喻娟 彭清華
流行病學(xué)資料顯示,青光眼是僅次于白內(nèi)障,導(dǎo)致視力喪失的第二大原因,也是世界上第二個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的失明原因[1]。目前,常用的治療方法是青光眼濾過手術(shù)(glaucoma filtering surgery,GFS),其效果主要受房水引流通暢程度的影響。術(shù)后纖維瘢痕形成往往是GFS失敗的主要原因[2]。因此,調(diào)節(jié)異常結(jié)膜傷口修復(fù)以防止濾過疤痕已成為預(yù)防青光眼的熱點(diǎn)之一。青光眼術(shù)后濾過隧道瘢痕形成的本質(zhì)是人工過濾區(qū)傷口愈合機(jī)制的局部表現(xiàn)[3]。在此過程中,人類Tenon成纖維細(xì)胞(human Tenon's capsule fibroblasts,HTFs)的激活被認(rèn)為是傷口修復(fù)和瘢痕形成的主要原因[4-5]。轉(zhuǎn)化生長因子 β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)是傷口愈合的重要調(diào)節(jié)因子,在GFS后瘢痕形成中起重要作用,已被認(rèn)為是HTFs轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞(myofibroblast,MFs)的主要誘導(dǎo)因子[7]。三氧化二坤與兔Tenon's囊成纖維細(xì)胞的關(guān)系密切[8]。在本研究中,TGF-β1刺激的HTFs被用作細(xì)胞模型來研究HTFs活化和增殖的機(jī)制及溶液策略。青光安顆粒劑是復(fù)方中藥,能讓青光眼患者術(shù)后視力、視野及濾過泡形態(tài)均優(yōu)于對照組,并能有效維持較低的眼壓[9]。自噬是一種細(xì)胞過程,可以回收受損的細(xì)胞器和長壽命蛋白,以維持細(xì)胞能量的穩(wěn)態(tài)[10]。自噬參與炎癥,細(xì)胞應(yīng)激,發(fā)育,衰老,癌癥以及細(xì)胞成分的內(nèi)源性和外源性清除。如果自噬不能從細(xì)胞中去除細(xì)胞內(nèi)碎片,則細(xì)胞凋亡發(fā)生并且組織將被破壞[11]。本研究測試了青光安顆粒劑抑制TGF-β1誘導(dǎo)HTFs增殖和自噬的影響。
1.實(shí)驗(yàn)樣本:雄性C57BL/6J小鼠,10周齡,重約25 g,飼養(yǎng)于空調(diào)室內(nèi),光照周期為12 h、(20±2)℃和50% ~ 60%濕度,飲用水均經(jīng)過滅菌處理。Tenon的活組織檢查樣本是在標(biāo)準(zhǔn)GFS中獲得的。青光安顆粒按9.18 g/kg劑量灌胃給予青光安顆粒,連續(xù)7 d,1 次 / d。末次灌藥后1 h,頸主動(dòng)脈取血,分離血清,所取血清經(jīng)56 ℃,30 min滅活處理后,用0.22 μm的微孔膜過濾除菌,置于20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>
2.試劑:CCK細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒、胎牛血清(上海碧云天公司);Eagle培養(yǎng)基(美國Invitrogen公司);青霉素、鏈霉素、TGF-β1(美國Sigma公司);青光安(廈門中藥廠);流式細(xì)胞儀(美國BD公司);小鼠抗人Beclin-1單克隆抗體、小鼠抗人ATG-5單克隆抗體、小鼠抗人LC-3Ⅲ單克隆抗體(美國Sigma公司)。
(一)細(xì)胞培養(yǎng)與鑒定
