公緒華,朱 樑,陳 超,錢黎俊
1. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院放射科,上海 200127;2. 上海長征醫(yī)院消化內(nèi)科,上海 200003;3. 中國人民解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學(xué)中心消化內(nèi)科,北京 100048
肝纖維化是細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)發(fā)生彌漫性過度沉積的一種病理過程,在大多數(shù)慢性肝病中尤為常見[1]。肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells,HSCs)是肝臟特有的一種非實(shí)質(zhì)細(xì)胞,僅占肝臟細(xì)胞總數(shù)的5%~7%。研究[2]顯示,HSCs 是ECM 的主要來源細(xì)胞,也是肝纖維化的主要效應(yīng)細(xì)胞,且該細(xì)胞的激活是肝纖維化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)肝臟受到損傷時(shí),靜息狀態(tài)的HSCs 則被激活,從而可增加其增殖、收縮、遷移能力,同時(shí)也可增加ECM 的分泌能力[3]。活化型HSCs 可表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA),并分泌Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原等ECM 成分,這些成分可沉積于門脈周圍、Disse 間隙及肝小葉內(nèi),形成“肝竇毛細(xì)血管化”;同時(shí),活化型HSCs 收縮力增強(qiáng)可增加肝竇血流阻力,增加門脈壓力,從而使肝內(nèi)結(jié)構(gòu)重建,進(jìn)而導(dǎo)致肝纖維化[4]。
miRNAs 是一類在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)基因表達(dá)的非編碼RNA,參與細(xì)胞的代謝、增殖、分化以及凋亡等生理過程[5]。目前已發(fā)現(xiàn)有多種miRNAs 在HSCs 活化和肝纖維化過程中發(fā)揮作用,如miR-221/222、miR-15b、miR-16等[1,6],但miRNAs 調(diào)控HSCs 活化的分子機(jī)制及其水平與臨床肝纖維化分期的相關(guān)性尚未被完全闡明。
既往相關(guān)報(bào)道[7]顯示,miR-214 在甲硫氨酸和膽堿缺乏飲食誘導(dǎo)的肝纖維化模型中表達(dá)升高。我們推測miR-214 可能在HSCs 的活化及肝纖維化進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。基于此,本研究對(duì)miR-214 參與的HSCs 活化過程中的生物學(xué)功能及其可能的作用機(jī)制進(jìn)行探討,以期對(duì)肝纖維化的基因治療提供新的思路。
1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 選取雄性Wistar 大鼠40 只[由海軍軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)部提供,動(dòng)物生產(chǎn)許可證號(hào):SCXK(滬)2012-0002],體質(zhì)量為180 ~200 g。大鼠飼養(yǎng)于海軍軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物中心清潔級(jí)動(dòng)物房的標(biāo)準(zhǔn)籠中,動(dòng)物使用許可證號(hào):SYXK(滬)2013-0050。大鼠飼以標(biāo)準(zhǔn)飼料,自由攝食、飲水。飼養(yǎng)條件如下:光周期為12 h/12 h,溫度為25 ℃左右,濕度為50%~60%,環(huán)境噪聲≤60 dB。動(dòng)物飼養(yǎng)條件符合實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理?xiàng)l例,所有動(dòng)物相關(guān)操作均遵循國家及海軍軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)部有關(guān)動(dòng)物倫理規(guī)定及條例。
