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文檔簡(jiǎn)介
1、論文Ⅰ細(xì)胞內(nèi)pH值在糖尿病延緩心肌梗死后血管新生中的作用及干預(yù)
研究背景
與非糖尿病患者相比,糖尿病患者的心血管發(fā)病率和死亡率的風(fēng)險(xiǎn)顯著增高。糖尿病與血管閉塞后的不良預(yù)后相關(guān),例如缺血性心臟病。血管生成對(duì)于心肌梗死(myocardial infarction,MI)之后重建對(duì)存活的心肌的血液供應(yīng)是至關(guān)重要的,并且因此在心臟功能的恢復(fù)中起到重要作用。血管生成依賴于內(nèi)皮的細(xì)胞增殖,遷移和小管生成。然而,糖尿病損傷血管生成
2、的分子機(jī)制仍然很大程度上未知。
所有真核生物細(xì)胞內(nèi)液的pH值被稱為細(xì)胞內(nèi)pH(intracellular pH,pHi)值。pHi值的輕微變化,即使在生理范圍內(nèi),也可能改變細(xì)胞功能。在哺乳動(dòng)物的細(xì)胞中,pHi值由膜蛋白鈉氫交換蛋白1(Na+/H+ exchanger1,NHE1)嚴(yán)格控制。NHE1通過(guò)交換細(xì)胞內(nèi)H+和細(xì)胞外Na+以增加pHi值。在病理刺激下,NHE1被激活,在心臟重塑時(shí)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)堿化和細(xì)胞功能障礙。相比之下,我
3、們和其他學(xué)者研究表明,細(xì)胞內(nèi)酸中毒(intracellular acidosis,IA)通過(guò)抑制NHE1改善糖尿病時(shí)的內(nèi)皮功能,并抑制血管肥厚和心肌病變,表明NHE1激活在糖尿病血管并發(fā)癥的重要作用。然而,NHE1激活是否在糖尿病損傷血管生成中起重要作用尚未完全了解。
Akt是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,在血管內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定和血管生成中調(diào)節(jié)細(xì)胞存活,增殖和代謝等多種基本功能。許多與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子相關(guān)的血管生成功能是通過(guò)細(xì)胞內(nèi)活化的A
4、kt信號(hào)傳導(dǎo)通路介導(dǎo)的。在內(nèi)皮細(xì)胞中,與NHE1活化相似,Akt的失活也參與糖尿病時(shí)的內(nèi)皮功能障礙。因此,我們假設(shè)Akt活性可能與pHi值相關(guān),并且高血糖可能通過(guò)激活NHE1以誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)堿化,引起Akt失活。本研究旨在研究NHE1抑制或Akt激活在高糖(High Glucose,HG)損害內(nèi)皮功能中的作用和機(jī)制,然后探索NHE1,Akt和NHE1選擇性抑制劑cariporide在糖尿病小鼠心肌梗死后的血管生成和心功能恢復(fù)中的作用。
5、> 研究目的:
1.誘導(dǎo)HUVECs細(xì)胞內(nèi)酸化模型并研究Akt是否被IA激活
2.檢測(cè)HG對(duì)HUVECs中NHE1活性和pHi值的影響
3.研究抑制NHE1或過(guò)表達(dá)Akt能否逆轉(zhuǎn)HG損傷HUVECs的遷移能力和小管形成能力
4.研究NHE1和Akt對(duì)糖尿病小鼠MI后血管新生和心功能恢復(fù)的影響
5.研究NHE1抑制劑cariporide對(duì)糖尿病小鼠MI后血管新生和心功能的影響
6、研究方法
1.細(xì)胞培養(yǎng)及細(xì)胞內(nèi)酸化(IA)模型的建立
