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        KLF4基因沉默對大鼠肝星狀細胞HSC-T6膠原代謝的影響及機制研究

        2016-10-18 05:53:01李濤牛麗娟劉文宣楊磊李曼曹丹丹彭亂順
        河北醫(yī)藥 2016年20期
        關(guān)鍵詞:檢測

        李濤 牛麗娟 劉文宣 楊磊 李曼 曹丹丹 彭亂順

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        ·論著·

        KLF4基因沉默對大鼠肝星狀細胞HSC-T6膠原代謝的影響及機制研究

        李濤牛麗娟劉文宣楊磊李曼曹丹丹彭亂順

        目的探討大鼠KLF4基因沉默,對大鼠肝星狀細胞HSC-T6膠原代謝的影響及其機制。方法設(shè)計并構(gòu)建針對大鼠KLF4基因的3個干擾質(zhì)粒(pGPU6-1,pGPU6-2,pGPU6-3)以及陰性對照。采用實時熒光定量RT- PCR(Real-time RT- PCR )和western blot的方法分析KLF4 mRNA和蛋白的表達情況,篩選出沉默最好的干擾質(zhì)粒,將篩選出來的干擾質(zhì)粒pGPU6-3,轉(zhuǎn)染大鼠HSC-T6細胞。轉(zhuǎn)染24 h和48 h后分別采用Real-time RT-PCR法和western blot的方法檢測Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原、基質(zhì)金屬蛋白酶-13(matrix metalloproteinase-13,MMP-13)、基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1,TIMP-1)mRNA和蛋白的表達。Real-time RT-PCR法以GAPDH為內(nèi)參照,用2-ΔΔCt法進行分析計算。western blot的方法以β-actin蛋白為內(nèi)參照,進行分析。結(jié)果Real-time RT- PCR結(jié)果顯示,pGPU6-3轉(zhuǎn)染大鼠HSC-T6細胞后,Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原和TIMP-1相對于對照組的mRNA表達分別下降為0.358±0.038,0.298±0.041和0.478±0.048; 而MMP-13 mRNA的表達則上升為1.712±0.034。Western Blot檢測中,pGPU6-3轉(zhuǎn)染大鼠HSC-T6細胞后,以β-actin為內(nèi)參照,Ⅰ型膠原蛋白,Ⅲ型膠原蛋白和TIMP-1蛋白的表達分別下降為0.326±0.051,0.283±0.074和0.331±0.039;而MMP-13蛋白的表達則上升為1.273±0.038。結(jié)論KLF4基因沉默可以顯著減少大鼠HSC-T6細胞Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原的表達,其機制與增加MMP-13表達,而抑制TIMP-1的表達有關(guān)。

        人肝星狀細胞;KLF4;Ⅰ型膠原;Ⅲ型膠原;MMP-13

        肝纖維化的本質(zhì)是由于細胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的合成與降解不平衡所導致ECM的過度沉積。正常肝臟中ECM的主要成份是Ⅰ型膠原(collagen Ⅰ,Col Ⅰ)和Ⅲ型膠原(collagen Ⅲ,Col Ⅲ),其他膠原所占比例較少[1]。而肝星狀細胞(hepatic stellate cells, HSCs) 是肝臟中的ECM的主要合成細胞,同時,HSCs還能分泌多種膠原酶和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)以降解ECM,同時分泌基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑-1(tissue inhibitor of metalloproteinase-1,TIMP-1)防止膠原過度降解,使肝臟ECM的合成和分解處在一個動態(tài)平衡中[2]。KLF4是Krüppel樣因子(Krüppel-like factors,KLFs)家族的重要成員,具有調(diào)節(jié)某些細胞的增殖、分化以及凋亡等重要功能[3]。那么,KLF4基因沉默是否會對HSCs的膠原的代謝產(chǎn)生影響?本研究將篩選出沉默效果最好的干擾質(zhì)粒,轉(zhuǎn)染大鼠HSC-T6細胞,觀察KLF4沉默是否可以對HSCs的膠原代謝及其相關(guān)酶類產(chǎn)生影響。

