段艷芳 劉風(fēng)偉 秦業(yè)強(qiáng) 趙金梅 何文慧 姚曉玲
(滄州市人民醫(yī)院產(chǎn)科,河北 滄州 061000)
妊娠期糖尿病(Gestational diabetes mellitus, GDM)是女性妊娠期常見的內(nèi)科合并癥之一,GDM常造成子代肺發(fā)育障礙,導(dǎo)致新生兒存活率降低[1]。Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞通過啟動上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT)過程使肺泡上皮細(xì)胞喪失上皮細(xì)胞表型,轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細(xì)胞表型,從而發(fā)生肺纖維化,出現(xiàn)慢性阻塞性肺疾病和哮喘等[2-3]。二甲雙胍(Metformin,Met)是常用的降糖藥,臨床研究表明,Met可安全有效的控制GDM患者血糖水平,改善母嬰結(jié)局[4]。此外,Met可降低新生兒窘迫、高膽紅素血癥和巨大兒等發(fā)生率,有效改善GDM患者妊娠結(jié)局[5]。研究表明,Met可抑制TGF-β1或博來霉素誘導(dǎo)的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞EMT[6]。核轉(zhuǎn)錄因子-κB(Nuclear transcription faction kappa B,NF-κB)/Twist1信號通路與EMT過程密切相關(guān),研究發(fā)現(xiàn),白楊素通過阻斷NF-κB/Twist1信號通路逆轉(zhuǎn)宮頸癌EMT過程,發(fā)揮抗癌作用[7]。白楊素通過調(diào)控NF-κB/Twist 1信號通路抑制博來霉素誘導(dǎo)的Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞EMT[8]。本研究探討Met對GDM大鼠子代胎鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞EMT的影響及其機(jī)制。
1.1 實(shí)驗(yàn)動物 健康清潔級雄性SD大鼠15只,8周齡,體重200~220 g;雌鼠30只,8周齡,體重180~200 g;購自北京天誠醫(yī)藥科技有限公司,許可證號:SYXK(京)2016-0047。本研究經(jīng)過我院倫理委員會審核通過。
1.2 試劑和儀器 Met和鏈脲佐菌素(streptozotocin,STZ)購自美國Sigma公司;波形蛋白(Vimentin)、上皮鈣粘蛋白(E-cadherin,E-cad)和神經(jīng)鈣粘蛋白(N-cadherin,N-cad)PCR引物購自上海生工生物工程股份有限公司;RNA提取試劑盒和逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購自北京艾德萊生物科技有限公司;NF-κB、p-NF-κB和Twist1蛋白抗體購自美國Abcam公司;倒置顯微鏡購自日本Olympus公司;電泳儀購自北京六一電子儀器公司;多功能酶標(biāo)儀購自Bio-Rad公司。
1.3 模型制備[9-10]將30只雌鼠隨機(jī)分為正常組(Normal組,10只)和GDM(20只)組,正常組雌鼠用普通飼料喂養(yǎng),GDM組雌鼠用高脂飼料喂養(yǎng),連續(xù)飼養(yǎng)4周后,將雌雄鼠按2∶1比例合籠,次日清晨進(jìn)行陰道涂片,若發(fā)現(xiàn)精子則記為妊娠第0天,所有大鼠均受孕成功。GDM組受孕雌鼠腹腔注射1% STZ 30 mg/kg(溶于pH4.5的檸檬酸鈉緩沖液,現(xiàn)配現(xiàn)用),正常組受孕雌鼠腹腔注射檸檬酸鈉緩沖液,3 d后,尾靜脈采血檢測雌鼠空腹血糖(FBG)水平(采血前禁食不禁水12 h),F(xiàn)BG≥16.67 mmol/L視為GDM模型制備成功,其余鼠剔除,共造模成功18只。孕期GDM組雌鼠仍用高脂飼料喂養(yǎng),17 d后所有雌鼠禁食不禁水12 h,尾靜脈采血測定雌鼠FBG。將孕19 d的雌鼠腹腔注射戊巴比妥鈉,消毒后剖腹取出胎鼠,超凈工作臺中迅速取出胎鼠肺組織,預(yù)冷PBS進(jìn)行清洗,剪成體積為1 mm3的組織塊,胰蛋白酶消化20 min,1200 r/min離心5 min,棄掉上清,0.1% Ⅳ型膠原酶消化15 min,篩網(wǎng)過濾,1200 r/min離心5 min棄上清,含胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基將沉淀懸浮,將懸浮液接種于包被大鼠IgG的培養(yǎng)瓶中,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)40 min,吸出未貼壁細(xì)胞,接種于培養(yǎng)瓶中,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)40 min,重復(fù)上述操作3次。吸取未貼壁細(xì)胞,1200 r/min離心5 min,棄上清,用含20% 胎牛血清的培養(yǎng)基將細(xì)胞制成單細(xì)胞懸液,接種于培養(yǎng)瓶中置于培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng),用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
