雷梅先,王云開(kāi),殷 然,李衛(wèi)勇,王迎春
(1.九江市第一人民醫(yī)院心血管內(nèi)科,江西 九江 332000;2.南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科,江西省高血壓病研究所,3.江西省腫瘤醫(yī)院,江西 南昌 330006)
長(zhǎng)期處于高糖環(huán)境的細(xì)胞,核酸和脂類物質(zhì)面對(duì)被氧化的趨勢(shì),活性氧簇激活糖基化終產(chǎn)物形成,蛋白激酶C及腎素血管緊張素醛固酮系統(tǒng)(reninangiotensin system,RASS)激活等途徑使核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)激活[1-3]。NF-κB激活后核內(nèi)轉(zhuǎn)移,抗凋亡作用減弱;同時(shí)激活各種炎性因子的產(chǎn)生,而這些促炎因子又刺激NF-κB的不斷活化,并增強(qiáng)Caspase-3的活性,導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加。研究已經(jīng)證實(shí),心肌細(xì)胞凋亡導(dǎo)致心肌重塑參與了糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy,DCM)的發(fā)生發(fā)展,NF-κB是參與細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因子。肝X受體(liver X receptors,LXRs)屬于配體激活型轉(zhuǎn)錄因子的核受體超家族成員,主要包括 LXRα和LXRβ兩個(gè)亞型,參與機(jī)體多種生理活動(dòng)的調(diào)節(jié),包括膽固醇代謝、脂肪代謝、糖代謝和炎癥調(diào)控等過(guò)程[4]。近年研究證實(shí),通過(guò) LXR途徑拮抗 NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,抑制炎癥基因NF-κB的表達(dá),人工合成的LXR激動(dòng)劑TO901317治療脊髓損傷的實(shí)驗(yàn)?zāi)P椭?,通過(guò)減少促凋亡基因Bax及上調(diào)抑凋亡基因Bcl-2的表達(dá),產(chǎn)生細(xì)胞凋亡保護(hù)的作用[5]。深入研究LXRs在DCM中的作用,對(duì)揭示DCM發(fā)病機(jī)制及尋找有效防治DCM心肌細(xì)胞凋亡具有重要的意義。
本實(shí)驗(yàn)采用高糖培養(yǎng)H9C2細(xì)胞,攜帶Nr1h2(LXRβ)和Nr1h3(LXRα)基因及空載體的重組慢病毒成功感染高糖培養(yǎng)的H9C2細(xì)胞以構(gòu)建過(guò)表達(dá)LXRs模型,觀察其對(duì)高糖培養(yǎng)H9C2細(xì)胞的影響,探討其作為分子靶點(diǎn)用于DCM防治的潛在價(jià)值。
1.1 材料 H9C2細(xì)胞購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院細(xì)胞資源中心的大鼠胚胎心肌細(xì)胞;低糖培養(yǎng)基、高糖培養(yǎng)基、胎牛血清購(gòu)自美國(guó)Hyclone公司;葡萄糖粉、甘露醇粉購(gòu)自美國(guó)Simga公司;含Nr1h2、Nr1h3基因及空載體的慢病毒、感染添加劑、感染增強(qiáng)溶液購(gòu)自上海吉?jiǎng)P基因化學(xué)技術(shù)有限公司;CCK-8溶液、細(xì)胞核蛋白提取試劑盒、Hoechst 33342購(gòu)自上海碧云天生物技術(shù)有限公司;TRIzol reagent、聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction,PCR)引物購(gòu)自美國(guó) Invitrogen公司(Tab 1);Firststrand cDNA synthesis kit、qPCR Mix購(gòu)自美國(guó) Gene Copoeia公司;總蛋白提取試劑盒、BCA蛋白定量試劑盒購(gòu)自Vazyme有限公司;兔抗NF-κB p65磷酸化抗體購(gòu)自CST公司;兔抗Cleaved caspase-3抗體購(gòu)自Cell Signaling公司;鼠抗Bax抗體購(gòu)自美國(guó)Santa Cruz公司;鼠抗 Bcl-2抗體、小鼠 anti-β-actin、辣根酶標(biāo)記山羊抗小鼠IgG、辣根酶標(biāo)記山羊抗兔IgG購(gòu)自北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司。
