劉娟,趙思源,徐小潔,楊超,張魯囡,劉佳,孫萬軍
1.火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心 血液科,北京100088;2.海軍92076部隊 衛(wèi)生隊,北京102202;3.軍事醫(yī)學(xué)研究院 生物工程研究所,北京100850;4.北京衛(wèi)戍區(qū)第三退休干部休養(yǎng)所,北京100039;5.解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心 感染控制科,北京100048
角質(zhì)細胞生長因子2(keratinocyte growth fac?tor-2,KGF-2),又稱成纖維細胞生長因子10(fi?broblast growth factor-10,F(xiàn)GF-10),是FGF超家族中KGF家族的一員,是一種重要的多肽類生長因子,具有很多重要的生物學(xué)功能[1]。人KGF-2基因序列由627個核苷酸構(gòu)成,可編碼含208個氨基酸殘基的單鏈多肽。KGF-2主要由間質(zhì)細胞合成,通過旁分泌作用方式,與上皮細胞細胞膜上的受體(FGFR2Ⅲb)結(jié)合,激活該受體介導(dǎo)的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,特異性促進上皮細胞的增殖、分化和遷移。由于KGF-2對許多組織的上皮細胞都具有促增殖作用,因此人們利用KGF-2這一特性研究其對上皮組織的修復(fù)作用,并積極推動其臨床應(yīng)用[2]。
KGF-2是一個重要的旁分泌信號分子,在人類發(fā)育、健康及疾病等方面扮演重要角色,尤其在器官發(fā)育、組織損傷修復(fù)、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化及胚胎干細胞分化等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[3-4],若KGF-2基因發(fā)生突變,將造成胚胎發(fā)育異常,進而產(chǎn)生多種遺傳病,如淚腺和唾液腺發(fā)育不全、淚管-耳-齒-指(趾)綜合征、慢性阻塞性肺疾病[5-7]等。KGF-2基因的單核苷酸多態(tài)性(SNP)與人類的肢體缺陷、唇腭裂及極度近視等疾病具有顯著相關(guān)性[8-10]。KGF-2還參與胰腺癌和乳腺癌的發(fā)病過程[11-12]。隨著年齡的增長,心肌細胞越來越少,再生能力逐漸消失,但是給與成年小鼠足夠的KGF-2時可促進其心肌細胞再生,而不是心肌成纖維細胞,這一結(jié)果提示KGF-2可作為修復(fù)心臟損傷的潛在靶點[13]。肺損傷也是臨床常見疾病。采用樟腦球或博來霉素造成呼吸道上皮損傷后,誘導(dǎo)在肺遠端間質(zhì)的平滑肌祖細胞表達KGF-2,作用于Clara干細胞,促進干細胞分化、增殖,啟動上皮修復(fù)[14]。盡管KGF-2具有眾多功能,但是體外合成的KGF-2因半衰期短及熱不穩(wěn)定性等缺陷,導(dǎo)致其臨床應(yīng)用受限[15]。
因此,我們擬將人源KGF-2質(zhì)??寺≈琳婧吮磉_載體,檢測其在人類腸上皮細胞中的表達水平,評估其修復(fù)功能,為持續(xù)獲得人源KGF-2提供實驗基礎(chǔ)。
