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        SAHA對糖尿病大鼠腎組織Twist和HDAC1表達(dá)的影響*

        2018-01-19 07:33:51蔣小涵王圓圓張瑩瑩石明雋
        中國病理生理雜志 2018年1期
        關(guān)鍵詞:乙酰化腎小管纖維化

        蔣小涵, 肖 瑛, 王圓圓, 張瑩瑩, 石明雋, 郭 兵

        (貴州醫(yī)科大學(xué)病理生理學(xué)教研室, 貴州省高校重大疾病發(fā)病機(jī)制研究及藥物防治特色重點實驗室, 貴州 貴陽 550025)

        Twist屬于高度保守的堿性螺旋-環(huán)-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子家族,在動物和人的胚胎發(fā)育、誘導(dǎo)細(xì)胞遷移以及組織塑形中起重要作用。近期研究證實,Twist參與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)過程,是EMT重要誘導(dǎo)因子之一[1],而EMT是各種器官發(fā)生纖維化的中心事件。已有文獻(xiàn)報道,在病毒感染的肺纖維化[2]、單側(cè)輸尿管梗阻(unilateral ureteral obstruction,UUO)腎臟纖維化模型[3]和高糖刺激的人腹膜間質(zhì)纖維化[4]中Twist都高表達(dá),由此推測Twist在纖維化病變中發(fā)揮重要作用。但是在糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)腎纖維化中,Twist表達(dá)水平及其調(diào)控鮮有報道。

        辛二酰苯胺異羥肟酸(suberoylanilide hydroxamic acid,SAHA)又名伏立諾他(vorinostat),是第2代的組蛋白去乙酰化酶抑制劑(histone deacetylase inhibitor,HDACi),可抑制HDAC1、HDAC2、HDAC3和HDAC6的活性[5]。目前,HDACi治療器官纖維化越來越受到關(guān)注。已有研究表明,在肝纖維化、腎纖維化和肺纖維化中,HDACi都能明顯減輕纖維化程度[6-7]。前期研究在百草枯中毒致大鼠肺纖維化模型中發(fā)現(xiàn),組蛋白去乙?;种苿㏒AHA能夠降低纖維化的肺組織和細(xì)胞中HDAC1的蛋白水平和活性,從而發(fā)揮抗纖維化效應(yīng)[8]。另有研究發(fā)現(xiàn),HDAC1過表達(dá)會被某些EMT轉(zhuǎn)錄因子募集,影響EMT的進(jìn)程,從而導(dǎo)致疾病的產(chǎn)生[9-10]。

        本研究以鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)復(fù)制的大鼠糖尿病(diabetes mellitus,DM)模型為研究對象,檢測SAHA對糖尿病腎病大鼠腎纖維化病變的影響、Twist在糖尿病大鼠腎組織中的作用和SAHA治療后Twist的變化,并對其相關(guān)機(jī)制進(jìn)行初步探討,為臨床治療糖尿病腎病提供新的思路。

        材 料 和 方 法

        1 材料

        1.1實驗動物 健康清潔級雄性 Sprague-Dawley (SD)大鼠,體重(160±20)g,購于北京華阜康生物科技有限公司,許可證號為[SCXK(京)2009-0004]。

        1.2實驗試劑 STZ(Sigma);SAHA(BioChemPartner);兔抗Twist多克隆抗體和鼠抗Ⅳ型膠原(collgen type Ⅳ,Col-Ⅳ)多克隆抗體(Sigma);兔抗HDAC1多克隆抗體,鼠抗α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)多克隆抗體(Santa Cruz);兔抗上皮鈣黏蛋白(E-cadherin)多克隆抗體(北京博奧森公司);小鼠抗大鼠β-actin 單克隆抗體、辣根過氧化物酶標(biāo)記羊抗鼠 IgG 和辣根過氧化物酶標(biāo)記羊抗兔 IgG(武漢普美克生物技術(shù)有限公司);血糖儀和血糖試紙(強(qiáng)生有限公司);聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜(Millipore);免疫組織化學(xué)SP兩步法檢測試劑盒(北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司);RIPA強(qiáng)裂解液和 BCA 蛋白濃度測定試劑盒(碧云天生物技術(shù)研究所);總RNA 提取試劑盒以及Twist和β-actin 引物(上海生工生物技術(shù)工程服務(wù)有限公司);RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit(Thermo); 2× SuperReal PreMix Plus(天根生化科技有限公司)。

