劉 星,劉云鵬,付 慧,劉 雪,姜曉亮,楊志偉(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所,北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院比較醫(yī)學(xué)中心,北京 100021)
鈉水代謝障礙是導(dǎo)致高血壓等多種心腦血管疾病的重要病因[1 - 3]。腎臟多巴胺D5受體(D5R)通過(guò)調(diào)節(jié)腎臟鈉鉀ATP酶(Na+, K+-ATPase)、鈉氫交換體(Na+/H+exchanger 3,NHE3)的活性在鈉水代謝和血壓調(diào)節(jié)中起重要作用[4]。胃泌素(gastrin)是一種重要的胃腸激素,已被證實(shí)在調(diào)節(jié)機(jī)體鈉水代謝中起重要作用[5]。Gastrin由胃和十二指腸內(nèi)的G細(xì)胞分泌,并釋放到血液循環(huán)中。與其他胃腸激素相比gastrin能夠被腎皮質(zhì)腎小管大量吸收,通過(guò)與其受體CCKBR結(jié)合參與鈉離子調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)運(yùn)[6]。有研究發(fā)現(xiàn)D5R與CCKBR在腎臟近曲小管上皮細(xì)胞共表達(dá),并通過(guò)相互調(diào)節(jié)參與機(jī)體鈉水代謝[7],但其機(jī)制并不清楚。
微管(microtubule)是構(gòu)成細(xì)胞骨架的主要成分,由α和β兩種類型的微管蛋白亞基構(gòu)成二聚體,在細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)壬磉^(guò)程中發(fā)揮重要作用[8]。β-tubulin是抗微管藥物的主要靶點(diǎn),是構(gòu)成細(xì)胞骨架重構(gòu)的關(guān)鍵蛋白[9],其表達(dá)異常與心肌損傷、癌癥等多種疾病的發(fā)展密切相關(guān)。研究證明,有功能和活性的多巴胺受體在細(xì)胞質(zhì)膜上是動(dòng)態(tài)變化的,且需要完整的微管網(wǎng)絡(luò)的介導(dǎo)[10]。微管蛋白抑制劑nocodazole可以破壞微管蛋白網(wǎng)絡(luò)和并阻斷循環(huán)利用的多巴胺受體遷移至細(xì)胞膜[11],但目前關(guān)于β-tubulin參與D5R和CCKBR的轉(zhuǎn)運(yùn)的研究甚少。本研究擬探討β-tubulin在CCKBR和D5R相互作用及鈉水代謝中的作用,并比較其在正常人和高血壓患者中的表達(dá)差異。
正常人腎近曲小管細(xì)胞(NT16)和高血壓患者腎近曲小管細(xì)胞(HT14)由安徽醫(yī)科大學(xué)教授惠贈(zèng)。
胃泌素(南京金斯瑞生物科技有限公司,RP12740),fenoldopam(Sigma公司,SML0198),小鼠抗人多巴胺D5R抗體(Novus公司,NB110-60019),兔抗人CCKBR抗體(Santa Cruz公司,SC-33221),兔抗人Na+, K+-ATP酶抗體(Santa Cruz公司,SC-28800),β-tubulin抗體(杭州華安公司,M1305-2),羊抗小鼠IgG(Abcam 公司,Ab175473)。激光共聚焦掃描顯微鏡(Leica TCS SP2,德國(guó)),化學(xué)發(fā)光凝膠成像儀(Tanon-5500),CO2培養(yǎng)箱(Thermo 公司,F(xiàn)ORMA 371)。
1.3.1 細(xì)胞培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)分組
正常人腎近曲小管細(xì)胞(NT16)和高血壓患者腎近曲小管細(xì)胞(HT14)用DMED/F12培養(yǎng)基,置于37℃、5% CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。培養(yǎng)基中含有表皮生長(zhǎng)因子EGF(10 ng/mL),地塞米松(36 ng/mL),三碘甲狀腺氨酸T3(2 ng/mL),胰島素鐵硒傳遞蛋白ITS(1×),青霉素/鏈霉素(10 000 U/mL),胎牛血清(2%),細(xì)胞長(zhǎng)滿后用胰酶消化傳代培養(yǎng)。
