組胺H3受體降低電激發(fā)收縮的小鼠成肌細(xì)胞胞漿中鈣離子濃度*

齊　麟，馮　曉，陳　燕，薛　瑞，張　鳳，王素云，孫素珂，文建國，3

(1鐵道警察學(xué)院，河南鄭州450053;鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院2河南省高校臨床醫(yī)學(xué)重點(diǎn)學(xué)科開放實(shí)驗(yàn)室，3小兒尿動力學(xué)中心和泌尿外科，河南鄭州450052;4河南大學(xué)淮河學(xué)院，河南開封475001)

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組胺H3受體降低電激發(fā)收縮的小鼠成肌細(xì)胞胞漿中鈣離子濃度*

齊麟1，2，3，馮曉4，陳燕2，3△，薛瑞2，張鳳2，王素云2，孫素珂2，文建國2，3

(1鐵道警察學(xué)院，河南鄭州450053;鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院2河南省高校臨床醫(yī)學(xué)重點(diǎn)學(xué)科開放實(shí)驗(yàn)室，3小兒尿動力學(xué)中心和泌尿外科，河南鄭州450052;4河南大學(xué)淮河學(xué)院，河南開封475001)

［摘要］目的:探討組胺H3受體(H3R)在小鼠成肌細(xì)胞C2C12成肌分化過程及分化后的橫紋肌細(xì)胞中的表達(dá)和可能發(fā)揮的作用。方法:誘導(dǎo)C2C12細(xì)胞成肌分化，測量H3R和分化晚期標(biāo)志物肌球蛋白重鏈mRNA和蛋白的表達(dá);分化過程中加入H3R拮抗劑ciproxifan，測量分化早期標(biāo)志物desmin、中期標(biāo)志物myogenin和肌球蛋白重鏈mRNA的表達(dá)。Fluo-4結(jié)合劑標(biāo)記分化后的橫紋肌胞內(nèi)鈣離子，測量雙極交流電200 mA刺激下，H3R激動劑甲基組胺(RMeHA)對胞漿中鈣離子濃度的影響。結(jié)果: H3R和肌球蛋白重鏈在成肌分化過程中表達(dá)量逐漸增加。Ciproxifan在成肌分化過程中對3種分化標(biāo)志物mRNA的表達(dá)與對照組相比無差異(P＞0.05)。RMeHA在濃度10 nmol/L～100 μmol/L刺激細(xì)胞5～20 min，可呈鐘形降低因交流電引起的肌漿鈣離子濃度的升高(P＜0.05)，其中RMeHA 100 nmol/L在10 min和20 min對電刺激細(xì)胞中Ca(2+)的抑制百分率最高。相同濃度的RMeHA 在20 min和10 min時(shí)對Ca(2+)的抑制率比其在5 min時(shí)高(P＜0.05)。結(jié)論: H3R可能在成肌分化過程中的作用不大，而在分化成熟細(xì)胞中可以降低電刺激引起的胞漿鈣離子濃度的升高。

［關(guān)鍵詞］成肌分化;組胺H3受體;電刺激;鈣離子

［修回日期］2015-02-02

Histamine H3 receptor inhibited electrically evoked cytoplasmic calcium in differentiated skeletal C2C12 myoblasts

QI Lin1，2，3，F(xiàn)ENG Xiao4，CHEN Yan2，3，XUE Rui2，ZHANG Feng2，WANG Su-yun2，SUN Su-ke2，WEN Jian-guo2，3
(1Railway Police College，Zhengzhou 450053，China;2Institute of Clinic Medicine，3Peadiatric Urodynamic Center and Department of Urology，The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University，Zhengzhou 450052，China;4Huaihe Hospital of Henan University，Kaifeng 475001，China.E-mail: chenyan.abby@163.com)