人HEK-293T細胞系、人乳腺cDNA文庫、pXJ-40-myc載體、大腸桿菌DH5α由軍事醫(yī)學(xué)研究院生物工程研究所徐小潔研究員贈送;PCR試劑、T4DNA連接酶及限制性核酸內(nèi)切酶購自Ta?KaRa公司;膠回收試劑盒購自Promega公司;質(zhì)粒提取試劑盒、GST微珠購自Pharmacia公司;胎牛血清、DMEM培養(yǎng)基購自Gibco公司;轉(zhuǎn)染試劑VigoFect及Western印跡發(fā)光檢測試劑盒均購自威格拉斯生物技術(shù)有限公司;兔抗-甘油醛-3-磷酸脫氫酶(GAPDH)抗體及辣根過氧化物酶(HRP)標記的小鼠抗Myc標簽單克隆抗體購自Sigma公司;HRP標記的兔抗山羊抗體購自北京中杉金橋公司;醫(yī)用X線膠片購自廈門銳珂醫(yī)療器材有限公司;DL2000 DNA marker購自北京博邁德基因技術(shù)有限公司;蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量標準購自北京經(jīng)科宏達生物技術(shù)有限公司;引物由北京賽百盛生物技術(shù)有限公司合成;測序由北京華大基因生物技術(shù)公司完成。
根據(jù)NCBI網(wǎng)站的人KGF-2基因序列設(shè)計引物5'-CGGGATCCATGTGGAAATGGATACTGACAC-3'、5'-CCGCTCGAGCTATGAGTGTACCACCATTGG-3',以乳腺文庫為模板,PCR擴增人KGF-2基因(擴增條件:95℃5 min;95℃30 s,60℃30 s,72℃1 min,30個循環(huán);72℃5 min;4℃保存產(chǎn)物)。采用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測產(chǎn)物,將產(chǎn)物進行膠回收。
分別配制雙酶切體系:①KGF-2的PCR產(chǎn)物40μL,BamHⅠ和XhoⅠ各2.5μL,10×K緩沖液5μL;②載體pXJ-40-myc 2μg,BamHⅠ和XhoⅠ各2.5μL,10×K緩沖液5μL,加ddH2O至總體積為50μL。將2份酶切體系放置37℃細菌培養(yǎng)箱中,4 h后直接膠回收酶切的PCR產(chǎn)物,載體經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳確認被切開后,再進行膠回收。
配制酶連體系:雙酶切后的PCR產(chǎn)物11.5 μL,雙酶切后的載體1μL,T4DNA連接酶1μL,T4緩沖液1.5μL。將酶連混合物在16℃酶連儀中連接4 h。將50μL大腸桿菌DH5α加入混合物中進行轉(zhuǎn)化,形成菌落后挑取單克隆;37℃振蕩培養(yǎng)1 h,進行菌液PCR,選取瓊脂糖凝膠電泳位置正確者繼續(xù)振蕩培養(yǎng)12 h,提取質(zhì)粒,用上述限制性內(nèi)切酶切開質(zhì)粒;經(jīng)瓊脂糖凝膠電泳鑒定為雙條帶且位置正確的質(zhì)粒,可能是重組質(zhì)粒。將初步鑒定的質(zhì)粒送北京華大基因生物公司測序,正確無突變者為重組質(zhì)粒。
將HEK-293T細胞接種于2個6 cm的培養(yǎng)皿中,分別加入4 mL DMEM培養(yǎng)基(含10%胎牛血清),在37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至細胞密度達70%~80%時更換培養(yǎng)基,1 h后進行轉(zhuǎn)染。
期間準備轉(zhuǎn)染試劑:將10μg重組質(zhì)粒Myc-KGF-2加入0.9% NaCl中至總體積為200μL,輕輕混勻,室溫放置;將4μL轉(zhuǎn)染試劑VigoFect加入0.9% NaCl中至總體積為200μL,輕輕混勻,室溫放置;5 min后,將轉(zhuǎn)染試劑稀釋液和質(zhì)粒溶液輕輕混勻,室溫放置;15 min后,將混合液400 μL加入細胞中。用上述方法轉(zhuǎn)染pXJ-40-myc空載體作為對照。