        1 材料與方法

        1.1主要試劑大鼠肝星狀細胞HSC-T6購自中南大學湘雅醫(yī)院細胞中心;DMEM培養(yǎng)基、胎牛血清、胰蛋白酶、青鏈霉素購自美國GIBCO公司;Liprofectamine 2000、Trizol reagent購自美國Invitrogen公司;SYBR Green Real-Time試劑盒購自北京百泰克公司;M-mlV Reverse Transcriptase試劑盒購自美國GeneCopoeia公司;無內(nèi)毒素質(zhì)粒大提試劑盒 購自北京天根公司;兔抗大鼠TIMP-1多克隆抗體購自美國abcam公司;兔抗大鼠MMP-13、兔抗大鼠Ⅰ型膠原多克隆抗體購自美國GeneTex公司、兔抗大鼠Ⅲ型膠原多克隆抗體購自美國Santa Cruz公司;兔抗大鼠KLF4、β-actin單克隆抗體購自美國epitomics公司;IRDye800 Anti-Rabbit IgG購自美國Rockland公司。

        1.2方法

        1.2.1參考Genbank中的大鼠KLF4的基因序列,依據(jù)siRNA設(shè)計原則,分別設(shè)計3對siRNA序列,使用BLAST將選定的序列和相應(yīng)的大鼠基因組數(shù)據(jù)庫進行比較,排除與其他編碼序列同源的序列。同時,設(shè)計一條陰性對照dsRNA。利用含U6啟動子的pGPU6/GFP/Neo表達質(zhì)粒,構(gòu)建其RNA干擾重組體。交由上海吉瑪制藥技術(shù)有限公司構(gòu)建。干擾質(zhì)粒pGPU6-1靶序列:GGACCTAGACTTTATCCTTTC;干擾質(zhì)粒pGPU6-2靶序列:GGTCATCAGTGTTAGCAAAGG;干擾質(zhì)粒pGPU6-3靶序列:GGAACTCTCTCACATGAAGCG;干擾質(zhì)粒pGPU6陰性對照靶序列: GTTCTCCGAACGTGTCACGT。

        1.2.2細胞培養(yǎng):在37℃,5% CO2培養(yǎng)箱中,用含12%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基常規(guī)培養(yǎng)HSC-T6細胞。當細胞生長至合適匯合度時用0.25%胰蛋白酶消化細胞,進行傳代培養(yǎng),待細胞處于對數(shù)生長期時用于實驗。

        1.2.3干擾質(zhì)粒瞬時轉(zhuǎn)染大鼠HSC-T6細胞:用天根公司質(zhì)粒抽提試劑盒將構(gòu)建好的干擾載體重組質(zhì)粒從保存菌DH5a中抽提出來,根據(jù)試劑說明,轉(zhuǎn)染前1 d將細胞接種至6孔板,在轉(zhuǎn)染前6 h更換為無抗生素的Opti-MEM培養(yǎng)基,至70%匯合度時轉(zhuǎn)染。根據(jù)lipofectamine 2000的Protocol分別配置A, B液,溶液A:用Opti-MEM培養(yǎng)基稀釋干擾質(zhì)粒到總體積50 μl。溶液B:用Opti-MEM培養(yǎng)基稀釋4 μl脂質(zhì)體到總體積50 μl,室溫孵育5 min?;旌先芤篈和B,室溫孵育20 min,將100 μl脂質(zhì)體/DNA混合物加入6孔培養(yǎng)板內(nèi),置于5% CO2,37℃培養(yǎng)箱孵育6 h,然后更換為2 ml含10%小牛血清的新鮮DMEM生長培養(yǎng)基。于轉(zhuǎn)染后24 h和48 h提取RNA和蛋白進行檢測。