        2 方法

        2.1動物模型建立及分組 大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,隨機(jī)分為正常對照(normal control,NC)組、DM組和SAHA組,每組12只。造模前先禁食6~8 h,然后乙醚麻醉,DM組和SAHA組一次性尾靜脈注射溶于0.01 mol/L無菌檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液(pH 4.5)的STZ,劑量為55 mg/kg, NC組大鼠尾靜脈注射等體積枸櫞酸鈉緩沖液,72 h后測造模組大鼠的空腹血糖,以血糖值≥16.7 mmol/L且尿糖陽性為造模成功。在造模8周后,SAHA組用0.3%羧甲基纖維素溶解的SAHA(25 mg·kg-1·d-1)灌胃,持續(xù)8周。

        2.2標(biāo)本收集 飼養(yǎng)16周后處死大鼠。處死前1 d用代謝籠收集24 h尿液并記錄尿量,收集的尿液取部分離心后,取上清,-20 ℃保存;處死前禁食6~8 h,麻醉前稱重,股動脈取血,靜置后離心取上清,-20 ℃保存;開腹后,用針尖扎向左心室注射0.9%的生理鹽水進(jìn)行腎臟灌洗,并將右心耳戳破,直至雙側(cè)腎變蒼白后,取雙側(cè)腎臟,小心去掉包膜及周圍脂肪組織,稱重并記錄,用來評估腎臟指數(shù)(kidney index,KI),KI(mg/g)=腎重(mg)/體重(g);所取腎臟標(biāo)本一部分放于-80 ℃保存,以備腎組織蛋白和RNA檢測用,另一部分用4%中性甲醛固定以備形態(tài)學(xué)檢測用。

        2.3生化指標(biāo)檢測 血糖(blood glucose,BG)用氧化酶法檢測,尿蛋白(urine protein,UP)用雙縮脲法檢測,尿總蛋白量為24 h尿量與尿蛋白濃度的乘積。

        2.4腎組織病理學(xué)的檢測 4%中性甲醛固定的腎組織,先用乙醇將腎組織塊脫水,經(jīng)石蠟包埋、固定,然后切片(3 μm),切片用于HE和Masson染色。光鏡觀察腎組織形態(tài)學(xué)變化。

        2.5免疫組織化學(xué)染色 石蠟切片脫蠟,微波修復(fù)抗原,3% H2O2封閉內(nèi)源性過氧化物酶,加兔抗Twist多克隆抗體(1∶150)孵育4 ℃過夜,第2天取出后30 min復(fù)溫,然后滴加山羊抗兔的II抗孵育30 min,DAB 染色,蘇木素復(fù)染,脫水,晾干后中性樹膠封片,鏡下觀察并拍攝圖像。

        2.6Western blot 法檢測蛋白水平 取0.2 g的腎皮質(zhì)放入勻漿器,并加入1 mL的蛋白裂解液(RIPA∶PMSF=100∶1)于冰上進(jìn)行研磨,12 000 r/min低溫離心取上清,BCA法測蛋白濃度,制成蛋白樣品。經(jīng)6%~15%的SDS-PAGE分離,轉(zhuǎn)移至PVDF膜上,在5%的脫脂奶粉TBST溶液室溫封閉1 h,洗膜后分別加入抗β-actin(1∶4 000)、Twist(1∶1 000)、E-cadherin (1∶300)、HDAC1(1∶300)、α-SMA(1∶300)和Col-Ⅳ(1∶1 000),4 ℃孵育過夜,II 抗室溫孵育1 h。洗膜后,加入ECL發(fā)光液1~2 min后,置入Bio-Rad凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行曝光。曝光后的條帶用Image Lab 圖像分析軟件進(jìn)行分析。用管家基因β-actin 蛋白條帶作內(nèi)參照,目的蛋白的灰度值與內(nèi)參對比分析結(jié)果。

        2.7Real-time PCR檢測Twist的mRNA 表達(dá) TRI-zol法提取總RNA,使用Thermo試劑盒進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄成cDNA。按照SuperReal 熒光定量預(yù)混試劑盒的20 μL體系加樣,放入Bio-Rad CFX96熒光定量PCR分析系統(tǒng)進(jìn)行檢測,以β-actin為內(nèi)參照,目的基因的相對含量以2-ΔΔCt表示。引物及退火溫度見表1。

        表1PCR引物序列及擴(kuò)增條件

        Table 1. The sequences of the primers and the PCR conditions used in real-time PCR

        NameThesequencesoftheprimer(5’→3’)Annealingtemperature(℃)TwistF:ACCCTCACACCTCTGCAT-TC56R:CAGTTTGATC-CCAGCGTTTTβ-actinF:GCCAACACAGTGCTGTCT56R:AGGAGCAATGATCTT-GATCTT

        F: forward; R: reverse.