從接受GFS手術(shù)的個(gè)體獲得人結(jié)膜下Tenon膠囊樣品。獲得HTFs作為1 cm×1 cm×1 cm的Tenon膠囊外植體的擴(kuò)增培養(yǎng)物,并在補(bǔ)充有15%熱滅活胎牛血清Dulbecco改良的Eagle培養(yǎng)基中繁殖,培養(yǎng)基中含100 U/ml青霉素和100 μg/ ml鏈霉素,在37 ℃5% CO2濕潤氣氛中。HTFs維持在對數(shù)生長期。第3 ~ 6代的HTFs用于該研究。所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)至少3次,并計(jì)算平均值用于本研究中的分析。制備青光安10倍組血清,5倍組血清,2.5 倍組血清,在100 ng/ml TGF-β1刺激前1 h加入細(xì)胞培養(yǎng)基中。將DMSO(0.1%)加入載體對照孔的培養(yǎng)基中。
(二)研究分組與干預(yù)
從接受GFS手術(shù)的個(gè)體獲得人結(jié)膜下Tenon膠囊樣品。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為3組:對照組(HTFs未經(jīng)處理,n= 10);TGF-β1誘導(dǎo)組(100 ng/ml TGF-β1誘導(dǎo) HTFs,構(gòu)建 GFS術(shù)后細(xì)胞模型,n= 10);TGF-β1+ 青光安治療組(TGF-β1誘導(dǎo) + 青光安顆粒劑血清處理 HTFs,n= 30)。TGF-β1+ 青光安治療組按照青光安血清的劑量進(jìn)一步分為3組:TGF-β1+ 青光安高劑量組(TGF-β1誘導(dǎo) + 青光安顆粒劑血清5 ml處理HTFs);TGF-β1+青光安中劑量組(TGF-β1誘導(dǎo)+青光安顆粒劑血清2.5 ml處理HTFs);TGF-β1+青光安低劑量組(TGF-β1誘導(dǎo)+青光安顆粒劑血清處理1 ml HTFs);每組設(shè)10個(gè)培養(yǎng)皿。
(三)觀察指標(biāo)
1.CCK-8分析:通過CCK細(xì)胞計(jì)數(shù)試劑盒用CCK測定法測定檢查細(xì)胞增殖。該測定基于活細(xì)胞中線粒體脫氫酶對四唑鹽WST-8的切割。在各種處理后,收獲處于指數(shù)生長期的HTFs,并以1×105個(gè)/ ml的密度接種在5個(gè)96孔板中,每孔總體積為100 μl。并用指定濃度青光安血清和TGF-β1處理24 h,如本研究中的先前實(shí)驗(yàn)。然后向每個(gè)孔中加入10 μl的2-(2-甲氧基-4-硝基苯基)-3-(4-硝基苯基)-5-(2,4-二磺基)-2H-四唑鎓單鈉鹽WST-8。將板在37 ℃下再溫育4 h。通過使用微孔板分光光度計(jì)在490 nm處測量吸光度,并通過與陰性對照比較來歸一化結(jié)果,該實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。
在不含抗生素的完全培養(yǎng)基中將HTFs細(xì)胞接種在密度為4×105個(gè)/ml的平板中。24 h后,用含或不含100 ng/ml TGF-β1和含或不含青光安的小鼠的血清替換培養(yǎng)基(不含清光安的小鼠血清即為未經(jīng)青光安顆粒劑處理的小鼠的血清)。處理24或48 h后收獲細(xì)胞。對照HTFs未經(jīng)處理或僅用Lipofectamine 2000處理。實(shí)驗(yàn)分為對照組、TGF-β1誘導(dǎo)組和TGF-β1+青光安治療組。含藥血清的制備:青光安顆粒劑(10 g·kg-1·d-1)灌胃小鼠給藥,連續(xù)6 d,每日1次,末次給藥后1 h,腹主動(dòng)脈采血,2 000×g離心 10 min,取血清,56 ℃、30 min 水浴滅活,然后經(jīng)0.22 μm濾膜抽濾除菌,-80℃保存?zhèn)溆?。本研究已?jīng)在湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)報(bào)備并獲得批準(zhǔn),動(dòng)物實(shí)驗(yàn)批準(zhǔn)文號2018-0525。