［ABSTRACT］AIM: To explore the expression and possible function of histamine H3 receptor (H3R) in striated myogenesis and the differentiated C2C12 cells.METHODS: H3R and myogenesis late marker myosin heavy chain (MHC) were detected at mRNA and protein levels during C2C12 myogenesis.H3R antagonist ciproxifan was added and the expression of the myogenesis early marker desmin，intermediate markers myogenin and MHC was detected.Differentiated myoblasts were loaded with Fluo-4 calcium indicator dye and the effect of R-(a) -methylhistamine (RMeHA) on the cytoplasmic calcium concentration was determined under the 200 mA electrical stimulation.RESULTS: The expression of H3R and MHC was increased during myogenesis.Ciproxifan incubation had no influence on the 3 striated myogenesis markers (P＞0.05).In C2C12 myoblasts，RMeHA (10 nmol/L～100 μmol/L) effectively diminished cytoplasmic calcium peak when the cells were electrically paced (P＜0.05).The best inhibitory effect of RMeHA was observed at dose of 100 nM for 10 min and 20 min，which was higher than that for 5 min (P＜0.05).CONCLUSION: H3R might have little effect on the myogenic differentiation，but diminishes cytoplasmic calcium peak of the differentiated myoblasts under electrical stimulation.

［KEY WORDS］Myogenesis; Histamine H3 receptor; Electrical stimulation; Calcium ion

人們最早是在大腦中發(fā)現(xiàn)組胺H3受體(H3 receptor，H3R)的，它控制組胺的釋放，參與腦內(nèi)多種神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)控［1-2］。隨后發(fā)現(xiàn)組胺H3R可在周圍神經(jīng)組織和非神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)，如心、肺、氣管、消化道、子宮、逼尿肌等表達(dá)。在心臟交感神經(jīng)細(xì)胞突出前膜中，組胺受體(histamine receptor，HR)的亞型H3R可以抑制鈣離子內(nèi)流，減低細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度［3］。H3R還可以防止氣道過度收縮［4］。Cardell等［5］報(bào)道了低的組胺濃度可以作為一種有效的松弛劑，在平滑肌細(xì)胞可能是通過激動H3R發(fā)生抑制H1R的效果。隨后在膀胱逼尿肌(平滑肌)細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了H3R的表達(dá)，并且可能參與了細(xì)胞胞漿中鈣離子的活動［6-7］。然而，目前H3R在橫紋肌成肌細(xì)胞分化過程和分化后的表達(dá)和功能，尚無相關(guān)報(bào)道。因此我們將首次探討H3R是否參與成肌分化過程，以及在分化后的橫紋肌細(xì)胞中是否像在其它細(xì)胞中一樣，參與調(diào)節(jié)胞漿中鈣離子濃度。

材料和方法

1細(xì)胞來源與培養(yǎng)

小鼠成肌細(xì)胞C2C12 (ATCC)培養(yǎng)在37℃、5% CO2和濕潤空氣的培養(yǎng)箱中。細(xì)胞生長液為DMEM培養(yǎng)基內(nèi)添加10%胎牛血清(HyClone)、10 000 U/L青霉素、100 mg/L鏈霉素和左旋谷氨酸;細(xì)胞分化液為DMEM液內(nèi)添加1%胎牛血清、10 000 U/L青霉素、100 mg/L鏈霉素和左旋谷氨酸。傳代時(shí)用0.5 mmol/L EDTA(含0.5%胰蛋白酶; Gibco)消化貼壁細(xì)胞。

2主要材料與試劑

細(xì)胞培養(yǎng)液及其配方購于Lonza;各分化標(biāo)志物引物購于Oligomer; H3R與MHC兔抗人多克隆IgG抗體購于Cell Signaling;無免疫性兔IgG購于R＆D; Alexa Fluor488-偶聯(lián)驢抗兔免疫球蛋白購于Life Technologies;驢血漿購于Jackson; 4，6 -二脒-2-苯基吲哚(DABI)顯色試劑盒和Fluo-4鈣離子示蹤劑購于Invitrogen; Ciproxifan和RmeHA購于Sigma。