人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)用內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)基(ECM)進(jìn)行培養(yǎng)。IA模型用NH4Cl溶液負(fù)載法進(jìn)行誘導(dǎo)。首先,HUVECs用Tyrode緩沖液平衡90分鐘,然后用30mM NH4 Cl溶液培養(yǎng)5分鐘。最后用含NHE1抑制劑cariporide的Tyrode緩沖液或不含Na+的Tyrode緩沖液代替NH4Cl溶液從而誘導(dǎo)IA模型。
2.HUVECs細(xì)胞
7、轉(zhuǎn)染SiRNA
轉(zhuǎn)染NHESiRNA,研究NHE1對(duì)HUVECs小管形成和細(xì)胞遷移的影響。
3.HUVECs細(xì)胞轉(zhuǎn)染慢病毒
以攜帶Akt cDNA的慢病毒構(gòu)建lenti-Akt,慢病毒在含2%FCS的無(wú)抗生素培養(yǎng)基中轉(zhuǎn)染過(guò)夜。Lenti-Akt轉(zhuǎn)染的目的是研究其對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞小管形成和細(xì)胞遷移的影響。
4.細(xì)胞內(nèi)pH值的測(cè)定
通過(guò)使用pH敏感性熒光染料BCECF在測(cè)量HUVECs中pHi值。
8、
5.細(xì)胞內(nèi)NHE1活性測(cè)定
在處理HUVEC后,通過(guò)使用測(cè)量NH4Cl負(fù)載法誘導(dǎo)的IA后pHi恢復(fù)的初始速率來(lái)測(cè)定NHE1活性。
6.體外小管形成實(shí)驗(yàn)
將HUVECs接種在用生長(zhǎng)因子減少的Matrigel膠包被的細(xì)胞培養(yǎng)皿上,使用含或不含HG的培養(yǎng)基(含有0.5%FCS)培養(yǎng)。24小時(shí)后,通過(guò)顯微鏡拍攝照片。
7.細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)
應(yīng)用劃痕試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)細(xì)胞的遷移。在將細(xì)胞接種到24
9、孔板中后,用滅菌的槍頭在板底部的劃十字。分別拍攝零點(diǎn),一天,兩天,三天,四天時(shí)劃傷的交叉點(diǎn),計(jì)算細(xì)胞遷移數(shù),并計(jì)算遷移率。
8.動(dòng)物模型的建立
將8-12周齡,20-25g的雄性野生型C57BL/6J小鼠飼養(yǎng)在溫度控制的籠中,并給予自由取水和正常食物。連續(xù)5天腹腔注射小劑量STZ(50 mg/kg/day)用于誘導(dǎo)胰島細(xì)胞破壞和持續(xù)性高血糖。當(dāng)STZ注射2周后隨機(jī)血糖水平大于300mg/dl時(shí)認(rèn)定為高血糖。
10、 通過(guò)結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支(LAD)建立小鼠心肌梗死模型。首先,用2%異氟烷麻醉小鼠。然后,在小鼠胸骨左緣第4肋間開胸,并輕輕地將心臟從胸腔中擠出.用6.0號(hào)無(wú)損傷線結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支(LAD)。
9.超聲心動(dòng)圖檢測(cè)心臟功能
MI手術(shù)后兩周,小鼠左側(cè)臥位進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的胸骨旁超聲。通過(guò)超聲心動(dòng)圖系統(tǒng)計(jì)算收縮或舒張的左心室內(nèi)徑(LVID或LVIDd),射血分?jǐn)?shù)(EF)和縮短分?jǐn)?shù)(FS)。
10.組織學(xué)染色
11、 將心臟組織石蠟包埋,切片(5μm)染色。HE染色用于檢查梗死面積。免疫組織化學(xué)檢查α-SMA,NHE1,Akt,pAkt和endomucin。
