Nrf2HO-1GPX4对高糖诱导足细胞铁死亡的影响及小檗碱的干预机制研究_百 ...

网络出版时间:2021-2-2516:56 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20210225.1535.034.html
Nrf2/HO 1/GPX4对高糖诱导足细胞死亡的影响及
小檗碱的干预机制研究
关锡梅1,解勇圣2,倪伟建3,4,唐丽琴4
(1.安徽中医药大学药学院,安徽合肥 230012;2.中国科学技术大学生命科学与医学部,安徽合肥 230001;
3.安徽医科大学药学院,安徽合肥230032;4.中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)药剂科,安徽合肥 230001)收稿日期:2020-10-16,修回日期:2020-12-25
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No81803602,81773955);安
徽省自然科学基金资助项目(No1708085QH207);中央高
校基本科研业务费专项资金资助项目(NoWK911000
0018)
作者简介:关锡梅(1995-),女,硕士生,研究方向:内分泌及代谢药
理学,E mail:18297911500@163.com;
倪伟建(1990-),男,主管药师,硕士生导师,研究方向:
内分泌及代谢药理学,通讯作者,E mail:niweijian@ustc.
edu.cn;
唐丽琴(1972-),女,主任药师,教授,博士生导师,研究
方向:内分泌及代谢药理学,通讯作者,E mail:tangliqin@
ustc.edu.cndoi:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.03.018文献标志码:A文章编号:1001-1978(2021)03-0396-08
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中国图书分类号:R 332;R284 1;R322 61;R329 24;
R349 1;R692 39
摘要:目的 探究小檗碱对高糖诱导下足细胞铁死亡的作用
机制。方法 Westernblot法和RT qPCR法检测desmin、
podocin、GPX4、PTGS2、ACSL4在高糖刺激0h、6h、12h、24
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h、36h的变化情况以及小檗碱对高糖情况下Nrf2、HO 1、
GPX4和podocin的影响;EdU观察高糖刺激不同时间足细胞
的增殖情况;CCK 8法测定足细胞的活力;荧光倒置显微镜,
GSH和GSSG试剂盒检测小檗碱对高糖诱导下足细胞氧化
应激水平的影响;激光共聚焦显微镜观察desmin的表达;透
射电子显微镜观察足细胞的超微形态特征。结果 Podocin
和GPX4蛋白表达量在24h明显降低,ACSL4和PTGS2的
mRNA水平显著上调。小檗碱明显改善ROS和GSH的水
平,上调Nrf2、HO 1、GPX4和podocin的表达,降低PTGS2和
ACSL4的水平,从而缓解高糖情况下足细胞质膜起泡、线粒
体皱缩等变化。结论 在高糖环境下,足细胞会发生不同于
自噬、凋亡的另一种数量减少的现象,即铁死亡。小檗碱可
以缓解此现象的发生,其机制可能与Nrf2/HO 1/GPX4通路
有关。
关键词:小檗碱;糖尿病肾病;足细胞;氧化应激;铁死亡
开放科学(资源服务)标识码(OSID):
  糖尿病肾病(diabeticnephropathy,DN)是II型糖尿病中最严重的微血
管并发症之一,其发病机制复杂,已成为世界范围内终末期肾脏病的首要原因[1]。足细胞作为肾脏组织中重要的固有细胞,位于肾小球基底膜的最外层,与内皮细胞层、肾小球基底膜共同构成了肾小球的3层滤过屏障,以保证肾小球毛细血管壁的选择通透性。研究发现,足细胞特殊的形态和结构对肾小球的完整性起到关键作用,其结构完整以及数量的恒定可以维持肾脏的正常滤过能力[2]。研究足细胞的死亡方式,为其提供新的方向和靶点已经成为该领域的研究热点。细胞的死亡方式包括凋亡、自噬、铁死亡、坏死及焦亡等。铁死亡是新定义的一种区别于凋亡、自噬的细胞程序性死亡过程,特征在于细胞内脂质氧自由基的异常增高[3]。