        3 統(tǒng)計學(xué)處理

        用SPSS 17.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。實驗數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示,先進(jìn)行正態(tài)性和方差齊性檢驗,滿足正態(tài)分布和方差齊性后組間比較采用單因素方差分析。以P<0.05為組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

        結(jié) 果

        1 各組大鼠的一般情況變化與生化指標(biāo)

        與NC組大鼠對比,DM組大鼠的血糖、24 h尿蛋白和腎臟指數(shù)均增高;但與DM組對比,僅SAHA組腎臟指數(shù)降低有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),其尿蛋白雖有降低,但差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性,血糖改變不明顯,見表2。

        表2各組大鼠腎臟指數(shù)、血糖和24h尿蛋白量的變化

        Table 2. The levels of kidney index (KI), blood glucose (BG) and 24 h urine protein (24 h UP) in different groups (Mean±SD.n=12)

        GroupKI(mg/g)BG(mmol/L)24hUP(mg)NC5.73±0.218.89±0.8733.48±11.71DM15.37±1.07*17.81±0.94*913.08±311.42*SAHA13.08±0.10#17.59±1.23505.74±185.82

        *P<0.05vsNC group;#P<0.05vsDM group.

        2 各組大鼠腎組織的病理學(xué)變化

        HE染色結(jié)果顯示,NC組大鼠的腎小球輪廓清晰,腎小管上皮細(xì)胞排列整齊,基底膜完整,間質(zhì)中未見炎癥細(xì)胞浸潤;DM組可見大部分腎小管上皮細(xì)胞崩解有空泡變性,腎小管管腔明顯擴(kuò)張,偶見基底膜增厚,間質(zhì)區(qū)有炎癥細(xì)胞浸潤;經(jīng)過SAHA治療后,腎小球和腎小管病變有所改變,間質(zhì)炎癥細(xì)胞浸潤也減少。Masson染色結(jié)果顯示,NC組大鼠腎小球基底膜及系膜區(qū)未見膠原沉積,腎小管間質(zhì)區(qū)未見膠原增多;DM組大鼠可見腎小管管腔明顯擴(kuò)大,腎小球、腎小管基底膜區(qū),腎小球系膜區(qū)以及腎小管間質(zhì)區(qū)可見大量膠原纖維沉積即為藍(lán)色條索狀物質(zhì);經(jīng)過SAHA治療后,整個視野藍(lán)色條索狀物質(zhì)有所減少,見圖1。

        Figure 1. The histological changes of the renal tissues of the rats in different groups (HE and Masson staining, × 400).

        圖1各組大鼠腎組織的形態(tài)學(xué)觀察

        3 各組大鼠腎組織中HDAC1、E-cadherin、α-SMA和Col-Ⅳ蛋白的表達(dá)

        Western blot實驗結(jié)果顯示,與NC組相比,DM組大鼠腎組織中的E-cadherin蛋白的表達(dá)明顯降低,而HDAC1、α-SMA和Col-Ⅳ蛋白的表達(dá)增加(P<0.05);經(jīng)過SAHA治療的大鼠,其E-cadherin蛋白的表達(dá)較DM組大鼠有所增加,HDAC1、α-SMA和Col-Ⅳ蛋白的表達(dá)明顯低于DM組大鼠(P<0.05),見圖2。

        Figure 2. The protein expression of HDAC1, E-cadherin, α-SMA and Col-Ⅳ in different groups. Mean±SD.n=6.*P<0.05vsNC group;#P<0.05vsDM group.

