馬 潔,郭 康,呂林亞,李新娟,王 璐,魏林郁,趙紅崗,李東亮△
NaHS對(duì)ATP誘導(dǎo)大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞P2X受體表達(dá)的影響*
馬 潔1,郭 康2,呂林亞3,李新娟1,王 璐1,魏林郁1,趙紅崗1,李東亮1△
(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)與神經(jīng)生物學(xué)教研室,2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院腫瘤內(nèi)科,3.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第三附屬醫(yī)院神經(jīng)外科,河南新鄉(xiāng)453003)
目的:觀察硫化氫(H2S)供體硫氫化鈉(NaHS)對(duì)ATP致傷的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞細(xì)胞活力、細(xì)胞膜通透性及P2X7受體表達(dá)的影響。方法:實(shí)驗(yàn)取對(duì)數(shù)期形態(tài)結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)分化良好的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞,隨機(jī)分4組,每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔。①正常對(duì)照組:常規(guī)培養(yǎng),不進(jìn)行ATP處理。②ATP組:接種細(xì)胞24 h后ATP處理。③NaHS+ATP組:NaHS預(yù)先孵育30 min后再用ATP處理,并且NaHS始終存在于反應(yīng)體系中。④KN-62(P2X7受體阻斷劑)+ATP組:KN-62預(yù)先孵育30 min,其余同NaHS+ATP組。MTT檢測(cè)各組細(xì)胞活力,熒光染料YO-PRO-1檢測(cè)各組相對(duì)熒光單位(RFU)反映膜的通透性,Western blot檢測(cè)各組P2X7受體表達(dá)水平。結(jié)果:①與對(duì)照組相比,不同濃度的ATP(1、3、5、10 mmol/L)作用3 h均可明顯降低大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞活力,NaHS(200μmol/L)干預(yù)后大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞活力較 ATP組明顯增加(p<0.01),但NaHS達(dá)400μmol/L濃度時(shí),其保護(hù)作用未進(jìn)一步增加。②隨著ATP濃度的增加,大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)YO-PRO-1的熒光強(qiáng)度顯著增加,NaHS預(yù)處理可明顯減少細(xì)胞對(duì)YO-PRO-1的攝取(p<0.01)。③ATP(3 mmol/L)能上調(diào) P2X7受體蛋白表達(dá)水平,而 NaHS(200μmol/L)預(yù)孵育則可明顯抑制 ATP引起的 P2X7受體蛋白表達(dá)的上調(diào)(p<0.01)。結(jié)論:NaHS可減少ATP致傷的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞的P2X7受體表達(dá)、降低通透性、增加細(xì)胞活力,提示調(diào)控P2X7受體的表達(dá)和功能可能是H2S神經(jīng)保護(hù)作用的重要環(huán)節(jié)。
三磷酸腺苷;嘌呤能P2X7受體;大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞;NaHS
P2X7受體是ATP門控的非選擇性陽離子通道,其廣泛表達(dá)于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞(如小膠質(zhì)細(xì)胞),正常情況下,胞外的ATP含量很低,而胞漿內(nèi)ATP濃度較高,大約在5~10 mmol/L左右。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷時(shí),例如腦外傷或缺血,損傷的腦細(xì)胞釋放出毫摩爾水平的ATP,激活周圍神經(jīng)元或膠質(zhì)細(xì)胞上的ATP受體,引起腦細(xì)胞的繼發(fā)性損傷。
大量ATP反復(fù)持久地刺激P2X7受體時(shí),不但可使其表達(dá)上調(diào)[1]還可促使其形成大膜孔,誘導(dǎo)細(xì)胞通透性增加,以致900 D以下的各種物質(zhì)(如NMDG+、YO-PRO-1、Ethidium Bromide)自由通過[2],導(dǎo)致細(xì)胞水腫、空泡形成,甚至凋亡、壞死[3]。P2X7受體大膜孔的形成是促使胞外Ca2+內(nèi)流的重要基礎(chǔ)[4]。因此越來越多的證據(jù)指出“P2X7受體是凋亡和壞死的主要介導(dǎo)者”[5],也有專家將P2X7受體稱為“死亡受體”[6]。國(guó)內(nèi)外的研究相繼證明了阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化及中風(fēng)等患者腦細(xì)胞的P2X7受體表達(dá)明顯上調(diào),也已有較多的文獻(xiàn)報(bào)道抑制P2X7受體能夠改善一些腦部疾?。?]。因此許多研究者開始認(rèn)識(shí)到P2X7受體是治療這些復(fù)雜腦部疾病的潛在靶點(diǎn),越來越受到關(guān)注。
