陳妮,趙梅
1.海南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院藥學(xué)部,海南海口 570311;2.三亞中心醫(yī)院(海南省第三人民醫(yī)院)藥學(xué)部,海南三亞 572000
肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension, PAH)是一種罕見的疾病,其特征是小肺動脈進(jìn)行性閉塞,導(dǎo)致肺動脈壓升高和右心衰竭[1-2]。在過去的幾十年中,對該疾病的病理生理學(xué)的深入了解導(dǎo)致開發(fā)了針對內(nèi)皮功能障礙的有效療法(依前列醇及其衍生物、內(nèi)皮素受體拮抗劑和5 型磷酸二酯酶抑制劑)[3]。這些藥物可以改善臨床、功能和血流動力學(xué)。盡管如此,PAH 尚無治愈方法,預(yù)后仍然很差。MicroRNAs(miRNAs, miRs)是一類內(nèi)源性的小型非編碼RNA,其通過靶向mRNA 的3'-非翻譯區(qū)(3’-untranslated region, UTR)來負(fù)調(diào)控基因表達(dá),以進(jìn)行基因降解或翻譯抑制[4]。miRNA 具有多種細(xì)胞功能,包括調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝、發(fā)育、增殖和死亡。研究發(fā)現(xiàn)多種miRNA 在PAH 的病理生理中起到關(guān)鍵的調(diào)控作用[5]。最近的研究發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 能夠通過抑制炎癥反應(yīng)來緩解大鼠的肺動脈癥狀,提示miR-181a-5p 在PAH 的病理生理中起到關(guān)鍵的作用[6]。然而miR-181a-5p 調(diào)控PAH,特別是調(diào)控肺動脈血管平滑肌細(xì)胞增殖、遷移等分子機(jī)制尚未明確。因此,本研究2021 年11 月—2022 年5月進(jìn)行,探討了miR-181a-5p 對肺動脈血管平滑肌細(xì)胞增殖以及遷移的影響,并探索了相應(yīng)的分子調(diào)控通路?,F(xiàn)報(bào)道如下。
DMEM 培 養(yǎng) 基、FBS 胎 牛 血 清、Lipofectamine 2000 轉(zhuǎn)染試劑購于美國Thermo Fisher Scientific 公司;肺動脈平滑肌細(xì)胞購于美國ATCC 公司;miR-181a-5p 模擬 物,模擬物對照,miR-181a-5p 抑制劑,抑制劑對照,pcDNA3.1 以及pcDNA3.1-KLF6 購于廣州銳博生物科技有限公司;螢光素酶報(bào)告載體以及螢光素酶檢測試劑盒購于美國Promega 公司;CCK-8 檢測試劑盒購于北京碧云天生物科技有限公司。實(shí)時(shí)定量PCR 試劑盒以及Trizol 試劑購于日本Takara 公司。
1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)將肺動脈平滑肌細(xì)胞用含10%胎牛血清的不含抗生素的DMEM 培養(yǎng)基懸浮后,置于條件為37℃、5%的CO2的恒溫細(xì)胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。每天在鏡下觀察細(xì)胞生長情況,并根據(jù)情況進(jìn)行換液,當(dāng)細(xì)胞融合度達(dá)80%以上時(shí)可進(jìn)行消化傳代。取對數(shù)生長期細(xì)胞進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
1.2.2 細(xì)胞轉(zhuǎn)染當(dāng)肺動脈平滑肌細(xì)胞細(xì)胞貼壁后,使用Lipofeetamine 2000 試劑根據(jù)使用說明對細(xì)胞進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)粒和miRNA 進(jìn)行轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)染后24 h,進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。
1.2.3 處理分組第1 組實(shí)驗(yàn)細(xì)胞分別用常氧(21%O2和5%CO2)或 者 低 氧(3%O2、5%CO2和92%N2),分別處理12、24 h 或者48 h 后,收集細(xì)胞進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn);第2 組實(shí)驗(yàn):細(xì)胞分別用常氧(21%O2和5%CO2)、低氧(3%O2、5%CO2和92%N2)或者低氧(3%O2、5%CO2和92%N2)聯(lián)合miR-181a-5p 模擬物轉(zhuǎn)染處理人肺動脈平滑肌細(xì)胞,24 h 后,收集細(xì)胞進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。第3 組實(shí)驗(yàn):人肺動脈平滑肌細(xì)胞利用miR-181a-5p 抑制劑或者抑制劑對照轉(zhuǎn)染,24 h 后,收集細(xì)胞進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。第4 組實(shí)驗(yàn):細(xì)胞分別用低氧(3%O2、5%CO2和92%N2)、低氧(3%O2、5%CO2和92%N2)聯(lián)合miR-181a-5p 模擬物轉(zhuǎn) 染、低 氧(3%O2、5%CO2和92%N2)聯(lián) 合miR-181a-5p 模擬物以及pcDNA3.1-KLF6 處理人肺動脈平滑肌細(xì)胞,24 h 后,收集細(xì)胞進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
