盧愛龍,譚小月,張勉之,吳銀娜
五味子乙素對(duì)HK-2細(xì)胞缺氧損傷的保護(hù)作用
盧愛龍1,譚小月2,張勉之3△,吳銀娜1
目的 探討五味子乙素(Sch B)對(duì)氯化鈷(CoCl2)誘導(dǎo)的人類近端腎小管上皮(HK-2)細(xì)胞缺氧損傷的保護(hù)作用及其可能機(jī)制。方法 取離體培養(yǎng)HK-2細(xì)胞,隨機(jī)分為4組。對(duì)照(C)組:細(xì)胞未經(jīng)任何處理。CoCl2組(化學(xué)乏氧組):加入600 μmol/L的CoCl2處理24 h。Sch B預(yù)保護(hù)(CoCl2+Sch B)組:分別加入終濃度為1 μmol/L和10 μmol/L Sch B預(yù)處理2 h后,其余操作同CoCl2組。Sch B組:分別加入終濃度1 μmol/L和10 μmol/L Sch B處理2 h。CCK-8試劑盒檢測(cè)各組細(xì)胞活性;AnnexinV-FITC/PI雙標(biāo)記流式細(xì)胞儀檢測(cè)各組細(xì)胞凋亡率;Western Blot檢測(cè)各組缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)蛋白表達(dá);RT-PCR檢測(cè)各組HIF-1α和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)mRNA表達(dá)。結(jié)果 與對(duì)照組相比,CoCl2組細(xì)胞活性明顯降低,細(xì)胞凋亡率、HIF-1α蛋白表達(dá)量和iNOS mRNA表達(dá)量顯著增加,HIF-1α mRNA表達(dá)量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;Sch B預(yù)保護(hù)組較CoCl2組細(xì)胞活性顯著增加,細(xì)胞凋亡率、HIF-1α蛋白表達(dá)量、HIF-1α及iNOS mRNA表達(dá)量均顯著減少;Sch B組與對(duì)照組細(xì)胞活性、細(xì)胞凋亡率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,Sch B組幾乎不表達(dá)HIF-1α蛋白。結(jié)論 Sch B可能通過(guò)抑制HIF-1α蛋白和iNOS mRNA的表達(dá)減少HK-2細(xì)胞的凋亡,從而對(duì)HK-2細(xì)胞缺氧損傷起保護(hù)作用。
細(xì)胞凋亡;缺氧誘導(dǎo)因子1,α亞基;一氧化氮合酶;五味子乙素;HK-2細(xì)胞;氯化鈷;誘導(dǎo)型一氧化氮合酶
腎缺血再灌注損傷是一種嚴(yán)重的臨床并發(fā)癥,常見于失血性休克、腎移植、腹主動(dòng)脈瘤手術(shù)等危重癥患者。探索對(duì)缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用的藥物一直是研究熱點(diǎn)。五味子乙素(schisandrin B,Sch B)是從中藥五味子中分離的聯(lián)苯環(huán)辛二烯木脂素類有效成分,是五味子中含量較多的有效成分之一,具有抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、護(hù)肝等作用。研究表明,Sch B對(duì)心[1]、腦[2]缺血再灌注損傷均具有保護(hù)作用。而且,Sch B具有顯著的腎臟保護(hù)作用,對(duì)急性汞中毒引起的腎小球和腎小管損傷[3],以及環(huán)孢素A[4]、順鉑[5]等腎毒性藥物造成的腎損害均有保護(hù)作用。但目前關(guān)于Sch B對(duì)腎缺血再灌注損傷的研究尚較少。缺氧是缺血再灌注損傷中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。腎臟管狀上皮細(xì)胞的高水平氧耗量及腎臟的特殊脈管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使得腎臟對(duì)缺氧非常敏感,而近曲腎小管上皮細(xì)胞對(duì)缺氧損傷尤為敏感?;诖?,本實(shí)驗(yàn)擬從體外水平檢測(cè)Sch B對(duì)氯化鈷(CoCl2)誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞缺氧損傷的保護(hù)作用,并初步探討其可能機(jī)制。
1.1 材料 人類近端腎小管上皮(HK-2)細(xì)胞購(gòu)自美國(guó)模式菌種收集中心(ATCC)細(xì)胞庫(kù)。
1.2 主要試劑與儀器 五味子乙素(純度99%)購(gòu)自上海融禾醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司,二甲基亞砜溶解配制成10 mmol/L母液,CoCl2(美國(guó),Sigma),CCK-8試劑盒(日本,dojindo),AnnexinV-FITC/PI凋亡檢測(cè)試劑盒(美國(guó),BD),缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)多克隆抗體(美國(guó),proteintech),β-actin單克隆抗體(美國(guó),Santa Cruz),RNA抽提試劑Trizol(美國(guó),Invitrogen),逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)(RTPCR)試劑盒(北京全式金),聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)擴(kuò)增儀、臺(tái)式高速離心機(jī)及凝膠成像系統(tǒng)(美國(guó),Bio-Rad),酶標(biāo)儀(美國(guó),Thermo),引物由上海生工生物有限公司合成。