H2S是繼NO和CO之后人類發(fā)現(xiàn)的第三種具有生物活性的內(nèi)源性氣體信號(hào)分子,內(nèi)源性H2S在腦內(nèi)表達(dá)高于其他組織器官,它也可通過影響NMDA受體易化海馬長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation,LTP),從而改善學(xué)習(xí)及認(rèn)知[8]。在阿爾茨海默病、帕金森病、中風(fēng)等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中,H2S的代謝發(fā)生紊亂,這也意味著H2S可能與這些疾病的發(fā)生發(fā)展有著重要的關(guān)系。
如上所述ATP可誘導(dǎo)繼發(fā)性腦損傷,H2S可否干預(yù)這種損傷,H2S與ATP-P2X7嘌呤信號(hào)通路之間相互聯(lián)系目前罕見文獻(xiàn)涉及。本實(shí)驗(yàn)為探討H2S對(duì)ATP毒性損傷的保護(hù)作用,闡明其機(jī)制與關(guān)鍵靶點(diǎn)及腦損傷的防治提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
噻唑藍(lán)[3-(4,5)-dimethylthiahiazo(-z-yl)-3,5-diphenyltetrazolium bromide,MTT]、ATP、NaHS、P2X7受體 阻 斷 劑 KN-62{4-[2-[(5-isoquinolinylsulfonyl)methylamino]-3-oxo-3-(4-phenyl-1-piperazinyl)propyl]phenyl ester}、DMEM培養(yǎng)基均購(gòu)自sigma公司;YOPRO-1 Iodide(MD:629)購(gòu)自美國(guó) Invitrogen公司;P2X7抗體購(gòu)自Abcam公司;胎牛血清購(gòu)自Hyclone公司,大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞購(gòu)于中國(guó)科學(xué)院上海生科院細(xì)胞資源中心。
ATP用無菌三蒸水配成500 mmol/L的母液,過濾后分裝,避光保存于-20℃,使用前培養(yǎng)基分別稀釋成 0.3 mmol/L、1 mmol/L、3 mmol/L、5 mmol/L、10 mmol/L的工作液。NaHS用無菌三蒸水配成 50 mmol/L的母液,分裝后避光保存于-20℃,使用前培養(yǎng)基分別稀釋成 100μmol/L、200μmol/L、400μmol/L的工作液。KN-62用無菌三蒸水配成10 mmol/L的母液,分裝后避光保存于-20℃,使用前培養(yǎng)基稀釋成500 nmol/L的工作液。
大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞置于含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基中,在37℃、體積分?jǐn)?shù)為5%的CO2培養(yǎng)箱中常規(guī)培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)取對(duì)數(shù)期形態(tài)結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)分化良好的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞,隨機(jī)分為對(duì)照組(DMEM培養(yǎng)基常規(guī)培養(yǎng))、ATP組(接種細(xì)胞24 h后用ATP處理)、NaHS+ATP組(NaHS孵育30 min后再用ATP處理,并且NaHS始終存在于反應(yīng)體系中)、KN-62+ATP組(KN-62預(yù)先孵育30 min,其余同H2S+ATP組)。
對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的細(xì)胞消化后,稀釋為1×109cells/L密度的細(xì)胞懸液,每孔100μl接種于96孔板中。按照上述方法分組,每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。藥物按預(yù)定作用時(shí)間處理后,加入磷酸緩沖液(PBS)配制的濃度為 5 mg/ml的 MTT 10μl,以上配液及加藥過程均需避光操作。37℃培養(yǎng)箱中孵育4 h后取出培養(yǎng)板,吸去孔內(nèi)培養(yǎng)基,每孔加入二甲基亞砜(DMSO)100μl,置搖床上低速振蕩 10 min,使結(jié)晶物充分溶解。在酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀波長(zhǎng)為490 nm處測(cè)量各孔的吸光值。根據(jù)下列公式計(jì)算各組細(xì)胞活力:活力(%)=A處理組-A空白組/A對(duì)照組-A空白組×100%,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