1.2.4 實(shí)時(shí)定量PCR使用Trizol 試劑盒從細(xì)胞系中分離出包括miRNA 的總RNA。分別使用RNA 反轉(zhuǎn)錄試劑盒和PrimeScript RT 試劑盒進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄。使用SYBR 預(yù)混Ex Taq 在ABI 7500 實(shí)時(shí)PCR 系統(tǒng) 上進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR。U6 作為miR-181a-5p 的表達(dá)內(nèi)參,GAPDH 作為PCNA 的內(nèi)參;用2-ΔΔCt法計(jì)算相關(guān)基因的相對表達(dá)水平。
1.2.5 CCK-8 試驗(yàn)使用CCK-8 檢測試劑盒檢測細(xì)胞活性。收集經(jīng)過不同處理的細(xì)胞,以每孔1×103 個(gè)細(xì)胞的密度接種到96 孔板中,24 h 后,將CCK-8 溶液加入各孔中,于37℃下孵育2 h,450 nm 處測定吸光度,計(jì)算細(xì)胞活性。
1.2.6 雙熒光素酶試驗(yàn)采用TargetScan 預(yù)測發(fā)現(xiàn),miR-181a-5p 和KLF6 3'-UTR 有連續(xù)的結(jié)合位點(diǎn)。按照說明書將KLF6 3‘UTR 野生型或突變型的熒光素酶報(bào)告基因質(zhì)粒載體和模擬物對照或者miR-181a-5p 模擬物分別或同時(shí)轉(zhuǎn)入肺動脈平滑肌細(xì)胞。培養(yǎng)48 h 后小心吸棄培養(yǎng)液,洗滌細(xì)胞后加入細(xì)胞裂解液裂解細(xì)胞5~10 min,3 000 r/min 離心5 min,取上清,利用雙熒光素酶報(bào)道試劑盒對熒光素酶活性進(jìn)行測定。
采用GraphPad Prism 7.0 軟件分析數(shù)據(jù),計(jì)量資料符合正態(tài)分布,以(±s)表示,兩組間比較采用t檢驗(yàn),多組間比較采用單因素方差分析,多組間兩兩比較采用Bonferroni's 校正檢驗(yàn)。P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
CCK-8 結(jié)果顯示,低氧處理肺動脈平滑肌細(xì)胞0 h 組(100.00±15.10),12 h 組(110.3±10.1),12 h 后未增強(qiáng)肺動脈平滑肌細(xì)胞的活性,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.985,P>0.05),見 圖1A。 0 h 組(100.00±15.10),24 h(145.7±10.2),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.353,P<0.05);0 h 組(100.00±15.10),48 h 組(147.7±15.3),差 異 有 統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 意 義(t=4.545,P<0.05),24、48 h 低氧處理能夠增加肺動脈平滑肌細(xì)胞的活性,見圖1A。實(shí)時(shí)定量PCR 檢測結(jié)果顯示,0 h 組(1.00±0.06),12 h 組(0.87±0.053),差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.561,P>0.05),12 h 低氧處理對肺動脈平滑肌細(xì)胞中miR-181a-5p 的相對表達(dá)水平未影響,見圖1B。0 h 組(1.00±0.06),24 h 組(0.49±0.15),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.545,P<0.001);0 h 組(1.00±0.06),48 h 組(0.43±0.12),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=6.882,P<0.001),24、48 h 低氧處理能夠顯著下調(diào)肺動脈平滑肌細(xì)胞中miR-181a-5p 的相對表達(dá)水平,見圖1B。
圖1 低氧誘導(dǎo)增強(qiáng)肺動脈平滑肌細(xì)胞的活性,下調(diào)肺動脈平滑肌細(xì)胞中的miR-181a-5p 相對表達(dá)水平
miR-181a-5p 模擬物轉(zhuǎn)染后,miR-181a-5p 模擬物組(9.20±1.95),模擬物對照組(1.00±0.12),24 h 能夠顯著提高肺動脈平滑肌細(xì)胞中的miR-181a-5p相對表達(dá)水平,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=7.282,P<0.05),見圖2A。低氧 組(154.30±7.60),對照組(100.00±26.10),24 h 低氧處理能夠增強(qiáng)肺動脈平滑肌細(xì)胞的活性,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.166,P<0.05);上調(diào)PCNA 的表達(dá)水平,低氧組(2.06±0.29),對照組(1.00±0.11),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=5.919,P<0.05),見圖2B、圖2C。