1.4 MTT法檢測細(xì)胞存活率 取對數(shù)生長期的GDM組細(xì)胞,制成濃度為2×105/mL的單細(xì)胞懸液,接種于96孔板,每孔100 μL,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h,分別加入濃度為0、20、40、60、80和100 μmol/L的Met處理48 h,每個(gè)濃度設(shè)置3個(gè)復(fù)孔,之后每孔加入20 μL(5 mg/mL)MTT溶液,繼續(xù)培養(yǎng)4 h。棄掉上清,每孔加入150 μL DMSO,充分振蕩,10 min后置于490 nm波長處測定吸光度(A)值,計(jì)算細(xì)胞存活率(%)=(給藥組A值-對照組A值)/對照組A值×100%。后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇細(xì)胞存活率接近50%的Met濃度(80 μmol/L)。
1.5 Transwell實(shí)驗(yàn)檢測侵襲細(xì)胞數(shù) 取對數(shù)生長期的細(xì)胞,制成濃度為2×105/mL的單細(xì)胞懸液,接種于24孔板,每孔100 μL,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h,隨機(jī)分為對照組(Control組)、GDM組和Met組,每組設(shè)置3個(gè)復(fù)孔。Met組細(xì)胞根據(jù)細(xì)胞存活率選擇用80 μmol/L Met處理48 h,GDM組和Control組細(xì)胞不做處理。Matrigel基質(zhì)膠與無血清培養(yǎng)基按照1∶3的比例稀釋,Transwell小室上室每個(gè)微孔表面鋪以40 μL稀釋后的Matrigel膠,置于培養(yǎng)箱中4 h。每個(gè)上室中加入細(xì)胞懸液200 μL,下室中加入含20%胎牛血清的培養(yǎng)基600 μL,置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后,取出小室,清洗3次,濕棉簽拭去上室中的細(xì)胞,4%多聚甲醛固定20 min,結(jié)晶紫染色20 min,預(yù)冷PBS清洗3次,顯微鏡下觀察并計(jì)算侵襲細(xì)胞數(shù)。
1.6 qRT-PCR法檢測細(xì)胞中各蛋白mRNA相對表達(dá)量 實(shí)驗(yàn)分組和處理方法同1.5。收集對數(shù)生長期的細(xì)胞,加入Trizol試劑提取細(xì)胞中的總RNA,測定RNA純度和濃度,利用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒將RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA,以cDNA為模板,進(jìn)行熒光定量PCR反應(yīng),條件為95℃預(yù)變性5 min,95℃變性30 s,60℃退火30 s,72℃延伸30 s,共進(jìn)行40個(gè)循環(huán),2-△△CT法計(jì)算目的基因的相對表達(dá)水平。引物序列,見表1。
表1 引物序列
1.7 蛋白印跡法檢測細(xì)胞中蛋白表達(dá)情況 實(shí)驗(yàn)分組和處理方法同1.5。收集對數(shù)生長期細(xì)胞,裂解、離心、取上清,BCA法測定蛋白濃度,煮沸變性。上樣,120 V電泳至溴酚藍(lán)到凝膠底部,0.3 A濕轉(zhuǎn)2 h,將蛋白轉(zhuǎn)至PVDF膜上,TBST洗膜3次,室溫封閉1 h,4℃條件下p-NF-κB、NF-κB、Twist1和GAPDH抗體(1∶1000)孵育過夜,TBST洗膜3次,二抗(1∶5000)室溫孵育2 h,TBST洗膜3次,ECL法顯色,Image J分析條帶灰度值,目的蛋白相對表達(dá)量=目的蛋白條帶灰度值/GAPDH條帶灰度值。
2.1 雌鼠FBG檢測結(jié)果 Normal組雌鼠FBG(5.24±1.06) mmol/L,GDM組雌鼠FBG(22.47±2.80) mmol/L,兩組比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=18.602,P<0.001)。
2.2 不同濃度Met對細(xì)胞存活率的影響 細(xì)胞存活率組間比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。細(xì)胞存活率隨Met濃度的增加而降低,且具有劑量依賴性。見表2。
表2 不同濃度Met對細(xì)胞存活率的影響
2.3 Transwell實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果 侵襲細(xì)胞數(shù)組間比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與Contorl組比較,GDM組侵襲細(xì)胞數(shù)增多(P<0.05);與GDM組比較,Met組侵襲細(xì)胞數(shù)減少(P<0.05)。見圖1、表3。
表3 各組侵襲細(xì)胞數(shù)比較
2.4 各蛋白mRNA相對表達(dá)量檢測結(jié)果 E-cad、Vimentin和N-cad mRNA相對表達(dá)量組間比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與Contorl組比較,GDM組Vimentin和N-cad mRNA相對表達(dá)量升高,E-cad mRNA相對表達(dá)量降低(P<0.05);與GDM組比較,Met組Vimentin和N-cad mRNA相對表達(dá)量降低,E-cad mRNA相對表達(dá)量升高(P<0.05)。見表4。
表4 各組細(xì)胞中E-cad、Vimentin和N-cad mRNA相對表達(dá)量比較