        1.2.4Real time RT-PCR檢測HSC-T6中KLF4、Col Ⅰ、Col Ⅲ、MMP-13、TIMP-1mRNA的表達轉(zhuǎn)染干擾質(zhì)粒24 h后用PBS清洗細胞,每孔加入1 ml Trizol,充分裂解,將裂解液轉(zhuǎn)至EP管中,加入200 μl氯仿;4℃,12 000 r/min離心15 min,把上層無色液相移入新的EP管,加入等體積異丙醇,顛倒混勻,室溫靜置30 min;4℃,12 000 r/min離心10 min,棄上清;加入1 ml 75%乙醇,洗滌沉淀;4℃,5 000 r/min離心3 min,倒出液體;室溫晾干,加入DEPC水20 μl溶解。將細胞總RNA 2 μg,采用M-mlV Reverse Transcriptase試劑盒進行反轉(zhuǎn)錄,使用SYBR Green Real-Time試劑盒,對反轉(zhuǎn)錄所獲得的cDNA進行Real time RT-PCR檢測,選取2 μl cDNA于20 μl反應(yīng)體系中進行反應(yīng),反應(yīng)在Rotor-GeneTM6000(Corbett)中進行,循環(huán)條件為94℃ 5 min,94℃ 15 s,55℃ 15 s,72℃ 15 s共35個循環(huán)。以GAPDH作為內(nèi)參基因,采用Primer3.0軟件,設(shè)計所需片段的擴增引物,由華大基因公司合成與純化,序列如下: 大鼠KLF4上游引物序列:5’-GAACTGACCAGGCACTACCG-3’下游引物序列:5’-CTTGCTGGGAACTTGACCAT-3’;大鼠Col Ⅰ上游引物序列:5’- ATCTTTCTCCACGTTCGCGT-3’下游引物序列:5’- GGAAGTCGCTTCATGTGGGA-3’;大鼠Col III上游引物序列:5’- TGGTATCGTGGAAGGACTCA-3’下游引物序列:5’- CCAGTAGAGGCAGGGATGAT-3’;大鼠MMP-13上游引物序列:5’-AGGAGCATGGCGACTTCTAC-3’下游引物序列:5’-AGACCTAAGGAGTGGCCGAA-3’;大鼠TIMP-1上游引物序列:5’-CAAGTTCAACGGCACAGTCA-3’下游引物序列:5’-CCATTTGATGTTAGCGGGAT-3’;大鼠GAPDH上游引物序列:5’-CAAGTTCAACGGCACAGTCA-3’下游引物序列:5’-CCATTTGATGTTAGCGGGAT-3’,每個樣本重復三次,取平均值為Ct值,用儀器自帶軟件進行熒光定量分析,計算出△Ct值,采用相對定量2-ΔΔCt法比較目的基因mRNA的表達變化。

        1.2.5Western blot法檢測HSC-T6中KLF4、Col Ⅰ、Col Ⅲ、MMP-13、TIMP-1及對照β-actin蛋白表達:轉(zhuǎn)染干擾質(zhì)粒 48 h后用PBS清洗細胞,加入適量RIPA裂解液,用細胞刮收獲細胞裂解物,移入EP管;離心,12 000 g,15 min,取上清液加入2×loading buffer,100℃煮沸5 min,取上清待用。取細胞總蛋白80 μg,經(jīng)10% SDS-PAGE凝膠120V電壓進行電泳分離,之后電轉(zhuǎn)移至PVDF膜上,將PVDF膜置于5%脫脂奶粉(0.05%TBST配制)中封閉1 h,分別加入兔抗大鼠KLF4 (1∶500稀釋),兔抗大鼠TIMP-1(1∶1 000稀釋),兔抗大鼠MMP-13(1∶1 000稀釋)、兔抗大鼠Col Ⅰ(1∶1 500稀釋)、兔抗大鼠Col Ⅲ(1∶500稀釋)、兔抗大鼠β-actin(1∶3 000稀釋)孵育PVDF膜,4℃過夜。TBST洗膜3次,每次10 min。利用TBS配制的紅外染料標記的二抗 IRDye800 Anti-Rabbit IgG (1∶15 000 稀釋)孵育PVDF膜,室溫1 h。TBS洗膜3次,每次10 min。利用Odyssey掃描儀對PVDF膜進行掃描顯影并保存圖像。