        圖2各組大鼠腎組織中HDAC1、E-cadherin、α-SMA和Col-Ⅳ蛋白的表達(dá)量比較

        4 各組大鼠腎組織中 Twist的表達(dá)

        免疫組化結(jié)果顯示,DM組大鼠腎組織中Twist的表達(dá)量明顯增多且分布在腎小管;SAHA給藥治療后,Twist在腎小管中的分布有所減少,見圖3。Western blot結(jié)果顯示,Twist蛋白表達(dá)水平在DM組中的表達(dá)均比NC組中多(P<0.05);經(jīng)過SAHA給藥干預(yù)后,Twist蛋白表達(dá)較DM組明顯降低(P<0.05)。Real-time PCR結(jié)果顯示,Twist的mRNA在DM組中的表達(dá)均比NC組中高(P<0.05);經(jīng)過SAHA給藥治療后,Twist的mRNA表達(dá)較DM組明顯降低(P<0.05),見圖4。

        5 糖尿病大鼠腎組織中Twist、HDAC1、E-cadhe-rin、α-SMA和Collgen-Ⅳ蛋白表達(dá)量的相關(guān)性分析

        相關(guān)性分析顯示,在糖尿病大鼠腎組織中,Twist與HDAC1的蛋白表達(dá)量呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.6848(P<0.05);與此同時,Twist蛋白表達(dá)量與E-cadherin呈負(fù)相關(guān),與α-SMA呈正相關(guān),與Col-Ⅳ呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.7212、0.9152和0.8909(P<0.01); HDAC1蛋白與E-cadherin呈負(fù)相關(guān),與α-SMA呈正相關(guān),與Col-Ⅳ呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.7455、0.6970和0.6848(P<0.05),見圖5。

        Figure 3. The expression of Twist in the renal tissues of different groups detected by immunohistochemical staining (×200).

        圖3免疫組化染色觀察各組大鼠腎組織中Twist的表達(dá)變化

        Figure 4. The expression of Twist in renal tissues at mRNA and protein levels in different group. A: the protein expression of Twist in renal tissues; B: the mRNA expression of Twist in renal tissues. Mean±SD.n=6.*P<0.05vsNC group;#P<0.05vsDM group.

        圖4各組大鼠腎組織中TwistmRNA和蛋白的表達(dá)

        Figure 5. Correlation analysis of Twist, HDAC1, E-cadherin, α-SMA and Col-Ⅳ protein expression in renal tissues of DM group.

        圖5糖尿病大鼠腎組織中Twist、HDAC1、E-cadherin、α-SMA和Col-Ⅳ蛋白表達(dá)量的相關(guān)性分析

        討 論

        DN發(fā)展為慢性腎功能衰竭的最終通路是腎小球硬化及腎小管間質(zhì)纖維化(tubulointerstitial fibrosis,TIF)。腎小管間質(zhì)纖維化是DN的主要病理特征,越來越多的證據(jù)表明,在TIF進(jìn)程中腎小管上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化發(fā)揮著關(guān)鍵作用[11]。本課題組和其他學(xué)者[12-13]均發(fā)現(xiàn),DM大鼠隨著病程的進(jìn)展,腎小管上皮細(xì)胞E-cadherin顯著減少而α-SMA大量表達(dá),并伴隨FN和膠原纖維等ECM的沉積,表明糖尿病進(jìn)展過程中腎小管間質(zhì)發(fā)生了EMT,促進(jìn)了腎功能的惡化,故抑制或逆轉(zhuǎn)EMT的發(fā)展對于延緩DN等慢性腎臟疾病具有重要的意義。

        Twist基因作為一種癌基因目前備受關(guān)注。脊椎動物中,Twist基因存在2種,分別是Twsit1(即Twist)和Twsit2(即Dermo-1),它們編碼的蛋白有共同的bHLH結(jié)合區(qū)域,兩者編碼的C端有共同的編碼序列,但是N端,Twsit2比Twsit1少一個富有氨基酸的區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn),Twist基因在多種實體腫瘤中高表達(dá),是多種腫瘤細(xì)胞發(fā)生侵襲和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵調(diào)控因子[14]。在這一過程中,Twist能夠促使上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化,促使腫瘤細(xì)胞游走,促進(jìn)了EMT的過程[15]。目前研究發(fā)現(xiàn),Twist與某些器官纖維化有關(guān),且能促進(jìn)EMT的進(jìn)展。He等[4]用高糖刺激人腹膜間質(zhì)細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的表型發(fā)生改變,同時觀察到Twist基因大量表達(dá),Twist可與其下游的YB-1基因相互作用,然后激活靶基因的E-box,促進(jìn)EMT的發(fā)生,導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生纖維化。相反,如果沉默Twist基因,纖維化病變有所逆轉(zhuǎn)。Kida等[3]在UUO腎纖維化模型中發(fā)現(xiàn),EMT的發(fā)生率與Twist表達(dá)量呈正相關(guān)。在慢性低氧誘導(dǎo)的腎纖維過程中,Twist表達(dá)增多就會抑制E-cadherin的表達(dá)并且可以調(diào)控α-SMA的表達(dá);當(dāng)敲低Twist,缺氧所導(dǎo)致的EMT會發(fā)生逆轉(zhuǎn)[16]。但是有關(guān)Twist在DN腎小管間質(zhì)纖維化中的作用以及其調(diào)控機(jī)制還不清楚。本研究結(jié)果顯示,在糖尿病大鼠16周的腎組織中觀察到了Twist的表達(dá)較同期正常對照組明顯增多,且伴隨著α-SMA和Col-Ⅳ的表達(dá)增加,E-cadherin的表達(dá)減少,提示在糖尿病腎小管間質(zhì)纖維化發(fā)生發(fā)展中,Twist可能參與了EMT轉(zhuǎn)變和ECM沉積的過程。