1.1.2 細(xì)胞株、主要試劑及儀器 大鼠HSC 細(xì)胞株HSC-T6 及293T 細(xì)胞均由上海長征醫(yī)院消化內(nèi)科實(shí)驗(yàn)室保存。TRIzol-A+總RNA 提取試劑購自天根生化科技(北京)有限公司,Transwell 小室購自美國EMD Millipore 公司,小鼠α-SMA 單克隆抗體均購自德國Sigma-Aldrich 公司,兔抗1 型膠原蛋白(collagen type 1, COL1)多克隆抗體、α-tubulin 抗體、GAPDH 抗體、兔抗缺氧誘導(dǎo)因子-1α 抑制劑(hypoxia-inducible factor-1α inhibitor,HIF1AN)多克隆抗體均購自美國Abcam 公司,反轉(zhuǎn)錄和實(shí)時(shí)熒光定量PCR(quantitative real-time PCR,qPCR)試劑盒、雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)試劑盒均購自美國Promega 公司,慢病毒載體表達(dá)系統(tǒng)購自上海生博生物醫(yī)藥科技有限公司。miR-214 模擬物(miR-214 mimics)、含無義序列模擬物(NC mimics)、miR-214 抑制劑(miR-214 inhibitor)及雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)所需質(zhì)粒[HIF1AN-WT 質(zhì)粒(野生型)、HIF1AN-MuT 質(zhì)粒(突變型)]均由武漢谷歌生物科技有限公司合成。
LightCycler?96 實(shí) 時(shí) 熒 光 定 量PCR 儀 購 自 瑞 士Roche 公司,F(xiàn)ACSCalibur 流式細(xì)胞儀購自美國Bection Dickinson 公司。
1.2.1 大鼠分組及肝纖維化模型構(gòu)建 本研究采用經(jīng)典的CCl4誘導(dǎo)大鼠肝纖維化的模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[8],具體步驟如下:將40 只大鼠隨機(jī)分為對(duì)照組(即con 組)和造模組,每組20 只。向造模組大鼠腹腔注射體積分?jǐn)?shù)20%的CCl4油劑溶液,每周2 次,每次劑量2.5 mL/kg,連續(xù)4 周;同時(shí),向con 組大鼠注射等體積的無菌油劑。分別于不同時(shí)間(第1、2、3、4 周末)處理2 組大鼠(每組5 只),留取肝臟組織標(biāo)本。通過蘇木精-伊紅染色(H-E 染色),于光學(xué)顯微鏡下觀察大鼠肝纖維化進(jìn)程。
1.2.2 大鼠原代HSCs 的分離與培養(yǎng) 經(jīng)前期實(shí)驗(yàn)[9]證實(shí),大鼠原代HSCs 的分離純度及活性均可達(dá)到95%以上。
經(jīng)2 個(gè)消化步驟從健康雄性Wistar 大鼠肝臟分離獲得原代HSCs。采用經(jīng)典的密度梯度離心法進(jìn)行分離。而后,采用含10%胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS)、1%的青霉素/鏈霉素、2 mmol/L 谷氨酰胺的高糖DMEM 培養(yǎng)基培養(yǎng)已純化的原代HSCs,分別于第2、7、14 日收集HSCs 用于后續(xù)研究。將體外培養(yǎng)2 d 的原代HSCs 作為靜息狀態(tài)HSCs,培養(yǎng)7 d 作為部分活化狀態(tài)HSCs,培養(yǎng)14 d 作為完全活化狀態(tài)HSCs。