        2 結(jié)果

        2.1干擾質(zhì)粒對HSC-T6細胞KLF4的沉默效果3種干擾質(zhì)粒(pGPU6-1,pGPU6-2,pGPU6-3)以及陰性對照分別轉(zhuǎn)染HSC-T6細胞24 h后,應(yīng)用Real-time RT-PCR檢測HSC-T6中KLF4的mRNA表達情況。應(yīng)用2-ΔΔCt法結(jié)果顯示,pGPU6-1組、pGPU6-2組和pGPU6-3組相對于對照組的KLF4 mRNA的表達分別是0.601±0.043,0.548±0.051和0.282±0.027(P<0.05)??梢姡琾GPU6-3組對KLF4 mRNA的沉默效果最好。3種干擾質(zhì)粒轉(zhuǎn)染HSC-T6細胞后48h,應(yīng)用western blot法檢測HSC-T6中KLF4的蛋白表達情況。與內(nèi)參蛋白β-actin相比, pGPU6-1組,pGPU6-2組和pGPU6-3組KLF4 蛋白表達分別是0.513±0.032,0.475±0.042和0.305±0.035(P<0.05)。與mRNA的結(jié)果類似,pGPU6-3組對KLF4 蛋白的沉默效果最好。故后續(xù)試驗均采用干擾質(zhì)粒pGPU6-3沉默KLF4的表達。見表1,圖1。

        2.2Real time RT-PCR檢測HSC-T6中Col、Col Ⅲ、

        組別KLF4mRNA(2-ΔΔCt)KLF4蛋白(protein/β-actin)對照組1.008±0.0220.901±0.028pGPU6-10.601±0.043*0.513±0.032*pGPU6-20.548±0.051*0.475±0.042*pGPU6-30.282±0.027*0.305±0.035*

        注:與對照組比較,*P<0.05

        圖1western blot檢測轉(zhuǎn)染三種干擾質(zhì)粒 48 h后HSC-T6中KLF4的蛋白表達結(jié)果

        mRNA以及western blot技術(shù)檢測相應(yīng)蛋白的表達 干擾質(zhì)粒pGPU6-3轉(zhuǎn)染HSC-T6細胞后24h,應(yīng)用Real time RT-PCR檢測HSC-T6中Col Ⅰ、Col Ⅲ的mRNA表達情況。以Control組為對照組,Col Ⅰ、Col Ⅲ相對于Control組的mRNA的表達分別是0.358 ±0.038,0.298±0.041(P<0.05)。與mRNA的結(jié)果類似,pGPU6-3轉(zhuǎn)染HSC-T6細胞后48 h,應(yīng)用western blot法檢測HSC-T6中Col Ⅰ、Col Ⅲ的蛋白表達情況。以β-actin為內(nèi)參照,Col Ⅰ,Col Ⅲ型膠原蛋白的表達分別下降為0.326±0.051和0.283±0.074(P<0.05)。見表2,圖2。

        組別ColⅠmRNAlevel(2-ΔΔCt)ColⅠ蛋白(protein/β-actin)ColⅢmRNAlevel(2-ΔΔCt)ColⅢ蛋白(protein/β-actin)對照組1.007±0.0130.998±0.0121.003±0.0120.995±0.023pGPU6-30.358±0.038*0.326±0.051*0.298±0.041*0.283±0.074*

        注:與對照組比較,*P<0.05

        2.3Real time RT-PCR檢測HSCs中MMP-1、TIMP-1、MMP-13 mRNA以及Western blot技術(shù)檢測相應(yīng)蛋白的表達。pGPU6-3轉(zhuǎn)染HSC-LX2細胞后24h,應(yīng)用Real time RT-PCR檢測HSC-T6中MMP-13、TIMP-1的mRNA表達情況。應(yīng)用2-ΔΔCt法結(jié)果顯示,以Control組為對照組,MMP-13、TIMP-1相對于Control組的mRNA的表達分別是1.712 ±0.034,0.478±0.048(P<0.05)見表3。與mRNA的結(jié)果類似,pGPU6-3轉(zhuǎn)染HSC-T6細胞后48 h,應(yīng)用western blot法檢測HSC-T6中MMP-1、TIMP-1的蛋白表達情況,以β-actin為內(nèi)參照,則MMP-1蛋白表達上升為1.273±0.038,而TIMP-1蛋白的表達下降為0.331±0.039(P<0.05)見表3,圖3。

