張 濤,曾凌竹
(重慶三峽中心醫(yī)院,重慶 404000)
腦卒中是一種中老年人常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病,隨著我國(guó)老齡化的加劇,預(yù)后和治療高發(fā)病率、高致殘率和高死亡率的腦卒中已刻不容緩。缺血性腦卒中是腦卒中的主要病理類型,其與神經(jīng)細(xì)胞凋亡、興奮性中毒、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)等多種發(fā)病機(jī)制有關(guān)[1-2]。Toll樣受體4(TLR4)是Toll樣受體家族中研究較多的成員,可通過(guò)多種途徑參與細(xì)胞凋亡、免疫和炎癥反應(yīng),在機(jī)體抵抗病原體感染或組織損傷方面發(fā)揮著積極作用,與神經(jīng)細(xì)胞疾病、免疫性疾病、癌癥等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[3-5]。右美托咪定是一種有效的α2-腎上腺素受體激動(dòng)劑,也是臨床上輔助患者鎮(zhèn)靜和全身麻醉的常用藥物。前人研究[6-7]已證實(shí)右美托咪定對(duì)神經(jīng)功能損傷具有較好的保護(hù)作用,但其有無(wú)介導(dǎo)TLR4表達(dá)參與神經(jīng)細(xì)胞損傷的保護(hù)機(jī)制尚不清楚。因此,本研究通過(guò)構(gòu)建氧糖剝奪損傷細(xì)胞模型,從炎癥反應(yīng)上分析右美托咪定調(diào)控TLR4表達(dá)對(duì)神經(jīng)細(xì)胞氧糖剝奪損傷的保護(hù)機(jī)制。
PC12細(xì)胞購(gòu)于中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所。采用DMEM培養(yǎng)基(含10%胎牛血清)于37℃和5%CO2培養(yǎng)箱內(nèi)常規(guī)培養(yǎng)。以0.25%胰蛋白酶消化傳代,收集第3代長(zhǎng)勢(shì)良好的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
右美托咪定購(gòu)于江蘇恒瑞醫(yī)藥公司,DMEM培養(yǎng)基、胎牛血清和胰蛋白酶購(gòu)于美國(guó)Gibco公司,Trizol試劑、TLR4抑制劑TAK-242購(gòu)于美國(guó)Takeda公司SYBR Premix Ex TaqⅡ購(gòu)于北京聚合美生物公司,Bax抗體和Bcl-2抗體購(gòu)于美國(guó)Cell Signaling Technology公司,TLR4抗體和β肌動(dòng)蛋白(β-actin)抗體購(gòu)于美國(guó)Proteintech公司。辣根酶標(biāo)記的二抗購(gòu)于北京中杉金橋公司。細(xì)胞裂解液、CCK-8試劑盒、ECL化學(xué)發(fā)光試劑盒和逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購(gòu)于碧云天生物技術(shù)研究所,BCA法蛋白含量檢測(cè)試劑盒購(gòu)于南京凱基生物科技發(fā)展公司,腫瘤壞死因子-α(TNF-α)ELISA試劑盒和和白細(xì)胞介素-6(IL-6)ELISA 試劑盒購(gòu)于美國(guó)R&D公司。CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱購(gòu)于美國(guó)Forma公司,酶標(biāo)儀和凝膠成像系統(tǒng)購(gòu)于美國(guó)Bio-Rad公司,有機(jī)玻璃密閉缺氧箱為自制。PCR儀購(gòu)于上海賽默生物公司。
1.3.1 實(shí)驗(yàn)分組
將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的PC12細(xì)胞隨機(jī)分為對(duì)照組:正常培養(yǎng),模型組:制備氧糖剝奪模型,右美托咪定低、中和高劑量組:在氧糖剝奪模型基礎(chǔ)上給予終濃度為0.1、1.0和10.0 μmol/L右美托咪定。后期實(shí)驗(yàn)分為模型組:制備氧糖剝奪模型,抑制劑組:在氧糖剝奪?;A(chǔ)上給予終濃度為30 μmol/L TLR4抑制劑TAK-242,抑制劑+右美托咪定組:在氧糖剝奪?;A(chǔ)上給予終濃度為30 μmol/L TLR4抑制劑TAK-242和終濃度為10 μmol/L 右美托咪定。
