=3.*P<0.05 vs 24 h.圖6 hGax基因過表達對血清刺激后兔VSMCs生長抑制率的影響

        5 細胞遷移分析

        劃痕法檢測結(jié)果顯示(表2),0 h時劃痕寬度均為(450.81 ±7.17)μm,空白對照組中劃痕寬度在不同時點上與陰性對照組相比差異無顯著,Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染組的劃痕寬度較對照組明顯延長(P<0.05),即該組細胞的遷移能力顯著減弱,說明hGax基因過表達能顯著抑制血清刺激后兔VSMCs遷移。

        表2 hGax基因過表達對血清刺激后兔VSMCs遷移的影響Table 2.Effect of hGax gene overexpression on the migration of serum-induced rabbit VSMCs(μm.±s.n=10)

        表2 hGax基因過表達對血清刺激后兔VSMCs遷移的影響Table 2.Effect of hGax gene overexpression on the migration of serum-induced rabbit VSMCs(μm.±s.n=10)

        *P<0.05 vs blank control group and Ad5-EGFP group.

        Group 24 h 48 h 72 h Blank control 265.548 ±12.498 225.582 ±7.961167.385 ±9.790 Ad5 -EGFP 260.548 ±11.498 222.582 ±8.761 164.385 ±7.790 Ad5 -h(huán)Gax 361.643 ±9.730* 317.582 ±9.901*289.385 ±10.783*

        6 流式細胞儀分析

        流式檢測結(jié)果顯示,血清刺激72 h后,Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染組中G0/G1期VSMCs比例增高,G2/M+S期細胞減少,與空白對照組和陰性對照組相比差異顯著;而陰性對照組和空白對照組之間無顯著差異,見表3、圖7。

        表3 hGax基因過表達對血清刺激后兔VSMCs細胞周期分布的影響Table 3.The effects of hGax gene overexpression on cell cycle distribution of serum-induced rabbit VSMCs(%.±s.n=3)

        表3 hGax基因過表達對血清刺激后兔VSMCs細胞周期分布的影響Table 3.The effects of hGax gene overexpression on cell cycle distribution of serum-induced rabbit VSMCs(%.±s.n=3)

        *P<0.05 vs blank control group and Ad5-EGFP group.

        Group G0/G1 G2/M+S Blank control 44.17 ±2.0555.83 ±2.05 Ad5 - EGFP 42.57 ±2.4557.43 ±2.45 Ad5 - hGax 66.65 ±3.75*33.35 ±3.75*

        Figure 7.Effect of adenovirus- mediated hGax gene transfection on cell cycle of induced rabbit VSMCs.圖7 Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染對血清刺激后兔VSMCs細胞周期的影響

        討 論

        靜脈橋再狹窄實質(zhì)上是自體大隱靜脈為適應(yīng)動脈循環(huán)中的壓力而發(fā)生的血管重塑。Manabe等[3]研究表明VSMCs是新生內(nèi)膜的主要成分之一,其異常增殖和遷移在移植血管病理性重塑過程中起重要作用。胎牛血清作為一種復(fù)合型的營養(yǎng)物質(zhì),主要含有血小板源生長因子、堿性成纖維生長因子和溶血磷脂酸等成分,血小板源生長因子作為VSMCs的促絲分裂劑和趨化劑,對血管增殖性病變起重要作用[4];堿性成纖維生長因子可刺激血管內(nèi)皮細胞和VSMCs增殖。本實驗應(yīng)用血清刺激體外培養(yǎng)的VSMCs模型來模擬部分體內(nèi)過程,對于防治靜脈橋再狹窄的研究具有重要意義。

