齊獻(xiàn)忠,邢英瀛,張小林,賈燕燕
南陽(yáng)市中心醫(yī)院 神經(jīng)內(nèi)科,河南 南陽(yáng) 473000
腦卒中是導(dǎo)致殘疾的主要原因,也是全球第2大常見的死亡原因[1]。約87%腦卒中病例為缺血性腦卒中(ischemic stroke,IS),IS 的死亡率和致殘率一直處于較高水平[2]。有效保護(hù)神經(jīng)元損傷在IS防治中至關(guān)重要[3]。葛根素是從豆科植物野葛Pueraria lobata(Willd.) Ohwi 的根中提取的異黃酮苷類物質(zhì),具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤等多種藥理作用[4]。葛根素被廣泛用于治療急性缺血性中風(fēng)、心臟病和其他全身性疾病[5-6]。環(huán)狀RNA(circRNA)通過(guò)微小RNA(miRNA)或與RNA 結(jié)合蛋白相互作用形成circRNA-miRNA-mRNA 復(fù)合物,在轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)的調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用[7]。研究發(fā)現(xiàn),circRNA 可能參與了IS 的發(fā)病過(guò)程,具有作為IS的新型診斷生物標(biāo)志物和分子治療靶點(diǎn)的潛力[8-9]。在IS 患者和動(dòng)物模型中,circ-絲氨酸/蘇氨酸蛋白擾動(dòng)樣激酶1(tousled-like kinase1,TLK1)表達(dá)明顯上調(diào),敲除circ-TLK1能夠顯著減少腦梗死體積,減少缺血性神經(jīng)元損害并改善神經(jīng)功能缺損[10]。因此,本研究基于circ-TLK1 探究葛根素對(duì)IS 的神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)作用及機(jī)制。
人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞 SK-N-SH 購(gòu)自美國(guó)ATCC。
葛根素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%,批號(hào)110752-201912)購(gòu)自中國(guó)藥品生物制品檢定所;DMEM 高糖培養(yǎng)基(批號(hào)1912)購(gòu)自美國(guó)Hyclone 公司;胎牛血清(批號(hào)SN201909)購(gòu)自美國(guó)Gibco 公司;Lipofectamine 3000轉(zhuǎn)染試劑(批號(hào)L3000-015)購(gòu)自美國(guó)Invitrogen公司;MTT(批號(hào)MKBP6775V)購(gòu)自美國(guó)Sigma公司;circ-TLK1過(guò)表達(dá)載體及空載 Vector、circ-TLK1小干擾RNA(si-circ-TLK1)、siRNA 陰性對(duì)照(si-NC)、miR-367-3p模擬物(miR-367-3p mimics)、miR-367-3p抑制劑(miR-367-3p inhibitors)及相應(yīng)對(duì)照、Toll 樣受體4(Toll-like receptor 4,TLR4)過(guò)表達(dá)載體質(zhì)粒和空載pcDNA 均由上海吉瑪制藥技術(shù)有限公司合成;白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)ELISA 檢測(cè)試劑盒(批號(hào)20191120)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor-α,TNF-α)ELISA 檢測(cè)試劑盒(批號(hào)20190608)購(gòu)自上海酶聯(lián)生物科技有限公司;Annexin V-FITC/碘化丙啶(PI)細(xì)胞凋亡試劑盒(批號(hào)MK1020)購(gòu)自日本Takara 公司;雙熒光素酶標(biāo)記試劑盒(批號(hào)E2920)、pmirGLO 載體(批號(hào)E1330)購(gòu)自美國(guó)Promega 公司;RNA 結(jié)合蛋白免疫沉淀(RNA binding protein immunoprecipitation,RIP,批號(hào)KT102-01)購(gòu)自美國(guó)Millipore 公司;TLR4 單抗、HRP 標(biāo)記的IgG 二抗購(gòu)自美國(guó)CST 公司;RIPA 裂解液(批號(hào)P0013)購(gòu)自上海碧云天生物技術(shù)有限公司;BCA 蛋白定量試劑盒(批號(hào)PC0020)購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司。
CR21GⅡ型低溫高速離心機(jī)購(gòu)自日本日立公司;T-1186-340-LA 型超低溫冰箱購(gòu)自天地精儀科技;MAXM5 型多功能酶標(biāo)儀購(gòu)自美谷分子儀器;YXQ-LS-75G 型高壓滅菌鍋購(gòu)自諾基儀器;流式細(xì)胞儀購(gòu)自北京儀美信科技。
SK-N-SH 細(xì)胞用含10%胎牛血清的DMEM 高糖培養(yǎng)基,于5% CO2、飽和濕度、37 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。