細(xì)胞膜孔形成時(shí)分子量為629 D的YO-PRO-1可進(jìn)入細(xì)胞與核酸結(jié)合發(fā)出綠光,因此可根據(jù)熒光強(qiáng)度反映膜孔開放的程度。YO-PRO-1與ATP同時(shí)加入各組,使YO-PRO-1溶液的終濃度為2μmol/L。37℃孵育1 h,此后使用多功能酶標(biāo)儀檢測(cè)(激發(fā)波長(zhǎng)485 nm,發(fā)射波長(zhǎng)516 nm)。YO-PRO-1熒光強(qiáng)度=(實(shí)驗(yàn)組吸光度)/(對(duì)照組吸光度)×100%。本實(shí)驗(yàn)將對(duì)照組細(xì)胞攝取的熒光強(qiáng)度定為100%,每組設(shè)3個(gè)復(fù)孔,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
各組細(xì)胞經(jīng)藥物處理結(jié)束后,棄去培養(yǎng)基,冷PBS洗滌 2次,加入細(xì)胞裂解液和 PMSF(100∶1),低溫狀態(tài)下作用30 min,4℃,15 000 r/min離心10 min,取上清后分裝入200μl EP管中,-80℃保存?zhèn)溆?,BCA法檢測(cè)蛋白定量。加入20μg/well樣品,點(diǎn)樣,100 V于 4°C電泳 1~2 h,電泳結(jié)束后,100 V轉(zhuǎn)膜1.5 h(加冰袋,4°C電泳,膜在正極,膠在負(fù)極),TBST洗膜3次,將膜放入封閉液(含5%BSA的TBST)中37°C,60 min;棄封閉液,TBST洗膜 3次;加一抗(小鼠GAPDH單克隆抗體1∶1 000;兔源 P2X7抗體1∶2 000),4°C孵育過夜;膜取出后,放入 TBST中洗 3次;加二抗 37°C孵育 1 h;膜取出,TBST洗 3次,ECL曝光法壓片曝光,實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(ˉx±s)表示,采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理,多組間顯著性檢驗(yàn)用單因素方差分析(One-way ANOVA),組間兩兩比較采用 SNK-q檢驗(yàn)。
MTT檢測(cè)細(xì)胞活力結(jié)果表明:0.3 mmol/L ATP對(duì)細(xì)胞影響較小,作用3 h后,細(xì)胞活力為95.17%,與對(duì)照組無明顯差異。隨ATP濃度增加,1 mmol/L、3 mmol/L、5 mmol/L、10 mmol/L ATP組細(xì)胞活力分別為 83.03%、72.13%、68.40%、52.50%,都明顯低于對(duì)照組(p<0.01,表 1),顯示 ATP對(duì)大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞的致傷能力。
分別給予 100μmol/L、200μmol/L、400μmol/L NaHS預(yù)孵育30 min后,再給予3 mmol/L ATP處理大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞 3 h表明:200μmol/L NaHS+ATP組細(xì)胞活力明顯高于單純ATP組(p<0.01),濃度為200μmol/L已達(dá)最佳,400μmol/L的保護(hù)作用沒有進(jìn)一步增加(表2)。
Tab.1 Effect of extracellular ATP on the survival viability and uptake of YO-PRO-1 in rat microglia(%)
分別給予不同濃度的 ATP(0 mmol/L、0.3 mmol/L、1 mmol/L、3 mmol/L、5 mmol/L、10 mmol/L)作用大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞,多功能酶標(biāo)儀檢測(cè)各組細(xì)胞YOPRO-1熒光強(qiáng)度,設(shè)對(duì)照組(0 mmol/L ATP組)熒光強(qiáng)度為100%,其余各組分別為100.31%、107.86%、112.96%、143.17%、151.82。由表1看出,隨 ATP濃度增加,各組細(xì)胞內(nèi)YO-PRO-1熒光強(qiáng)度也明顯增強(qiáng),其中 3 mmol/L、5 mmol/L及 10 mmol/L ATP組細(xì)胞內(nèi)熒光強(qiáng)度顯著高于對(duì)照組(p<0.01)。
分別使用NaHS或KN-62預(yù)孵育后,再給予3 mmol/L ATP處理,兩組細(xì)胞內(nèi)熒光強(qiáng)度分別為101.17%、102.23%,均明顯低于單純ATP處理組(p<0.01),與對(duì)照組無顯著差別。說明NaHS有類似于P2X7受體拮抗劑KN-62的作用,能明顯抑制ATP誘導(dǎo)的膜孔形成。