2.定量實(shí)時(shí)PCR:定量實(shí)時(shí)PCR用于確定各種處理后HTFs的自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、自噬相關(guān)基因 5(autophagy related gene 5,ATG-5)、微管相關(guān)蛋白1-輕鏈3(microtubule associated protein 1 light chain 3,LC-3)基因mRNA水平。使用RISO試劑從HTFs分離總RNA并用DNA酶Ⅰ處理。通過使用oligo-d(T)引物從總RNA逆轉(zhuǎn)錄酶合成cDNA。使用SYBR Master混合物,用Bio-Rad IQ5實(shí)時(shí)PCR檢測系統(tǒng)進(jìn)行定量實(shí)時(shí)PCR分析。在每個(gè)cDNA模板上一式3份進(jìn)行PCR反應(yīng)以及管家基因GAPDH的一式3份反應(yīng)。通過解鏈曲線分析驗(yàn)證特異性擴(kuò)增。數(shù)據(jù)針對GAPDH進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。使用ΔΔCT方法(IQ5軟件版本2.0)測定表達(dá)水平,并表示為倍數(shù)變化。實(shí)驗(yàn)一式3份進(jìn)行,每次處理3個(gè)生物樣品。(表1)
3.蛋白質(zhì)印跡:用冰冷的PBS沖洗后,使用含有磷酸酶抑制劑(1 mmol/L釩酸鈉,50 mmol/ L NaF)和蛋白酶的裂解緩沖液(20 mmol/L Tris,150 mmol/L NaCl,1 mmol/L EDTA,1%Triton X-100)制備HTFs裂解物。抑制劑(0.1%苯甲基磺酰氟;完全蛋白酶抑制劑,上海羅氏公司)。二辛可寧酸測定用于測定蛋白質(zhì)濃度。然后,在Laemmli樣品緩沖液中煮沸后,將10 μg蛋白質(zhì)提取物進(jìn)行SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳。使用Bio-Rad凝膠印跡裝置將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到聚偏二氟乙烯膜上。將膜在TBST[10 mmol/L Tris HCl(pH 7.5),150 mmol/ L NaCl,0.1%Tween20]中 的 10%無脂乳中封閉1 h,然后在4 ℃下與一抗(小鼠抗人Beclin-1單克隆抗體、小鼠抗人ATG-5單克隆抗體和小鼠抗人LC-3Ⅲ單克隆抗體;1:1 000)一起溫育過夜。用過氧化物酶偶聯(lián)的二抗(1:5 000)在室溫下保持45 min。在每個(gè)溫育步驟后,將膜在TBST中洗滌3 次(每次 10 min)。使用以下抗體:抗 Beclin-1,ATG-5,抗LC-3Ⅲ,抗GADPH。通過化學(xué)發(fā)光揭示過氧化物酶,并通過暴露于X射線膠片顯現(xiàn)過氧化物酶。
表1 RT-PCR引物序列
4.流式細(xì)胞儀:青光安血清培養(yǎng)并用TGF-β2處理48 h后,通過流式細(xì)胞術(shù)檢查細(xì)胞周期。通過胰蛋白酶消化收集HTFs并用PBS洗滌2次,然后以1×106個(gè)/ml重懸于PBS中,并在4℃下在70%冰冷的乙醇(v/v)中固定過夜。固定的細(xì)胞用0.5 ml碘化丙錠/RNase染色緩沖液在黑暗中于4℃染色30 min。使用流式細(xì)胞儀分析G0/G1,S和G2/M級分的細(xì)胞數(shù)。根據(jù)PI =(G2/M+S)/(G0/G1+S+G2/M)計(jì)算增殖指數(shù)。