取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的SK-N-SH 細(xì)胞,以2×104/孔接種于6 孔板中,待細(xì)胞貼壁后使用PBS 洗滌3 次,用不含血清、無(wú)糖的DMEM 培養(yǎng)基,于5% CO2、1% O2、94% N2、37 ℃的培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)6、12、24 h;將培養(yǎng)基更換成DMEM 高糖培養(yǎng)基,于5% CO2、飽和濕度、37 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h,建立OGD 細(xì)胞模型[11]。加入100 μL MTT 孵育4 h,棄上清,加入二甲基亞砜(DMSO),振蕩至結(jié)晶完全溶解,采用酶標(biāo)儀測(cè)定490 nm 處的吸光度(A),計(jì)算細(xì)胞存活率。
取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的SK-N-SH 細(xì)胞,以2×104/孔接種于6 孔板中,培養(yǎng)12 h,待細(xì)胞融合度達(dá)到50%時(shí),按照試劑盒說(shuō)明書將circ-TLK1過(guò)表達(dá)載體及空載Vector、si-circ-TLK1(5’-GGACATCTCAAA- AAGGCAACA-3’)及si-NC、miR-367-3pmimics、miR-367-3pinhibitors 及相應(yīng)對(duì)照、TLR4過(guò)表達(dá)載體質(zhì)粒及空載pcDNA 轉(zhuǎn)染至SK-N-SH 細(xì)胞。
取處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的SK-N-SH 細(xì)胞,以2×104/孔接種于6 孔板中,培養(yǎng)12 h,加入不同質(zhì)量濃度(20、40、80 μg/mL)的葛根素或用質(zhì)粒轉(zhuǎn)染,對(duì)照組加入不含藥物的無(wú)糖DMEM 培養(yǎng)基,于5% CO2、1% O2、94% N2、37 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12 h;將培養(yǎng)基更換成DMEM 高糖培養(yǎng)基,于5% CO2、飽和濕度、37 ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。按“2.2”項(xiàng)下方法檢測(cè)細(xì)胞存活率。
按“2.4”項(xiàng)下方法處理細(xì)胞,收集細(xì)胞,分別加入Annexin V-FITC 和PI 染液,孵育15 min,采用流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡情況。
按“2.4”項(xiàng)下方法處理細(xì)胞,收集上清液,按ELISA 試劑盒說(shuō)明書測(cè)定IL-6 和TNF-α 水平。
按“2.4”項(xiàng)下方法處理細(xì)胞,收集細(xì)胞,按照試劑盒說(shuō)明書提取總RNA 并合成cDNA,進(jìn)行qRT-PCR 分析。引物序列見表1,將U6作為miR-367-3p內(nèi)參,將GAPDH作為circ-TLK1內(nèi)參。
將包含miR-367-3p結(jié)合位點(diǎn)的circ-TLK1的野生型序列(WT-circ-TLK1)或不具有miR-367-3p 結(jié)合位點(diǎn)的突變體(MUT-circ-TLK1)插入pmirGLO載體,將質(zhì)粒與miR-367-3p mimics或miR-NC共轉(zhuǎn)染至SK-N-SH 細(xì)胞,采用雙熒光素酶標(biāo)記試劑盒考察熒光素酶活性。
表1 引物信息Table 1 Primer information
以預(yù)冷的PBS 洗滌SK-N-SH 細(xì)胞2 次,加入裂解液于冰上裂解,收集上清液,于 -80 ℃保存。制備重懸磁珠,加入IgG 或Ago2 抗體孵育,棄上清,以洗滌液洗滌3 次,加入免疫沉淀緩沖液,離心取上清,提取免疫沉淀的RNA,并通過(guò)qRT-PCR檢測(cè),以確認(rèn)結(jié)合靶點(diǎn)的富集水平。
按“2.4”項(xiàng)下方法處理細(xì)胞,收集細(xì)胞,加入RIPA 裂解液,提取蛋白,蛋白樣品經(jīng)十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳,轉(zhuǎn)至PVDF 膜,于5%脫脂牛奶封閉2 h,加入TLR4 抗體(1∶1000),4 ℃孵育過(guò)夜;洗滌3 次后,加入HRP 標(biāo)記的IgG 二抗,孵育2 h,使用ECL 試劑盒顯色,采用Image J軟件分析。
采用SPSS 21.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,數(shù)據(jù)以±s表示,兩組間比較采用t檢驗(yàn),多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用SNK-q檢驗(yàn)。