1.2.3 慢病毒感染HSC-T6 細(xì)胞及分組 慢病毒的包裝和生產(chǎn)依據(jù)操作說明進(jìn)行。培養(yǎng)HSC-T6 細(xì)胞至對(duì)數(shù)生長期,用0.25%胰蛋白酶進(jìn)行消化、傳代,按1×106/孔接種于6 孔板。于超凈工作臺(tái)內(nèi),將攜帶有綠色熒光蛋白(green fluorescence protein,GFP)的慢病毒顆粒按感染復(fù)數(shù)(multiplicity of infection,MOI)=30 加入相應(yīng)孔內(nèi),12 h 后更換新鮮DMEM 培養(yǎng)基,繼續(xù)培養(yǎng)3 d。依據(jù)慢病毒攜帶序列的不同,將感染后的HSC-T6 細(xì)胞分為miR-214 過表達(dá)組(lenti-pLVT525-miR-214)、miR-214 敲除組(lenti-pLKO.1- miR-214)和陰性對(duì)照慢病毒組(lentipLVT4,即mock 組)。
1.2.4 反轉(zhuǎn)錄與qPCR 檢測 用TRIzol-A 提取原代HSCs、大鼠肝臟組織、慢病毒轉(zhuǎn)染組HSC-T6 細(xì)胞的總RNA,按照反轉(zhuǎn)錄試劑盒說明書合成cDNA,以cDNA 為模板進(jìn)行PCR 反應(yīng)。擴(kuò)增條件為:95 ℃ 2 min;95 ℃ 15 s,60 ℃ 30 s,70 ℃ 1 min,共40 個(gè)循環(huán)。設(shè)置3 個(gè)復(fù)孔,記錄每孔的CT值,以3 個(gè)復(fù)孔的平均值作為最終結(jié)果。本研究中miRNA 的qPCR 方法為加尾法,以U6 為內(nèi)參,采用2-△△CT法進(jìn)行分析。引物序列見表1。
表1 qPCR 引物序列Tab 1 Primer sequences for qPCR
1.2.5 蛋白質(zhì)印跡檢測 分別收集miR-214 過表達(dá)組、miR-214 敲 除 組 及mock 組 的HSC-T6 細(xì) 胞,4 800×g離心2 min 后棄去上清液,用磷酸鹽緩沖液(phosphate buffered saline,PBS)洗滌2 ~3 次,并用裂解液充分裂解細(xì)胞,4 800×g 離心10 min 后棄去沉淀,獲得總蛋白。經(jīng)凝膠電泳、硝酸纖維素膜印跡后,用含5%脫脂奶粉的TBST 封閉2 h。而后將膜轉(zhuǎn)移至含有α-tubulin 抗體、GAPDH 抗體、COL1 抗體、α-SMA 抗體及HIF1AN 抗體(工作濃度均為1:1 000)的稀釋液中,于4 ℃孵育過夜。再用TBST 洗滌3 次(每次10 ~15 min)后,將膜與相應(yīng)二抗常溫孵育2 h,TBST 洗滌3 次。最后,用ECL 化學(xué)發(fā)光試劑顯影。
1.2.6 細(xì)胞遷移檢測 該實(shí)驗(yàn)于24 孔Transwell 組織培養(yǎng)板中進(jìn)行。采用胰蛋白酶消化miR-214 過表達(dá)組、miR-214 敲除組及mock 組的HSC-T6 細(xì)胞,PBS 洗滌2 次,再用含1%FBS 的DMEM 培養(yǎng)基重懸,制備4×105個(gè)/mL 的細(xì)胞懸液。向24 孔板小室中加入細(xì)胞懸液,每孔100 μL,小室外層浸潤在600 μL 含10%FBS 的DMEM 培養(yǎng)基中,于37 ℃、5% CO2條件下培養(yǎng)20 h 后用4%多聚甲醛固定,室溫下用Hoechst 33342 染色5 min,并用棉簽除去未遷移的細(xì)胞,于免疫熒光顯微鏡下隨機(jī)選取4 個(gè)視野進(jìn)行觀察。
1.2.7 細(xì)胞凋亡檢測 分別取約5×105個(gè)miR-214 過表達(dá)組、miR-214 敲除組及mock 組的HSC-T6 細(xì)胞于1.5 mL 離心管中,用預(yù)冷的PBS 清洗3 次,按凋亡試劑盒說明書制備混懸液,避光水浴5 min 后采用流式細(xì)胞儀對(duì)細(xì)胞凋亡情況進(jìn)行檢測。