1.2 LXRs過(guò)表達(dá)慢病毒載體的構(gòu)建及轉(zhuǎn)染
1.2.1 慢病毒載體的構(gòu)建 從含有目的基因的質(zhì)粒中將Nr1h2和Nr1h3酶切下來(lái),酶切GV287載體使其線性化,將Nr1h2和Nr1h3片段交換入線性化慢病毒載體,后轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞,從大腸桿菌篩選出正確的載體克?。篏V287-Nr1h2和GV287-Nr1h3。PCR鑒定引物 Nr1h2,KL4081-P3:TGCAACAAGCGATCTTTCTC,EGFP-N-R:CTGGTCGAGCTGGACGGCGACG。Nr1h3,KL4077-P3:CTGGGCATGATTGAGAAGTTG,EGFP-N-R:CTGGTCGAGCTGGACGGCGACG。
Tab 1 Primer sequences for qRT-PCR
1.2.2 H9C2細(xì)胞轉(zhuǎn)染及鑒定 本課題組前期實(shí)驗(yàn)證實(shí)空載體病毒滴度約為1.5×109TU·ml-1,目的基因病毒滴度約為2×108TU·ml-1;確定 H9C2細(xì)胞感染復(fù)數(shù)(multiplicity of infection,MOI)=40為最佳感染復(fù)數(shù),其最佳感染時(shí)間為72 h。
H9C2細(xì)胞低糖培養(yǎng)24 h,當(dāng)細(xì)胞融合至40%,以MOI為40進(jìn)行轉(zhuǎn)染,具體操作參照Lentiviral Vector Particle進(jìn)行,制備H9C2 LXRs過(guò)表達(dá)細(xì)胞模型。
熒光顯微鏡下轉(zhuǎn)染效率觀察:攜帶綠色熒光蛋白(green fluorescent protein,GFP)慢病毒熒光鏡下呈綠色熒光表達(dá),轉(zhuǎn)染72 h后,用磷酸鹽緩沖液(phosphate buffered saline,PBS)洗滌細(xì)胞3次,熒光顯微鏡下觀察熒光照片和同視野下明場(chǎng)的細(xì)胞照片。
熒光轉(zhuǎn)染效率/%=熒光細(xì)胞數(shù)/同視野下白光所見(jiàn)細(xì)胞總數(shù) ×100%。實(shí)時(shí)定量逆轉(zhuǎn)錄 PCR(quantitative real-time RT-PCR,qRT-PCR)檢測(cè)轉(zhuǎn)染效果:以高糖未轉(zhuǎn)染組為陰性對(duì)照組,轉(zhuǎn)染72 h后,用qRT-PCR檢測(cè)LXRα和LXRβmRNA的表達(dá)。
1.3 方法
1.3.1 細(xì)胞分組 H9C2細(xì)胞分為6組:①對(duì)照組:正常(5.5 mmol·L-1葡萄糖)培養(yǎng) H9C2細(xì)胞;②甘露醇組:正常培養(yǎng)24 h后換液,加入5.5 mmol·L-1葡萄糖 +27.5 mmol·L-1甘露醇繼續(xù)培養(yǎng);③高糖組:正常培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h后換液,加入33 mmol·L-1葡萄糖繼續(xù)培養(yǎng);④GFP組:低糖培養(yǎng)24 h后感染空載體慢病毒,8 h后PBS洗滌,加入33 mmol·L-1葡萄糖繼續(xù)培養(yǎng);⑤LXRα組:正常培養(yǎng)24 h后感染攜帶Nr1h3基因的慢病毒,8 h后PBS洗滌,加入33 mmol·L-1葡萄糖繼續(xù)培養(yǎng);⑥LXRβ組:正常培養(yǎng)24 h后感染攜帶Nr1h2基因的慢病毒,8 h后PBS洗滌,加入33 mmol·L-1葡萄糖繼續(xù)培養(yǎng)。