3實(shí)驗(yàn)方法

3.1 Real-time PCR每孔50 000個(gè)C2C12細(xì)胞加入12孔培養(yǎng)板中，加入生長液增殖，每24 h換1次生長液。48 h后將生長液換成分化液進(jìn)行分化，每天換1次分化液。分別測量分化前、分化后2 d、4 d、6 d的細(xì)胞中各分化標(biāo)志物和4種組胺受體亞型mRNA的表達(dá)。按操作說明書提取細(xì)胞總RNA。RNA純度和濃度的測定均用分光光度計(jì)完成，取1.5 μL總RNA溶液，DEPC水作為空白對照，吸光度值為0，分別讀取紫外分光光度儀在260 nm和280 nm波長下的吸光度(A)，計(jì)算A260/A280比值。純凈RNA樣本的該比值正常范圍為1.8～2.2。取紫外分光光度儀波長為260 nm下的吸光度值，系統(tǒng)軟件自動計(jì)算出RNA濃度(g/L)。抽提450 μg(約2～3 μL)總RNA樣本至無菌的RNase-free的0.5 mL EP管中，加入4 μL 5×iscript Mix，iscript逆轉(zhuǎn)錄酶，iscript去核酸酶蒸餾水，總反應(yīng)體積20 μL，置入載有專門cDNA合成軟件的加熱儀器中，25℃5 min，42℃30 min，85℃5 min，最后保持在4℃。取cDNA 2 μL、5×SYBR Mix緩沖液(含dNTPs、Tag酶等) 10 μL、上下游引物(5 μmol/L) 1 μL、雙蒸水7 μL加入PCR合成管中，總反應(yīng)體積20 μL，4 000 r/min離心2 min混勻后將放入PCR儀中。PCR反應(yīng)條件: 94℃5 min;94℃30 s，59℃30s，72℃40 s，共35個(gè)循環(huán);72℃5 min，冰上驟冷。本實(shí)驗(yàn)采用膽色素原脫氨酶(porphobilinogen deaminase，PBGD)為內(nèi)參照。Real-time PCR的引物序列見表1。

表1　 Real-time PCR引物序列Table 1.The sequences of the primers for real-time PCR

3.2細(xì)胞免疫熒光染色C2C12成肌細(xì)胞加入用直徑13 mm圓形蓋玻片覆蓋的24孔培養(yǎng)板中，每孔約20 000個(gè)細(xì)胞，加入生長液增殖，每24 h換1次生長液。48 h后將生長液變成分化液分化，每天換1次分化液。分別取分化前、分化后2 d、4 d、6 d的細(xì)胞進(jìn)行免疫熒光染色。細(xì)胞用4%多聚甲醛固定，0.5% Triton X-100/PBS破膜，暴露抗原;驢血漿常溫屏蔽非特異抗原，加入I抗工作液(H3R抗體和MHC抗體)或者陰性對照無免疫性兔IgG置于4℃冷藏室內(nèi)過夜。PBS液清洗細(xì)胞后，加入II抗工作液(Alexa Fluor488-偶聯(lián)驢抗兔免疫球蛋白)，室溫下孵育1 h;加入DAPI液進(jìn)行細(xì)胞核染色。清洗細(xì)胞后，使用vectshield膠將染色標(biāo)本封閉在載玻片上。Leica DM 6000 B/M顯微鏡濾過波長為488 nm，Leica DFC 420數(shù)碼相機(jī)獲取圖片，Leica Suite熒光應(yīng)用軟件分析處理圖片。細(xì)胞核染色為天藍(lán)色，C2C12細(xì)胞胞漿或胞膜出現(xiàn)翠綠色熒光染色為陽性。

3.3H3R拮抗劑對成肌分化標(biāo)志物的影響C2C12成肌分化過程中，在細(xì)胞分化液中每天加入H3R拮抗劑ciproxifan 100 nmol/L。分析ciproxifan刺激組和對照組(未加ciproxifan刺激)中成肌分化早期標(biāo)志物desmin，中期標(biāo)志物myogenin和晚期標(biāo)志物肌球蛋白重鏈在分化6 d后mRNA的表達(dá)差異，從而驗(yàn)證H3R是否在分化過程中發(fā)揮作用。