1.2.8 雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)檢測 TargetScan 靶基因預(yù)測數(shù)據(jù)庫預(yù)測Hif1an 為miR-214 的潛在靶基因。向293T 細(xì)胞分別轉(zhuǎn)染HIF1AN-WT 質(zhì)粒(表達(dá)野生型HIF1AN,WT 組)和HIF1AN-MuT 質(zhì)粒(表達(dá)突變型HIF1AN,MuT 組),再利用脂質(zhì)體向上述293T 細(xì)胞分別轉(zhuǎn)染miR-214 mimics 和NC mimics,而后向轉(zhuǎn)染miR-214 mimics 的293T 細(xì)胞中再加入miR-214 抑制劑,因此共獲得6 組, 即miR-214 mimics+HIF1AN-WT 組、miR-214 mimics+inhibitor +HIF1AN-WT 組、NC mimics+ HIF1ANWT 組、miR-214 mimics+ HIF1AN-MuT 組、miR-214 mimics+inhibitor + HIF1AN-MuT 組、NC mimics+ HIF1AN-MuT 組。繼續(xù)培養(yǎng)48 h,于酶標(biāo)儀雙熒光素酶報(bào)告基因檢查系統(tǒng)檢測上述6 組細(xì)胞的熒光素酶活性,結(jié)果取平均值。
采用SPSS 17.0 軟件對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。定量資料以±s 表示,采用t 檢驗(yàn)進(jìn)行2 組間比較,采用方差分析進(jìn)行2 組以上比較。P<0.05 表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué) 意義。
對(duì)con 組及造模組大鼠的肝臟組織進(jìn)行H-E 染色,以確定肝纖維化分期。經(jīng)病理檢查結(jié)果證實(shí),隨著時(shí)間推移肝纖維化程度逐漸加重(圖1A)。
對(duì)純化后的大鼠原代HSCs 培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),HSCs 初始為形態(tài)均一的小圓細(xì)胞;經(jīng)體外培養(yǎng)2 d 后,多數(shù)呈貼壁生長,形態(tài)呈橢圓形;培養(yǎng)7 d 后,其胞質(zhì)開始伸展,胞體變得細(xì)長;14 d 后其胞質(zhì)完全伸展,細(xì)胞內(nèi)可見平行排列的細(xì)胞骨架(圖1B)。
經(jīng)qPCR 檢測顯示,miR-214 在原代HSCs 活化過程及CCl4誘導(dǎo)的大鼠肝纖維化進(jìn)程中表達(dá)逐漸增加,且差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05,圖1C);同時(shí),在原代HSCs 活化過程中,HSCs 活化標(biāo)志物Col1 mRNA 及α-Sma mRNA 表達(dá)亦逐漸增加(均P<0.05,圖1D)。
圖1 miR-214 在肝纖維化進(jìn)程和HSCs 活化過程中的表達(dá)變化Fig 1 Expression of miR-214 in the progression of liver fibrosis and HSCs activation
本研究中MOI=30,通過免疫熒光顯微鏡觀察經(jīng)慢病毒轉(zhuǎn)染的HSC-T6 細(xì)胞中GFP 亮度并計(jì)算熒光細(xì)胞比例,結(jié)果顯示慢病毒轉(zhuǎn)染效率約為90%。qPCR 檢測顯示,與mock 組相比,miR-214 過表達(dá)組中miR-214 的表達(dá)量增加近3 倍(P=0.000),繼而證實(shí)miR-214 過表達(dá)慢病毒載體構(gòu)建成功(圖2A)。
隨 后,采 用qPCR 對(duì)α-SMA 及COL1 的 表 達(dá) 進(jìn) 行檢測,結(jié)果顯示,與mock 組相比,miR-214 敲除組中α-Sma 及Col1 mRNA 的表達(dá)水平有所下降,而miR-214過表達(dá)組則有所升高(均P<0.05,圖2B)。同樣的,蛋白質(zhì)印跡法檢測慢病毒轉(zhuǎn)染組HSC-T6 細(xì)胞中α-SMA 及COL1 蛋白的表達(dá),顯示出了相同的結(jié)果(均P<0.05,圖2C)。繼而提示,miR-214 可促進(jìn)HSCs 的活化。