5.Cyto-ID免疫細(xì)胞化學(xué)染色:通過Cyto-ID免疫細(xì)胞化學(xué)染色測定青光安顆粒劑對HTFs細(xì)胞自噬的影響。(1)載玻片防脫片劑處理:可選擇APES或 Poly-Lysine。撈片后置烤箱58 ~ 60 ℃,30 ~60 min以使切片緊密黏附;(2)切片脫蠟,水洗;(3)必要時(shí)根據(jù)抗原情況對切片進(jìn)行微波修復(fù)抗原或酶消化處理。蒸餾水洗2 min×3 次;(4)滴加正常血清封閉液,室溫10 min;(5)滴加適當(dāng)稀釋的一抗(小鼠抗人Beclin-1單克隆抗體、小鼠抗人ATG-5單克隆抗體和小鼠抗人LC-3Ⅲ單克隆抗體),20 ~ 37℃1 ~ 2 h 或 4℃過夜。PBS 洗 2 min×3 次;(6)滴加的和一抗相對應(yīng)的生物素化二抗,20 ~ 37℃ 30 min。PBS洗2 min×3 次;(7)滴加熒光素標(biāo)記的ABC,20 ~ 37℃ 30 min。PBS 洗 5 min×4 次;(8)水溶性封片劑封片。熒光顯微鏡觀察。
采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。HTFs的活力、細(xì)胞周期、自噬陽性細(xì)胞數(shù)目、自噬相關(guān)基因mRNA的表達(dá)、自噬相關(guān)蛋白的水平用表示,多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用LSD-t檢驗(yàn);計(jì)數(shù)資料采用百分率(%)表示,組間比較采用c2分析,以P< 0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
CCK-8檢測結(jié)果顯示,細(xì)胞生長顯示外源TGF-β1可為HTFs提供生長優(yōu)勢,與對照組相比,TGF-β1誘導(dǎo)組導(dǎo)致HTFs細(xì)胞的增殖能力增加(P<0.05),培養(yǎng)基中加入不同劑量的青光安含藥血清后,HTFs細(xì)胞的增殖能力降低(P< 0.05),TGF-β1+青光安高劑量組細(xì)胞增殖水平降低最為明顯(表2)。
表2 青光安顆粒劑抑制HTFs的活力(±s)
表2 青光安顆粒劑抑制HTFs的活力(±s)
注:與對照組比較,aP < 0.05;與 TGF-β1 誘導(dǎo)組比較,bP < 0.05
分組 細(xì)胞培養(yǎng)皿數(shù)量 增殖能力對照組 10 12.85±1.13 TGF-β1 誘導(dǎo)組 10 23.42±1.25a TGF-β1+青光安低劑量組 10 19.47±1.14b TGF-β1+青光安中劑量組 10 16.38±1.07b TGF-β1+青光安高劑量組 10 13.52±1.24b F值 12.347 P值 < 0.01
通過流式細(xì)胞術(shù)評估青光安對細(xì)胞周期的影響。TGF-β1誘導(dǎo)組G0/G1期HTFs百分比低于對照組(P< 0.05),TGF-β1+ 青光安治療組高于TGF-β1 誘導(dǎo)組(P< 0.05)。 相反,TGF-β1 誘導(dǎo)組中S期HTFs百分比較對照組增加(P< 0.05),TGF-β1+ 青光安治療組低于 TGF-β1 誘導(dǎo)組(P<0.05)。TGF-β1誘導(dǎo)組與對照組和TGF-β1+ 青光安治療組在G2/M期差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。(表3)
通過Cyto-ID免疫細(xì)胞化學(xué)染色測定青光安顆粒劑對HTFs細(xì)胞自噬的影響。對照HTFs在細(xì)胞質(zhì)中表現(xiàn)出弱的綠色點(diǎn)狀染色。在用TGF-β1處理后,在細(xì)胞中顯示出增強(qiáng)的HTFs細(xì)胞自噬(P<0.05)。與 TGF-β1 誘導(dǎo)組相比,用 TGF-β1+ 青光安治療組導(dǎo)致熒光染色強(qiáng)度降低,HTFs陽性細(xì)胞數(shù)目減少(P<0.05)。(圖1,表4)
表3 TGF-β1和青光安治療對HTFs細(xì)胞周期的影響(%,±s)
表3 TGF-β1和青光安治療對HTFs細(xì)胞周期的影響(%,±s)
注:與對照組比較,aP < 0.05;與 TGF-β1 誘導(dǎo)組比較,bP < 0.05