Tab.2 Effect of NaHSand KN-62 on the survival viability and action of YO-PRO-1 uptake induced by ATP in rat microglia(%)
3 mmol/L ATP處理 3 h后,大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞P2X7受體蛋白表達(dá)明顯上調(diào),而給予 200μmol/L NaHS預(yù)孵育30 min后再加入 ATP,P2X7受體蛋白表達(dá)則明顯低于單純ATP處理組(p<0.01,圖1,表3),由此看來NaHS能抑制ATP誘導(dǎo)的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞P2X7受體蛋白表達(dá)的上調(diào)。
Fig.1 Effect of NaHSon the levels of P2X7 receptor protein induced by ATPin rat microglia
Tab.3 Effects of NaHSon the levels of P2X7 receptor protein induced by ATPin rat microglia
由于P2X7受體在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞上高表達(dá)[9],本實(shí)驗(yàn)選用大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞,以胞外高濃度ATP處理,模擬體內(nèi)各種病理?xiàng)l件如炎癥、缺血缺氧時(shí)神經(jīng)元、膠質(zhì)細(xì)胞釋放大量ATP造成的繼發(fā)性腦損傷。通過檢測(cè)細(xì)胞活力發(fā)現(xiàn)隨ATP濃度增加大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞活力下降。給予不同濃度的NaHS處理ATP致傷的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞,結(jié)果表明給予100μmol/L NaHS細(xì)胞活力與單純ATP組相比無明顯差異,而200μmol/L NaHS預(yù)處理可明顯提高細(xì)胞活力,繼續(xù)增加NaHS濃度達(dá)400μmol/L,細(xì)胞活力未進(jìn)一步提高。表明200μmol/L的NaHS對(duì)ATP致傷腦神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用最佳。
目前很多研究者將H2S稱為新型的“神經(jīng)調(diào)質(zhì)”或“神經(jīng)遞質(zhì)”,認(rèn)為H2S具有重要的抗氧化、抗炎癥、抗凋亡作用[10]。然而H2S是否可以在ATP-P2X7嘌呤信號(hào)通路中發(fā)揮重要的保護(hù)作用,罕見文獻(xiàn)涉及,P2X7受體是否是H2S神經(jīng)保護(hù)的重要靶點(diǎn)也需要論證。本實(shí)驗(yàn)觀察了ATP誘導(dǎo)大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞通透性及P2X7受體表達(dá)的變化,檢測(cè)了NaHS對(duì)上述指標(biāo)的影響,為了解H2S與ATP-P2X7受體嘌呤信號(hào)通路之間的關(guān)系提供了一些證據(jù)。而本實(shí)驗(yàn)室在PC12細(xì)胞上的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),ATP誘導(dǎo)的鈣離子內(nèi)流及細(xì)胞通透性改變都與ATP-P2X7嘌呤信號(hào)通路(尤其是P2X7受體的激活)有著密切的聯(lián)系[11]。并在對(duì)大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞中的研究也顯示,ATP致傷后細(xì)胞通透性的增加與P2X嘌呤信號(hào)通路有著莫大的聯(lián)系[12],但是H2S是否可以通過影響或改變P2X7受體的結(jié)構(gòu)或功能而發(fā)揮重要的保護(hù)作用,尚需深入研究。
目前對(duì)P2X7受體研究的一大熱點(diǎn)聚焦于其膜孔的形成,高劑量的P2X7受體激動(dòng)劑不僅可使其陽離子通道開放,還可誘導(dǎo)其形成“大膜孔”。“大膜孔”的形成一方面破壞了細(xì)胞內(nèi)外正常的離子梯度及穩(wěn)態(tài),另一方面細(xì)胞內(nèi)900 D以下的大分子有機(jī)物經(jīng)膜孔流出胞外,加速細(xì)胞空泡形成和細(xì)胞死亡[13]。但也有指出膜孔的形成并非P2X7受體所特有,P2X2受體、P2X4受體在受到嘌呤能刺激后也能形成與P2X7受體相似的“大膜孔”。那么,在大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞中,ATP誘導(dǎo)的膜孔形成是否主要與P2X7受體相關(guān),且NaHS是否通過影響P2X7受體發(fā)揮重要的保護(hù)作用?