        圖2western blot檢測轉(zhuǎn)染pGPU6-3 48h后HSC-T6中ColI I、ColI III蛋白的表達結(jié)果

        圖3western blot檢測轉(zhuǎn)染pGPU6-3 48h后HSC-T6中MMP-13、TIMP-1蛋白的表達

        組別MMP-13mRNAlevel(2-ΔΔCt)MMP-13proteinlevel(protein/β-actin)TIMP-1mRNAlevel(2-ΔΔCt)TIMP-1proteinlevel(protein/β-actin)對照組0.991±0.0130.812±0.0411.005±0.0170.791±0.044pGPU6-31.712±0.034*1.273±0.038*0.478±0.048*0.331±0.039*

        注:與對照組比較,*P<0.05

        3 討論

        肝纖維化過程中,一個重要的特征就是新合成的ECM增加速度超過了ECM的降解速度。實際上,肝纖維化的本質(zhì)就是由于 ECM合成與降解不平衡所導致ECM的過度沉積[1]。正常肝臟中ECM的主要成份是Col Ⅰ和Col Ⅲ,且以Col I的增加為主,Col Ⅰ的含量可以達到60%~70%,其他膠原所占比例較少。另外也包含一些非膠原成分,例如纖連蛋白,層連蛋白等成分[4]。這些ECM不斷地被基質(zhì)降解蛋白酶類分解,維持動態(tài)的平衡。肝星狀細胞HSCs是正常及纖維化肝臟中的ECM的主要合成細胞,其合成量是肝細胞的10倍、內(nèi)皮細胞的20倍以上[5]。同時,HSCs還能夠分泌多種酶類來調(diào)節(jié)ECM的代謝。這些蛋白酶中最重要的是MMP。MMP能夠降解除多糖外的所有ECM。按其結(jié)構(gòu)和功能的差異,MMP共可分為四類[6]:第一類是間質(zhì)膠原酶(MMP-1,MMP-13等),主要水解Col Ⅰ和Col Ⅲ等纖維類膠原,在維持ECM的平衡中起著關(guān)鍵作用;第二類是明膠酶(MMP-2,MMP-9),主要水解明膠蛋白和變性膠原蛋白;第三類是基質(zhì)水解酶(MMP-3,MMP-10等),主要水解糖蛋白和Col IV等。第四類是基膜型酶(MMP-7,MMP-12,MMP-12等),具有激活其他MMP的作用。MMP的活性受三個水平的調(diào)節(jié),即轉(zhuǎn)錄水平、膠原激活以及基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑(tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMP)的調(diào)節(jié)。TIMP家族共有四個成員TIMP-1,TIMP-2,TIMP-3,TIMP-4,而肝臟中只有TIMP-1和TIMP-2,且TIMP-1 活力最強。TIMPs以1∶1的比例與MMPs形成高親和力復合物,抑制MMPs的活性,從而增加ECM的沉積[7]。研究表明,在大鼠肝纖維化自發(fā)恢復的模型中,MMP-13的表達水平是升高的,而TIMP-1的表達水平是逐漸下降的。相反,研究發(fā)現(xiàn)如果提高TIMP-1的表達,減少MMP-13的表達,可以使大鼠的纖維化程度加深[8]。所以,如何在纖維化的肝臟中增加MMP-1以及大鼠中的MMP-13的表達,或者減少TIMP-1的表達,來減少肝纖維化中膠原的產(chǎn)生,減輕肝纖維化,已經(jīng)成為肝纖維化研究中的熱點問題。例如,Hu等采用腺病毒載體將針對纖溶酶原激活物抑制劑-1基因的shRNA轉(zhuǎn)導入纖維化大鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)與對照組相比,肝纖維化程度明顯減輕。進一步研究發(fā)現(xiàn)其作用機制可能是通過上調(diào)MMP-13水平,而下調(diào)TIMP-1水平[9]。Ozaki等將肝細胞生長因子加入人HSC-LI90細胞中,發(fā)現(xiàn)ColI表達量明顯減少,其機制可能是由于MMP-1表達量增加,促進了膠原的降解[10]。