1.3.2 免疫熒光檢測(cè)蛋白表達(dá)定位
細(xì)胞長(zhǎng)至合適濃度,計(jì)數(shù)后調(diào)整濃度為2 × 104個(gè)/mL,接種于無(wú)菌蓋玻片,長(zhǎng)至50%進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。吸凈培養(yǎng)基,無(wú)血清培養(yǎng)基洗一遍,分別加入gastrin、fenoldopam、nocodazole,37℃處理(分組如下),將正常人腎近曲小管細(xì)胞(NT16)分為四組:第一組:gastrin(10-8mol/L,30 min)組;第二組:nocodazole(10-4mol/L,30 min)+ gastrin(10-8mol/L,30 min)組,第三組:fenoldopam(10-6mol/L,30 min)組;第四組:nocodazole(10-4mol/L,30 min)+ fenoldopam(10-6mol/L,30 min)組。將高血壓患者腎近曲小管細(xì)胞(HT14)分為兩組:第一組:gastrin(10-8mol/L,30 min)組;第二組:fenoldopam(10-6mol/L,30 min)組。處理后加入PBS洗三遍,4%多聚甲醛常溫固定20 min,PBS洗三遍,1% Triton 100破膜15 min,PBS洗三遍,10% FBS常溫封閉30 min,β-tubulin抗體、D5R抗體、CCKBR抗體,4℃過(guò)夜,PBS洗三遍,羊抗小鼠IgG 1∶200室溫1 h,PBS洗三遍,滴一滴DAPI,將圓形玻片取出,小心扣于載玻片上,封片,熒光顯微鏡觀察。
1.3.3 Western blot檢測(cè)蛋白表達(dá)
兩種細(xì)胞分別按2 × 104個(gè)/mL濃度接種于100 mm細(xì)胞培養(yǎng)皿,37℃、5% CO2生長(zhǎng)至合適濃度,無(wú)血清培養(yǎng)基漂洗一次,分為五組,第一組:對(duì)照組;第二組:fenoldopam(10-6mol/L,24 h)組;第三組:nocodazole(10-4mol/L,30 min)+ fenoldopam(10-6mol/L,24 h)組;第四組:gastrin(10-8mol/L,24 h)組;第五組:nocodazole(10-4mol/L,30 min)+ gastrin(10-8mol/L,24 h)組,37℃、5% CO2過(guò)夜培養(yǎng),PBS洗三遍,胰酶消化細(xì)胞,PBS洗三遍,提取膜蛋白,測(cè)定蛋白濃度,制樣,40 μg蛋白量10% SDS-PAGE電泳,2000 mA NC膜轉(zhuǎn)移1 h,5%脫脂奶粉室溫封閉3 h,分別與小鼠抗人D5R抗體、兔抗人CCKBR抗體、兔抗人Na+, K+-ATP酶抗體4℃過(guò)夜反應(yīng),二抗為羊抗小鼠IgG抗體(1∶5000),羊抗兔IgG(1∶5000),反應(yīng)1 h,HRP-GAPDH為內(nèi)參抗體(1∶10 000),化學(xué)發(fā)光,曝光。
給予正常人近曲小管細(xì)胞(NT16)fenoldopam處理后細(xì)胞膜CCKBR的表達(dá)量顯著增加,同樣,給予細(xì)胞gastrin后細(xì)胞膜D5R的表達(dá)量顯著增加(P< 0.05,圖1A)。本課題組前期研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)D5R和CCKBR間存在相互作用共同參與鈉水代謝[7],但其相互作用的機(jī)制并不清楚。因此本研究使用微管抑制劑nocodazole預(yù)處理再加入fenoldopam,細(xì)胞膜CCKBR的表達(dá)量與對(duì)照組相比增加不顯著(P< 0.05,圖1A),同樣使用nocodazole預(yù)處理再加入gastrin處理后,細(xì)胞膜D5R的表達(dá)量與對(duì)照組相比無(wú)差異,Na+, K+-ATP酶的表達(dá)也與對(duì)照組無(wú)異。該結(jié)果顯示腎小管上皮細(xì)胞內(nèi)D5R和CCKBR的相互作用與微管蛋白密切相關(guān)。