1.3 細(xì)胞培養(yǎng) 細(xì)胞在含10%胎牛血清,1%雙抗(100 U/mL青霉素+100 mg/L鏈霉素)的DMEM-F12培養(yǎng)基中,于5% CO2、37℃、飽和濕度培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。細(xì)胞貼壁生長(zhǎng),每2 d進(jìn)行細(xì)胞換液,長(zhǎng)至80%左右融合后以0.25%胰酶消化傳代。
1.4 分組及處理 以HK-2細(xì)胞培養(yǎng)皿或孔板為觀察單位,隨機(jī)分為4組:對(duì)照(C)組:細(xì)胞未經(jīng)任何處理。CoCl2組(化學(xué)乏氧組):加入600 μmol/L的CoCl2處理24 h。Sch B預(yù)保護(hù)(CoCl2+Sch B)組:分別加入終濃度為1 μmol/L和10 μmol/L Sch B預(yù)處理2 h后,其余操作同CoCl2組。Sch B組:分別加入終濃度1 μmol/L和10 μmol/L Sch B處理2 h。
1.5 指標(biāo)檢測(cè)
1.5.1 CCK-8試劑盒檢測(cè)HK-2細(xì)胞活性 在96孔板培養(yǎng)細(xì)胞,每孔5 000個(gè)細(xì)胞,細(xì)胞貼壁后,換無(wú)血清培養(yǎng)基培養(yǎng)16 h使細(xì)胞周期同步化,然后按上述分組進(jìn)行處理。處理完成后每孔加CCK-8試劑10 μL,37℃孵育1 h,選擇450 nm波長(zhǎng),在酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀上測(cè)定各孔的光密度(OD)值,并計(jì)算細(xì)胞活性。細(xì)胞活性(%)=(OD加藥-OD空白)/(OD對(duì)照-OD空白)×100%
1.5.2 AnnexinV-FITC/PI雙標(biāo)記流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡率 待細(xì)胞在6孔板中培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,換無(wú)血清培養(yǎng)基培養(yǎng)16 h使細(xì)胞周期同步化,再按上述分組加藥處理后,胰酶消化收集各組細(xì)胞,2 000 r/min離心5 min,用PBS洗滌細(xì)胞2次(2 000 r/min離心5 min),用500 μL緩沖液重懸細(xì)胞后,先加入5 μL AnnexinV-FIFC染色液混勻后,再加入5 μL PI染色液,混勻后室溫避光孵育10 min。篩網(wǎng)過(guò)濾后,用流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡率。FlowJo軟件計(jì)算分析各組細(xì)胞AnnexinV-FIFC和PI染色細(xì)胞百分含量。
1.5.3 Western Blot檢測(cè)HIF-1α蛋白表達(dá) 接種于6孔板中的各組細(xì)胞以預(yù)冷PBS液洗2次,加入50 μL預(yù)冷蛋白裂解液,冰上裂解30 min,細(xì)胞刮刀收集樣本。2,2-聯(lián)喹啉-4,4-二甲酸二鈉(BCA)法蛋白定量、配樣,100℃、10 min變性后上樣。經(jīng)10%聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)分離,將目的蛋白轉(zhuǎn)移至硝酸纖維素膜上,5%脫脂奶粉封閉1 h。用等滲鹽溶液加Tris-HCL緩沖液(TBST)沖洗后加HIF-1α及β-actin的一抗,4℃孵育過(guò)夜。TBST液沖洗,加標(biāo)記辣根過(guò)氧化物酶的二抗孵育。洗膜后ECL顯色,X線片曝光,沖洗,掃描。以β-actin為內(nèi)參,檢測(cè)HIF-1α蛋白的表達(dá)。
1.5.4 RT-PCR檢測(cè)HIF-1α、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)mRNA的表達(dá) 采用Trizol試劑盒從接種到6孔板中的各組細(xì)胞提取總mRNA。紫外分光光度儀檢測(cè)mRNA的含量和純度。用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒將其逆轉(zhuǎn)錄成cDNA,瓊脂凝膠電泳,凝膠成像系統(tǒng)成像后以GAPDH為內(nèi)參,用Image J數(shù)碼圖像分析軟件進(jìn)行分析,以擴(kuò)增片段與GAPDH的灰度比值表示產(chǎn)物多少,進(jìn)行半定量分析。HIF-1α引物上游 5′-GGAAACTTCTGGATGCTGGTG-3′,下游5′-TTCCTCGGCTAGTTAGGGTAC-3′,擴(kuò)增片段330 bp;iNOS引物上游5′-CCACCAACAATGGCAACATCAGG-3′,下 游 5′-AGGCAGGGCGTACCACTTTAGCT-3′,擴(kuò)增片段350 bp;GAPDH引物為上游5′-CGGGAAACTGTGGCGTGAT-3′,下游5′-AGTGGGTGTCGCTGTTGAAGT-3′,擴(kuò)增產(chǎn)物片段為299 bp。逆轉(zhuǎn)錄反應(yīng)條件:42℃30 min,85℃5 min。PCR條件:94℃變性5 s,58℃退火15 s,72℃延伸10 s,33個(gè)循環(huán)。