11.蛋白印跡(Western blot)
從不同組的細(xì)胞和心臟組織提取蛋白質(zhì)。通過(guò)Westernblot檢測(cè)pAkt,Akt,NHE1,PTEN,pGSK的表達(dá)水平。
研究結(jié)果
1.IA增加內(nèi)皮細(xì)胞中的Akt磷酸化
在NH4Cl負(fù)載法誘導(dǎo)的
12、細(xì)胞內(nèi)酸化模型中,Akt的磷酸化水平和活性明顯增加。
2.HUVECs中的pHi值決定Akt磷酸化水平
將HUVECs細(xì)胞置于含nigericin的不同PH值的高K+-HBS緩沖液30min,此時(shí)pHi值等于細(xì)胞外pH(pHe)值。與7.2-7.4的pHi值相比,低pHi值(6.4-7.0)增加細(xì)胞內(nèi)Akt的磷酸化。
3.PI3K參與內(nèi)皮細(xì)胞中IA誘導(dǎo)的Akt激活
PI3K抑制劑wortmanni
13、n在pHi值為6.4時(shí)顯著消除了細(xì)胞內(nèi)Akt磷酸化的升高,但在pHi值為7.4時(shí)不改變細(xì)胞中Akt磷酸化的水平,說(shuō)明PI3K-PDK1信號(hào)傳導(dǎo)通路介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)酸化誘導(dǎo)的Akt磷酸化
4.HG刺激HUVECs可激活NHE1并抑制Akt磷酸化
HG刺激1小時(shí)后,NHE1活性明顯增加;而pHi值則在HG處理2小時(shí)后開始升高。但Akt磷酸化水平和活性在HG處理2小時(shí)后開始逐漸降低。
5.HG經(jīng)NHE1抑制Akt的磷酸
14、化
HG刺激后細(xì)胞經(jīng)NHE1抑制劑cariporide處理后,Akt的磷酸化水平和活性并沒(méi)有降低,表明HG誘導(dǎo)的Akt失活是通過(guò)活化NHE1實(shí)現(xiàn)的。
NHE1siRNA而非Control siRNA阻斷了高糖對(duì)Akt磷酸化的影響,進(jìn)一步說(shuō)明NHE1的活化在HG抑制Akt磷酸化中有著不可或缺的作用。
6.HG通過(guò)NHE1激活和Akt抑制損傷HUVECs的小管形成能力
HG刺激后,與NHE1 siRN
15、A組相比,轉(zhuǎn)染Control siRNA的HUVECs小管形成明顯減少。Akt蛋白表達(dá)上調(diào)可促進(jìn)HG干預(yù)后的小管形成。
7.HG通過(guò)活化NHE1和抑制Akt損傷HUVECs的遷移能力
HG可顯著抑制轉(zhuǎn)染Control siRNA或lenti-Vector慢病毒的HUVECs的遷移率,但對(duì)轉(zhuǎn)染NHE1 siRNA或轉(zhuǎn)染lenti-Akt慢病毒的HUVECs的遷移率無(wú)明顯影響。
8.高血糖通過(guò)激活NHE1或抑制
16、Akt減少小鼠MI后的血管生成
α-SMA和endomucin的免疫組織化學(xué)結(jié)果顯示,NHE1缺失或Akt過(guò)表達(dá)的糖尿病小鼠梗死后心臟的毛細(xì)血管密度顯著增加。
9.NHE1缺失或Akt過(guò)表達(dá)促進(jìn)糖尿病小鼠MI后心臟功能的恢復(fù)
超聲結(jié)果顯示,NHE1缺失或Akt過(guò)表達(dá)改善糖尿病小鼠梗死后心臟功能。
10.Cariporide促進(jìn)糖尿病小鼠MI后的血管生成并改善心臟功能
α-SMA和endo
17、mucin免疫組織化學(xué)的結(jié)果顯示,Cariporide增加了糖尿病小鼠缺血心臟中的毛細(xì)血管和小動(dòng)脈密度,并且穩(wěn)定地降低心肌梗死后糖尿病小鼠的LVIDs和LVIDd,升高FS和EF。
研究結(jié)論
1.IA增加內(nèi)皮細(xì)胞中的Akt磷酸化;
2.HG通過(guò)NHE1激活和Akt抑制損傷HUVECs的小管形成和遷移能力;
3.NHE1缺失或Akt過(guò)表達(dá)促進(jìn)糖尿病小鼠MI后血管生成和心臟功能的恢復(fù);
4.