3.4分化成熟的肌肉細(xì)胞胞漿中鈣離子濃度的測定將載有分化6 d的C2C12細(xì)胞的蓋玻片放入4 μmol/L Fluo-4 AM (Invitrogen)鈣離子示蹤劑Elliot溶液中，室溫下加載示蹤劑30 min，Elliot緩沖液清洗。將細(xì)胞轉(zhuǎn)移到裝載有雙極電極刺激裝置和倒置IX70顯微鏡的37℃恒溫RC-49MFS記錄盒中，調(diào)整波長為488 nm，觀測細(xì)胞內(nèi)熒光強(qiáng)度。記錄靜息狀態(tài)下細(xì)胞胞漿中鈣離子熒光強(qiáng)度，然后用0.5 Hz、10 ms雙極電流200 mA刺激細(xì)胞20 s，記錄胞漿中鈣離子濃度峰值。加入不同濃度(1 nmol/L、10 nmol/L、100 nmol/L、1 μmol/L、10 μmol/L和100 μmol/L)的H3R激動劑甲基組胺(R-a-methylhistamine，RMe-HA)，分別靜置5 min、10 min和20 min后，雙極電流200 mA刺激細(xì)胞20 s，記錄胞漿中鈣離子濃度峰值變化情況。

使用匹配的HCImage軟件ics K.定量分析示蹤劑熒光強(qiáng)度并除去背景干擾，轉(zhuǎn)換成鈣離子濃度。以自身靜息狀態(tài)下胞漿中鈣離子濃度或者細(xì)胞本身自然放射性強(qiáng)度作為自身空白對照。電刺激下胞漿中鈣離子濃度峰值作為自身陽性對照。以Elliot溶液代替H3R激動劑RMeHA作為陰性對照。

4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，應(yīng)用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件分析。兩樣本均數(shù)比較采用t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

1在成肌分化過程中C2C12細(xì)胞形態(tài)變化和H3R的表達(dá)

分化前的C2C12成肌細(xì)胞為散在圓形或者橢圓形，貼壁，單核，直徑10 μm。當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入分化階段，細(xì)胞之間靠攏接觸，按照同一方向排列融合，在分化6 d后，細(xì)胞為多核，長柱型，縱向直徑達(dá)到150 μm。

晚期分化標(biāo)志物MHC mRNA在分化過程中一直處于增長狀態(tài)，分化2 d、4 d、6 d后，表達(dá)量分別為未分化的肌母細(xì)胞的7 168、89 487、279 897倍，各分化階段表達(dá)量之間有明顯差異(P＜0.01)。組胺H3R的mRNA在未分化肌母細(xì)胞的表達(dá)很低，但是隨著成肌分化表達(dá)逐漸增高，在分化2 d、4 d、6 d后的表達(dá)量是未分化母細(xì)胞的26、91、182倍，各分化階段表達(dá)量之間有明顯差異(P＜0.01)，見圖1。H3R和MHC蛋白的免疫熒光染色在未分化肌母細(xì)胞中與對照組一樣，呈陰性;分化6 d后，染色顯示為強(qiáng)陽性，見圖2。

Figure 1.The morphologic change of the C2C12 cells and quantitative measurements of myosin heavy chain (a late marker) and histamine H3 receptor mRNA expression in C2C12 cells by real-time PCR.Mean±SD.n=3.＊＊P＜0.01 vs 0 d.圖1在成肌分化過程中C2C12細(xì)胞形態(tài)變化和H3R、MHCmRNA的表達(dá)

Figure 2.Immunofluorescence staining of H3R and MHC at 0 and 6 d.圖2 H3R與MHC的免疫熒光染色

2 H3R拮抗劑不影響成肌分化過程中標(biāo)志物的表達(dá)

H3R拮抗劑ciproxifan加入C2C12細(xì)胞成肌分化6 d后，早期標(biāo)志物desmin、中期標(biāo)志物myogenin 和MHC的mRNA表達(dá)與對照組無明顯差異，見圖3。