如圖1-A 所示,隨著OGD 作用時(shí)間的延長(zhǎng),SK-N-SH 細(xì)胞存活率顯著降低(P<0.05、0.01、0.001),后續(xù)選擇12 h 作為OGD 的處理時(shí)間。如圖1-B~D 所示,與對(duì)照組比較,模型組細(xì)胞存活率顯著降低(P<0.001),凋亡率顯著升高(P<0.001),IL-6 和TNF-α 水平顯著升高(P<0.001);與模型組比較,葛根素組細(xì)胞存活率顯著升高(P<0.05、0.01、0.001),細(xì)胞凋亡率顯著降低(P<0.01、0.001),IL-6 和TNF-α 水平顯著降低(P<0.01、0.001),表明葛根素對(duì)OGD 致細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用,選擇40 μg/mL 葛根素進(jìn)行后續(xù)研究。
圖1 葛根素抑制OGD 所致的SK-N-SH 細(xì)胞損傷Fig.1 Puerarin inhibited SK-N-SH cells damage induced by OGD
如圖2 所示,與對(duì)照組比較,模型組細(xì)胞circ-TLK1mRNA 表達(dá)水平顯著升高(P<0.001);與模型組比較,葛根素組細(xì)胞circ-TLK1mRNA 表達(dá)水平顯著降低(P<0.001),表明葛根素對(duì)OGD致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用可能與circ-TLK1的表達(dá)有關(guān)。轉(zhuǎn)染過(guò)表達(dá)circ-TLK1后,細(xì)胞circ-TLK1mRNA 表達(dá)水平表達(dá)顯著升高(P<0.001),細(xì)胞存活率顯著降低(P<0.05),細(xì)胞凋亡率顯著升高(P<0.01),IL-6 和TNF-α 水平顯著升高(P<0.01、0.001),表明過(guò)表達(dá)circ-TLK1能夠逆轉(zhuǎn)葛根素對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用。
圖2 過(guò)表達(dá)circ-TLK1 逆轉(zhuǎn)葛根素對(duì)OGD 所致的SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用Fig.2 Overexpression of circ-TLK1 reversed protective effect of puerarin on SK-N-SH cells injury induced by OGD
如圖3 所示,采用生物信息學(xué)在線軟件預(yù)測(cè)circ-TLK1的下游靶點(diǎn),發(fā)現(xiàn)miR-367-3p和circ-TLK1間存在特異性靶向結(jié)合位點(diǎn),提示miR-367-3p可能是circ-TLK1的直接靶點(diǎn)。采用雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)和RIP 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證miR-367-3p和circ-TLK1的靶向關(guān)系,結(jié)果顯示,與miR-NC組相比,miR-367-3p 組WT-circ-TLK1 熒光素酶相對(duì)活性顯著降低(P<0.001),MUT-circ-TLK1 熒光素酶相對(duì)活性無(wú)明顯改變;與IgG 組相比,Ago2組miR-367-3p和circ-TLK1的富集水平均顯著升高(P<0.001),表明miR-367-3p可通過(guò)結(jié)合位點(diǎn)與circ-TLK1特異性結(jié)合。
圖3 circ-TLK1 與miR-367-3p 靶向調(diào)控作用Fig.3 Targeted regulation of circ-TLK1 and miR-367-3p
與對(duì)照組相比,模型組miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平顯著降低(P<0.001);與si-NC 組相比,si-circ-TLK1組circ-TLK1mRNA 表達(dá)水平顯著降低(P<0.001),miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平顯著升高(P<0.01);與Vector組相比,circ-TLK1 組circ-TLK1mRNA 表達(dá)水平顯著升高(P<0.001),miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平顯著降低(P<0.05),表明circ-TLK1能夠靶向負(fù)調(diào)控miR-367-3p的表達(dá)。
如圖4 所示,與對(duì)照組相比,模型組miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平顯著降低(P<0.001);與模型組相比,葛根素組miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平顯著升高(P<0.001),表明葛根素對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用可能與miR-367-3p的表達(dá)有關(guān)。通過(guò)轉(zhuǎn)染抑制miR-367-3p表達(dá),結(jié)果顯示,與葛根素+anti-miR-NC 組相比,葛根素+anti-miR-367-3p 組miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平顯著降低(P<0.001),細(xì)胞存活率顯著降低(P<0.05),細(xì)胞凋亡率顯著升高(P<0.001),IL-6 和TNF-α 水平顯著升高(P<0.001),表明抑制miR-367-3p能夠逆轉(zhuǎn)葛根素對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用。
