張亞琴
(河南省鄭州市中心醫(yī)院大內(nèi)科 450000)
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miR-21對(duì)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷的影響
張亞琴
(河南省鄭州市中心醫(yī)院大內(nèi)科450000)
[摘要]目的探討miR-21對(duì)過(guò)氧化氫(H2O2)誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞損傷的影響。方法體外培養(yǎng)H9c2心肌細(xì)胞,實(shí)驗(yàn)分為4組,空白對(duì)照組、陰性對(duì)照組(miR-21 mimics NC)、H2O2組、H2O2+miR-21 mimics組;采用MTT法及AnnexinV-PI流式雙染法檢測(cè)各組細(xì)胞活力和凋亡情況;DCFH-DA探針負(fù)載方法檢測(cè)各組細(xì)胞內(nèi)活性氧(ROS)水平;分光光度法檢測(cè)各組丙二醛(MDA)及超氧化物歧化酶(SOD)水平;蛋白免疫印跡法(Western blot)檢測(cè)程序性細(xì)胞死亡因子4(PDCD4)、Bax、Bcl-2及人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因蛋白(PTEN)/蛋白激酶(AKT)信號(hào)通路激活情況。結(jié)果與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較,H2O2組中細(xì)胞活力下降(P<0.01),ROS熒光強(qiáng)度及MDA水平增加(P<0.01),SOD水平下降(P<0.01),細(xì)胞凋亡率上升(P<0.01),Bcl-2表達(dá)及AKT磷酸水平下調(diào)(P<0.01),Bax、PDCD4及PTEN表達(dá)上調(diào)(P<0.01)。與H2O2組比較,H2O2+miR-21 mimics組中細(xì)胞活力提高(P<0.01),ROS熒光強(qiáng)度及MDA水平降低(P<0.01),SOD水平提高(P<0.01),細(xì)胞凋亡率降低(P<0.01),Bcl-2表達(dá)及AKT磷酸水平上調(diào)(P<0.01),Bax、PDCD4及PTEN表達(dá)下調(diào)(P<0.01)。結(jié)論miR-21過(guò)表達(dá)能顯著抑制H9c2心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷,與清除細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激產(chǎn)物及抵抗細(xì)胞凋亡有關(guān),可能是通過(guò)PTEN/AKT信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。
[關(guān)鍵詞]miR-21;H9c2心肌細(xì)胞;氧化應(yīng)激;凋亡
心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激及其導(dǎo)致的凋亡是心肌梗死、心力衰竭、高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病等心血管疾病的重要機(jī)制,通過(guò)阻斷心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷,從而減輕心肌細(xì)胞凋亡對(duì)于心血管疾病的治療具有一定的應(yīng)用價(jià)值[1]。以往對(duì)miRNA的關(guān)注主要集中于腫瘤形成中,近些年來(lái)miRNA在心血管疾病中的作用逐漸進(jìn)入公眾視野,已有數(shù)十種miRNA在心肌細(xì)胞中特異性表達(dá),如miR-1、miR-29、miR-21、miR-126、miR-133、miR-199、miR-24等,并參與了心力衰竭、心律失常、心臟肥大、心臟缺血/再灌注等病理過(guò)程[2-3]。miR-21不僅在眾多組織器官包括心臟、小腸、腦、乳腺及胰腺上表達(dá),在心肌細(xì)胞,血管平滑肌細(xì)胞,血管內(nèi)皮細(xì)胞,等心血管細(xì)胞類型中皆有表達(dá),并在心肌梗死、心力衰竭、心臟肥大等過(guò)程中差異性表達(dá)[4-5]。已證實(shí)過(guò)氧化氫(H2O2)刺激乳鼠心肌細(xì)胞后導(dǎo)致miR-21表達(dá)量上調(diào),且miR-21類似物能抑制H2O2誘導(dǎo)的乳鼠心肌細(xì)胞凋亡[6],但具體機(jī)制未知。因此,本研究在此基礎(chǔ)上,通過(guò)H2O2刺激H9c2心肌細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡,并加入miR-21類似物進(jìn)行干預(yù),從而探討miR-21對(duì)H9c2心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激及細(xì)胞凋亡的影響及具體機(jī)制。