1.3.2 氧糖剝奪細(xì)胞模型的建立
采用無(wú)血清、無(wú)糖的pH 7.2的洛克緩沖液(5.6 mmol/L KCl+154 mmol/L NaCl+1 mmol/L MgCl2+2.3 mmol/L CaCl2+3.6 mmol/L NaHCO3+6 mmol/L HEPES+5 mg/mL 慶大霉素)培養(yǎng) PC12細(xì)胞,先置于含5% CO2和95%N2的缺氧培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1 h,再置于含5% CO2和95%空氣的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。右美托咪定處理組在氧糖剝奪及復(fù)糖氧過(guò)程中均采用含相應(yīng)濃度的右美托咪定培養(yǎng)基。
1.3.3 細(xì)胞存活率的測(cè)定
取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的PC12細(xì)胞,在96孔板上接種細(xì)胞濃度為5×104個(gè)/mL的細(xì)胞懸液200 μL/孔,于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)至細(xì)胞貼壁75%時(shí),參照1.3中的分組及1.4中的處理進(jìn)行操作,每組設(shè)置5個(gè)復(fù)孔。培養(yǎng)結(jié)束后,棄培養(yǎng)基,加入CCK-8試劑10 μL孵育1 h。以酶標(biāo)儀檢測(cè)450 nm波長(zhǎng)處各組細(xì)胞的吸光度(OD)值,以無(wú)細(xì)胞的培養(yǎng)液調(diào)零,并根據(jù)公式:細(xì)胞存活率=100%×(實(shí)驗(yàn)組OD值-空白孔OD值)/(對(duì)照組OD值-空白孔OD值)計(jì)算各組細(xì)胞的存活率。每組細(xì)胞測(cè)定3次。
1.3.4 Western blot檢測(cè)
收集各組PC12細(xì)胞,加入細(xì)胞裂解液提取總蛋白后,采用BCA法對(duì)總蛋白樣品進(jìn)行濃度的定量。以每孔50 μg蛋白樣品進(jìn)行凝膠電泳分離,濃縮膠電壓設(shè)為80 V,分離膠單壓設(shè)為120 V。電泳結(jié)束后,將蛋白凝膠轉(zhuǎn)至NC膜,置于封閉液中常溫封閉2 h。加入稀釋比例為1∶1000的特異性一抗(Bax、Bcl-2、TLR4和β-actin)搖床4℃下孵育24 h。封閉液洗膜3次后,加入稀釋比例為1∶2000的二抗搖床37℃孵育1 h。參照ECL化學(xué)發(fā)光試劑盒暗室中顯色、曝光,以β-actin為內(nèi)參,采用凝膠成像分析系統(tǒng)分析目的蛋白的相對(duì)表達(dá)水平。每組細(xì)胞測(cè)定3次。
1.3.5 RT-PCR檢測(cè)
采用Trizol法提取PC12細(xì)胞的總RNA,定量RNA純度后,以其作為模板,逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA。再取2.5 μL cDNA作模板,加入各1 μL上下游引物、12.5 μL SYBR Premix Ex TaqⅡ(2×)和8 μL 無(wú)核酸酶水配制25 μL的PCR反應(yīng)體系,設(shè)定PCR儀的三個(gè)階段的反應(yīng)條件分別為1)94℃ 5 min,2)94℃ 30 s、60℃ 30 s、72℃ 1 min,3)72℃ 5 min。其中第二階段循環(huán)35次。TLR4引物上游序列為5’-GATTGCTCAGACATGGCA -GT-3’,下游序列為5’-CCCACTCGAGGTAGGTGTTT-3’,內(nèi)參β-actin引物上游序列5’-CCCATCTATGAGGGTTACGC-3’,下游序列為5’-TTTAATGTCACGCACGATTTC-3’,均由上海生工生物公司合成。采用2-△△Ct法檢測(cè)各組細(xì)胞中TLR4 mRNA的相對(duì)表達(dá)水平。每組細(xì)胞測(cè)定3次。