文献报道前列腺素内过氧化物合酶(prostaglandinendoperoxidesynthase2,PTGS2)在铁死亡发生时被显著上调;ACSL4作为脂肪酸代谢的第一步,在体内催化合成脂酰CoA,将长链多不饱和脂肪酸活化[4],以参加膜磷脂的合成,但是这些膜上的长链不饱和脂肪酸常被氧化,从而诱发铁死亡。GPX4作为氧化应激和细胞死亡信号的传感器,其表达量的降低会导致体内活性氧的明显升高,被认为是触发铁死亡程序的重要靶点。小檗碱(berberine,BBR)是天然植物黄连根茎中提取的生物碱,具有抗氧化应激[5]、抗炎、降低血糖的作用。课题组前期已经深入研究了高糖刺激下足细胞自噬与凋亡的关系,但是对于足细胞中铁死亡的现象还有待进一步的探讨。小檗碱可以通过调节凋亡自噬相关信号通路,明显改善高糖刺激下足细胞的凋亡[2,6]以及系膜细胞增殖[7]的情况,但对于足细胞内铁死亡现象的调控作用尚未研究。此次实验采用体外持续性高糖刺激足细胞模拟糖尿病肾病的体内环境,探究凋亡发生之前足细胞是否存在铁死亡现象,进一步探讨
小檗碱缓解高糖诱导足细胞损伤的作用机制,在临床上为疾病发生的更早阶段提供新思路和实验依据,进而寻到新的靶
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点。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 细胞培养 肾小球足细胞MPC5,购于北京北纳创联生物技术研究院,货号:337685;在33℃,10%血清,1%双抗,1×104U·L-1γ 干扰素条件下增殖,经37℃无γ 干扰素诱导10-14d后分化成熟。
1.1.2 药物 盐酸小檗碱,购于北京北纳创联生物技术研究院,货号为:BWB50137,纯度≥98%。1.1.3 试剂 CCK 8细胞活力试剂盒,贝博生物(货号:BB4202);小鼠重组γ干扰素,MCE公司(批号:33158);BeyoClickTMEdU 488细胞增殖试剂盒,碧云天(货号:C0071S);GSH和GSSG检测试剂盒,碧云天(货号:S0
053);RPMI1640培养基,Hyclone公司(货号:SH30809.01);GAPDH,HO 1,均购自CellSignalingTechnology(货号:5174,#82206);Nrf2,GPX4购自美国abcam公司(货号:ab137550,ab125006),desmin购自Proteintech公司(货号:60226 1 lg);podocin,购自Santacruz(货号:sc 518088);BCA试剂盒,碧云天(货号:P0010S);胎牛血清,BiologicalIndustries(货号:2022057);辣根过氧化物酶标记的山羊抗鼠lgG,辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔lgG,Proteintech公司;两步法逆转录试剂盒,Vazyme(货号:R323 01);SYBRqPCR试剂盒,Vazyme(货号:Q711 02);TRIzol试剂盒,In vitrogen。
1.1.4 仪器 CO
培养箱(HealForce公司);流式细胞仪(BeckmanCoulter公司);酶标仪(Molec ularDevices公司);凝胶成像系统(Peiqing公司);荧光倒置显微镜(Leica公司);激光共聚焦显微镜(Leica公司);荧光定量ABI7500(ThermoFisherSci entific公司)。
1.2 方法
1.2.1 足细胞活力检测 96孔板中接种合适细胞
密度分化成熟的足细胞,于37℃,5%CO
tm20052
培养箱中培养24h后进行不同处理。设置空白对照组(blank),正常对照组,高糖模型组(33 3mmol·L-1)以及不同浓度小檗碱(终浓度为7 5、15、30、60、90、120、150μmol·L-1)组,37℃继续培养24h。按照CCK 8试剂盒说明进行后续操作,用酶标仪测定每孔450nm处的吸光度,并计算细胞的活力值。1.2.2 EdU检测足细胞增殖 将合适密度(1×105个)足细胞接种于24孔板中,培养24h后,不同组经高糖刺激不同时间(0h、6h、12h、24h、36h)后,按照试剂盒操作固定细胞并染,将24孔板置于荧
光倒置显微镜下,以495nm激发波长,519nm发射波长拍照,EdU绿荧光代表正处于DNA复制期的细胞,Hoechst荧光代表所有的活细胞。
