2. 河北医科大学基础医学院病理学教研室,河北 石家庄 050017
2. Dept of Pathology, Hebei Medical University, Shijiazhuang 050017, China
系膜细胞增殖及细胞外基质增生是肾小球疾病进展的主要原因,目前血小板衍生生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)与增殖性肾炎发病的关系已经被广泛证实[1-2]。新近的研究显示,在血管平滑肌细胞中,PDGF可以诱导periostin表达[3],而细胞间基质蛋白periostin与细胞增殖关系密切[4],并在细胞外基质代谢中发挥重要作用[5]。PDGF促进系膜细胞增殖及细胞外基质增生的作用是否通过periostin起作用,目前未见报道。
本研究以小鼠系膜细胞(mouse mesangial cell,MMC)为研究对象,PDGF为刺激物,以增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)作为细胞的增殖指标,以纤连蛋白(fibronectin,FN)和转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)作为细胞外基质合成的指标,通过观察PDGF刺激下periostin的表达及其与系膜细胞增殖、细胞外基质合成的关系,并构建periostin沉默质粒转染至小鼠系膜细胞内,观察转染periostin沉默质粒能否起到干预作用,为肾小球疾病进展的病因研究和靶向治疗提供新的思路。
1 材料 1.1 细胞株MMC购自中国科学院上海生科院细胞资源中心。
1.2 试剂兔抗periostin多克隆抗体(ab152099),购自英国Abcam公司;兔抗FN多克隆抗体(15613-1-AP)、兔抗PCNA多克隆抗体(10205-2-AP)、TRITC-猴抗兔IgG,均购自美国Proteintech公司;兔抗TGF-β1多克隆抗体、兔抗β-actin单克隆抗体,均购自美国Epitomics公司,pYr-adshuttle-4empty vector、pYr-ads-4-POSTON vector,购自长沙赢润生物有限公司;重组鼠PDGF-BB(315-18),购自美国PeproTech公司。
1.3 仪器高速低温离心机(德国Eppendorf公司);相差倒置显微镜、荧光显微镜(日本Olympus公司);CO2培养箱(日本SANYO公司)。
2 方法 2.1 MMC细胞培养与实验分组用含10%胎牛血清的DMEM/F12(3:1)培养基常规培养小鼠系膜细胞。①细胞以6孔板培养24 h后,换含10 μg·L-1 PDGF刺激物的培养基,孵育细胞0、2、4、6、12 h,收集细胞进行免疫荧光化学染色和细胞总蛋白提取。② Lipofectamine 2000分别转染pYr-ads-4-POSTON vector及pYr-adshuttle-4empty vector空质粒,转染后的细胞进行G418(800 mg·L-1)抗性筛选,传代培养筛选出阳性克隆细胞。同步化后的细胞随机分为control组、PDGF组、PDGF+空质粒转染(PDGF+sh-nc)组和PDGF+ periostin沉默质粒(PDGF+sh-periostin)组。后3组细胞以10 μg·L-1 PDGF孵育6 h后终止培养,收集细胞,分别提取细胞总蛋白,进行免疫荧光化学染色。
2.2 Western blot检测蛋白表达收集各组细胞并加入冰冷的裂解液200 μL,提取总蛋白。采用考马斯亮蓝法测定蛋白浓度,分装后-80 ℃保存。50 μg蛋白样品,加入加样缓冲液,沸水变性5 min,10% SDS-PAGE凝胶电泳湿转至PVDF膜;5%脱脂奶粉37 ℃封闭2 h;5%脱脂奶粉稀释一抗,periostin、PCNA、FN、TGF-β1及β-actin抗体(稀释比例1:1 000)4 ℃过夜。TBST洗膜后,加辣根过氧化物酶标记的羊抗兔IgG(1:5 000稀释),37 ℃孵育1 h;TBST洗膜,滴加ECL增强化学发光试剂,Odyssey FC成像系统显像。用美国UVP公司LabWorks 4.5软件对条带进行分析,读取积分光密度值(integrated option density,IOD),目的蛋白条带的IOD值除以β-actin条带的IOD值,进行统计学分析。
2.3 荧光细胞化学检测细胞采用6孔板爬片,培养终止后,细胞用4 ℃生理盐水冲洗2次,4%多聚甲醛固定10 min,PBS冲洗3次,每次5 min;0.5% Triton X-100 37 ℃打孔10 min,PBS冲洗,每次5 min,共3次;正常山羊血清封闭,37 ℃孵育1 h;弃封闭液,滴加1:200稀释的periostin一抗,4 ℃过夜;PBS冲洗,每次5 min,共3次; 滴加TRITC标记猴抗兔IgG,37 ℃孵育1 h;PBS冲洗,每次5 min,共5次; 滴加DAPI(1:100配制),37 ℃孵育10 min;PBS冲洗,每次5 min,共5次;荧光显微镜下观察并摄取图像。