本文結(jié)果表明隨ATP濃度增加,細(xì)胞對(duì)YOPRO-1的攝取也逐漸增加。隨后我們給予P2X7受體特異性阻滯劑KN-62預(yù)處理細(xì)胞,結(jié)果發(fā)現(xiàn)KN-62預(yù)處理后大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)YO-PRO-1的攝取顯著低于單純ATP處理組,且與對(duì)照組無明顯差別。提示P2X7受體的激活在ATP誘導(dǎo)的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞膜孔形成中的重要性。而NaHS類似于P2X7受體阻滯劑的作用,能抑制ATP誘導(dǎo)的膜孔形成。以上結(jié)果初步表明P2X7受體蛋白可能是ATP損傷腦細(xì)胞的關(guān)鍵靶點(diǎn),而NaHS可能通過影響P2X7受體的功能發(fā)揮腦保護(hù)作用。
P2X7受體激活后發(fā)生一系列病理生理機(jī)能改變,其中不僅包括胞內(nèi)鈣離子增多、表面“大膜孔”形成,還可誘導(dǎo)膜空泡形成、線粒體損傷、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、大量自由基生成等等。也有文獻(xiàn)指出P2X7受體在腦缺血、炎癥、癲癇、神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病等腦損傷過程中都發(fā)揮著重要的破壞作用[14],因此,P2X7受體是“死亡受體”。在本實(shí)驗(yàn)中,運(yùn)用蛋白印跡法證實(shí)了ATP可上調(diào)大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞P2X7受體蛋白表達(dá)水平,使得“P2X7受體是ATP損傷細(xì)胞的關(guān)鍵靶點(diǎn)”這一工作假說得到了進(jìn)一步印證。而給予NaHS預(yù)孵育后再加入ATP處理,大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞P2X7受體蛋白表達(dá)明顯回降,與對(duì)照組相比無明顯差異,提示NaHS可下調(diào)ATP引起的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞P2X7受體蛋白的表達(dá)。表明NaHS下調(diào)P2X7受體蛋白表達(dá)可能是其保護(hù)作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
綜上所述,我們發(fā)現(xiàn)NaHS能抑制ATP誘導(dǎo)的大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞活力降低、膜孔形成及P2X7受體表達(dá)上調(diào),為證實(shí)H2S通過調(diào)控ATP-P2X7嘌呤通路而保護(hù)腦細(xì)胞奠定了基礎(chǔ)。
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Effect of NaHS on ATP-induced P2X receptor expression in rat microglia
MA Jie1,GUOKang2,LV Lin-ya3,LI Xin-juan1,WANG Lu1,WEI Lin-yu1,ZHAO Hong-gang1,LI Dong-liang1△
(1.Department of Physiology and Neurobiology,2.Department of Internal Medicine-Oncology of the Third Affiliated Hospital,3.Department of Neurosurgery of the Third Affiliated Hospital of Xinxiang Medical University,Xinxiang453003,China)
Objective:To observed the effect of sodium hydrosulphide(NaHS),a donor of H2Son the cell viability,the membrane permeability and the expression of P2X7receptor induced by adenosine triphosphate(ATP)in rat microglia.Methods:Rat microglia in logarithmic growth phase was randomly divided into 4 groups.In control group,the cells were cultured without ATPtreatment.In ATPgroup,the cells were treatment with ATPafter cultured for 24 hours.In NaHS+ATPgroup,the cells were incubated with NaHSfor 30 min before ATP,and NaHSalways existed in the reaction system.In KN-62+ATPgroup,the cells were pretreated with KN-62 for 30 min,the others were as the same as NaHS+ATPgroup.The cell viability was detected by MTT.Fluorescent dyes YO-PRO-1 was used to observe the membrane permeability.The expression of P2X7 receptor was examined by immunofluorescence staining.Results:① Compared with control group,the cell viability dropped after treatment with ATP(1、3、5、10 mmol/L)for 3 hours.When pre-incubation with NaHS(200μmol/L),the cell viability was apparently higher than that of ATP alone group(p<0.01),while 400μmol/L had no further beneficial.②The YO-PRO-1 fluorescence intensity was obviously elevated by ATPin rat microglia,but this effect was counteracted by NaHSpretreatment(p<0.01).③ The expression of P2X7 receptor protein was significantly increased after ATP(3 mmol/L)for 3 h.While the expression upregulation of P2X7 receptor protein induced by ATPwas significantly counteracted by pretreating with NaHS(200μmol/L)(p<0.01).Conclusion:NaHScould reduce the expression of P2X7 receptor,decrease membrane permeability,and increase the cell viability in rat microglia injured by ATP.So the cytoprotection of hydrogen sulfide may be related to the expression and function of P2X7 receptor.
adenosine triphosphate; purinergic P2X7 receptor; rat microglia; hydrogen sulfide
R363
A
1000-6834(2017)06-519-05
10.12047/j.cjap.5555.2017.123
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81271376,81371346);河南省高等學(xué)校重點(diǎn)科研項(xiàng)目計(jì)劃(16A310011,16A310013)
2017-01-16
2017-07-20
△【通訊作者】Tel:0373-3029104;E-mail:xyldl8@126.com