然而對(duì)高血壓患者腎臟近曲小管細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn),兩種受體激動(dòng)劑的加入對(duì)于D5R和CCKBR的相互作用并沒有顯著的促進(jìn)作用,給予nocodazole預(yù)處理后細(xì)胞膜CCKBR及D5R的表達(dá)量差異無(wú)顯著性(P> 0.05,圖1B)。該結(jié)果提示高血壓患者較正常人腎近曲小管細(xì)胞中D5R和CCKBR的相互作用存在顯著差異,其機(jī)制可能與微管蛋白功能缺失有關(guān),因此影響到相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)和鈉水代謝。
注:A:正常人腎臟近曲小管細(xì)胞(NT16);B:高血壓病人腎臟近曲小管細(xì)胞(HT14)。FEN: fenoldopam(D5R激動(dòng)劑);GAS:胃泌素gastrin(CCKBR激動(dòng)劑)。與對(duì)照組相比,* P< 0.05;與FEN組相比,# P< 0.05;與GAS組相比,& P< 0.05。圖1 人腎臟近曲小管細(xì)胞中CCKBR和D5R的相互作用Note.A: Normotensive renal proximal tubule cells (NT16). B: Hypertensive renal proximal tubule cells (HT14). FEN: fenoldopam (D5R agonist); GAS: gastrin (CCKBR agonist). Compared with the control group,* P< 0.05. Compared with the FEN group,# P< 0.05. Compared with the GAS group,& P< 0.05.Fig.1 Microtubules are involved in the interaction between the cholecystokinin B receptor and dopamine D5 receptor in human renal proximal tubule cells
為了檢測(cè)正常人與高血壓患者腎臟近曲小管細(xì)胞微管蛋白是否存在表達(dá)差異,本研究通過(guò)免疫熒光方法,標(biāo)記微管蛋白β-tubulin。如圖2所示,NT16細(xì)胞的微管蛋白在細(xì)胞內(nèi)呈現(xiàn)清晰的束網(wǎng)狀分布,多聚集于細(xì)胞內(nèi)部向細(xì)胞膜延伸;但HT14細(xì)胞的微管蛋白結(jié)構(gòu)混亂,無(wú)序,在細(xì)胞膜上分布明顯變多。有研究顯示高血壓病人紅細(xì)胞中微管蛋白向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移[12]。本研究則發(fā)現(xiàn)HT14細(xì)胞的微管蛋白同樣表現(xiàn)出異常行為,可能是造成細(xì)胞中D5R和CCKBR等蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)障礙的重要原因之一。
注:NT16:正常人腎臟近曲小管細(xì)胞;HT14:高血壓病人腎臟近曲小管細(xì)胞。圖2 微管蛋白在正常人和高血壓病人腎臟近曲小管細(xì)胞中的表達(dá)Note.NT16: Normotensive renal proximal tubule cells; HT14: Hypertensive renal proximal tubule cells.Fig.2 Tubulin expression in normotensive and hypertensive renal proximal tubule cells
已有研究發(fā)現(xiàn)多巴胺受體等多種蛋白在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜中的動(dòng)態(tài)位移需要微管蛋白系統(tǒng)的介導(dǎo)[10]。為了進(jìn)一步研究微管蛋白參與CCKBR和D5R的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,本研究通過(guò)免疫熒光檢測(cè)發(fā)現(xiàn),fenoldopam處理NT16細(xì)胞后,D5R和CCKBR表達(dá)聚集在細(xì)胞膜上(圖3A),nocodazole預(yù)處理再給予fenoldopam后,由激動(dòng)劑誘發(fā)的D5R及CCKBR向細(xì)胞膜上的移動(dòng)均無(wú)法發(fā)生,細(xì)胞膜上相應(yīng)的受體蛋白表達(dá)也沒有明顯增加(圖3C)。