甲狀腺素對甲狀腺功能減低大鼠子代腦組織中同源盒基因Nkx2.2表達的影響*

趙金超 張 瑞 汪蓓蕾 郭 剛

甲狀腺素是哺乳動物生長發(fā)育最重要的激素之一。同源盒基因是在進化上高度保守的DNA序列。同源盒基因Nkx家族中的許多成員在腦組織中的不同區(qū)域表達，提示其可能參與了不同腦區(qū)的發(fā)育過程[1]。研究發(fā)現(xiàn)補充甲狀腺素與腦組織Nkx2.1[2]及Nkx6.1[3]的基因表達水平存在相關性。關于Nkx2.2的研究目前多集中在其對胰腺功能的影響[4]，以及對于少突膠質細胞、內臟運動神經元分化的影響[5]等方面。而關于其與甲狀腺素方面的研究較少。本研究通過對妊娠早、晚期甲狀腺功能減低（甲低）孕鼠補充不同劑量的甲狀腺素，探討甲狀腺素對子代大鼠腦組織中同源盒基因Nkx2.2表達的影響。

1 材料與方法

1.1 動物模型制作與分組 選用斷乳1個月的雌、雄性SPF/ VAF級Wistar大鼠（購自軍事醫(yī)學科學院實驗動物中心）各120只，體質量100～120 g。適應性飼養(yǎng)1周后，將雌性大鼠隨機分為2組：對照組（15只），甲低組（105只），甲低組鼠均飼以重度缺碘地區(qū)糧食配制的飼料，成分為玉米∶黃豆∶小麥∶小米＝3∶3∶3∶1，另外添加必需氨基酸、維生素和無機鹽等，飼料經過食品中堿的灰化-砷鈰催化分光光度法測定，含碘量為13.66 ng/g。甲低組均飲去離子水；對照組飲含碘量為200 μg/L碘酸鉀溶液，總碘攝入量相當于大鼠生理碘需要量。飼養(yǎng)3個月后，于大鼠內眥取血，測定血清甲狀腺素，當各甲低組大鼠血清總三碘甲狀腺原氨酸（TT3）、總甲狀腺素（TT4）、游離三碘甲狀腺原氨酸（FT3）及游離甲狀腺素（FT4）水平與對照組比較差異有統(tǒng)計學意義時，表明甲低模型復制成功。然后將甲低組隨機分為甲低和甲低孕鼠妊娠1～17 d（孕早期甲低）補充甲狀腺素高、中、低劑量組，甲低孕鼠妊娠18～20 d（孕晚期甲低）補充甲狀腺素高、中、低劑量組，每組15只。高、中、低劑量組每天每100 g體質量分別補充甲狀腺素3.5、2.0和0.5 μg。將8組雌鼠與正常Wistar雄性大鼠（食用正常飼料）按1∶1進行交配。次日晨檢測陰栓，做陰道涂片，發(fā)現(xiàn)精子確定為妊娠0 d，8組孕鼠分別取孕17 d、新生當天、生后20 d的子鼠間腦組織，液氮速凍后，-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 主要儀器與試劑 Taq DNA聚合酶、dNTPs、T4DNA連接酶、EcoRⅠ、pGEM?-T Easy Vector（美國Promega公司）；二硫蘇糖醇（DTT）、Trizol、M-MLV、RNA酶抑制劑、SYBR?Green Mix（美國Invitrogen公司）；DNA Marker DL-2000、DNA純化回收試劑盒（北京天根生化科技有限公司）；引物合成和測序由上海博亞生物公司完成。Contifuge 17RS臺式冷凍離心機（德國Heraeus公司）；實時熒光定量聚合酶鏈反應（Real time-PCR）儀購自LightCycler，瑞士Roche公司。