1材料與方法
1.1材料大鼠心肌細(xì)胞H9c2購(gòu)于中國(guó)科學(xué)院上海細(xì)胞庫(kù)(目錄號(hào):GNR5),培養(yǎng)于含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基中。DCFH-DA探針購(gòu)自碧云天生物技術(shù)研究所;超氧化物歧化酶(SOD)及丙二醛(MDA)試劑盒購(gòu)自南京建成生物工程研究所;胎牛血清、DMEM培養(yǎng)基、四甲基偶氮唑鹽(MTT)購(gòu)自美國(guó)Gibco公司。miR-21 mimics及miR-21 mimics NC由廣州市銳博生物科技有限公司訂購(gòu)合成。迷你雙垂直電泳儀,迷你轉(zhuǎn)印電泳儀購(gòu)自北京六一儀器廠;FACSCanto流式細(xì)胞儀購(gòu)自美國(guó)BD公司。
1.2方法
1.2.1細(xì)胞轉(zhuǎn)染及分組采用適量無(wú)血清Opti-MEM?Ⅰ培養(yǎng)基分別稀釋稀釋miRNAs及 Lipofectamine 2000。將稀釋的Lipofectamine 2000和稀釋的miRNAs混合,室溫孵育20~30 min;將miRNAs/Lipofectamine 2000復(fù)合物加入96或6孔板,6 h后換成含10%血清的DMEM培養(yǎng)基,37 ℃,CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)24~72 h,熒光顯微鏡下檢測(cè)轉(zhuǎn)染效率并RT-PCR法驗(yàn)證轉(zhuǎn)染情況。miR-21 mimics及miR-21 NC轉(zhuǎn)染濃度分別為200 nm和200 nm。將實(shí)驗(yàn)分為4組,空白對(duì)照組,陰性對(duì)照組(miR-21 mimics NC),H2O2組,H2O2+miR-21 mimics組。
1.2.2RT-PCR檢測(cè)OA軟骨細(xì)胞中Sirt1的表達(dá)按1.2.1進(jìn)行操作后,參考Trizol試劑盒 (Invitrogen) 使用說(shuō)明書(shū)提取總RNA。引物如下,miR-21上游引物:5′-GCC GCT AGC TTA TCA GAC TGA TGT-3′,下游引物:5′-GTG CAG GGT CCG AGG T-3′;GAPDH上游引物:5′-AGC CAC ATC GCT CAG ACA-3′,下游引物:5′-TCT CCT GGG AGG CAT AGA CC-3′。通過(guò)一步法RT-PCR試劑盒將RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA并進(jìn)行PCR擴(kuò)增,獲取5 μL擴(kuò)增產(chǎn)物用于下一步2%的瓊脂糖膠進(jìn)行檢測(cè)并拍照。
1.2.3細(xì)胞活力檢測(cè)采用四甲基偶氮唑鹽(MTT)法按1.2.1分組方法進(jìn)行給藥,繼續(xù)培養(yǎng)24 h,每孔加MTT(5 mg/mL)20 μL,4 h后,棄上清液,并每孔加入DMSO 150 μL,10 min后,酶標(biāo)儀570 nm處測(cè)定吸光度(A)值。
1.2.4細(xì)胞內(nèi)ROS水平測(cè)定按照1.2.1處理細(xì)胞后,繼續(xù)培養(yǎng)48 h,磷酸鹽緩沖液(PBS)洗滌,后加入含有20 μmol/L DCFH-DA 的PBS,37 ℃孵育2 h,后熒光顯微鏡下進(jìn)行檢測(cè)。熒光強(qiáng)度與細(xì)胞內(nèi)ROS水平呈正相關(guān),由此可反映細(xì)胞內(nèi)ROS水平。
1.2.5細(xì)胞內(nèi)MDA、SOD水平按照1.2.1處理細(xì)胞后,培養(yǎng)48 h,后離心收集細(xì)胞,反復(fù)凍融,使細(xì)胞內(nèi)容物流出,取上清液檢測(cè)MDA及SOD水平,按照試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。
1.2.6Annexin V-PI流式雙染按照1.2.1處理細(xì)胞后,繼續(xù)培養(yǎng)48 h,避光染色30 min上機(jī)檢測(cè)。按照Annexin V-FITC/ PI細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒說(shuō)明書(shū)的方法,用0.25%的胰蛋白酶消化,PBS洗滌,2 000 r/min離心5 min,收集細(xì)胞;按順序分別加入500 μL Binding Buffer,5 μL Annexin V-FITC及5 μL PI 5,混勻,于室溫避光反應(yīng)10 min,在1 h內(nèi)進(jìn)行流式細(xì)胞儀檢測(cè)。