1.3.2 CCK-8檢測(cè)細(xì)胞增殖抑制率 采用CCK8法檢測(cè)H9C2細(xì)胞增殖抑制率。H9C2細(xì)胞消化后計(jì)數(shù),加入100μl細(xì)胞懸液(約5 000個(gè)細(xì)胞)于96孔板,每組6個(gè)復(fù)孔,每孔加入10μl CCK-8,另設(shè)置沒(méi)有加入細(xì)胞的空白對(duì)照孔,孔中加入相應(yīng)培養(yǎng)基和CCK-8溶液,37℃培養(yǎng)箱內(nèi)繼續(xù)孵育0.5~4 h,期間每間隔1 h用酶標(biāo)儀檢測(cè)450 nm處的光密度(optical density,OD)值。
1.3.3 qRT-PCR法檢測(cè)各組細(xì)胞 Bax、Bcl-2 mRNA表達(dá) 提取各組細(xì)胞RNA,分光光度計(jì)檢測(cè)RNA純度及濃度(RNA原液濃度(mg·L-1)=OD260×40×稀釋倍數(shù),純度要求:OD260/OD280比值為 1.8~2.1之間)。按濃度計(jì)算出2μg RNA逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA,取2μl cDNA進(jìn)行qRT-PCR,以GADPH作為內(nèi)參對(duì)照,檢測(cè) Bax mRNA,Bcl-2 mRNA水平。Bax、Bcl-2、GADPH引物序列見(jiàn) Tab 1。ΔCt值 =樣本基因Ct值-對(duì)應(yīng)內(nèi)參Ct值,取參照組的平均ΔCt值為對(duì)照,ΔΔCt值=每個(gè)樣本ΔCt值-參照組的ΔCt值,計(jì)算出 2-ΔΔCt值后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
1.3.4 Western blot法檢測(cè) H9C2細(xì)胞 NF-κB p65、Bax、Bcl-2、Cleaved caspase-3、蛋白量 分別提取各組細(xì)胞的細(xì)胞核蛋白、總蛋白,用BCA法蛋白定量檢測(cè),取等量蛋白質(zhì)進(jìn)行SDS-PAGE和電轉(zhuǎn)移至NC膜,先后行一抗及二抗封閉,按照Supcrsignal west fomto trial kit試劑盒進(jìn)行操作,于化學(xué)發(fā)光成像儀中進(jìn)行曝光,檢測(cè) NF-κB p65、Bax、Bcl-2、Cleaved caspase-3蛋白表達(dá)。目的蛋白相對(duì)表達(dá)量=目的蛋白條帶光密度值/β-actin條帶光密度值,再以Control組為標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
1.3.5 Hoechst 33342細(xì)胞凋亡染色 取出6孔板培養(yǎng)的細(xì)胞,PBS洗滌后加入4%多聚甲醛固定細(xì)胞30 min,PBS洗滌;按說(shuō)明書(shū)操作,加入預(yù)混Hoechst33342染色液,均勻覆蓋后避光、37℃孵育30 min,充分洗滌后置于倒置熒光顯微鏡下觀察。
細(xì)胞凋亡率/%=凋亡細(xì)胞數(shù)/同視野下細(xì)胞總數(shù)×100%
1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均用ˉx±s表示,應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,組間比較采用方差分析。
2.1 慢病毒感染H9C2效果 熒光鏡下慢病毒感染H9C2細(xì)胞表達(dá)綠色熒光,qRT-PCR檢測(cè)LXRα、LXRβmRNA表達(dá)較未感染組明顯增高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。見(jiàn) Fig 1、2。
2.2 過(guò)表達(dá)LXRs對(duì)高糖培養(yǎng)H9C2細(xì)胞增殖抑制率的作用 與對(duì)照組相比,高糖組、GFP組H9C2細(xì)胞細(xì)胞增殖抑制率明顯增高(P<0.01),甘露醇組細(xì)胞增殖抑制率無(wú)差異(P>0.05);LXRα明顯降低高糖培養(yǎng)細(xì)胞增殖抑制率(P<0.01);LXRβ降低高糖培養(yǎng)細(xì)胞增殖抑制率(P<0.05);而GFP組與高糖組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見(jiàn) Tab 2,F(xiàn)ig 3。