圖2 慢病毒轉(zhuǎn)染組HSC-T6 細(xì)胞中α-SMA 及COL1 的表達(dá)變化Fig 2 Expression of α-SMA and COL1 in HSCs transfected with lentivirus
Transwell 細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)(圖3A)顯示,與mock 組相比,miR-214 敲除組中HSC-T6 細(xì)胞的遷移數(shù)減少約50%,而miR-214 過表達(dá)組則是其2.8 倍。
為檢測miR-214 是否影響HSC-T6 細(xì)胞的凋亡,本研究使用Annexin V-FITC/PI 染色進(jìn)行流式細(xì)胞術(shù)分析。結(jié)果(圖3B)顯示,與mock 組相比,miR-214 過表達(dá)組細(xì)胞具有較高的存活能力。綜合上述結(jié)果發(fā)現(xiàn),miR-214 可增強(qiáng)HSCs 的遷移能力、降低細(xì)胞凋亡率。
圖3 慢病毒轉(zhuǎn)染組HSC-T6 細(xì)胞的遷移及凋亡檢測Fig 3 Detection of the migration and apoptosis of HSC-T6 cells transfected with lentivirus
通過在線檢索TargetScan 靶基因預(yù)測數(shù)據(jù)庫的相關(guān)信息發(fā)現(xiàn),Hif1an 可能是miR-214 的潛在靶基因,同時(shí)預(yù)測出miR-214 與Hif1an 的3' UTR 的結(jié)合位點(diǎn)(圖4A)。
雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)檢測結(jié)果(圖4 B)顯示,在WT 組293T 細(xì)胞中,miR-214 mimics 能夠顯著抑制胞內(nèi)熒光素酶活性,與NC mimics 組相比較,miR-214 mimics 組熒光素酶活性明顯下降(P=0.000),而 miR-214 mimics+inhibitor 組的熒光素酶活性則不變;在MuT 組細(xì)胞中,miR-214 mimics 對(duì)胞內(nèi)熒光素酶活性則無明顯影響,miR-214 mimics 組與NC mimics 組的熒光素酶活性間無明顯差異,繼而說明RNA 轉(zhuǎn)染本身對(duì)熒光素酶活性無影響。
采用qPCR 和蛋白質(zhì)印跡對(duì)慢病毒轉(zhuǎn)染組HSC-T6 細(xì)胞中HIF1AN 的表達(dá)進(jìn)行分析,結(jié)果(圖4 C、D)顯示,與mock 組相比,miR-214 敲除組中HIF1AN 的mRNA 及蛋白表達(dá)量有所增加,miR-214 過表達(dá)組的HIF1AN 的mRNA 及蛋白表達(dá)量有所減少(均P<0.05)。
采用qPCR 檢測原代HSCs 活化過程及CCl4誘導(dǎo)的大鼠肝纖維化進(jìn)程中Hif1an mRNA 的表達(dá)水平,結(jié)果(圖4 E、F)顯示,作為miR-214 的靶基因,Hif1an 在原代HSCs 活化過程和肝纖維化進(jìn)程中的表達(dá)明顯下調(diào)。
圖4 miR-214 的靶基因Hif1an 在HSCs 活化和肝纖維化進(jìn)程中的表達(dá)變化Fig 4 Expression of Hif1an, the target gene of miR-214, during HSCs activation and the progression of liver fibrosis
肝纖維化的分子機(jī)制探索及臨床診治研究是該領(lǐng)域在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)方面所面臨的重大課題。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種miRNAs 在HSCs 活化過程和肝纖維化進(jìn)程中發(fā)揮重要作用,但具體分子機(jī)制及與肝纖維化分期的相關(guān)性尚未明確。