圖4 葛根素通過(guò)促進(jìn)miR-367-3p 表達(dá)對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷發(fā)揮保護(hù)作用Fig.4 Puerarin protected SK-N-SH cells from OGD induced damage by promoting miR-367-3p expression
如圖5 所示,采用生物信息學(xué)在線軟件預(yù)測(cè)miR-367-3p的下游靶基因,發(fā)現(xiàn)miR-367-3p和TLR4間存在特異性靶向結(jié)合位點(diǎn),提示TLR4可能是miR-367-3p的直接靶基因。采用雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)和RIP 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證miR-367-3p和TLR4的靶向關(guān)系,結(jié)果顯示,與miR-NC 組相比,miR-367-3p組WT-TLR4 熒光素酶相對(duì)活性顯著降低(P<0.001),MUT-TLR4 熒光素酶相對(duì)活性無(wú)明顯改變;與IgG 組相比,Ago2 組TLR4和circ-TLK1的富集水平顯著升高(P<0.001),表明miR-367-3p可通過(guò)結(jié)合位點(diǎn)與TLR4特異性結(jié)合。
圖5 TLR4 和miR-367-3p 靶向調(diào)控作用Fig.5 Targeted regulation of TLR4 and miR-367-3p
與對(duì)照組相比,模型組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.001);與miR-NC 組相比,miR-367-3p組miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平顯著升高(P<0.001),TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著降低(P<0.001);與 anti-miR-NC組相比, anti-miR-367-3p 組miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平顯著降低(P<0.05),TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.001),表明miR-367-3p能夠靶向負(fù)調(diào)控TLR4表達(dá)。
如圖6 所示,與對(duì)照組相比,模型組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.001);與模型組相比,葛根素組TLR4蛋白表達(dá)水平顯著降低(P<0.001),表明葛根素對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用可能與TLR4 表達(dá)有關(guān)。通過(guò)轉(zhuǎn)染過(guò)表達(dá)TLR4,結(jié)果顯示,與葛根素+pcDNA 組相比,葛根素+TLR4 組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.001),細(xì)胞存活率顯著降低(P<0.05),細(xì)胞凋亡率顯著升高(P<0.001),IL-6 和TNF-α 水平顯著升高(P<0.001),表明過(guò)表達(dá)TLR4能夠逆轉(zhuǎn)葛根素對(duì)OGD致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用。
圖6 葛根素通過(guò)抑制TLR4 表達(dá)對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷發(fā)揮保護(hù)作用Fig.6 Puerarin protected SK-N-SH cells from OGD induced damage by inhibiting TLR4 expression
如圖7 所示,與對(duì)照組相比,模型組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.001);與si-NC 組相比,si-circ-TLK1 組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著降低(P<0.001);與si-circ-TLK1+anti-miR-NC 組相比,si-circ-TLK1+anti-miR-367-3p 組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.01);與模型組相比,葛根素組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著降低(P<0.001);與葛根素+Vector 組相比,葛根素+circ-TLK1 組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.001);與葛根素+anti-miR-NC 組相比,葛根素+anti-miR-367-3p 組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.01)。