1.3.6 ELISA檢測(cè)
每組取100 μL細(xì)胞上清液,參照TNF-α、IL-6 ELISA檢測(cè)試劑盒說(shuō)明書步驟檢測(cè)各組細(xì)胞的TNF-α和IL-6含量。每組細(xì)胞測(cè)定3次。
對(duì)照組、模型組以及右美托咪定低、中和高劑量組細(xì)胞中細(xì)胞存活率分別為(92.88±11.25)%、(58.62±6.76)%、(75.85±7.05)%、(81.24±5.65)%和(88.76±6.93)%,五組整體比較差異有顯著性(F=8.907,P=0.003 與對(duì)照組細(xì)胞存活率相比,經(jīng)氧糖剝奪處理后的模型組細(xì)胞的存活率明顯降低(P<0.05)。給予低、中和高劑量的右美托咪定處理后,PC12細(xì)胞的存活率分別與模型組相比,均明顯升高(P<0.05),且呈濃度依賴性(t1=2.716,t2=3.565,t3=4.751,P<0.05)。結(jié)果見圖1。
注:1:對(duì)照組;2:模型組;3:右美托咪定低劑量組;4:右美托咪定中劑量組;5:右美托咪定高劑量組。與對(duì)照組相比,*P<0.05;與模型組相比,#P<0.05。圖1 右美托咪定對(duì)PC12細(xì)胞增殖的影響Note. 1: Control group; 2: Model group; 3: Dexmedetomidine low dose group; 4: Dexmedetomidine medium dose group; 5: Dexmedetomidine high dose group. Compared with the control group,*P< 0.05. Compared with the model group,#P< 0.05.Figure 1 Effect of dexmedetomidine on the proliferation of PC12 cells
Western blot檢測(cè)對(duì)照組、模型組以及右美托咪定低、中和高劑量組細(xì)胞中Bax蛋白的相對(duì)表達(dá)量分別為0.18±0.02、1.22±0.08、0.85±0.05、0.37±0.03和0.22±0.02,Bcl-2蛋白的相比表達(dá)量分別為0.83±0.06、0.23±0.02、0.35±0.03、0.46±0.02和0.55±0.03。對(duì)照組、模型組以及右美托咪定低、中和高劑量組細(xì)胞中Bax蛋白和Bcl-2蛋白的相比表達(dá)量分別整體比較差異有顯著性(FBax=288.495,PBax<0.05;FBcl-2=125.274,PBcl-2< 0.05)。與對(duì)照組相比,模型組細(xì)胞中Bax蛋白表達(dá)明顯升高(P<0.05),而Bcl-2蛋白表達(dá)明顯降低(P<0.05);與模型組相比,右美托咪定低、中和高劑量組中Bax蛋白表達(dá)顯著降低(P<0.05),而Bcl-2蛋白表達(dá)顯著升高(P<0.05),且呈現(xiàn)濃度依賴性改變。結(jié)果見圖2。
氧糖剝奪后PC12細(xì)胞、對(duì)照組、右美托咪定低、中和高濃度處理組中TNF-α含量分別為(865.38±52.16)pg/mL、(328.76±37.45)pg/mL、(668.95±27.56)pg/mL、(611.52±25.48)pg/mL和(573.46±22.37)pg/mL,IL-6含量分別為(235.42±23.16)pg/mL、(128.65±11.58)pg/mL、(188.73±18.25)pg/mL、(171.55±20.47)pg/mL和(154.32±12.64)pg/mL,分別整體比較差異有顯著性(FTNF-α=92.704,PTNF-α<0.05;FIL-6=15.225,PIL-6<0.05)氧糖剝奪后PC12細(xì)胞上清液中TNF-α含量IL-6含量明顯高于對(duì)照組中TNF-α含量IL-6含量(P<0.05),右美托咪定各濃度處理組均能夠降低氧糖剝后TNF-α和IL-6含量(P<0.05)。結(jié)果見圖3。