18、NHE1選擇性抑制劑Cariporide可促進(jìn)糖尿病小鼠MI后的血管生成并改善心臟功能。
關(guān)鍵詞:鈉氫交換蛋白1;Akt;血管生成;糖尿病;心肌梗死;pH值
論文ⅡmiR-29b在洛伐他汀保護(hù)糖尿病內(nèi)皮功能紊亂中的作用
研究背景
洛伐他汀可通過(guò)抑制HMG-CoA還原酶活性從而抑制HMG-CoA轉(zhuǎn)化為甲羥戊酸,因此被用來(lái)治療高膽固醇血癥。從膽固醇代謝過(guò)程來(lái)看,越來(lái)越多的證據(jù)表明,他汀類藥物對(duì)心血管疾
19、病(cardiovascular diseases,CVD)有潛在的益處。已有研究證明氧化應(yīng)激可引起內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂,而后者是包括動(dòng)脈粥樣硬化和高血壓在內(nèi)的心血管疾病的早期事件和標(biāo)志。他汀類藥物通過(guò)抑制血管細(xì)胞氧化應(yīng)激而阻止內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂的作用這一觀點(diǎn)已被廣泛接受。然而,他汀抑制CVD中氧化應(yīng)激的作用靶點(diǎn)尚未完全闡明。
一些先前的研究已證明CVD發(fā)生過(guò)程中,蛋白酶體激活與氧化應(yīng)激以及隨后發(fā)生的內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂相關(guān)。在真核細(xì)胞
20、中,蛋白酶體負(fù)責(zé)大多數(shù)目標(biāo)蛋白的降解。蛋白酶體的功能受激動(dòng)劑調(diào)節(jié),激動(dòng)劑以單鏈或雙鏈的形式與20S核心催化亞基末端結(jié)合,并打開核心蛋白酶體的末端以使目標(biāo)蛋白進(jìn)入。作為蛋白酶體激動(dòng)劑家族(proteasome activators,PAs)的一員,PA200在哺乳動(dòng)物組織中廣泛表達(dá),并在DNA損傷過(guò)程中起重要作用。
MicroRNA(miRs)是一種長(zhǎng)約20個(gè)核苷酸的單鏈小分子RNA,通過(guò)與目標(biāo)mRNA部分互補(bǔ),抑制mRNA的降
21、解或翻譯來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)。近日,Anna S等學(xué)者報(bào)告,microRNA在蛋白酶體活性的調(diào)節(jié)過(guò)程中起重要作用。進(jìn)一步研究表明,在骨髓瘤細(xì)胞中,miR-29b可通過(guò)作用于編碼PA200蛋白的PSME4基因抑制蛋白酶體。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明,在成骨細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞中,他汀類藥物如洛伐他汀可通過(guò)抑制蛋白酶體活性來(lái)發(fā)揮其作用。因此,確定他汀類藥物在CVD中是否通過(guò)上調(diào)miR-29b抑制蛋白酶體活性是十分有意義的。
在本實(shí)驗(yàn)中,我們
22、研究洛伐他汀如何調(diào)節(jié)PA200,并確定miR-29b在蛋白酶體激活中的作用。我們建立大鼠糖尿病和血脂異常模型,研究洛伐他汀和miR-29b在氧化應(yīng)激介導(dǎo)的內(nèi)皮功能障礙中的作用機(jī)制。
研究目的
1.研究洛伐他汀對(duì)miR-29b表達(dá)的影響;
2.研究洛伐他汀對(duì)蛋白酶體活性的影響及其機(jī)制;
3.研究大鼠糖尿病和高血脂模型中,洛伐他汀和miR-29b在氧化應(yīng)激介導(dǎo)的內(nèi)皮功能障礙中的作用機(jī)制。
研