1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 用SigmaStat 3.5統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù),計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,組間比較采用單因素方差分析,多重比較用LSD-t法,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.1 細(xì)胞活性 與對(duì)照組相比,CoCl2組細(xì)胞活性明顯降低,Sch B預(yù)保護(hù)組較CoCl2組細(xì)胞活性顯著增加(P<0.01),Sch B組與對(duì)照組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),見表1。
2.2 細(xì)胞凋亡率 見圖1、表1。與對(duì)照組相比,CoCl2組細(xì)胞凋亡率顯著增加(P<0.001),Sch B預(yù)保護(hù)組較CoCl2組細(xì)胞凋亡率顯著降低(P<0.05),Sch B組與對(duì)照組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。
Fig.1 Results of apoptosis detected by flow cytometry in six groups of cells圖1 各組細(xì)胞流式細(xì)胞檢測(cè)凋亡圖
Tab.1 Comparison of the cell viability and apoptotic rates in six groups of cells表1 各組細(xì)胞的細(xì)胞活性和凋亡率比較(n=3,%,±s)
Tab.1 Comparison of the cell viability and apoptotic rates in six groups of cells表1 各組細(xì)胞的細(xì)胞活性和凋亡率比較(n=3,%,±s)
**P<0.01;a與(1)組比較,b與(2)組比較,c與(3)組比較,d與(4)組比較,P<0.05
組別對(duì)照組(1)CoCl2組(2)1 μmol/L Sch B預(yù)保護(hù)組(3)10 μmol/L Sch B預(yù)保護(hù)組(4)1 μmol/L Sch B組(5)10 μmol/L Sch B組(6)F細(xì)胞活性100.000±0.000 57.710±0.957a73.420±4.932ab81.283±2.808abc93.490±3.291bcd94.137±6.854bcd17.554**細(xì)胞凋亡率7.110±0.417 14.897±0.303a12.880±0.734ab11.767±0.677ab8.463±0.600bcd8.383±0.465bcd30.489**
2.3 對(duì)HIF-1α蛋白表達(dá)量的影響 與對(duì)照組相比,CoCl2組HIF-1α蛋白表達(dá)量顯著增加(P<0.001),Sch B預(yù)保護(hù)組較CoCl2組顯著降低(P<0.01),Sch B組幾乎不表達(dá)HIF-1α蛋白,見圖2、表2。
Fig.2 The expression of HIF-1α in six groups of cells圖2 各組細(xì)胞HIF-1α的表達(dá)情況
2.4 對(duì)HIF-1α、iNOS mRNA表達(dá)的影響 與對(duì)照組相比,CoCl2組HIF-1α mRNA表達(dá)量差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),iNOS mRNA表達(dá)量顯著增加(P<0.01),Sch B預(yù)保護(hù)組HIF-1α及iNOS mRNA表達(dá)量均較CoCl2組顯著減少(P<0.05),見圖3、表2。
3.1 凋亡在細(xì)胞缺氧損傷中的作用 細(xì)胞凋亡是在正常生理或病理狀態(tài)下機(jī)體細(xì)胞發(fā)生的一種自發(fā)的、程序化的死亡過(guò)程,是缺氧誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞損傷的主要機(jī)制之一[6]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CoCl2誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞缺氧導(dǎo)致細(xì)胞活性顯著下降,凋亡率顯著增加。
Fig.3 The expressions of HIF-1α mRNA and iNOS mRNA in six groups of cells圖3 各組細(xì)胞HIF-1α及iNOS mRNA的表達(dá)情況
Tab.2 Comparison of HIF-1α expression and HIF-1α,iNOS transcription between six groups表2 各組HIF-1α蛋白及HIF-1α、iNOS mRNA表達(dá)水平比較 (n=3,±s)
Tab.2 Comparison of HIF-1α expression and HIF-1α,iNOS transcription between six groups表2 各組HIF-1α蛋白及HIF-1α、iNOS mRNA表達(dá)水平比較 (n=3,±s)
**P<0.01;a與(1)組比較,b與(2)組比較,c與(3)組比較,d與(4)組比較,e與(5)組比較,P<0.05
?