Tab 2 Cell inhibition rate(%±s,n=3)
Tab 2 Cell inhibition rate(%±s,n=3)
Group ˉx s Control 0 0 Mannitol 1 1.72 High glucose 42.08 0.63 GFP 41.93 1.52 LXRα 17.22 2.34 LXRβ 36.62 2.30
Fig 1 Transfection effect of fluorescent lentivirus in H9C2 cells A:LXRα(×100);B:LXRβ(×100);C:GFP(×100)
Fig 2 The LXRαmRNA and LXRβmRNA expression after transfection lentivirus of LXRα,LXRβor empty vector respectively in H9C2 cells(xˉ±s,n=3)**P<0.01 vs high glucose
Fig 3 Proliferation inhibition rate of H9C2 cells(ˉx±s,n=3)**P<0.01 vs control;△P<0.05,△△P<0.01 vs high glucose
2.3 過(guò)表達(dá) LXRs對(duì)高糖培養(yǎng) H9C2細(xì)胞 Bax m RNA、Bcl-2 mRNA表達(dá)的影響 與對(duì)照組相比,高糖組與GFP組Bax上調(diào)及Bcl-2下調(diào)表達(dá)明顯(P<0.01),甘露醇組BaxmRNA、BclmRNA無(wú)差異(P>0.05);LXRα明顯抑制高糖培養(yǎng) H9C2細(xì)胞Bax上調(diào)及Bcl-2下調(diào)表達(dá)(P<0.01),LXRβ抑制高糖培養(yǎng)H9C2細(xì)胞Bax上調(diào)及Bcl-2下調(diào)表達(dá)(P<0.05);GFP組 BaxmRNA、BclmRNA與高糖組無(wú)差異(P>0.05)。見(jiàn) Fig 4。
2.4 過(guò)表達(dá)LXRs對(duì)高糖培養(yǎng)H9C2細(xì)胞NF-κB p65、Bax、Bcl-2、Cleaved caspase-3蛋白量的影響與對(duì)照組相比,高糖組與 GFP組 NF-κB p65、Bax、Cleaved caspase-3蛋白均明顯增高,Bcl-2蛋白降低(P<0.01),甘 露 醇 組 NF-κB p65、Bax、Bcl-2、Cleaved caspase-3蛋白無(wú)差異(P>0.05);LXRα組明顯抑制高糖培養(yǎng) H9C2細(xì)胞 NF-κB p65、Bax、Cleaved caspase-3蛋白,上調(diào)Bcl-2蛋白(P<0.01);LXRβ抑制高糖培養(yǎng) H9C2細(xì)胞 NF-κB p65、Bax、Cleaved caspase-3蛋白,上調(diào)Bcl-2蛋白(P<0.05);GFP組 NF-κB p65、Bax、Bcl-2、Cleaved caspase-3蛋白與高糖組無(wú)差異(P>0.05)。見(jiàn) Fig 5、6。
2.5 過(guò)表達(dá)LXRs對(duì)高糖培養(yǎng)H9C2細(xì)胞凋亡的影響 與對(duì)照組相比,高糖組與GFP組細(xì)胞凋亡率均明顯增高(P<0.01),甘露醇組細(xì)胞凋亡率無(wú)差異(P>0.05);LXRα明顯降低高糖培養(yǎng) H9C2細(xì)胞凋亡率(P<0.01);LXRβ降低高糖培養(yǎng) H9C2細(xì)胞凋亡率(P<0.05);GFP組細(xì)胞凋亡率與高糖組無(wú)差異(P>0.05)見(jiàn) Tab 3,F(xiàn)ig 7、8。
Fig 4 Effects of LXRs overexpression on changes of Bax,Bcl-2 level in H9C2 cells cultured in high glucose(xˉ±s,n=3)**P<0.01 vs control;△P<0.05,△△P<0.01 vs high glucose