既往針對(duì)HSCs 活化過程中miRNAs 芯片表達(dá)譜的研究[8]提示,miR-214 在HSCs 活化過程中可表達(dá)上調(diào)。本研究發(fā)現(xiàn),miR-214 在原代HSCs 活化過程及CCl4誘導(dǎo)的大鼠肝纖維化進(jìn)程中均表達(dá)上調(diào),這與既往文獻(xiàn)報(bào)道的miR-214 在甲硫氨酸膽堿缺乏飲食小鼠模型[7]和二甲基亞硝胺誘導(dǎo)的肝纖維化大鼠模型[10]中表達(dá)升高相一致。然而,針對(duì)毒素性肝損傷的研究[7,11]顯示,miR-214 的表達(dá)有所下調(diào)。這些研究表明,miR-214 水平與肝纖維化的相關(guān)性在不同的肝纖維化模型中存在一定的差異;繼而提示在未來有關(guān)miRNAs 介導(dǎo)的肝纖維化調(diào)控研究中,需仔細(xì)考慮用于誘導(dǎo)肝纖維化的方法。
miRNAs 的生物學(xué)功能是通過調(diào)控其靶基因來實(shí)現(xiàn)的[12-13]。miR-214 在肝纖維化中的作用已有報(bào)道,但目前尚未有Hif1an 作為其靶基因的相關(guān)研究。在本研究中,我們將Hif1an 確定為miR-214 的一個(gè)新靶點(diǎn)。該基因是缺氧誘導(dǎo)因子1α(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)的抑制劑,而HIF-1α 是缺氧應(yīng)激反應(yīng)中的重要基因。HIF1AN 可通過羥基化HIF-1α 轉(zhuǎn)錄活性區(qū)域,抑制其調(diào)控下游基因[14]。近年來的研究[15-18]提示,HIF-1 在缺氧條件下可通過PTEN/p65 信號(hào)通路、NF-κΒ 途徑及TGF-β/smad3 信號(hào)通路促進(jìn)HSCs 活化以及肝纖維化的發(fā)生與發(fā)展。HIF-1 可參與調(diào)控諸多肝纖維化相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄,如胰島素樣生長因子(insulin-like growth factor,IGF)、內(nèi)皮素-1(endothelin-1,ET-1)、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、 瘦 素、 基 質(zhì) 金 屬 蛋白 酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2) 等, 以 促進(jìn)HSCs 活化以及肝纖維化進(jìn)程[19-20]。既往研究[21]提示,HIF-1 在HSCs 活化和肝纖維化進(jìn)程中的表達(dá)明顯升高,與肝纖維化程度呈正相關(guān),而HIF-1 的沉默則能顯著抑制HSCs 的活化及肝纖維化進(jìn)展,因此HIF-1 或也成為肝纖維化治療中的潛在靶點(diǎn)。本研究尚存在不足之處,比如在Hif1an 作為miR-214 靶基因的論證中未涉及相關(guān)信號(hào)通路的研究等。但本課題組的后續(xù)研究發(fā)現(xiàn),miR-214 基因的啟動(dòng)子中含有smad3 的結(jié)合元件,而smad3 作為轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)下游的轉(zhuǎn)錄因子可誘導(dǎo)miR-214 在HSCs 中的表達(dá),抑制miR-214 的表達(dá)則能夠拮抗TGF-β/smad3 信號(hào)通路誘導(dǎo)的HSC 活化(待發(fā)表)。TGF-β 是肝纖維化病變過程中關(guān)鍵的細(xì)胞因子之一。其中TGF-β/smad3 信號(hào)通路是TGF-β 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)HSCs 活化促進(jìn)ECM 生成的主要途徑[22]。由此我們推測,miR-214/HIF1AN 可能參與了TGF-β/smad 通路刺激的HSCs 活化過程,同時(shí)miR-214 有望成為肝纖維化治療中的一種特異miRNA,其相關(guān)作用機(jī)制有待更深入的研究。
參·考·文·獻(xiàn)
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