        在纖維化疾病中,HDAC1的活性增強(qiáng),提示蛋白質(zhì)的乙?;?去乙酰化平衡可能被打破。HDAC1屬于HDAC中的I類,既可以催化組蛋白發(fā)生去乙?;磻?yīng),使核心組蛋白分子N端被乙?;揎椀馁嚢彼釟埢ヒ阴;?,從而使染色質(zhì)處于緊密的超螺旋結(jié)構(gòu),抑制基因的表達(dá)[17];也可以催化某些非組蛋白發(fā)生去乙?;磻?yīng),改變其蛋白的翻譯后修飾水平,從而改變蛋白質(zhì)的生理功能或穩(wěn)定性[18-19]。有研究表明,HDAC1參與調(diào)控EMT,能夠抑制ZO-1和E-cadherin的啟動子活性[20]。本研究中高糖引起了腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生了EMT轉(zhuǎn)變,在此過程中,觀察到HDAC1蛋白在糖尿病組中的表達(dá)均比正常組中多,且與E-cadherin蛋白的表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān),表明HDAC1可能通過抑制E-cadherin基因啟動子活性參與高糖誘導(dǎo)的EMT過程。

        有研究報道,HDACs是Twist的上游蛋白,它們可相互作用對靶蛋白進(jìn)行調(diào)節(jié)[21-22]。過表達(dá)的Twist會影響成骨細(xì)胞的分化,它通過募集HDAC1和Smad4,形成抑制復(fù)合物,對BMP信號通路有抑制作用;當(dāng)加入HDACi后,Twist影響成骨細(xì)胞的分化有改善,提示二者之間存在某種關(guān)系[23]。于是本實驗對二者的表達(dá)變化進(jìn)行了相關(guān)性分析,發(fā)現(xiàn)二者之間呈正相關(guān)。SAHA是一種非選擇性HDACi,能夠抑制HDAC1、2、3和6的活性[8],已由FDA批準(zhǔn)用于臨床。在食管鱗狀細(xì)胞癌中,調(diào)控EMT的Twist表達(dá)上調(diào);運用HDACi后,EMT發(fā)生逆轉(zhuǎn)且Twist明顯下調(diào)[9]。在膽道癌研究上,發(fā)現(xiàn)SAHA可以通過降低與CDH1(E-cadherin)有關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)錄因子Twist、Snail1、Snail2、ZEB1、ZEB2和Smad4的親和力,抑制了Smad4的核轉(zhuǎn)位,這樣可以使CDH1表達(dá)增多,則EMT表達(dá)發(fā)生逆轉(zhuǎn)[10]。為了進(jìn)一步驗證,我們使用SAHA對STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠腎纖維化進(jìn)行干預(yù),發(fā)現(xiàn)SAHA給藥治療的大鼠,HDAC1蛋白表達(dá)量明顯降低,Twist蛋白和mRNA的表達(dá)量也顯著減少,二者蛋白的變化存在顯著正相關(guān),而且伴隨EMT的逆轉(zhuǎn),ECM沉積也有所減少,大鼠的腎纖維化程度有所改善。提示SAHA有可能通過抑制HDAC1的功能,使轉(zhuǎn)錄因子Twist募集HDAC1減少,這樣形成的抑制復(fù)合物減少,進(jìn)而抑制組蛋白去乙?;?,使E-cadherin的轉(zhuǎn)錄起始不會被抑制,最終有利于EMT的逆轉(zhuǎn)。但是確切的機(jī)制還需要在體外高糖培養(yǎng)的腎小管上皮細(xì)胞敲低HDAC1或Twist進(jìn)行深入的研究。

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