低氧+miR-181a-5p 模擬物組(107.00±5.60),低氧組(154.30±7.60),miR-181a-5p 過表達(dá)能夠顯著下調(diào)低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞活性,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.630,P<0.05),見圖2B。PCNA 的表達(dá)水平,低氧+miR-181a-5p 模擬物組(1.33±0.25),低氧組(2.06±0.29),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.929,P<0.05),見圖2C。進(jìn)一步的劃痕修 復(fù) 試 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn),低 氧 組(71.67±6.51),對 照 組(46.67±6.66),24 h 低氧處理能夠促進(jìn)肺動脈平滑肌細(xì)胞的遷移,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.782,P<0.05),見 圖2D。低 氧+miR-181a-5p 模 擬 物 組(51.67±6.03),低氧組(71.67±6.51),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.825,P<0.05),miR-181a-5p 過表達(dá)能夠顯著下調(diào)低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞遷移能力,見圖2D。
圖2 miR-181a-5p 過表達(dá)抑制低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖以及遷移
通過轉(zhuǎn)染試驗(yàn),miR-181a-5p 抑制劑組(0.43±0.07),抑制劑對照組(1.00±0.28),miR-181a-5p 抑制劑轉(zhuǎn)染后24 h 能夠顯著下調(diào)肺動脈平滑肌細(xì)胞中的miR-181a-5p 相對表達(dá)水平,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.410,P<0.05),見圖3A。CCK-8 試驗(yàn)檢測,miR-181a-5p 抑制劑組(152.70±10.40),抑制劑對照組(100.00±21.90),miR-181a-5p 抑制劑轉(zhuǎn)染能夠顯著增強(qiáng)肺動脈平滑肌細(xì)胞的活性,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.758,P<0.05),見圖3B。實(shí)時(shí)定量PCR 檢測,miR-181a-5p 抑制劑組(1.60±0.12),抑制劑對照組(1.00±0.04),miR-181a-5p 抑制劑轉(zhuǎn)染能夠顯著上調(diào)肺動脈平滑肌細(xì)胞中PCNA 的表達(dá)水平,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=8.202,P<0.05),見圖3C。劃痕修復(fù)試驗(yàn),miR-181a-5p 抑制劑組(68.67±6.81),抑制劑對照組(47.67±8.33),miR-181a-5p 抑制劑轉(zhuǎn)染能夠顯著增強(qiáng)肺動脈平滑肌細(xì)胞的遷移能力,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.382,P<0.05),見圖3D。
圖3 miR-181a-5p 敲減促進(jìn)低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖以及遷移
通過TargetScan 在線生信分析工具,發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 與KLF6 3’UTR 區(qū)域存在相互結(jié)合的區(qū)域,見圖4A。通過螢光素酶報(bào)告試驗(yàn)檢測發(fā)現(xiàn),miR-181a-5p 模 擬 物 組(0.26±0.089)模 擬 物 對 照 組(1.00±0.14),miR-181a-5p 模擬物轉(zhuǎn)染能夠顯著降低野生型KLF6 3’UTR 螢光素酶報(bào)告載體的螢光素酶活性,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=7.729,P<0.05),見圖4B。miR-181a-5p 模擬物組(1.04±0.12),模擬物對照組(1.00±0.13),miR-181a-5p 模擬物轉(zhuǎn)染對突變型KLF6 3’UTR 螢光素酶報(bào)告載體的螢光素酶活性沒有影響,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.421,P>0.05),見圖4C。實(shí)時(shí)定量PCR 檢測結(jié)果顯示,miR-181a-5p模擬物組(0.36±0.11),模擬物對照組(1.00±0.03),miR-181a-5p 模擬物轉(zhuǎn)染能夠顯著下調(diào)肺動脈平滑肌細(xì)胞中的KLF6 mRNA 表達(dá)水平,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=9.439,P<0.05),見圖4D。低氧組(1.58±0.18),對照組(1.00±0.17),24 h 低氧處理顯著下調(diào)肺動脈平滑肌細(xì)胞中的KLF6 mRNA 表達(dá)水平,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.108,P<0.05),見圖4E。