1.2.7蛋白免疫印跡法(Western blot)檢測(cè)按照1.2.1處理細(xì)胞后,繼續(xù)培養(yǎng)48 h,收集細(xì)胞樣本,加入裂解液裂解,離心,獲得蛋白樣品。用BCA試劑盒檢測(cè)蛋白濃度。蛋白上樣,進(jìn)行十二烷基-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE),轉(zhuǎn)膜,封閉,加入一抗4 ℃孵育過(guò)夜。次日加二抗孵育后曝光。用Quantity one軟件對(duì)蛋白灰度值進(jìn)行分析。
2結(jié)果
2.1各組細(xì)胞中miR-21 mimics轉(zhuǎn)染及miR-21表達(dá)情況經(jīng)熒光顯微鏡觀察拍照,并計(jì)算熒光強(qiáng)度,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染效率高達(dá)80%以上,說(shuō)明轉(zhuǎn)染成功。經(jīng)miR-21 mimic轉(zhuǎn)染后,細(xì)胞中miR-21表達(dá)量上調(diào),見(jiàn)圖1。
A:空白對(duì)照組;B:陰性對(duì)照組;C:H2O2組;D:H2O2+miR-21 mimics組;a:P<0.01,與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較;b:P<0.01,與H2O2組比較。
圖1各組細(xì)胞中miR-21表達(dá)情況
2.2各組細(xì)胞活力的測(cè)定與空白對(duì)照組(92.79±3.85)%及陰性對(duì)照組(90.03±1.24)%比較,H2O2組細(xì)胞活力(48.21±2.66)%顯著降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與H2O2組比較,H2O2+miR-21 mimics組中細(xì)胞活力(80.77±4.32)%顯著提高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)圖2。
A:空白對(duì)照組;B:陰性對(duì)照組;C:H2O2組;D:H2O2+miR-21 mimics組;a:P<0.01,與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較;b:P<0.01,與H2O2組比較。
圖2各組細(xì)胞活力的測(cè)定
2.3各組細(xì)胞中ROS熒光強(qiáng)度的測(cè)定與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較,H2O2組中ROS熒光強(qiáng)度上升,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與H2O2組比較,H2O2+miR-21 mimics組中ROS中熒光強(qiáng)度降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)圖3。
2.4各組細(xì)胞中MDA和SOD水平的測(cè)定與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較,H2O2組中MDA水平上升,SOD水平顯著下降,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與H2O2組比較,H2O2+miR-21 mimics組中MDA水平降低,SOD水平上升,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)表1。
2.5各組細(xì)胞凋亡的測(cè)定與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較,H2O2組中心肌細(xì)胞凋亡率顯著上升,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與H2O2組比較,H2O2+miR-21 mimics組中細(xì)胞凋亡率下降,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)圖4。
A:空白對(duì)照組;B:陰性對(duì)照組;C:H2O2組;D:H2O2+miR-21 mimics組;a:P<0.01,與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較;b:P<0.01,與H2O2組比較。
圖3 各組細(xì)胞中ROS熒光強(qiáng)度的測(cè)定
a:P<0.01,與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較;b:P<0.01,與H2O2組比較。
A:空白對(duì)照組;B:陰性對(duì)照組;C:H2O2組;D:H2O2+miR-21 mimics組。
圖4各組細(xì)胞凋亡的測(cè)定
2.6各組細(xì)胞中凋亡相關(guān)蛋白的測(cè)定與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較,H2O2組中Bcl-2表達(dá)下調(diào),Bax及PDCD4表達(dá)上調(diào),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與H2O2組比較,H2O2+miR-21 mimics組中Bcl-2表達(dá)上調(diào),Bax及PDCD4表達(dá)下調(diào),差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)表2,圖5。