Figure 3.The effect of ciproxifan on the mRNA expression of myogenesis markers in the 6 d differentiated C2C12 cells.Mean±SD.n=3.圖3 Ciproxifan加入C2C12細(xì)胞成肌分化6 d后早中晚期標(biāo)志物mRNA的表達(dá)

3 H3R激動劑RMeHA對收縮的肌肉細(xì)胞肌漿中鈣離子峰值的影響

陰性對照組及低濃度RMeHA (1 nmol/L)組中細(xì)胞胞漿中鈣離子濃度峰值在電刺激5 min、10 min、20 min均未見明顯差異。當(dāng)RMeHA濃度為10 nmol/L～100 μmol/L時(shí)，刺激5 min、10 min和20 min均能明顯降低胞漿中鈣離子峰值，而濃度為100 nmol/L的RMeHA在10 min和20 min對電刺激細(xì)胞中Ca2+的抑制百分率最高。整體看來，同一濃度的RMeHA對Ca2+的抑制效果，在20 min內(nèi)，隨著時(shí)間的增加而稍有增加，即在20 min時(shí)所見到的抑制效果比在5 min時(shí)有所增加，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見圖4。

Figure 4.The inhibitory effects of R-(a) -methylhistamine (RMeHA) on the cytoplasma calcium concen-tratior under the electrical stimulation.Mean±SD.n=3.*P＜0.05 vs control group.圖4甲基組胺對電刺激下的肌細(xì)胞胞漿中鈣離子濃度的抑制百分率

討論

我們的研究率先發(fā)現(xiàn)了C2C12成肌干細(xì)胞分化為橫紋肌的過程中，能夠表達(dá)H3R的mRNA及其蛋白質(zhì)，并且H3R的表達(dá)與MHC一致，隨著分化過程呈百倍增加。我們隨后又對H3R做了功能的初步測試，首次探討H3R在成肌分化過程中是否影響分化標(biāo)志物的表達(dá)，以及在分化后的橫紋肌細(xì)胞中是否參與調(diào)節(jié)胞漿中鈣離子濃度。在C2C12成肌分化過程中，我們采用H3R拮抗劑ciproxifan刺激分化中的細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)3種分化標(biāo)志物的mRNA表達(dá)與對照組無差異，從而初步驗(yàn)證了H3R可能在分化過程中作用不大。因此H3R的作用很可能是在分化后的橫紋肌細(xì)胞中發(fā)揮功能。由于橫紋肌細(xì)胞最突出的特點(diǎn)是由鈣離子啟動的收縮-舒張功能，因此我們測試了H3R對收縮的橫紋肌細(xì)胞胞漿中鈣離子的影響。以往的研究報(bào)道也證實(shí)我們的設(shè)想是合理的，如H3R在腦內(nèi)參與多種神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)控，被活化后，通過Gi蛋白抑制腺苷酸環(huán)化酶，減少環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosinemonophosphate，cAMP)的生成，或經(jīng)Gi蛋白抑制N型Ca2+通道，降低神經(jīng)細(xì)胞Ca2+內(nèi)流量，從而減少組胺的釋放［8］;在外周器官中，如心臟交感神經(jīng)細(xì)胞突出前膜中，活化的H3R可以降低細(xì)胞中cAMP，抑制鈣離子內(nèi)流，減低細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度，從而抑制去甲腎上腺素的胞吐［3］;在豚鼠十二指腸、回腸和結(jié)腸縱肌標(biāo)本上，RMeHA濃度依賴性抑制電場刺激誘發(fā)的乙酰膽堿(acetylcholine，ACh)釋放所致的腸管平滑肌收縮［9］; RMeHA濃度依賴性抑制電場刺激誘發(fā)的豚鼠和人離體氣管平滑肌膽堿能性收縮［10］; H3R受體在外周血管有分布，作用是松馳血管平滑肌，降低血管通透性［11］; H3R在膀胱逼尿肌細(xì)胞中影響鈣離子的活動［7］。