23、究方法
1.細(xì)胞培養(yǎng)
人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)用內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)基(ECM)進(jìn)行培養(yǎng)。
2.慢病毒載體的構(gòu)建和轉(zhuǎn)染
包含scr-miR,anti-miR29b,pre-miR29b和PA200 cDNA的慢病毒由上海吉瑪公司構(gòu)建。慢病毒在含有2%FBS的無(wú)抗生素培養(yǎng)基中轉(zhuǎn)染過(guò)夜。然后洗滌細(xì)胞并在新鮮培養(yǎng)基中再溫育12小時(shí)后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
3.HUVECs細(xì)胞轉(zhuǎn)染SiRNA
H
24、UVECs用PA200的siRNA轉(zhuǎn)染以檢查其對(duì)洛伐他汀抑制蛋白酶體活性的作用。
4.蛋白酶體活性的檢測(cè)
通過(guò)用熒光酶標(biāo)儀在380/460nm,37℃下檢測(cè)游離的7-酰胺基-4-甲基香豆素,連續(xù)監(jiān)測(cè)蛋白酶體活性。
5.細(xì)胞和組織中ROS檢測(cè)
通過(guò)DHE熒光和高效液相色譜兩種方法測(cè)定培養(yǎng)細(xì)胞中產(chǎn)生的ROS。將細(xì)胞與DHE(10M)共培養(yǎng)30分鐘,PBS沖洗后用甲醇提取,高效液相色譜法采用C-18列來(lái)
25、分離和量化氧代乙啶和溴化乙錠。O2-的產(chǎn)量取決于DHE和氧代乙啶之間的轉(zhuǎn)化。為了檢測(cè)動(dòng)脈原位的ROS產(chǎn)量,分離大鼠頸動(dòng)脈并將其立刻進(jìn)行冰凍切片,用10M DHE染色30分鐘,沖洗后,用熒光顯微鏡觀察。
6.RNA定量
使用基于Trizol的RNA分離方案提取總RNA。RNA通過(guò)Nanodrop定量。使用SuperscriptⅡ RT Kit對(duì)每個(gè)RNA樣品進(jìn)行cDNA合成,并使用Taqman PCR試劑進(jìn)行實(shí)時(shí)定量聚
26、合酶鏈反應(yīng)。
7.大鼠離體主動(dòng)脈環(huán)制備
通過(guò)靜脈注射戊巴比妥鈉(30mg/kg)在麻醉下處死大鼠。立即開胸取出降主動(dòng)脈,仔細(xì)分離血管周圍結(jié)締組織,將主動(dòng)脈切成3-4毫米長(zhǎng)的薄片。
8.糖尿病和高血脂模型的建立
對(duì)SD大鼠連續(xù)5天腹腔注射小劑量STZ(50 mg/kg/day),損傷胰島細(xì)胞造成大鼠持續(xù)的高血糖,當(dāng)血糖大于300 mg/dl時(shí)認(rèn)定為糖尿病模型建立成功。用乙醚麻醉SD大鼠,自舌下靜脈注
27、射LDL溶液(4 mg/kg)建立大鼠高血脂模型。9.丙二醛(MDA),超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)的測(cè)量
通過(guò)使用試劑盒推薦的方案測(cè)定主動(dòng)脈組織或血清中MDA含量,SOD活性和GSH-Px活性。
10.蛋白印跡(Western blot)
從不同組的細(xì)胞和主動(dòng)脈組織提取蛋白質(zhì)。通過(guò)Westernblot檢測(cè)PA200的表達(dá)水平。
研究結(jié)果
1.洛伐他汀上
28、調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞中miR-29b表達(dá)
內(nèi)皮細(xì)胞中洛伐他汀對(duì)miR-29b的上調(diào)作用具有時(shí)間依賴性和劑量依賴性。
2.洛伐他汀可降低內(nèi)皮細(xì)胞中蛋白酶體活性