3.2 HIF-lα在細(xì)胞缺氧損傷中的作用 在缺氧條件下機(jī)體或細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一系列的缺氧應(yīng)答反應(yīng),而這些缺氧應(yīng)答反應(yīng)主要通過(guò)缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)來(lái)調(diào)控。HIF作為氧自穩(wěn)調(diào)節(jié)的關(guān)鍵性轉(zhuǎn)錄因子,能夠調(diào)節(jié)百余種靶基因的表達(dá),從而使得機(jī)體或細(xì)胞對(duì)缺氧缺血性損傷產(chǎn)生適應(yīng)性反應(yīng)。目前發(fā)現(xiàn)HIF家族共有3個(gè)成員,包括HIF-l、HIF-2和HIF-3,其中HIF-l廣泛分布于哺乳動(dòng)物和人體細(xì)胞內(nèi)。在腎臟缺氧缺血損傷中,HIF-1主要表達(dá)在腎小管上皮細(xì)胞上。HIF-1是由α亞基和β亞基組成的一種異二聚體,其中α亞基是功能性亞基,β亞基是結(jié)構(gòu)性亞基。缺氧誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生HIF-lα,通過(guò)調(diào)控一系列與適應(yīng)缺氧有關(guān)的轉(zhuǎn)錄基因的表達(dá),調(diào)節(jié)機(jī)體針對(duì)缺氧環(huán)境的適應(yīng)性。HIF-1α介導(dǎo)一系列適應(yīng)性反應(yīng)的同時(shí)也誘導(dǎo)了很多病理性反應(yīng),如細(xì)胞凋亡[7]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,HIF-1α蛋白的高表達(dá)與HK-2細(xì)胞的活性下降及凋亡增加相關(guān),說(shuō)明HIF-1α蛋白可能誘導(dǎo)HK-2細(xì)胞的凋亡。HIF-1α蛋白非缺氧時(shí)容易降解,但在缺氧時(shí)則降解阻止。研究發(fā)現(xiàn):除嚙齒類動(dòng)物外,缺氧條件下HIF-1的調(diào)節(jié)性亞基HIF-1α在mRNA轉(zhuǎn)錄水平上并沒(méi)有顯著性變化,而是經(jīng)過(guò)阻滯蛋白酶體通路活性,使本應(yīng)降解掉的HIF-1α蛋白堆積,進(jìn)而影響下游各個(gè)基因的表達(dá)[8]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對(duì)照組與CoCl2組HIF-1α mRNA表達(dá)無(wú)顯著差異,但CoCl2組HIF-1α蛋白表達(dá)較對(duì)照組顯著增加,與既往研究結(jié)果一致。
3.3 iNOS在細(xì)胞缺氧損傷中的作用 內(nèi)源性NO 由L-精氨酸氧化而來(lái),催化該反應(yīng)的酶即為一氧化氮合酶(Nitric Oxide Synthase,NOS)。NOS有3個(gè)同工酶亞型:神經(jīng)型NOS(nNOS)、內(nèi)皮型NOS(eNOS)和iNOS。iNOS在正常細(xì)胞內(nèi)一般是少量表達(dá)的,當(dāng)細(xì)胞受到缺氧等病理刺激時(shí),iNOS催化合成非生理濃度的大量NO,產(chǎn)生一系列病理生理作用。盡管NO能維持黏膜的血管舒張和血管通透性,但是過(guò)多的NO也可直接引起細(xì)胞毒性作用,與氧自由基結(jié)合生成過(guò)氧亞硝酸等,從而引起組織損傷[9]。HIF-1α是iNOS基因轉(zhuǎn)錄活化的重要調(diào)節(jié)因子。有研究發(fā)現(xiàn)iNOS基因表達(dá)調(diào)控區(qū)內(nèi)具有HIF-1α的結(jié)合位點(diǎn);HIF-1α與iNOS基因調(diào)控區(qū)的特異位點(diǎn)結(jié)合進(jìn)而調(diào)節(jié)其表達(dá)[10]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CoCl2組iNOS mRNA表達(dá)量顯著增加,與HIF-1α的增加一致。
3.4 Sch B保護(hù)細(xì)胞缺氧損傷 五味子是臨床常用中藥之一,具有斂肺生津、補(bǔ)腎養(yǎng)心、收斂固澀等功效,其提取物對(duì)各種器官如肝臟、心臟、腎臟等的損傷具有保護(hù)作用,能拮抗阿霉素對(duì)體外培養(yǎng)足細(xì)胞的損傷作用[11]。Sch B是從五味子中提取的中藥單體,既往研究結(jié)果表明,其具有抗氧化、抗腫瘤等作用,對(duì)心腦肝腎等重要器官均具有保護(hù)作用,而且對(duì)機(jī)體正常的細(xì)胞沒(méi)有毒性作用。本研究初步證實(shí)Sch B可能通過(guò)抑制HIF-1α蛋白和iNOS mRNA的表達(dá)減少HK-2細(xì)胞的凋亡,從而對(duì)HK-2細(xì)胞缺氧損傷起保護(hù)作用,但其具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。
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(2015-03-04收稿 2015-03-18修回)
(本文編輯 李鵬)