        與上述研究類似,因為KLF4是Krüppel樣因子(Krüppel-like factors,KLFs)家族的重要成員,具有調(diào)節(jié)某些細胞的增殖、分化以及凋亡等重要功能[3],故本研究設(shè)計合成了針對大鼠靶向KLF4的RNA干擾質(zhì)粒載體,并篩選出沉默效果最好的干擾質(zhì)粒載體,通過沉默KLF4表達,使大鼠HSC-T6細胞的Col I和ColIII的表達明顯下降,同時MMP-13的表達增高以及TIMP-1的表達下調(diào)。綜上所述,KLF4是通過上調(diào)MMP-13以及下調(diào)TIMP-1的表達來調(diào)節(jié)HSC-T6的膠原合成與代謝,降低了肝纖維化的程度,為肝纖維化的防治提供了新的研究方向。

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        Effects and action mechanism of KLF4 gene silence on collagen metabolism in hepatic stellate cells of rats

        LITao*,NIULijuan,LIUWenxuan*,etal.

        *DepartmentofEpidemiologyandHealthStatistics,SchoolofPublicHealth,HebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050017,China

        ObjectiveTo investigate the effects of silencing KLF4 expressions on collagen metabolism in hepatic stellate cells-T6 (HSC-T6) of rats.MethodsThe three interference plasmids (pGPU6-1,pGPU6-2,pGPU6-3) targeting at KLF4 gene of rats and negative control plasmid were designed and established.The expression levels of KLF4 mRNA and protein were detected by real time fluorescent quantitation RT- PCR (Real-time RT- PCR) and Western Blot to select out the interference plasmid that had the best silencing effects. Then the interference plasmid (pGPU6-3) was transfected into HSC-T6 cells of rats.On 24h and 48h after transfection, the expression levels of typeⅠcollagen,type Ⅲ collagen,matrix metalloproteinase-13 (MMP-13), tissue inhibitor of metalloproteinase-1 (TIMP-1) mRNA and protein were detected by Real-time RT- PCR and Western Blot,respectively. Real-time RT-PCR data were analyzed and calculated by 2-ΔΔCtmethod by taking GAPDH as an internal reference,however, Western Blot examination results were analyzed by using β-actin as internal reference protein.ResultsThe examination results by Real-time RT- PCR showed that after HSC-T6 cells of rats were transfected by pGPU6-3, the expression levels of typeⅠcollagen,type Ⅲ collagen and TIMP-1 were decreased by 0.358±0.038,0.298±0.041, 0.478±0.048, respectively, however, the expression levels of MMP-13 mRNA were increased by 1.712±0.034. The Western Blot showed that after HSC-T6 cells of rats were transfected by pGPU6-3, the expression levels of typeⅠcollagen,type Ⅲ collagen and TIMP-1 were decreased by 0.326±0.051,0.283±0.074,0.331±0.039,respectively,however, the expression levels of MMP-13 were increased by 1.273±0.038.ConclusionThe KLF4 gene silencing can significantly decrease the expression levels of typeⅠcollagen and type Ⅲ collagen in HSC-T6 cells of rats,and its action mechanism may be correlated to increasing the expressions of MMP-13 and inhibiting the expressions of TIMP-1.

        rat hepatic stellate cells; KLF4;typeⅠcollagen;type Ⅲ collagen;MMP-13

        10.3969/j.issn.1002-7386.2016.20.009

        050017石家莊市,河北醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計學教研室(李濤、劉文宣、楊磊、李曼、曹丹丹);河北省石家莊市第三醫(yī)院腫瘤科(牛麗娟);河北省石家莊市第三醫(yī)院老年病科(彭亂順)

        彭亂順,050011河北省石家莊市第三醫(yī)院老年病科;

        E-mail:litao771018@163.com

        R 575.2

        A

        1002-7386(2016)20-3080-05

        2016-03-29)

        項目來源:河北省醫(yī)學科學研究重點課題計劃(編號:20150627)

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