1.3 總RNA提取和cDNA合成 分別取孕17 d、新生當天、生后20 d子鼠間腦組織100 mg，采用Trizol一步法提取腦組織總RNA，利用分光光度計，在波長為230、260、280 nm時，測定總RNA的吸光度（A）值，當A260/A280為1.7～2.0、A260/A230為1.5～1.9時，說明總RNA純度較高，基本去除了蛋白質和糖類等其他物質的污染。各管分別加入2 μg總RNA樣品，用Oli?go（dT）181 μL（1 g/L）、dNTPs 1 μL（10 mmol/L）和DEPC水補齊至總體積12 μL。混勻后10 000 r/min瞬時離心5 s，65℃5 min后立即冰?。患尤?×Buffer 4 μL，0.1 mol/L DTT 2 μL，RNA酶抑制劑1 μL（40 U），混勻，37℃2 min，立即冰浴，再加入M-MLV 1 μL（200 U），總體積20 μL?；靹颍?0 000 r/min瞬時離心5 s，37℃50 min，70℃15 min，-20℃保存。

1.4 實時熒光定量聚合酶鏈反應（Real time-PCR） 各引物序列利用Gene Runner軟件設計，經NCBI BLAST檢索無顯著同源性序列。Nkx2.2引物：上游5-GCCTCCAATACTCCCTG CAC-3，下游5-CTCGTAG GTCTGCGCTTTG-3，擴增片段長度為182 bp；管家基因GAPDH：上游5-ACAGCAACTCCCAT TCTT-3，下游5-TCCAGGGTTTCTTACTCC-3，擴增片段長度為160 bp。依據總RNA的質量，將cDNA稀釋成每微升所含cDNA量來源于20 ng總DNA。PCR反應體系：總體積20 μL，含SYBR?Green MIX 10 μL，上下游引物（10 μmol/L）各0.5 μL，cDNA 2 μL，雙蒸水7.0 μL；反應條件：95℃3 min；95℃5 s，61℃10 s，72℃15 s，40個循環(huán)。通過測定PCR產物的動態(tài)累積量，獲得樣品的擴增曲線。然后進行融解曲線分析：95℃0 s，65℃15 s，95℃0 s，用待測樣品2-△Ct值表示目的基因相對表達量，Ct是每個反應管內的熒光信號到達一定閾值時所經歷的循環(huán)數(shù)；樣品△Ct=目的基因Ct值-GAPDH Ct值。1.5 構建大鼠Nkx2.2反轉錄產物克隆載體 回收純化的Nkx2.2 cDNA擴增產物，在T4DNA連接酶作用下，克隆入pGEM?-T Easy Vector，連接產物轉化感受態(tài)DH5α，抗生素篩選陽性菌落。提取質粒DNA，用限制性內切酶EcoRⅠ（pGEM?-T Easy Vector的A-T連接位點兩側各有1個EcoRⅠ位點）進行酶切鑒定，篩選有DNA片段插入者進行序列測定。1.6 統(tǒng)計學處理 采用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計處理，數(shù)據以±s表示，采用單因素方差分析，每個時間點不同組的兩兩比較采用Dunnett-t檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 Nkx2.2擴增產物的鑒定 重組克隆載體pGEM-Te/Nkx2.2經EcoRⅠ酶切電泳后可清晰見到約182 bp處出現(xiàn)目的條帶，同時3 000 bp處有質粒片段，見圖1。

圖1 pGEM-Te/Nkx-2.2酶切結果瓊脂糖凝膠電泳圖

2.2 Real time-PCR結果 Nkx2.2和GAPDH的擴增和融解曲線見圖2。在孕17 d，甲低組的Nkx2.2 mRNA表達水平低于對照組，其他6個補充甲狀腺組的mRNA表達水平均高于對照組；在新生當天和生后20 d，除孕晚期甲低補充甲狀腺素中劑量組外，其他各甲低組的Nkx2.2 mRNA表達水平均低于對照組；在生后20 d，孕早期甲低補充甲狀腺素低、中、高劑量組的Nkx2.2 mRNA表達水平與甲低組差別無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。各組組內不同時期基因表達情況比較差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.01），見表1。