人體細(xì)胞內(nèi)的游離鈣主要儲存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣庫作為胞內(nèi)最大的Ca2+儲存庫，對維持胞內(nèi)Ca2+動態(tài)平衡起關(guān)鍵作用［12］。一般認(rèn)為橫紋肌細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的蘭尼受體和三磷酸肌醇受體影響鈣的流動。當(dāng)細(xì)胞膜上的G蛋白偶聯(lián)受體激活，可以引起細(xì)胞內(nèi)cAMP改變，導(dǎo)致磷酸化酶的活性升高或者降低，進(jìn)而使下游的受體或者效應(yīng)單位(如蘭尼受體)磷酸化或者去磷酸化，進(jìn)而開放或者關(guān)閉肌漿網(wǎng)的鈣離子通道，改變胞漿中的Ca2+濃度。cAMP可以通過cAMP依賴性蛋白激酶(cAMP-dependent protein kinase，PKA)促進(jìn)平滑肌松弛，降低胞漿內(nèi)鈣濃度［13］。另有研究證明激活或者抑制三磷酸肌醇受體同樣可以動員或者阻止肌漿網(wǎng)釋放鈣離子，使胞漿中Ca2+增加或者減少［14-15］。H3R早已經(jīng)被證實(shí)為G蛋白偶聯(lián)受體，可以通過Gi蛋白抑制腺苷酸環(huán)化酶，減少cAMP的生成，因此橫紋肌細(xì)胞中H3R被活化后，很有可能降低了細(xì)胞cAMP合成，并從而抑制蘭尼受體或者三磷酸肌醇受體，降低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+流入胞漿中。

在我們的研究中，采用了Fluo-4指示劑動態(tài)測量細(xì)胞的Ca2+濃度，Elliot緩沖液作為陰性對照，測試時(shí)間從加入緩沖液1 min到60 min，每隔5 min作為1個(gè)時(shí)點(diǎn)，刺激細(xì)胞和測量細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度變化，發(fā)現(xiàn)大部分細(xì)胞在30 min前，指示劑的衰減很少，幾乎所有細(xì)胞在加入緩沖液20 min前無衰減。因此我們選用了加入刺激試劑20 min前測試其對細(xì)胞中鈣的影響，并且設(shè)置了5 min、10 min、20 min 3個(gè)時(shí)點(diǎn)，大體測試RMeHA發(fā)揮作用的最佳時(shí)點(diǎn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一濃度的RMeHA對Ca2+的抑制效果，在20 min內(nèi)，隨著時(shí)間的增加而稍有增加，即加入RMeHA 20 min后是RMeHA抑制作用的最佳時(shí)點(diǎn)。我們發(fā)現(xiàn)最低濃度(1 nmol/L)的H3R激動劑RMe-HA，對收縮細(xì)胞胞漿中鈣離子峰值無明顯影響，這主要是由于該濃度過低，可能低于了RMeHA能發(fā)揮作用的最低濃度。RMeHA 100 μmol/L對收縮細(xì)胞胞漿中鈣離子峰值的抑制作用反而較中等濃度100 nmol/L低，可能由于與H3R功能相反的通路被激活(如H1R或者H2R)，抵消了RMeHA對鈣離子的抑制作用。

總之，我們的研究發(fā)現(xiàn)H3R在成肌分化過程中可能對分化作用不大，而在分化成熟細(xì)胞中可以降低電刺激引起的胞漿鈣離子濃度的升高，說明其可能減低成熟細(xì)胞的收縮作用，維持細(xì)胞的抗疲勞或松弛作用。

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通訊作者△Tel: 0371-66295215; E-mail: chenyan.abby@163.com

*［基金項(xiàng)目］國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.U1304804)

［收稿日期］2014-11-07

［文章編號］1000-4718(2015)06-1115-06

［中圖分類號］R337.2

［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A

doi:10.3969/j.issn.1000-4718.2015.06.026