        同源盒基因在核苷酸序列水平上含有一段約180 bp的高度保守序列,編碼60個氨基酸,稱為同源結(jié)構(gòu)域,其中含有的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)可識別以5’-TAAT-3’為核心10~12 bp的 DNA序列,并且與DNA形成特異性結(jié)合,而其N-末端臂與DNA小溝的接觸能起到穩(wěn)定結(jié)合的作用。同源盒基因編碼的蛋白通過這種結(jié)合方式對下游靶基因的表達進行調(diào)節(jié),從而控制細胞生長、分化。Gax基因是Gorski等[5]在1993年克隆出1個主要存在于心血管系統(tǒng)的同源盒基因,其編碼蛋白是一種轉(zhuǎn)錄因子。除保守的同源結(jié)構(gòu)域外,Gax蛋白含有特殊的CAX重復(fù)結(jié)構(gòu),其對細胞增殖和分化的調(diào)節(jié)具有重要作用。Gax基因高表達于靜止期血管內(nèi)皮細胞和VSMCs。Liu等[6]研究發(fā)現(xiàn)血管外膜成纖維細胞正常狀態(tài)下表達Gax蛋白,并且Gax基因過表達可顯著減少S期細胞,增加G0-G1期細胞,從而抑制其增殖;經(jīng)研究驗證在絲裂原刺激或血管損傷后VSMCs中的 Gax 基因表達迅速下降[5,7],表明 Gax 基因在維持非增殖狀態(tài)VSMCs中起重要調(diào)節(jié)作用;Yamashita等[8]研究表明Gax是血管緊張素Ⅱ和C型鈉尿肽調(diào)節(jié)VSMCs增殖信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的共同轉(zhuǎn)錄因子,前者表現(xiàn)為促進VSMCs增殖,后者則抑制VSMCs增殖;此外,細胞表型轉(zhuǎn)化是血管增生性疾病中VSMC增殖和遷移的關(guān)鍵起始步驟[9],因而維持收縮型 VSMCs顯得至關(guān)重要,Markmann等[10]報道Gax是調(diào)節(jié)VSMCs收縮型與合成型之間相互轉(zhuǎn)化的重要調(diào)節(jié)基因之一。

        為明確Gax基因?qū)ρ宕碳ず骎SMCs增殖、遷移和周期的影響,通過過表達Gax基因,檢測細胞增殖、遷移和周期的變化是可行的有效方法,這將為以Gax基因作為候選基因,進行靜脈橋再狹窄基因治療提供一定的實驗依據(jù)。同時,基于復(fù)制缺陷型腺病毒載體的優(yōu)勢和對VSMCs具有高親和性[11],作為介導(dǎo)血管系統(tǒng)的過表達載體比較理想。通過復(fù)制缺陷型腺病毒介導(dǎo)的Gax基因可能是靜脈橋再狹窄防治的有效方法。本研究中,通過含hGax基因復(fù)制缺陷型腺病毒過表達載體轉(zhuǎn)染 VSMCs,轉(zhuǎn)染48 h后,hGax在mRNA水平上和蛋白水平上均有顯著表達,說明轉(zhuǎn)染成功,導(dǎo)入的目的基因hGax在VSMCs內(nèi)成功表達。

        本實驗通過MTT法檢測各組血清刺激后VSMCs的增殖活性,結(jié)果顯示,Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染組中的VSMCs生長速度明顯減慢,與對照組相比具有統(tǒng)計學差異,并且隨著血清刺激時間的延長而降低。Gorski等[12]研究表明Gax基因可通過激活細胞周期蛋白激酶抑制劑P21活性來抑制人臍靜脈內(nèi)皮細胞增殖。細胞增殖是由細胞周期控制的[13]。本實驗應(yīng)用流式細胞儀檢測轉(zhuǎn)染72 h后細胞周期變化的結(jié)果顯示,Ad5-h(huán)Gax轉(zhuǎn)染組中G0/G1期細胞顯著多于對照組,G2/M+S期明顯減少,統(tǒng)計學上差異顯著,提示Gax基因過表達可能通過細胞周期限制點使VSMCs處于靜止期來抑制細胞增殖。

        本研究的劃痕實驗結(jié)果顯示hGax基因過表達可明顯抑制血清刺激后VSMCs遷移,與對照組比較有統(tǒng)計學差異,而陰性對照組和空白對照組之間無顯著差異。VSMCs遷移涉及細胞表型轉(zhuǎn)化、局部黏附激酶、細胞骨架蛋白等多種因素。Witzenbichler等[14]研究發(fā)現(xiàn) Gax 基因通過抑制整合素 αγβ3、αγβ5表達來調(diào)節(jié)化學趨化因子誘導(dǎo)的 VSMCs遷移。但是Gax基因?qū)SMCs遷移抑制效應(yīng)所通過的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路目前尚無定論,仍需更深一步研究。

        總之,本研究將含hGax基因的重組腺病毒載體感染兔VSMCs,獲得過表達hGax基因的VSMCs。通過對細胞增殖、遷移和細胞周期的研究發(fā)現(xiàn):腺病毒介導(dǎo)的hGax基因過表達能有效抑制血清刺激后VSMCs的增殖和遷移;這可能通過阻滯細胞周期進展來實現(xiàn)。

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