2.7各組細(xì)胞中PTEN/AKT激活情況與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較,H2O2組中PTEN表達(dá)上調(diào),AKT磷酸化水平降低,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01);與H2O2組比較,H2O2+miR-21 mimics組中PTEN表達(dá)下調(diào),AKT磷酸化水平提高,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見(jiàn)表3,圖6。
圖5 各組細(xì)胞中凋亡相關(guān)蛋白的測(cè)定
組別Bax/GADPHBcl-2/GADPHPDCD4/GADPH空白對(duì)照組0.124±0.0231.005±0.0740.432±0.037陰性對(duì)照組0.129±0.0251.002±0.0980.433±0.042H2O2組1.035±0.096a0.100±0.009a1.205±0.114aH2O2+miR-21mimics組0.120±0.011b0.935±0.094b0.458±0.046b
a:P<0.01,與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較;b:P<0.01,與H2O2組比較。
圖6 各組細(xì)胞中PTEN/AKT激活情況
組別PTEN/GADPHp-AKT/AKT空白對(duì)照組0.198±0.0141.215±0.100陰性對(duì)照組0.189±0.0131.212±0.894H2O2組0.521±0.043a0.463±0.042aH2O2+miR-21mimics組0.223±0.020b0.998±0.096b
a:P<0.01,與空白對(duì)照組及陰性對(duì)照組比較;b:P<0.01,與H2O2組比較。
3討論
miR-21是2001年有學(xué)者在非脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的,隨后在小鼠的神經(jīng)元細(xì)胞及Hela細(xì)胞中陸續(xù)檢測(cè)到,miR-21基因定位于17號(hào)染色體,全長(zhǎng)22 nt,是一種高度保守的內(nèi)源性小分子RNA,它能夠結(jié)合于靶基因mRNA的3′-UTR區(qū)域,阻遏靶基因的翻譯,從而抑制靶基因表達(dá),并在多種人類腫瘤細(xì)胞中呈過(guò)表達(dá)[7]。近些年研究發(fā)現(xiàn),miR-21參與心肌梗死、心力衰竭、心律不齊、心臟肥大等心血管疾病的生理病理過(guò)程[4-5]。Cheng等[6]發(fā)現(xiàn),H2O2刺激乳鼠心肌細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致miR-21的表達(dá)上調(diào),而miR-21類似物的轉(zhuǎn)染能減輕H2O2誘導(dǎo)的乳鼠心肌細(xì)胞的凋亡,當(dāng)抑制miR-21表達(dá)后,抗凋亡效應(yīng)消失。隨后Cheng等[8]的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在大鼠心臟缺血預(yù)適應(yīng)24 h后,給予左前降支結(jié)扎再灌注,從而導(dǎo)致miR-21表達(dá)量的升高,當(dāng)敲除此時(shí)心肌細(xì)胞中miR-21的表達(dá),會(huì)使缺血預(yù)適應(yīng)的保護(hù)效應(yīng)消失。Sayed等[9]也發(fā)現(xiàn)miR-21能抵抗低氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡,縮小梗死面積和緩解心衰。從而說(shuō)明miR-21對(duì)各種應(yīng)激條件下的心肌細(xì)胞的保護(hù)作用。因而本研究在此基礎(chǔ)上探討miR-21對(duì)氧化應(yīng)激導(dǎo)致的心肌細(xì)胞凋亡的影響。
H2O2作為氧化應(yīng)激模型的常用誘導(dǎo)劑,本研究也采用H2O2來(lái)誘導(dǎo)H9c2心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷模型,預(yù)實(shí)驗(yàn)濃度200 μmol/L與Wang等[10],鐘源等[11]用于誘導(dǎo)心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激模型的作用濃度一樣,因而作為本研究的H2O2誘導(dǎo)濃度。研究結(jié)果顯示,H2O2誘導(dǎo)后,心肌細(xì)胞中ROS熒光強(qiáng)度及MDA水平顯著提高,SOD水平降低。而miR-21表達(dá)量提高后,能提高H2O2誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞中SOD水平,降低ROS熒光強(qiáng)度及MDA水平,從而提示miR-21能通過(guò)清除細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激產(chǎn)物抵抗H2O2誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷。