1.2.3 活性氧水平的测定 将合适密度足细胞接种于6孔板,置于37℃,5%CO
下培养24h后,依次加入正常培养基,高糖培养基(33 3mmol·L-1)以及小檗碱(60μmol·L-1)溶液,37℃继续孵育24h后,弃去上清液,每孔加入2μLDCFH DA(非标记性的氧化敏感的荧光探针,终浓度为10μmol·L-1),置于37℃继续孵育20min。最后,用无血清细胞培养液洗涤细胞3次后,荧光显微镜下调整参数至激发波长为488nm,发射波长为525nm后进行拍照。
1.2.4 谷胱甘肽水平的测定 收集各组细胞,吸弃上清,按照试剂盒说明对细胞样本进行处理:加入3倍细胞沉淀体积的蛋白去除试剂M溶液,充分Vor tex后,对样品进行两次液氮和37℃的快速冻融后4℃放置5min,4℃高速冷冻离心机,10000g离心10min。取上清立即用酶标仪测定A412,并对比各组的含量变化情况。
1.2.5 激光共聚焦显微镜检测 将分化成熟的足细胞在激光共聚焦小皿中培养,室温4%多聚甲醛对细胞进行固定,经PBS洗涤3次后,3%的BSA封闭30min,并与desmin一抗(1∶500)4℃孵育过夜。次日,室温下与二抗(1∶200)孵育2h,随后进行DAPI染10min,PBS洗涤后即可在激光共聚焦显微镜下观察。
1.2.6 透射电子显微镜 收集不同处理组细胞,使
用戊二醛在4℃固定12h,1%OsO
固定2h后,梯度乙醇脱水,70%醋酸铀染6h,乙醇脱水后环氧树脂包埋3h,并在60℃烘箱中放置48h,使用超微切片机切片(NOVA,LKB,Sweden)。最后用铅和铀对样品进行染,并用透射电子显微镜(HT7700)进行观察。
1.2.7 Westernblot 收集不同处理组的细胞,使用RIAP裂解液提取细胞总蛋白和细胞核蛋白提取试剂盒提取胞核蛋白,经BCA试剂盒蛋白定量后,通过SDS PAGE凝胶电泳对蛋白样品进行分离后即转移至乙醇活化后的PVDF膜上。用5%脱脂牛奶室温封闭2h,一抗4℃孵育过夜,1×TBST漂洗3次,每次10min;辣根过氧化酶标记的二抗(1∶10000)室温孵育2h,1×TBST漂洗3次后,ECL显影。蛋白条带使用ImageJ进行灰度分析,以GAPDH为内参基因计算各组蛋白的相对表达水平。
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中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Mar;37(3)
1.2.8 RNA提取及RT qPCR 取处理好的细胞,按照TRIzol提取说明书收集细胞总RNA,测定其浓度和纯度后保存于-80℃。按Vazyme试剂盒R323 01反应程序:42℃2min,37℃15min,85℃5s,4℃合成cDNA;产物立即用于实验或-20℃保存。取稀释后cDNA按照real timePCR说明书进
行反应,反应程序为:预变性95℃30s;95℃10s,60℃30s,40个循环;溶解曲线为:95℃15s,60℃60s,95℃15s。GAPDH上游引物为:5′ AGGTCG GTGTGAACGGATTTG 3′,下游引物为:5′ GGGGTCGTTGATGGCAACA 3′;Nrf2上游引物为:5′ CTCCTGGACGGGACTATTGA 3′,下游引物为:5′ TGGGTCTCCGTAAATGGAAG 3′;HO 1上游引物为:5′ CACGCATATACCCGCTACCT 3′,下游引物为:5′ CCAGAGTGTTCATTCGAGCA 3′;GPX4上游引物为:5′ TGTGCATCCCGCGATGATT 3′,下游引物为:5′ CCCTGTACTT
ATCCAGGCAGA 3′。每组设置3个复孔,运用2-ΔΔCT的方法进行数据统计。
1.3 统计学分析 实验数据均以珋x±s表示,SPSS22 0进行统计学分析,并采用单因素方差分析(One wayANOVA)对各组数据进行不同组间的比较。
2 结果
2.1 不同高糖刺激时间对足细胞标志蛋白desmin、podocin及铁死亡标志物GPX4、PTGS2、ACSL4的影响 Westernblot结果显示,随着高糖刺激时间的增加,在12h时,desmin发生明显上调(P<0 01);足细胞特异性蛋白podocin与铁死亡标志物GPX4在24h蛋白表达水平达到最低(P<0 01);见Fig1A,B。RT qPCR结果显示随着高糖时间的增加,GPX4的mRNA水平在24h显著性下调(P<0 05);ACSL4的mRNA水平在24h发生明显变化(P<0 01),并在36h有降低的趋势;PTGS2的mRNA水平在12h发生明显上调且一直升高(P<0 01);见Fig1C。