表1 8組大鼠腦組織中Nkx2.2 mRNA表達情況（n=15，×10-5，±s）

表1 8組大鼠腦組織中Nkx2.2 mRNA表達情況（n=15，×10-5，±s）

＊P＜0.05，＊＊P＜0.01

組別 孕17 d 新生當天 生后20 d F對照組（1）甲低組（2）孕早期甲低低劑量組（3）中劑量組（4）高劑量組（5）孕晚期甲低低劑量組（6）中劑量組（7）高劑量組（8）F t（1）∶（2）（1）∶（3）（1）∶（4）（1）∶（5）（1）∶（6）（1）∶（7）（1）∶（8）（2）∶（3）（2）∶（4）（2）∶（5）2.24±0.14 1.53±0.30 18.90±5.11 3.16±0.15 26.10±7.43 8.09±7.01 39.03＊＊7.04＊＊4.58±1.27 3.97±2.94 7.87±3.67 1.32±0.26 12.80±2.23 8.80±0.08 11.10±0.00 9.68±0.62 7.01±4.04 17.63＊＊13.16＊＊22.49＊＊14.22±10.30 14.90±10.31 15.30±10.10 7.08＊＊3.625＊4.977＊4.001＊10.830＊22.603＊＊24.800＊＊37.689＊＊6.385＊6.112＊6.106＊7.99±0.61 20.50±3.63 9.85±1.32 19.00＊＊56.092＊＊87.239＊＊21.660＊＊68.112＊＊55.670＊＊0.331 50.223＊＊13.730＊57.382＊＊19.008＊＊10.80±0.40 26.60±10.30 18.60±9.70 24.65＊＊101.573＊＊86.370＊＊90.022＊＊122.056＊＊78.933＊＊0.321 64.185＊＊0.411 0.347 0.386 15.18＊＊38.37＊＊12.24＊＊

3 討論

腦在發(fā)育時期是甲狀腺素的一個靶器官。缺碘對處于發(fā)育中的腦可造成不可逆轉的損害，這種損害與宮內胚胎發(fā)育的特定階段具有極其密切的關系。同源盒基因是首先在果蠅中發(fā)現(xiàn)的由180～183個堿基組成的保守序列，該序列編碼的60～61個氨基酸所構成的多肽區(qū)域，稱為同源結構域或同源盒，為DNA結合蛋白，能調節(jié)其他基因的表達。同源盒基因Nkxs與神經系統(tǒng)的分化與發(fā)育關系極為密切。它們大都只是在胚胎發(fā)育期表達，出生后很少表達甚至不再表達[6]。Nkx2.2基因是Nkxs家族中的重要一員，它主要表達于腹側中樞神經系統(tǒng)及胰腺。研究發(fā)現(xiàn)，Nkx2.2基因敲除小鼠的髓鞘堿性蛋白（MBP）陽性與髓鞘蛋白脂質蛋白（PLP）陽性的少突膠質細胞出現(xiàn)顯著延遲，而且數(shù)量明顯減少[7]?？梢娫谀X和脊髓中，Nkx2.2同源轉化盒基因對少突膠質細胞的分化和成熟有著重要的調節(jié)作用[8]。在本實驗腦組織取材部位定為單側大腦半球中1/3腹側處，即間腦組織，利用Real time-PCR技術對不同給藥劑量甲低孕鼠的子代大腦組織Nkx2.2的表達進行測定。發(fā)現(xiàn)在孕17 d、新生及生后20 d甲低組Nkx2.2的表達水平均低于對照組。在不同時期給予孕鼠不同劑量的甲狀腺素對Nkx2.2表達量有較大的影響。其中，在低碘孕鼠的孕晚期給予中等劑量的甲狀腺激素可以使Nkx2.2的表達水平得到明顯改善，并與對照組同時期水平接近。筆者推測，低碘導致的腦發(fā)育遲滯可能與Nkx2.2表達量的缺乏有關，而在孕晚期給予中等劑量甲狀腺素可以使甲狀腺功能低下的孕鼠的子代達到正常的基因表達量，能夠起到很好的治療效果。此項研究側重于分子機制方面的基礎研究，對妊娠早期常規(guī)篩查和監(jiān)測孕婦的甲狀腺激素水平能起到一定的指導作用，并為孕期防治新生兒甲低提供理論支持。關于甲狀腺激素和同源盒基因Nkx2.2之間調控表達的具體作用機制仍有待于進一步研究。

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