將轉(zhuǎn)染的細胞置于培養(yǎng)箱中,4~6 h后更換培養(yǎng)基;48 h后收細胞,3000 r/min離心5 min,棄上清,加入2倍細胞量的RIPA,于冰上裂解30 min,再加入等量2×SDS上樣緩沖液,將樣品煮沸15 min后進行Western印跡。將煮沸的樣品各取7μL加入10% SDS-PAGE膠中,恒壓160 V電泳約1 h;常規(guī)電轉(zhuǎn)硝酸纖維素膜,以恒壓16 V電轉(zhuǎn)約1 h;用5%脫脂牛奶封閉1 h,加小鼠抗Myc標簽單克隆抗體(1∶2000),溫室孵育1 h;1×TBST洗膜3次,每次5 min;采用化學(xué)發(fā)光法顯色10 min,壓片顯影獲得Myc-KGF-2表達結(jié)果。顯影后,將該膜用1×TBST洗膜3次,每次5 min;加兔抗-GAPDH抗體(1∶2000),溫室孵育1 h;1×TBST洗膜3次,每次5 min;加HRP標記的兔抗山羊抗體(1∶2000),溫室孵育1 h;1×TBST洗膜3次,每次5 min;采用化學(xué)發(fā)光法顯色10 min,壓片顯影獲得內(nèi)參蛋白GAPDH表達結(jié)果。
將FHC細胞接種于3個3.5 cm的培養(yǎng)皿中,分別加入2 mL DMEM培養(yǎng)基(含10%胎牛血清),設(shè)置未轉(zhuǎn)染的親代組、轉(zhuǎn)染pXJ-40-myc的空載體組及轉(zhuǎn)染Myc-KGF-2的實驗組,在37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至細胞密度達70%時更換培養(yǎng)基,1 h后進行轉(zhuǎn)染。
轉(zhuǎn)染工作液:將5μg Myc-KGF-2質(zhì)粒加入0.9% NaCl中至總體積為100μL,輕輕混勻,室溫放置;將2μL轉(zhuǎn)染試劑VigoFect加入0.9% Na?Cl中至總體積為100μL,輕輕混勻,室溫放置;5 min后,將轉(zhuǎn)染試劑稀釋液和質(zhì)粒溶液輕輕混勻,室溫放置;15 min后,將混合液200μL加入細胞中。用上述方法轉(zhuǎn)染pXJ-40-myc空載體作為對照。
將轉(zhuǎn)染的細胞置于培養(yǎng)箱中,4~6 h后更換培養(yǎng)基;次日,用槍頭比著直尺(細胞貼壁后即可),盡量垂直于背后的橫線劃痕,槍頭要垂直,不能傾斜,用PBS洗去劃下的細胞,加入無血清培養(yǎng)基;繼續(xù)培養(yǎng),分別于0、6、12、24 h取樣,拍照;最后收集剩余的細胞進行Western印跡,檢測目的蛋白KGF-2及內(nèi)參蛋白GAPDH的表達量。
以人乳腺文庫為模板擴增出長627 bp的DNA片段,與預(yù)期的KGF-2基因大小一致(圖1)。將BamHⅠ和XhoⅠ酶切后的PCR產(chǎn)物和pXJ-40-myc載體連接,轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α感受態(tài),挑克隆后進行菌液PCR鑒定,若獲得與目的條帶627 bp大小接近(圖2)的片段,則認為是陽性克隆。將陽性克隆培養(yǎng)后提取質(zhì)粒,雙酶切該質(zhì)粒,獲得約5000和627 bp的2條帶,初步判定該質(zhì)粒為重組的Myc-KGF-2質(zhì)粒(圖3)。DNA測序結(jié)果表明重組克隆的KGF-2序列無突變,與已知序列一致(數(shù)據(jù)略)。
將構(gòu)建的Myc-KGF-2重組質(zhì)粒和pXJ-40-myc空載體分別轉(zhuǎn)染HEK-293T細胞,24 h后提取蛋白進行Western印跡,檢測Myc-KGF-2目的蛋白及GAPDH內(nèi)參蛋白的表達。結(jié)果顯示,轉(zhuǎn)染重組質(zhì)粒的細胞用Myc-HRP抗體可在相對分子質(zhì)量約23×103處檢測到明顯的特異性條帶,而轉(zhuǎn)染空載體的細胞無條帶;用GAPDH特異性抗體可在2種細胞中均檢測到相對分子質(zhì)量約37×103的條帶(圖4)。
圖1 PCR擴增人KGF-2的DNA片 段