同樣nocodazole能夠阻斷gastrin誘導(dǎo)的D5R和CCKBR向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移(圖3F),說(shuō)明腎小管上皮細(xì)胞內(nèi)D5R和CCKBR的轉(zhuǎn)運(yùn)與廣泛存在的微管蛋白密切相關(guān),當(dāng)微管結(jié)構(gòu)被破壞以后,受體間的招募活動(dòng)無(wú)法完成,從而影響受體表達(dá)及對(duì)鈉水代謝的調(diào)節(jié)功能。
高血壓患者腎小管近曲小管HT14細(xì)胞使用fenoldopam和gastrin刺激后,D5R和CCKBR并未出現(xiàn)明顯的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移,細(xì)胞質(zhì)中的表達(dá)仍然較多(圖3B和圖3D)。該結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),高血壓病人較正常人腎近曲小管細(xì)胞微管蛋白可能存在功能上的缺失,從而導(dǎo)致D5R和CCKBR等蛋白遷移至細(xì)胞膜的能力變?nèi)?,因此影響到相關(guān)蛋白的表達(dá)以及發(fā)揮生物學(xué)功能。
注:NT16:正常人腎臟近曲小管細(xì)胞;HT14:高血壓病人腎臟近曲小管細(xì)胞。FEN: fenoldopam(D5R激動(dòng)劑);GAS:胃泌素gastrin(CCKBR激動(dòng)劑);nocodazole:微管抑制劑。圖3 微管蛋白促進(jìn)CCKBR和D5R在人腎臟近曲小管細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運(yùn)Note.NT16: Normotensive renal proximal tubule cells; HT14: Hypertensive renal proximal tubule cells. FEN: fenoldopam (D5R agonist); GAS: gastrin (CCKBR agonist); nocodazole: microtubule inhibitor.Fig.3 Microtubules improve the interaction between the cholecystokinin B receptor and dopamine D5 receptor in human renal proximal tubule cells
鈉水代謝障礙是導(dǎo)致高血壓和心血管疾病的重要原因之一[2 - 3],機(jī)體內(nèi)的鈉水代謝受到胃腸道和腎臟的共同調(diào)控。胃泌素作為重要的胃腸道激素,通過(guò)與其受體CCKBR結(jié)合參與鈉水代謝的調(diào)節(jié)[13]。胃泌素能被腎臟近曲小管細(xì)胞吸收從而調(diào)節(jié)腎臟鈉離子轉(zhuǎn)運(yùn)[6]。胃泌素也能夠抑制小腸粘膜鈉離子的轉(zhuǎn)運(yùn),增加鈉排泄[14],因此本課題組首次通過(guò)人群實(shí)驗(yàn)證實(shí)胃泌素與高血壓的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)[15],并且通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)CCKBR能夠與D5R相互作用參與機(jī)體鈉水代謝調(diào)節(jié)和鹽敏感性高血壓的發(fā)展[7]。在對(duì)具體作用機(jī)制的進(jìn)一步研究中,本課題組發(fā)現(xiàn)細(xì)胞骨架中的微管蛋白起著非常重要的調(diào)節(jié)作用。