RT-PCR檢測(cè)對(duì)照組、模型組、右美托咪定低劑量組、右美托咪定中劑量組和右美托咪定高劑量組細(xì)胞中TLR4 mRNA的相對(duì)表達(dá)量分別為1.23±0.09、5.45±0.48、4.15±0.39、2.95±0.30和1.78±0.18,整體比較差異有顯著性(F=86.887,P<0.05)結(jié)果見圖4A;Western blot檢測(cè)各組細(xì)胞中TLR4蛋白的相對(duì)表達(dá)量分別為0.15±0.02、1.18±0.25、0.75±0.06、0.42±0.03和0.28±0.02,整體比較差異有顯著性(F=37.971,P<0.05)結(jié)果見圖4B和4C。與對(duì)照組相比,模型組細(xì)胞中TLR4 mRNA和蛋白的表達(dá)水平均顯著升高(P<0.05),而右美托咪定低劑量組、右美托咪定中劑量組和右美托咪定高劑量組中TLR4 mRNA和蛋白的表達(dá)水平較模型組均呈濃度依賴性降低,且差異有顯著性(P<0.05)。
注:A:Western blot檢測(cè)結(jié)果,B:Bax和Bcl-2蛋白的相對(duì)表達(dá)量。1:對(duì)照組;2:模型組;3:右美托咪定低劑量組;4:右美托咪定中劑量組;5:右美托咪定高劑量組。與對(duì)照組相比,*P<0.05;與模型組相比,#P<0.05。圖2 各組細(xì)胞中Bax和Bcl-2蛋白的表達(dá)Note. A: Result of Western blot. B: Relative expressions of Bax and Bcl-2 proteins. 1: Control group; 2: Model group; 3: Dexmedetomidine low dose group; 4: Dexmedetomidine medium dose group; 5: Dexmedetomidine high dose group. Compared with the control group,*P<0.05. Compared with the model group,#P<0.05.Figure 2 Expression of Bax and Bcl-2 proteins in cells from each group
注:A:TNF-α含量;B:IL-6含量。1:對(duì)照組;2:模型組;3:右美托咪定低劑量組;4:右美托咪定中劑量組;5:右美托咪定高劑量組。與對(duì)照組相比,*P<0.05;與模型組相比,#P<0.05。圖3 右美托咪定對(duì)TNF-α和IL-6的影響Note: A: TNF-α content. B: IL-6 content. 1: Control group; 2: Model group; 3: Dexmedetomidine low dose group; 4: Dexmedetomidine medium dose group; 5: Dexmedetomidine high dose group. Compared with the control group,*P<0.05. Compared with the model group,#P<0.05.Figure 3 Effect of dexmedetomidine on TNF-α and IL-6 levels
模型組、抑制劑組和抑制劑+右美托咪定組細(xì)胞的存活率分別為(63.76±5.53)%、(76.22±4.15)%和(89.65±5.36)%,Bax蛋白的相對(duì)表達(dá)量分別為1.18±0.09、0.48±0.03和0.24±0.02,Bcl-2蛋白表達(dá)量分別為0.26±0.03、0.55±0.04和0.89±0.06,TLR4蛋白的表達(dá)量分別為0.92±0.06、0.42±0.05和0.13±0.02,TNF-α含量分別為(887.26±39.25)pg/mL、(695.48±22.16)pg/mL和(426.18±25.42)pg/mL,IL-6含量分別為(245.68±22.25)pg/mL、(188.46±21.15)pg/mL和(117.85±18.65)pg/mL。模型組、抑制劑組和抑制劑+右美托咪定組分別整體比較差異均有顯著性(F存活率=19.715,P存活率<0.05;FBax=228.383,PBax<0.05;FBcl-2=146.705,PBcl-2<0.05;FTLR4=221.123,PTLR4<0.05;FTNF-α=180.063,PTNF-α<0.05;FIL-6=28.601,PIL-6<0.05)。給予30 μmol/L TLR4抑制劑處理后,PC12細(xì)胞的存活率和Bcl-2蛋白表達(dá)升高,Bax和TLR4蛋白表達(dá)以及TNF-α和IL-6含量降低;給予10 μmol/L右美托咪定處理后,TLR4抑制劑對(duì)PC12細(xì)胞的存活率、Bcl-2蛋白、Bax蛋白、TLR4蛋白表達(dá)以及TNF-α、IL-6含量的調(diào)控作用明顯增強(qiáng),結(jié)果見圖5。