圖2 重組質(zhì)粒Myc-KGF-2的菌液PCR結(jié)果
圖3 重組質(zhì)粒Myc-KGF-2的雙酶切鑒定
KGF-2為生長因子,可促進上皮細胞增殖、分化和遷移。用5μg Myc-KGF-2重組克隆及pXJ-40-myc空載體轉(zhuǎn)染腸上皮FHC細胞系(圖5),通過劃痕實驗驗證腸上皮細胞的遷移能力。結(jié)果顯示,Myc-KGF-2較親代組及空載體組能促進腸上皮細胞遷移(圖6)。
KGF-2具有多種重要功能,在機體生理和病理過程中均發(fā)揮重要作用。KGF-2能夠促進山羊肌肉內(nèi)前脂肪細胞分化成脂肪[16];KGF-2與富含亮氨酸的重復(fù)含G蛋白偶聯(lián)受體5(leucinerich repeat-containing G protein-coupled receptor 5,Lgr5)相互作用,促進小鼠味蕾的發(fā)育[17]。特發(fā)性肺纖維化病理機制之一可能是TGF-β抑制KGF-2表達,阻礙肺損傷后的上皮修復(fù),進而導(dǎo)致肺纖維化形成[18]。血管重構(gòu)是高血壓特征性病理形態(tài),血管平滑肌細胞功能失調(diào)是導(dǎo)致血管重塑的重要基礎(chǔ),而KGF-2通過調(diào)控血管平滑肌細胞的增殖和遷移參與高血壓病理形成過程[19];遺傳學(xué)研究表明,KGF-2是肺發(fā)育過程中遠端上皮的趨化因子,氣管分支形態(tài)發(fā)生需要KGF-2/FG?FR2的信號傳導(dǎo)[20]。KGF-2在腫瘤相關(guān)巨噬細胞(tumor-associated macrophages,TAMs)中高表達,在腫瘤發(fā)生過程中扮演重要角色[21]。頭頸部腫瘤患者放療后常誘導(dǎo)唾液機能減退,但在缺氧環(huán)境下的脂肪間質(zhì)干細胞可分泌KGF-2,通過FGFRPI3K信號通路發(fā)揮抗凋亡的作用,從而對放療引起的唾液機能減退起到治療作用[22]。KGF-2在代謝病中也發(fā)揮重要作用,mir-327-FGF10-FGFR2介導(dǎo)的自分泌信號控制著白色脂肪的褐變,該信號軸可能作為肥胖和代謝病的治療靶點[23]。
圖4 Myc-KGF-2重組蛋白的Western印跡
圖5 Western印跡檢測融合蛋白在FHC細胞中的表達
圖6 KGF-2促進腸上皮細胞遷移
在KGF-2的眾多功能中,其上皮修復(fù)功能受到人們關(guān)注,并應(yīng)用于臨床治療,如腸損傷治療。腸黏膜屏障是人體的重要保護屏障。一旦發(fā)生腸損傷,腸道的生物屏障作用消失,導(dǎo)致大量體液丟失和腸道內(nèi)毒性物質(zhì)進入血液,從而引起嚴重的水電解質(zhì)平衡失調(diào)及敗血癥,將會帶來多種危及生命的并發(fā)癥[24]。因此,研究腸損傷修復(fù),對多種疾病如放射性腸損傷、應(yīng)激性腸損傷及腸道慢性疾病等具有重要意義。KGF-2對克羅恩病有很好的療效,腹腔注射KGF-2能夠避免患有克羅恩病的大鼠體重下降、腹瀉和腸道炎癥,促進腸上皮細胞生長[25]。KGF-2對輻射所致肺、胃腸道組織損傷的修復(fù)及免疫重建具有重要作用,歐洲相關(guān)工作組已將KGF-2納入急性放射病的救治方案當中[26]。雖然KGF-2對上皮細胞增殖和保持腸黏膜完整性至關(guān)重要,但單純靠外源性KGF-2不能長久、有效地為病患提供保護功能。研究人員試圖尋找持續(xù)有效地傳遞KGF-2至病灶的方法[27],但尚未得到滿意的結(jié)果。
綜上,我們將真核表達的KGF-2質(zhì)粒轉(zhuǎn)染人FHC細胞,獲得高表達KGF-2的FHC細胞,并驗證該質(zhì)粒發(fā)揮了損傷修復(fù)的功能,為進一步研發(fā)穩(wěn)定表達KGF-2的正常細胞的功能及臨床應(yīng)用積攢了實驗依據(jù)。