Fig 5 Effects of LXRs overexpression on changes of NF-κB p65 protein level in H9C2 cells cultured in high glucose(±s,n=3)**P<0.01 vs control;△P<0.05,△△P<0.01 vs high glucose
Tab 3 H9C2 cells apoptosis after lentiviral transfection(%ˉx±s,n=6)
Tab 3 H9C2 cells apoptosis after lentiviral transfection(%ˉx±s,n=6)
Groupˉx±s Control 5.9±0.88 Mannitol 6.1±0.88 High glucose 15.5±1.96 GFP 14.9±3.11 LXRα 11.8±1.48 LXRβ13.1±2.08
Fig 6 Effects of LXRs overexpression on changes of Bax,Bcl-2 and cleaved caspase-3 protein level in H9C2 cells cultured in high glucose±s,n=3)**P<0.01 vs control;△P<0.05,△△P<0.01 vs high glucose
隨著人們生活水平的不斷提高,生活習(xí)慣及生活方式的改變,社會(huì)人口老齡化的出現(xiàn),糖尿病發(fā)病率逐年上升。長(zhǎng)期的高血糖可以引起眼、腎、神經(jīng)、心臟、血管等重要器官的損害,糖尿病慢性并發(fā)癥已成為糖尿病致殘、致死的主要原因。糖尿病心血管并發(fā)癥包括心臟和大血管上的微血管病變、心肌病變、心臟自主神經(jīng)病變和冠心病,是2型糖尿病患者的首要死亡原因[6]。DCM是糖尿病獨(dú)立的并發(fā)癥,是糖尿病引起心臟微血管病變和心肌代謝紊亂所致心肌的廣泛局灶性壞死;其發(fā)病機(jī)制涉及糖脂代謝紊亂、胰島素抵抗、氧化應(yīng)激、RASS激活、心臟自主神經(jīng)病變、心肌細(xì)胞凋亡等;重要特征之一是心肌間質(zhì)膠原纖維沉積和心肌纖維化,早期通常表現(xiàn)為心肌順應(yīng)性降低和舒張期充盈受限為主的舒張功能不全,晚期以收縮功能不全為主,易發(fā)生充血性心力衰竭[7]。
高血糖通過(guò)NF-κB、p38絲裂原活化蛋白激酶、c-Jun氨基末端激酶/應(yīng)激激活蛋白酶、蛋白激酶K、活性氧物質(zhì)增加和細(xì)胞內(nèi)抗氧化物谷胱甘肽衰竭等導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[8]。大量的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)可以引起前-凋亡蛋白Bax的活化,誘導(dǎo)線粒體釋放細(xì)胞色素C、形成凋亡小體或啟動(dòng)caspase-9的活化,該凋亡途徑可被各種抗凋亡蛋白,包括Bcl-2蛋白等凋亡抑制因子所調(diào)控。本研究通過(guò)H9C2細(xì)胞體外高糖培養(yǎng)證實(shí),高糖通過(guò)激活NF-κB信號(hào)通路,上調(diào)促凋亡基因(Bax)及抑制抑凋亡基因(Bcl-2)的表達(dá),啟動(dòng)凋亡程序,激活凋亡執(zhí)行蛋白(caspase-3)的表達(dá),誘導(dǎo)H9C2細(xì)胞凋亡。相關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,與高糖相同滲透壓的低糖培養(yǎng)對(duì)細(xì)胞凋亡相關(guān)因子及細(xì)胞的凋亡未見(jiàn)明顯影響,本實(shí)驗(yàn)中甘露醇組與低糖組NF-κB p65、Bax、Bcl-2、Cleaved caspase-3蛋白及細(xì)胞凋亡均無(wú)明顯差異[9-10]。
Fig 7 H9C2 cell apoptosis after LXRs overexpressionA:Control;B:Mannitol(×100);C:High glucose;D:GFP(×100);E:LXRα;F:LXRβ(×100)