分組 細(xì)胞培養(yǎng)皿數(shù)量 G0/G1期 S 期 G2/M期對照組 10 94.92 ±1.63 1.61 ±0.72 3.47 ±1.11 TGF-β1 誘導(dǎo)組 10 88.29 ±0.35a 9.04 ±0.25a 2.67 ±0.15 TGF-β1+ 青光安治療組 30 91.18 ±1.04b 5.41 ±0.59b 3.41 ±0.53 F 值 15.374 13.857 18.263 P 值 0.012 0.007 0.432
圖1 熒光顯微鏡下觀察Cyto-ID免疫細(xì)胞化學(xué)SP染色結(jié)果(×400)
表4 青光安顆粒劑對HTFs細(xì)胞自噬的影響(±s)
表4 青光安顆粒劑對HTFs細(xì)胞自噬的影響(±s)
注:與對照組比較,aP < 0.05;與 TGF-β1 誘導(dǎo)組比較,bP < 0.05
分組 細(xì)胞培養(yǎng)皿數(shù)量 熒光強(qiáng)度 陽性細(xì)胞數(shù)目對照組 10 1.37±0.15 83.46±10.78 TGF-β1 誘導(dǎo)組 10 4.64±0.25a 180.54±20.37a TGF-β1+ 青光安治療組 30 1.84±0.14b 112.46±12.11b F值 12.375 18.472 P值 0.001 0.004
使用qRT-PCR分析測定HTFs中Beclin-1、ATG-5和LC-3Ⅲ的基因表達(dá)水平。結(jié)果顯示,TGF-β1處理后,自噬相關(guān)基因表達(dá)均降低。而TGF-β1+青光安治療組逆轉(zhuǎn)TGF-β1處理對自噬基因表達(dá)水平的影響,與TGF-β1組相比,自噬相關(guān)基因均升高(P< 0.05)。(圖2,表5)
使用Western印跡分析測定HTFs中Beclin-1、ATG-5和LC-3Ⅲ的蛋白質(zhì)水平。結(jié)果顯示,TGF-β1處理后,自噬相關(guān)蛋白均降低。而與TGF-β1組相比,TGF-β1+ 青光安治療組 Beclin-1、ATG-5和LC-3Ⅲ的蛋白質(zhì)水平分別降低48.73%、30.3%和30.93%(P< 0.05)。(表6,圖3)
圖2 自噬相關(guān)基因mRNA的表達(dá)水平
表5 自噬相關(guān)基因mRNA的表達(dá)水平(±s)
表5 自噬相關(guān)基因mRNA的表達(dá)水平(±s)
注:與對照組比較,aP < 0.05;與 TGF-β1 誘導(dǎo)組比較,bP < 0.05
分組 細(xì)胞培養(yǎng)皿數(shù)量 Beclin-1 ATG-5 LC-3Ⅲ對照組 10 5.43±0.97 8.24±1.03 6.43±0.85 TGF-β1 誘導(dǎo)組 10 2.25±0.54a 4.32±0.69a 3.54±0.96a TGF-β1+ 青光安治療組 30 4.97±0.68b 7.36±0.85b 5.83±0.25b F值 9.654 16.866 17.675 P 值 < 0.01 < 0.01 < 0.01
表6 HTFs中自噬相關(guān)基因表達(dá)量(±s)
表6 HTFs中自噬相關(guān)基因表達(dá)量(±s)
注:與對照組比較,aP < 0.05;與 TGF-β1 誘導(dǎo)組比較,bP < 0.05
分組 細(xì)胞培養(yǎng)皿數(shù)量 Beclin-1 ATG-5 LC-3Ⅲ對照組 10 2.36±0.25 0.87±0.06 1.84±0.24 TGF-β1 誘導(dǎo)組 10 3.47±0.38a 1.32±0.11a 2.78±0.21a TGF-β1+ 青光安治療組 30 1.78±0.04b 0.92±0.15b 1.92±0.34b F值 17.368 14.582 13.264 P值 < 0.01 < 0.01 < 0.01
圖3 免疫印跡分析Beclin-1、ATG-5和LC-3Ⅲ蛋白的表達(dá)量