圖4 miR-181a-5p 負(fù)向調(diào)控肺動脈平滑肌細(xì)胞中KLF6 的表達(dá)
pcDNA3.1-KLF6 載體轉(zhuǎn)染能夠顯著上調(diào)肺動脈平滑肌細(xì)胞中KLF6 mRNA 的表達(dá)水平pcDNA3.1-KLF6 組(3.53±1.43),pcDNA3.1 組(1.00±0.17),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.055,P<0.05),見圖5A。miR-181a-5p 過表達(dá)能夠顯著下調(diào)低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞活性,低氧+miR-181a-5p 模擬物組(61.1±4.0),低氧組(100.00±14.50),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=5.408,P<0.05),見圖5B;和PCNA 的表達(dá)水平,低氧+miR-181a-5p 模擬物組(0.47±0.078),低氧組(1.00±0.12),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=6.645,P<0.05),見圖5C,而pcDNA3.1-KLF6 轉(zhuǎn) 染能 夠拮抗miR-181a-5p 過表達(dá)對低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞活性,低氧+miR-181a-5p 模擬物+pcDNA3.1-KLF6 組(86.0±2.6),低氧+miR-181a-5p 模擬物組(61.10±4.00),差 異 有 統(tǒng) 計(jì) 學(xué) 意 義(t=3.467,P<0.05),見圖5B;和PCNA 的表達(dá)抑制的影響,低氧+miR-181a-5p 模 擬 物+pcDNA3.1-KLF6 組(0.83±0.081),低氧+miR-181a-5p 模擬物組(0.47±0.078),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=4.542,P<0.05),見圖5C。miR-181a-5p 過表達(dá)能夠顯著下調(diào)低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞遷移能力,低氧+miR-181a-5p 模擬物組(46.33±4.16),低氧組(70.33±6.11),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué) 意 義(t=4.323,P<0.05),見 圖5D。pcDNA3.1-KLF6 轉(zhuǎn)染能夠拮抗miR-181a-5p 過表達(dá)對低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞遷移抑制的影響,低氧+miR-181a-5p 模擬物+pcDNA3.1-KLF6 組(66.00±9.17),低氧+miR-181a-5p 模擬物組(46.33±4.16),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=3.543,P<0.05),見圖5D。
圖5 KLF6 過表達(dá)能夠拮抗miR-181a-5p 對低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖和遷移的抑制作用
本研究發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 在低氧誘導(dǎo)的肺動脈血管平滑肌細(xì)胞中表達(dá)下調(diào);進(jìn)一步的功能試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 過表達(dá)能夠部分反轉(zhuǎn)低氧誘導(dǎo)的肺動脈血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移;miR-181a-5p 敲減能夠促進(jìn)肺動脈血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移。通過進(jìn)一步的生物信息學(xué)預(yù)測試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 能夠與KLF6 的3‘UTR 區(qū)域結(jié)合;功能驗(yàn)證試驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 能夠負(fù)向調(diào)控KLF6 在肺動脈平滑肌細(xì)胞的表達(dá),而低氧誘導(dǎo)能夠上調(diào)KLF6 的表達(dá)水平。營救試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)KLF6 過表達(dá)能夠反轉(zhuǎn)miR-181a-5p 過表達(dá)對低氧誘導(dǎo)的肺動脈血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移的抑制作用。