微管是細(xì)胞骨架的主要成分之一,幾乎存在于所有真核生物細(xì)胞之中。近年來(lái),由于其在細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分裂及分化等生理過(guò)程中的重要作用,已成為多種疾病治療的新靶點(diǎn)[8, 16]。β-tubulin是重要的微管蛋白,它作為鈣離子相關(guān)蛋白,參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[17]。研究顯示,糖尿病大鼠心肌細(xì)胞中β-tubulin表達(dá)增多。ATⅡ拮抗劑可有效阻斷RAAS通路,抑制β-tubulin表達(dá),從而對(duì)糖尿病心肌起到保護(hù)作用[18]。高血壓患者的紅細(xì)胞中微管蛋白向細(xì)胞膜移動(dòng),并與Na+, K+-ATP酶結(jié)合,導(dǎo)致酶活性受到抑制。應(yīng)用諾考達(dá)唑治療高血壓患者的紅細(xì)胞,引起細(xì)胞膜上乙?;奈⒐艿鞍诇p少,使Na+, K+-ATP酶激活[12]。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)免疫熒光檢測(cè)腎臟近曲小管細(xì)胞中β-tubulin的表達(dá),同樣發(fā)現(xiàn)正常人的微管蛋白β-tubulin在細(xì)胞中成清晰的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),而高血壓患者腎臟細(xì)胞中的β-tubulin表達(dá)雜亂無(wú)章,微管網(wǎng)絡(luò)不清晰,有向細(xì)胞膜移動(dòng)的趨勢(shì),顯示高血壓患者腎小管細(xì)胞中的微管蛋白表達(dá)異常。而研究顯示,微管網(wǎng)絡(luò)參與并且調(diào)控多巴胺受體由細(xì)胞內(nèi)向細(xì)胞質(zhì)膜的遷移,并在細(xì)胞質(zhì)膜上保持動(dòng)態(tài)變化,從而發(fā)揮調(diào)節(jié)鈉水代謝等生理功能[19 - 20]。也有研究顯示微管蛋白對(duì)于D5R及CCKBR等G蛋白偶聯(lián)受體的轉(zhuǎn)運(yùn)起十分重要的作用[21 - 22]。高血壓患者腎臟多巴胺系統(tǒng)表達(dá)異常,鈉水代謝障礙[23 - 24]。因此微管蛋白可能成為調(diào)控CCKBR和D5R間相互作用,參與鈉水代謝和血壓調(diào)節(jié)的新靶點(diǎn)。
本研究通過(guò)給予正常人腎臟近曲小管細(xì)胞(NH16)CCKBR激動(dòng)劑gastrin和D5R激動(dòng)劑fenoldopam后,D5R及CCKBR均可以向細(xì)胞膜上移動(dòng),其在細(xì)胞膜上的表達(dá)量也有所增加。nocodazole可以破壞微管蛋白網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而影響受體遷移至細(xì)胞膜的能力,因此在對(duì)正常人腎小管近曲小管細(xì)胞進(jìn)行nocodazole預(yù)處理后,激動(dòng)劑并沒有增加細(xì)胞膜上D5R及CCKBR的表達(dá)量,免疫熒光檢測(cè)發(fā)現(xiàn)D5R及CCKBR仍然聚集在細(xì)胞內(nèi)部,并沒有向細(xì)胞膜移動(dòng)。該結(jié)果證實(shí)微管蛋白在D5R及CCKBR相互作用中起重要作用,并且發(fā)現(xiàn)高血壓患者體內(nèi)腎臟近曲小管細(xì)胞中微管蛋白的異??赡苁怯绊慏5R及CCKBR相互作用及鈉水代謝的重要原因之一。目前研究發(fā)現(xiàn)nocodazole能夠抑制PKC的激活[10]。腎臟D5R可以激活磷脂酶C(PLC)-PKC途徑[25],胃泌素能夠與CCKBR結(jié)合激活PI3K/PKC途徑[26]。因此,微管網(wǎng)絡(luò)可能通過(guò)抑制PKC激活從而抑制D5R及CCKBR相互作用,也是本課題組下一步研究的內(nèi)容。
綜上所述,本研究首次發(fā)現(xiàn)微管蛋白β-tubulin參與腎臟近曲小管細(xì)胞內(nèi)D5R與CCKBR相互作用及Na+, K+-ATP酶的調(diào)節(jié),從而參與鈉水代謝調(diào)節(jié);同時(shí)發(fā)現(xiàn)高血壓患者腎小管內(nèi)β-tubulin存在表達(dá)和功能上的缺失,從而影響D5R與CCKBR相互作用及對(duì)鈉水代謝的調(diào)節(jié),可能成為鹽敏感高血壓治療的新靶點(diǎn)。
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