注:A:RT-PCR檢測(cè)結(jié)果;B:Western blot檢測(cè)結(jié)果;C:TLR4蛋白的相對(duì)表達(dá)量。1:對(duì)照組;2:模型組;3:右美托咪定低劑量組;4:右美托咪定中劑量組;5:右美托咪定高劑量組。與對(duì)照組相比,*P<0.05;與模型組相比,#P<0.05。圖4 各組細(xì)胞中TLR4 mRNA和蛋白的表達(dá)Note. A: Results of RT-PCR detection. B: Western blot test results. C: Relative expression of TLR4 protein. 1: Control group; 2: Model group; 3: Dexmedetomidine low dose group; 4: Dexmedetomidine medium dose group; 5: Dexmedetomidine high dose group. Compared with the control group, *P< 0.05. Compared with the model group,#P< 0.05.Figure 4 Expression of TLR4 mRNA and protein in cells from each group
注:A:細(xì)胞存活率;B:Western blot檢測(cè)結(jié)果;C:蛋白的相對(duì)表達(dá)量;D:TNF-α和IL-6含量。1:模型組;2:抑制劑組;3:抑制劑+右美托咪定組。與模型組相比,*P<0.05;與模型+抑制劑組相比,#P<0.05。圖5 右美托咪定調(diào)控TLR4表達(dá)對(duì)PC12細(xì)胞的影響Note. A: Cell survival rate. B: Result of Western blot. C: Relative expression of protein. D: TNF-α and IL-6 levels. 1: Model group; 2: Inhibitor group; 3: Inhibitor + dexmedetomidine group. Compared with the model group,*P<0.05. Compared with the model + inhibitor group,#P<0.05.Figure 5 The effect of dexmedetomidine on the expression of TLR4 in PC12 cells
我國(guó)腦卒中的發(fā)病率有明顯升高和年輕化的趨勢(shì),而目前對(duì)于腦卒中導(dǎo)致的患者癱瘓、感覺和認(rèn)知功能障礙以及死亡仍然缺乏有效的治療手段,探討腦卒中的發(fā)病機(jī)制,尋找有效的治療藥物及靶點(diǎn)是腦卒中疾病研究的熱點(diǎn)[8-10]。右美托咪定是一種麻醉輔助藥,具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛和抑制交感神經(jīng)的作用,其可通過(guò)調(diào)控細(xì)胞凋亡、細(xì)胞炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)等多種途徑改善組織缺血再灌注損傷。例如:右美托咪定可通過(guò)抑制caspase-3活性抑制細(xì)胞凋亡,改善腎缺血再灌注損傷[11];還可通過(guò)調(diào)控NLRC5缺陷小鼠細(xì)胞中炎癥因子TNF-α、IL-6、IL-1β和氧化應(yīng)激因子iNOS表達(dá)反應(yīng)參與肝缺血/再灌注損傷的保護(hù)作用[12]。