2.5 蛋白印跡法檢測結(jié)果 p-NF-κB p65和Twist1蛋白相對表達(dá)量組間比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與Contorl組比較,GDM組p-NF-κB p65和Twist1蛋白相對表達(dá)量升高(P<0.05);與GDM組比較,Met組p-NF-κB p65和Twist1蛋白相對表達(dá)量降低(P<0.05)。各組間NF-κB p65蛋白相對表達(dá)量比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表5、圖2。
表5 各組細(xì)胞中p-NF-κB p65和Twist1蛋白相對表達(dá)量比較
圖2 細(xì)胞中蛋白表達(dá)Western blot圖
GDM被定義為妊娠期發(fā)生或首次發(fā)現(xiàn)不同程度的糖耐量異常,常導(dǎo)致早產(chǎn)、流產(chǎn)或胎兒生長發(fā)育不全等嚴(yán)重后果,例如子代糖脂代謝紊亂和胰島功能障礙,或子代易發(fā)生心肌缺血再灌注損傷[11-12]。GDM對子代有多種不良影響,如糖脂代謝異常、記憶和情緒障礙等[13-14],此外,還導(dǎo)致胎鼠肺臟發(fā)育遲緩[15],EMT發(fā)生于糖尿病多種并發(fā)癥中,LncRNA SNHG11抑制高糖誘導(dǎo)的人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞EMT過程,可降低細(xì)胞增殖和遷移能力[16]。高糖誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生EMT,促進(jìn)糖尿病腎臟纖維化。Met是臨床上常用的降糖藥,此外,Met通過逆轉(zhuǎn)EMT過程發(fā)揮抗癌作用已被廣泛報(bào)道,例如肺癌和黑色素瘤等[17-18]。此外,二甲雙胍通過提高糖尿病腎病早期自噬水平可降低腎小管間質(zhì)纖維化[19]?;谝陨涎芯?,本實(shí)驗(yàn)通過建立GDM大鼠模型,分離胎鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞,探討Met對Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞EMT過程的影響及其機(jī)制。
本研究通過測定GDM大鼠FBG水平,確定模型制備成功。不同濃度Met處理肺泡上皮細(xì)胞,細(xì)胞存活率降低,且具有濃度依賴性。E-cad、N-cad以及Vimentin是發(fā)生EMT的標(biāo)志性蛋白,E-cad屬于細(xì)胞黏附分子鈣粘蛋白家族中的主要成員,在維持細(xì)胞間黏附性、細(xì)胞極性以及細(xì)胞間信息傳遞等方面發(fā)揮重要作用,它可通過促進(jìn)細(xì)胞間連接,維持細(xì)胞骨架和連接支架穩(wěn)定,是重要的上皮細(xì)胞標(biāo)志物,E-cad表達(dá)下調(diào)標(biāo)志著EMT的發(fā)生[20]。Vimentin是中間絲蛋白家族的重要成員,在正常上皮細(xì)胞中不表達(dá),主要表達(dá)于間質(zhì)細(xì)胞,對維持間質(zhì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性、抵御外界損傷具有重要作用[21]。N-cad在胚胎發(fā)育過程中高度表達(dá),而在成熟哺乳動物中表達(dá)非常局限,N-cad和E-cad的表達(dá)往往成反向關(guān)系,因此,N-cad的表達(dá)與EMT的發(fā)生同樣存在密切聯(lián)系[22]。本研究結(jié)果顯示:GDM組胎鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞中E-cad mRNA表達(dá)降低,而N-cad和Vimentin mRNA表達(dá)升高,Met發(fā)揮相反的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果提示:Met可逆轉(zhuǎn)GDM胎鼠肺泡上皮細(xì)胞發(fā)生EMT。
Twist1是一種高度保守的堿性螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)錄因子超家族中的一員,在胚胎發(fā)育以及EMT過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用,激活Twist1可降低E-cad,同時(shí)升高N-cad和Vimentin[25]。Twist1激活受多種細(xì)胞因子的調(diào)節(jié)作用,其中由炎癥因子誘導(dǎo)活化的NF-κB即是其中之一[26]。Wu等[27]研究發(fā)現(xiàn)COL11A1通過激活NF-κB/Twist1信號軸增強(qiáng)卵巢癌細(xì)胞化療耐藥性,抑制細(xì)胞凋亡。Tu等[28]研究發(fā)現(xiàn),NF-κB/Twist1信號通路參與人乳頭狀甲狀腺癌EMT過程。因此,本研究采用蛋白印跡法檢測NF-κB/Twist1信號通路在Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞中的表達(dá)情況。結(jié)果顯示:GDM組細(xì)胞中p-NF-κB p65和Twist1蛋白相對表達(dá)量升高,而Met組二者表達(dá)降低,結(jié)果表明Met可抑制NF-κB/Twist1信號通路。
Met可抑制GDM大鼠子代胎鼠Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞EMT過程,其可能是通過抑制NF-κB/Twist1信號通路發(fā)揮作用,為臨床治療GDM子代肺損傷提供理論依據(jù)。