青光眼是一種進(jìn)行性視神經(jīng)病變,已經(jīng)假定幾種因素在青光眼中起作用,包括缺血性興奮性毒性,神經(jīng)營養(yǎng)不足和眼內(nèi)壓升高[3]。HTFs向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化在傷口愈合過程中起主要作用。在這個(gè)過程中,細(xì)胞被激活并表達(dá)豐富的ECM蛋白和生長因子,這些在傷口愈合中是必不可少的[12]。肌成纖維細(xì)胞的持續(xù)發(fā)生可能與術(shù)后瘢痕形成和GFS失敗有關(guān)。減少HTFs向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化可以改善GFS的長期效果。本研究獲得了HTFs作為人類Tenon外植體的擴(kuò)增培養(yǎng)物,然后評估青光安對HTFs細(xì)胞增殖和自噬的影響。
GFS后的瘢痕形成與傷口修復(fù)期間結(jié)締組織的產(chǎn)生一致。TGF-β1是傷口愈合的重要調(diào)節(jié)因子,也是血管纖維化過程中的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑[14]。在GFS后瘢痕形成中起重要作用,已被認(rèn)為是HTFs轉(zhuǎn)化為MFs的主要誘導(dǎo)因子[8-9]。本研究TGF-β1刺激HTFs被用作細(xì)胞模型來研究HTFs活化和增殖的機(jī)制和溶液策略。細(xì)胞周期分析顯示青光安治療處理導(dǎo)致G0/G1期的比例增加,而S期的比例降低。通過CCK-8測定也檢測到HTFs活力的降低。這些結(jié)果表明,青光安治療可誘導(dǎo)HTFs細(xì)胞周期停滯于G0/G1期,可能阻止其DNA合成,這可能是HTFs中青光安治療后抑制細(xì)胞增殖的機(jī)制。
近年來,青光安的抗炎,免疫調(diào)節(jié)和抗纖維化作用也有報(bào)道[16-18]。研究表明,青光安顆粒劑在視網(wǎng)膜色素上皮和角膜纖維化的調(diào)節(jié)中起重要作用[19-20]。在之前的研究中,證明了青光安能夠減弱TGF-β1誘導(dǎo)的 α-SMA,CTGF和COL I轉(zhuǎn)錄的上調(diào),以及影響HTFs的蛋白質(zhì)表達(dá),增殖和遷移而沒有毒性;自噬在生理衰老以及HTFs的病理學(xué)中起重要作用。自噬的生理水平對于維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)是必需的,并且在各種應(yīng)激條件期間迅速上調(diào)。自噬途徑的功能障礙,尤其是衰老,通常會(huì)促進(jìn)人類疾病和一些神經(jīng)退行性疾病[7,12]。矛盾的是,盡管主要具有促存活作用,但神經(jīng)組織自噬在神經(jīng)保護(hù)以及神經(jīng)元損傷和死亡中起著重要作用,這取決于生理和病理環(huán)境[7]。自噬體是雙膜結(jié)構(gòu),其中細(xì)胞質(zhì)材料在自噬期間被包圍。這些自噬體與溶酶體融合形成自溶酶體,細(xì)胞質(zhì)物質(zhì)被降解。Beclin-1、ATG-5和LC3-Ⅲ是自噬過程中參與自噬體形成的必需蛋白質(zhì)。筆者認(rèn)為,自噬強(qiáng)弱和Beclin-1、ATG-5和LC-3Ⅲ表達(dá)量的關(guān)系成正相關(guān)。青光安顆粒在HTFs自噬中的作用尚未闡明,需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證實(shí)。
本研究發(fā)現(xiàn),青光安顆粒劑增加了Beclin-1、ATG-5、LC3-Ⅲ mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá),青光安顆粒劑抑制TGF-β1誘導(dǎo)的HTFs增殖,且可能機(jī)制為青光安誘導(dǎo)HTFs細(xì)胞周期停滯于G0/G1期,而且青光安可減少TGF-β1誘導(dǎo)的HTFs自噬。
中華細(xì)胞與干細(xì)胞雜志(電子版)2019年2期