TLR4是一種重要的模式識(shí)別受體,可通過(guò)調(diào)控下游NF-κB信號(hào)通路和TNF-α、IL-6、IL-8等炎癥因子在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用[13-14];作為一種廣泛存在于腦組織不同細(xì)胞的受體分子,TLR4已被證實(shí)可通過(guò)調(diào)控NF-κB信號(hào)通路引起腦神經(jīng)細(xì)胞的炎癥損傷和凋亡[15-16]。有報(bào)道[17-18]指出,右美托咪定可作為神經(jīng)保護(hù)劑,抑制海馬區(qū)神經(jīng)細(xì)胞凋亡和上調(diào)HSP70表達(dá)改善腦損傷;同時(shí),右美托咪定可通過(guò)調(diào)控TLR4表達(dá)改善心肌缺血/再灌注損傷,但右美托咪定有無(wú)介導(dǎo)TLR4表達(dá)參與保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞損傷的分子機(jī)制并不清楚。
為了探討相關(guān)機(jī)制,本研究通過(guò)構(gòu)建氧糖剝奪細(xì)胞模型,以低、中和高劑量右美托咪定作用PC12神經(jīng)細(xì)胞,采用CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞存活率,Western blot檢測(cè)促凋亡蛋白Bax和抑凋亡蛋白Bcl-2表達(dá),ELISA法檢測(cè)炎癥因子TNF-α和IL-6含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn),右美托咪定能夠呈濃度依賴性提高PC12細(xì)胞存活率,并下調(diào)Bax和上調(diào)Bcl-2表達(dá),降低TNF-α和IL-6含量。結(jié)果表明,右美托咪定可通過(guò)促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞增殖、抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡及減輕炎癥反應(yīng)發(fā)揮改善神經(jīng)細(xì)胞損傷的作用,這一結(jié)果與龔輝等[19]發(fā)現(xiàn)的右美托咪定改善大鼠腦缺血再灌注損傷的機(jī)制相吻合。我們通過(guò)RT-PCR和Western blot進(jìn)一步檢測(cè)發(fā)現(xiàn),PC12細(xì)胞中TLR4 mRNA和蛋白的表達(dá)均隨右美托咪定濃度的升高而降低。結(jié)果提示,右美托咪定可能通過(guò)抑制TLR4表達(dá)參與神經(jīng)細(xì)胞損傷的保護(hù)作用。已有研究[20-21]證實(shí),TLR4可調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞凋亡,在TLR4基因敲除的小鼠腦組織神經(jīng)元細(xì)胞神經(jīng)元凋亡指數(shù)和Bax/Bcl-2比值升高;另外,TLR4的激活可促進(jìn)炎癥因子TNF-α和IL-6的表達(dá)。為了驗(yàn)證右美托咪定通過(guò)抑制TLR4表達(dá)參與神經(jīng)細(xì)胞損傷的保護(hù)機(jī)制這一結(jié)果,我們采用30 μmol/L TLR4抑制劑TAK-242抑制TLR4表達(dá)后,觀察發(fā)現(xiàn)PC12細(xì)胞的存活率、凋亡相關(guān)蛋白Bax和Bcl-2表達(dá)以及炎癥因子TNF-α和IL-6含量的變化趨勢(shì)與右美托咪定作用的結(jié)果相一致;同時(shí)在抑制TLR4表達(dá)基礎(chǔ)上,給予10 μmol/L右美托咪定作用后,TLR4抑制劑的作用明顯增強(qiáng)。結(jié)果證實(shí),右美托咪定通過(guò)抑制TLR4表達(dá)參與神經(jīng)細(xì)胞的增殖、凋亡、炎癥反應(yīng)等過(guò)程,進(jìn)而發(fā)揮保護(hù)作用。
總之,我們從細(xì)胞水平上證實(shí)了右美托咪定可改善神經(jīng)細(xì)胞氧糖剝奪損傷,其可通過(guò)抑制TLR4表達(dá)參與及其神經(jīng)細(xì)胞的保護(hù)作用。該結(jié)果為右美托咪定有效治療缺血性腦損傷提供了新的依據(jù),也為TLR4有望成為缺血性腦損傷的治療靶點(diǎn)提供了參考依據(jù)。