Fig 8 Effects of LXRs overexpression on changes of cell apoptosis rate in H9C2 cells cultured in high glucoseˉx±s,n=10)**P<0.01 vs control;△P<0.05,△△P<0.01 vs high glucose
LXRs作為一種氧化型固醇激活的核受體,LXRs包括 LXRα(NR1H3)和 LXRβ(NR1H2)兩種同源亞型,參與機(jī)體多種生理活動(dòng)的調(diào)節(jié),包括膽固醇代謝、脂肪代謝、糖代謝和炎癥調(diào)控等過(guò)程[4]。LXRs可抑制肝臟糖異生和減少血漿中葡萄糖的濃度,改善胰島素抵抗,促進(jìn)胰島B細(xì)胞分泌胰島素[4,11],因此有望作為治療2型糖尿病的藥物靶點(diǎn)。LXRs激動(dòng)劑可以抑制一系列炎癥介質(zhì)的表達(dá),與LXRs抑制 NF-κB的表達(dá)有關(guān)[12]。研究證實(shí)[13],在致病菌感染的巨噬細(xì)胞,LXRs通過(guò)上調(diào)抗凋亡因子,緩解巨噬細(xì)胞的凋亡。LXRs激動(dòng)劑GW3695可減輕大鼠腦缺血/再灌注損傷,這一效應(yīng)與LXRs抑制神經(jīng)細(xì)胞NF-κB活性、降低其靶基因環(huán)氧化酶-2表達(dá)有關(guān)[14]。小鼠內(nèi)臟動(dòng)脈阻斷性休克的研究發(fā)現(xiàn),LXRs激動(dòng)劑T0901317通過(guò)抑制絲裂原活化蛋白激酶、NF-κB信號(hào)通路,調(diào)控凋亡相關(guān)基因Fas、Bax、Bcl-2的表達(dá),從而減輕內(nèi)臟器官的再灌注損傷[15]。體外培養(yǎng)的乳鼠心肌細(xì)胞中復(fù)制缺氧/復(fù)氧模型,觀察到外源性激活LXRs通過(guò)抑制NF-κB活化、減輕心肌細(xì)胞炎癥及凋亡[16]。本研究通過(guò)LXRs過(guò)表達(dá)慢病毒載體的構(gòu)建,轉(zhuǎn)染高糖體外培養(yǎng)的H9C2細(xì)胞,檢測(cè)NF-κB及凋亡相關(guān)蛋白Cleaved caspase-3、促凋亡及抑制凋亡因子的表達(dá)。結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染過(guò)表達(dá)LXRs慢病毒組NF-κB及凋亡相關(guān)蛋白Cleaved caspase-3的表達(dá)、Bax mRNA的表達(dá)、細(xì)胞凋亡率明顯降低,而B(niǎo)cl-2 mRNA明顯上調(diào),過(guò)表達(dá)LXRα組更為明顯,表明過(guò)表達(dá)LXRs明顯抑制高糖環(huán)境 NF-κB的活化,下調(diào) Bax/Bcl-2的比例及Cleaved caspase-3的表達(dá),抑制細(xì)胞凋亡的發(fā)生。我們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)LXRα減輕高糖誘導(dǎo)H9C2細(xì)胞凋亡的作用較LXRβ更為明顯,LXRα、LXRβ兩者在DNA及配體結(jié)合域中77%的氨基酸序列具有同一性,LXRα在肝臟高度表達(dá),其他與脂代謝密切的組織也有大量表達(dá),LXRβ在全身各組織中都有廣泛的表達(dá),但其作用的區(qū)別尚待進(jìn)一步研究。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,非選擇性LXRs激動(dòng)劑上調(diào)脂肪酸合成酶的表達(dá),使肝細(xì)胞合成甘油三酯增加,引發(fā)高甘油三酯血癥和脂肪肝,還能使低密度脂蛋白膽固醇水平升高[17-20],潛在的危險(xiǎn)性使我們需要設(shè)計(jì)更高選擇性和組織特異性的的LXRs激動(dòng)劑。
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中國(guó)藥理學(xué)通報(bào)2014年12期