研究發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 在調(diào)控心血管細(xì)胞的生物學(xué)功能方面起到非常關(guān)鍵的作用。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 能夠抑制血管平滑肌細(xì)胞的增殖、遷移,同時(shí)促進(jìn)其凋亡,進(jìn)而調(diào)控粥狀動脈硬化的病理進(jìn)程[7]。另有研究表明miR-181a-5p 通過靶向PDGFRA 來抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成[8]。Deng L 等[9]研究發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 能夠抑制癌細(xì)胞的遷移和血管生成。也有研究發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p過表達(dá)能夠抑制網(wǎng)絡(luò)新生血管,其是通過調(diào)控endocan 和ERK1/2 信號通路來實(shí)現(xiàn)的[10]。在對肺動脈高壓(pulmonaryarterial hypertension, PAH)的研究中,發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 通過靶向endocan 改善野百合堿誘導(dǎo)的PAH 的炎癥反應(yīng)[11]。最新的研究發(fā)現(xiàn)KLF2 誘導(dǎo)的外泌體miR-181a-5p 可以減弱PAH 的血管重塑[12]。本研究發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)能夠抑制miR-181a-5p 的表達(dá),同時(shí)miR-181a-5p 過表達(dá)抑制低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖以及遷移,而miR-181a-5p 敲減促進(jìn)低氧誘導(dǎo)的肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖以及遷移。以上這些證據(jù)提示miR-181a-5p可能是通過抑制肺動脈平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移,從而來緩解PAH 的病理進(jìn)展。
由于miRNA 一般是通過靶向mRNA 的3'UTR來負(fù)調(diào)控基因表達(dá),本研究通過生物信息學(xué)預(yù)測發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 能夠與KLF6 3’UTR 區(qū)域結(jié)合,通過進(jìn)一步的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)miR-181a-5p 能夠負(fù)向調(diào)控肺動脈平滑肌細(xì)胞中的KLF6 的表達(dá)水平。Krüppel 樣因子6(KLF6)是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子;它屬于鋅指類DNA 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子的Krüppel 樣因子(KLFs)家族,可調(diào)節(jié)包括細(xì)胞增殖、分化、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、腫瘤發(fā)生和細(xì)胞死亡在內(nèi)的整體功能。研究發(fā)現(xiàn)KLF6 能夠介導(dǎo)大鼠實(shí)驗(yàn)性肝肺綜合征中的肺血管生成[13]。Kim GD 等[14]發(fā)現(xiàn)KLF6 能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)和低氧反應(yīng)。研究也發(fā)現(xiàn)KLF6 信號通路激活參與糖尿病肺纖維化中的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化[15]。本研究發(fā)現(xiàn)KLF6 過表達(dá)能夠反轉(zhuǎn)miR-181a-5p 過表達(dá)對低氧誘導(dǎo)的肺動脈血管平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移的抑制作用。以上這些結(jié)果提示,miR-181a-5p 通過靶向抑制KLF6 的表達(dá),使肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖和遷移,緩解PAH 的病理進(jìn)展。本研究僅僅驗(yàn)證KLF6 為miR-181a-5p的一個(gè)下游靶點(diǎn),未對其他靶點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)的驗(yàn)證。因此將來有必要對其他的靶點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證,從而更全面了解miR-181a-5p 在PAH 中的分子調(diào)控機(jī)制。
綜上所述,本研究結(jié)果提示miR-181a-5p 能夠抑制低氧誘導(dǎo)下的肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖和遷移,其作用機(jī)制可能是通過靶向抑制KLF6 的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)。由于本研究僅僅在細(xì)胞層面進(jìn)行了初步探索,將來需要進(jìn)一步通過體內(nèi)試驗(yàn)來驗(yàn)證miR-181a-5p調(diào)控PAH 的機(jī)制。