圖7 葛根素對(duì)circ-TLK1/miR-367-3p/TLR4 的調(diào)控作用Fig.7 Regulatory effect of puerarin on circ-TLK1/miR-367-3p/TLR4
IS 為危害我國(guó)中老年人健康及生活質(zhì)量的主要疾病,具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率及高復(fù)發(fā)率等特點(diǎn)[12-13]。研究發(fā)現(xiàn),葛根中的葛根素可以改善血液循環(huán)并減少心血管和腦血管疾?。桓鸶啬軌驕p少腦缺血再灌注引起的神經(jīng)元損傷,并降低腦卒中神經(jīng)細(xì)胞損傷過(guò)程[14-17]。本研究發(fā)現(xiàn)葛根素可以有效提高OGD 誘導(dǎo)的SK-N-SH 細(xì)胞存活率,降低細(xì)胞凋亡率,降低IL-6 和TNF-α 水平,表明葛根素對(duì)IS 神經(jīng)細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用。
CircRNA 在組織中特異性表達(dá),具有高度同源性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)[18-19]。本研究結(jié)果顯示,OGD誘導(dǎo)的SK-N-SH 細(xì)胞中circ-TLK1mRNA 表達(dá)水平顯著升高,與文獻(xiàn)報(bào)道一致[10];葛根素顯著下調(diào)circ-TLK1mRNA 表達(dá),過(guò)表達(dá)circ-TLK1能夠逆轉(zhuǎn)葛根素對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用,表明葛根素通過(guò)降低SK-N-SH 細(xì)胞中circ-TLK1表達(dá),從而發(fā)揮抗腦卒中的作用。circRNA 通常被用作miRNA 的分子海綿來(lái)調(diào)節(jié)mRNA 表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn),miR-367-3p具有明顯的抗IS 的作用[20]。本研究結(jié)果顯示,miR-367-3p為circ-TLK1的靶miRNA,circ-TLK1可以負(fù)向調(diào)節(jié)miR-367-3p表達(dá);模型組SK-N-SH 細(xì)胞miR-367-3pmRNA 表達(dá)水平明顯降低,葛根素顯著上調(diào)miR-367-3pmRNA 表達(dá),抑制miR-367-3p能夠逆轉(zhuǎn)葛根素對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用,表明葛根素可能通過(guò)下調(diào)circ-TLK1表達(dá)并上調(diào)miR-367-3p表達(dá),從而發(fā)揮抗腦卒中的作用。
本研究通過(guò)生物信息學(xué)軟件搜索miR-367-3p的靶基因,并將TLR4 確認(rèn)為miR-367-3p的直接靶點(diǎn)。miR-497能夠通過(guò)調(diào)節(jié)TLR4 和環(huán)磷腺苷反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP-responsive element-binding protein,CREB)信號(hào)傳導(dǎo)途徑減輕患者腦梗死[21]。miR-182-5p通過(guò)調(diào)節(jié)TLR4 介導(dǎo)的炎性反應(yīng),在腦缺血再灌注損傷中發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[22]。本研究結(jié)果顯示,模型組TLR4 蛋白表達(dá)水平顯著降低,葛根素上調(diào)TLR4 蛋白表達(dá),過(guò)表達(dá)TLR4能夠逆轉(zhuǎn)葛根素對(duì)OGD 致SK-N-SH 細(xì)胞損傷的保護(hù)作用;此外,circ-TLK1能夠通過(guò)結(jié)合miR-367-3p來(lái)調(diào)節(jié)TLR4 蛋白表達(dá)。以上結(jié)果表明,葛根素通過(guò)circ-TLK1/miR-367-3p/TLR4 軸抑制IS 中的神經(jīng)細(xì)胞損傷。
綜上,葛根素能夠有效提高IS 體外模型中SK-N-SH 細(xì)胞存活率,抑制細(xì)胞凋亡,減少炎性因子的分泌,對(duì)神經(jīng)細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用,其作用機(jī)制與調(diào)控circ-TLK1/miR-367-3p/TLR4 有關(guān)。
利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突