通過(guò)特定濃度的洛伐他汀作用內(nèi)皮細(xì)胞一定時(shí)間,我們確定了洛伐他汀在體外對(duì)蛋白酶體活性的下調(diào)作用。
3.miR-29b調(diào)控洛伐他汀抑制內(nèi)皮細(xì)胞蛋白酶體的活性
在scr-miR組,洛伐他汀明顯降低蛋白酶體活性,但是在anti-miR-29b組則無(wú)該
29、現(xiàn)象。在miR-29b過(guò)表達(dá)組,洛伐他汀對(duì)蛋白酶體活性的抑制作用進(jìn)一步增強(qiáng)。
4.PA200是洛伐他汀處理的內(nèi)皮細(xì)胞中miR-29b的作用靶點(diǎn)
在轉(zhuǎn)染scr-miR慢病毒的內(nèi)皮細(xì)胞中,洛伐他汀顯著降低PA200蛋白水平。然而,轉(zhuǎn)染anti-miR-29b慢病毒組,洛伐他汀對(duì)PA200的下調(diào)作用消失;但pre-miR-29b慢病毒組,該作用顯著增強(qiáng)。
5.洛伐他汀對(duì)蛋白酶體的活性抑制是PA200依賴性的
30、> 在空白載體組,洛伐他汀顯著降低蛋白酶體活性;但是在PA200過(guò)表達(dá)組,該抑制作用消失。沉默PA200可消除洛伐他汀對(duì)蛋白酶體的抑制作用。
6.阻斷miR-29b可消除洛伐他汀抑制高糖等多種心血管危險(xiǎn)因素誘導(dǎo)的ROS生成
通過(guò)檢測(cè)內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)DHE熒光密度,發(fā)現(xiàn)包括ox-LDL、H2O2、TNF-α和HG在內(nèi)的多種心血管危險(xiǎn)因素顯著增加細(xì)胞內(nèi)活性氧產(chǎn)物,而洛伐他汀可消除這些異?,F(xiàn)象。在轉(zhuǎn)染scr-miR慢病毒的細(xì)胞
31、內(nèi),洛伐他汀降低ox-LDL和HG誘導(dǎo)的活性氧產(chǎn)物,并且這些抑制作用在轉(zhuǎn)染anti-miR-29b慢病毒的細(xì)胞中消失。
7.洛伐他汀在離體大鼠降主動(dòng)脈環(huán)中減輕多種氧化劑誘導(dǎo)的內(nèi)皮功能障礙
通過(guò)用ox-LDL的主要代謝產(chǎn)物L(fēng)PC、外生自由基DPPH、內(nèi)源性活性氧H2O2與大鼠主動(dòng)脈環(huán)孵育,發(fā)現(xiàn)這些氧化劑都損害乙酰膽堿引起的內(nèi)皮依賴性舒張。若用洛伐他汀預(yù)先處理主動(dòng)脈環(huán),則可消除這些氧化劑引起的損害。
8.洛伐他
32、汀在體內(nèi)和體外均可改善HG引起的內(nèi)皮功能損害
HG降低離體鼠主動(dòng)脈環(huán)的乙酰膽堿依賴性血管舒張,而高滲刺激則無(wú)此作用。洛伐他汀處理使HG對(duì)血管舒張的抑制作用減弱,且該作用具有劑量依賴性。在注射STZ構(gòu)建1型糖尿病大鼠模型中,高血糖引起的內(nèi)皮功能損害可被洛伐他汀改善,且具有劑量依賴性。此外,經(jīng)洛伐他汀干預(yù)后,糖尿病大鼠血液中升高的MDA水平、降低的SOD活性和GSH-Px都可恢復(fù)。
9.洛伐他汀改善高血脂大鼠的內(nèi)皮功能損
33、害
在LDL注射前,分別用2mg/kg/d和4 mg/kg/d洛伐他汀預(yù)處理大鼠,可逆轉(zhuǎn)LDL引起的大鼠內(nèi)皮功能損害。此外,LDL引起的氧化應(yīng)激,如SOD活性降低、血清MDA水平增加也被洛伐他汀治療逆轉(zhuǎn)。
10.洛伐他汀減少糖尿病和高血脂模型大鼠體內(nèi)活性氧產(chǎn)物
心血管疾病危險(xiǎn)因素包括糖尿病和高血脂血癥,都顯著增加大鼠頸動(dòng)脈的活性氧產(chǎn)物,洛伐他汀治療后可消除大鼠體內(nèi)的這些異常。
研究結(jié)論
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