2.2 EdU检测高糖刺激不同时间足细胞的增殖情况 结果如Fig2所示,图中绿细胞为处于增殖状态的细胞,蓝细胞表示总的细胞。染结果显示随着高糖刺激时间的增加,足细胞的增殖速率在24h明显降低。
2.3 BBR对高糖损伤足细胞活性的影响 Fig3的CCK 8结果显示,高糖刺激24h后,足细胞活力明显下降;与高糖模型组比较,小檗碱(30、60、90μmol·L-1)差异均有显著性,可以不同程度地增强
足细胞的活力。
Fig1 Relativeexpressionofdesmin,podocin,
GPX4,ACSL4andPTGS2inHG inducedpodocytes
atdifferenttimepoints(珋x±s,n=3)
#P<0 05,##P<0 01vs0hgroup
2.4 BBR对高糖诱导足细胞标志及铁死亡相关信号通路蛋白的影响 Podocin是维持足细胞功能完整性的重要蛋白。Nrf2/HO 1/GPX4信号通路与铁死亡密切相关。Westernblot结果表明,与正常对照组相比较,高糖组足细胞的podocin、GPX4的蛋白表达明显降低(P<0 01);与高糖模型组比较,BBR(60μmol·L-1)能明显增加podocin、Nrf2、HO 1、GPX4蛋白的表达(P<0 01)(Fig4)。RT qPCR结果显示,高糖组的PTGS2、ACSL4比正常对照组明显升高(P<0 01),GPX4明显下调(P<0 01),Nrf2、HO 1基本不变;与高糖组相比,小檗碱(60μmol·L-1)可以明显降低PTGS2和ACSL4的mRNA表达
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冒进信号
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Fig2 Effectofpodocyteproliferationbyhighglucoseatdifferenttimepoints(×200,n=3
inu-006
Fig3 EffectofBBRonviabilityofpodocytesby
highglucoseat24h(珋x±s,n=18)
外脚手架定型化钢板网
##P<0 01vsNCgroup; P<0 05,  P<0 01vsHGgroup
(P<0 01),并且升高Nrf2、HO 1、GPX4的mRNA水平(P<0 05),见Fig5。
如Fig6激光共聚焦显微镜显示,与正常对照组相比,desmin的荧光强度明显升高,与高糖模型组相比,小檗碱(60μmol·L-1)组可以降低desmin的荧光强度,缓解足细胞的损伤。
2.5 BBR对高糖刺激下足细胞内氧化应激水平及形态学的影响 荧光倒置显微镜观察不同组内ROS含量变化的结果显示,正常对照组中也有ROS的产生,但是含量较少,表明足细胞本身具有一定的ROS生成能力,高糖刺激后,细胞内的ROS明显增加(P<0 01),小檗碱(60μmol·L-1)组可以减弱高糖刺激下足细胞的ROS生成(P<0 01),见Fig7A,B。GSH检测结果表明,高糖模型组的GSH水平比正常对照组低(P<0 01);与高糖模型组相比,小檗碱(60μmol·L-1)组则可以明显上调GSH
Fig4 EffectofBBRonproteinexpressionof
Nrf2,HO 1,GPX4andpodocin(珋x±s,n=3)#P<0 05,##P<0 01vsNCgroup,  P<0 01vsHGgroup
水平(P<0 05),见Fig7C。透射电子显微镜结果显示,高糖组线粒体明显变小伴膜密度增加,线粒体嵴减少。与高糖组相比,小檗碱(60μmol·L-1)组能明显改善线粒体的形态变化,见Fig8。
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中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Mar;37(3)

本文发布于:2024-09-21 21:55:02,感谢您对本站的认可!

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