心力衰竭、心肌缺血、心肌梗死、心臟重塑、缺血再灌注損傷等心血管疾病不僅能造成心肌細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化,又使DNA斷裂,線粒體受損,最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡及壞死,進(jìn)一步加重疾病的發(fā)展,導(dǎo)致惡性循環(huán)[12-13]。因此,減少心肌細(xì)胞凋亡對(duì)心血管疾病的治療亦具有重要意義。MTT法及AnnexinV-PI流式雙染結(jié)果表明H2O2模型組中心肌細(xì)胞活力降低,細(xì)胞凋亡率升高,當(dāng)miR-21表達(dá)量提高后,能顯著抑制H2O2誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞凋亡,與Cheng等[6,8]的觀點(diǎn)一致。提示miR-21能通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡從而抵抗H2O2誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷。并且在H2O2誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞凋亡程度提高的同時(shí)常伴隨著B(niǎo)cl-2表達(dá)量的下降,Bax、PDCD4表達(dá)量的上升[14]。研究已證實(shí)PDCD4、Bcl-2是miR-21的靶蛋白,Dong等[15]研究證實(shí)急性心肌梗死24 h后,心臟過(guò)表達(dá)miR-21能顯著縮小心肌梗死面積,是通過(guò)靶向下調(diào)PDCD4的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。本研究結(jié)果表明miR-21表達(dá)量提高后,能顯著提高H2O2誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞中Bcl-2表達(dá)量,降低PDCD4及Bax表達(dá)量。細(xì)胞的增殖與凋亡受眾多信號(hào)通路調(diào)控,PI3K/AKT信號(hào)通路就是其中一種,其具有抗凋亡通路之稱,能通過(guò)下游多種靶蛋白表達(dá),從而參與調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡、血管生成等過(guò)程。PI3K/AKT上游蛋白PTEN是miR-21的下游靶基因。PTEN能將三磷酸磷脂酰肌醇(PIP3)去磷酸化為二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2),從而負(fù)調(diào)控PI3K/AKT信號(hào)通路,在細(xì)胞凋亡中起重要作用。所以筆者進(jìn)一步探討造模并轉(zhuǎn)染后,心肌細(xì)胞中PTEN/AKT信號(hào)通路的激活情況,結(jié)果表明miR-21 mimics能顯著的下調(diào)PTEN表達(dá),上調(diào)AKT磷酸化水平。
綜上所述,通過(guò)瞬時(shí)轉(zhuǎn)染miR-21 mimics,能顯著的抑制H2O2誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞氧化應(yīng)激水平及細(xì)胞凋亡程度,與降低ROS熒光強(qiáng)度及MDA水平,提高SOD水平,上調(diào)Bcl-2表達(dá),下調(diào)PDCD4及Bax表達(dá)有關(guān),可能是通過(guò)PTEN/AKT信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。
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作者簡(jiǎn)介:張亞琴(1968-),副主任醫(yī)師,本科,主要從事心內(nèi)科工作。
doi:·經(jīng)驗(yàn)交流·10.3969/j.issn.1671-8348.2016.16.033
[中圖分類號(hào)]R542.2
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B
[文章編號(hào)]1671-8348(2016)16-2257-04
(收稿日期:2015-12-21修回日期:2016-03-12)