Protective effects of schisandrin B on hypoxia injury of HK-2 cells
LU Ailong1,TAN Xiaoyue2,ZHANG Mianzhi3△,WU Yinna1
1 Tianjin Medical University,Tianjin 300070,China;2 Medical School of Nankai University;3 Tianjin Gongan Hospital
△Corresponding Author E-mail:zhangmianzhi@vip.sina.com
Objective To explore the protective effects of schisandrin B(Sch B)on hypoxia injury induced by cobaltous chloride(CoCl2)in human proximal renal tubular epithelial(HK-2)cells,and the possible mechanism thereof.Methods HK-2 cells were randomly assigned to four groups:control group(Con,cells were untreated),CoCl2group(CoCl2,cells were treated with 600 μmol/L CoCl2for 24 h),Sch B pretreat group(CoCl2+Sch B,cells were pretreated with 1 μmol/L and 10 μmol/L Sch B for 2 h)and Sch B group(Sch B,cells were treated with 1 μmol/L and 10 μmol/L Sch B for 2 h).CCK-8 kit was used to detect the cell viability of four groups.Flow cytometry was used to detect the apoptotic rate of four groups.The protein expression of hypoxia-inducible factor 1α(HIF-1α)was assessed by Western blot assay.The expressions of HIF-1α and inducible nitric oxide synthase(iNOS)mRNA were determined by RT-PCR.Results Compared with the control group,after treated with 600 μmol/L CoCl2,the cell viability was decreased,and the apoptosis was increased,the expressions of HIF-1α and iNOS mRNA were up-regulated in HK-2 cells.There was no significant difference in the expression of HIF-1α mRNA between control group and CoCl2group.Compared with the CoCl2group,after pretreated with 1 μmol/L and 10 μmol/L Sch B,the cell viability was increased and the apoptosis was decreased,the expressions of HIF-1α and iNOS were down-regulated in HK-2 cells.There were no significant differences in the cell viability and apoptotic rate between control group and Sch B group.Conclusion Pretreatment with Sch B can reduce the apoptosis of HK-2 cells by inhibiting the expression of HIF-1α and iNOS mRNA,which shows protective effects on hypoxia injury.
apoptosis;hypoxia-inducible factor 1,alpha subunit;nitric oxide synthase;schisandrin B;HK-2 cells;cobaltous chloride;inducible nitric oxide synthase
R692
A DOI:10.11958/j.issn.0253-9896.2015.05.005
天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃(14JCYBJC28200)
1天津醫(yī)科大學(xué)(郵編300070);2南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院;3天津市公安醫(yī)院
盧愛龍(1988),男,碩士研究生在讀,主要從事腎缺血再灌注損傷研究
△E-mail:zhangmianzhi@vip.sina.com