2.4 统计学分析计量资料以x±s表示,采用SPSS 13.0统计软件进行分析,组间比较采用方差分析。
3 结果 3.1 PDGF诱导periostin蛋白高表达10 μg·L-1 PDGF刺激MMC后,periostin蛋白表达明显升高。Fig 1的Western blot结果显示,刺激2 h后periostin水平开始升高,6 h达到高峰,表达上调2.69倍,12 h明显回落。同样Fig 2的细胞免疫荧光结果显示,PDGF刺激后periostin的表达明显增强,主要定位在胞质,而在0 h组,periostin仅在胞质有微弱表达。
3.2 PDGF诱导MMC增殖和细胞外基质合成10 μg·L-1 PDGF刺激MMC后,PCNA蛋白表达明显升高,Fig 1的Western blot结果显示,刺激2 h后PCNA开始升高,6 h达到高峰,表达上调2.31倍,12 h明显回落。Fig 3结果显示,PDGF刺激后,FN、TGF-β1蛋白的表达明显上调,刺激4 h后,FN、TGF-β1蛋白的表达明显增加,6 h达高峰,分别较0 h组升高2.31、2.50倍。
3.3 Periostin沉默质粒抑制PDGF引起的PCNA蛋白的表达质粒转染后,Fig 4的Western blot结果显示,与PDGF刺激的未转染组和转染空质粒组比较,转染sh-periostin沉默质粒(pYr-ads-4-POSTON vector)使periostin的蛋白表达明显下降,较空质粒组下降60.40%。同样Fig 5细胞免疫荧光结果显示,与转染空质粒组比较,转染sh-periostin沉默质粒组periostin蛋白的胞质表达明显减少。Western blot进一步检测了质粒转染并给予PDGF刺激后PCNA的蛋白表达,结果PCNA表达明显下降,较空质粒组降低47.74%(Fig 6)。
3.4 Periostin沉默质粒抑制PDGF引起的FN、TGF-β1蛋白的表达Western blot进一步检测了质粒转染并给予PDGF刺激后FN和TGF-β1的蛋白表达。如Fig 7所示,与PDGF刺激的未转染组和转染空质粒组比较,FN、TGF-β1的蛋白表达明显降低,分别下降57.77%、50.41%。
4 讨论PDGF作为目前已知多肽生长因子中最强的有丝分裂原,与多种细胞增殖密切相关[6-7],其过度表达与肾脏疾病的关系已被大量的实验所证实。PDGF可以刺激系膜细胞及单核巨噬细胞增殖、转型,并进一步刺激细胞外基质的产生[1-2]。近来的研究显示,PDGF可以诱导periostin在血管平滑肌细胞中的表达[3],在系膜细胞中,PDGF能否诱导periostin的表达少见研究。最近,periostin在肾脏疾病中的作用受到越来越多的关注,PDGF促进系膜细胞增殖及细胞外基质增生的作用是否与periostin有关,尚未见报道。本实验Western blot与免疫荧光的结果显示,PDGF上调periostin蛋白表达,同时使PCNA和FN、TGF-β1的蛋白表达明显升高,表明PDGF上调系膜细胞增殖和细胞外基质合成水平,可能与上调periostin蛋白表达有关。
Periostin是细胞间基质蛋白的一种[8],是αvβ1、β3、β4和β5整合素的配体。大量研究显示,periostin与细胞增殖、分化、黏附等关系密切,periostin在多囊肾的囊壁上皮细胞过表达,能够促进囊壁上皮细胞增殖,periostin敲除鼠与periostin(+/+)鼠相比,肾细胞增殖减轻,肾囊数目和总的囊面积减少,生存期明显延长[9]。periostin在细胞外基质的代谢中也发挥重要作用,与多种组织纤维化有关[10-11]。肾小管上皮细胞给予periostin刺激后,Ⅰ型胶原表达增加[12]。野生型单侧输尿管闭塞模型鼠梗阻侧肾脏periostin的表达、合成和肾损伤进行性增加,periostin敲除鼠则显示肾脏纤维化减轻,结构改善[13]。由缺氧或缺血引发的急性肾损伤小鼠,periostin通过p38 MAPK途径促进肾脏纤维化[14]。
为了进一步探讨PDGF引起的系膜细胞增殖和细胞外基质合成增加是否确实与上调periostin相关,我们转染了periostin沉默质粒,发现与PDGF刺激的未转染组和转染空质粒组比较,转染sh-periostin质粒组periostin的蛋白表达下降,同时PCNA、FN、TGF-β1蛋白表达明显减弱,提示periostin沉默质粒能够逆转PDGF引起的系膜细胞PCNA、FN、TGF-β1蛋白表达,PDGF引起的系膜细胞增殖和细胞外基质产生通过periostin起作用。
我们下一步的研究将在体外实验的基础上,将periostin沉默质粒转染至增殖性肾炎小鼠体内,从整体水平上探讨periostin在增殖性肾炎中的作用,为肾脏疾病进展的防治提供思路。
( 致谢: 本实验于河北医科大学病理学实验室完成,感谢实验室全体老师的帮助。)
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