小G蛋白R(shí)ac1在馬兜鈴酸誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞損傷中的作用及意義

胡麗萍，陸紅，白永恒，王斯璐，洪煒龍，林成成，梁勇，林向陽(yáng)

（溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，浙江 溫州 325000，1.醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中心；2.外科實(shí)驗(yàn)室）

近年來(lái)，有關(guān)服用中草藥導(dǎo)致的腎臟損害屢見(jiàn)報(bào)道，馬兜鈴酸（aristolochic acid，AA）就是其中之一。在體內(nèi)，AA引起損傷的主要病理表現(xiàn)為炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、腎小管上皮細(xì)胞凋亡和壞死以及間質(zhì)纖維化等[1]。目前AA致腎間質(zhì)纖維化的分子機(jī)制尚不明確。我們前期研究顯示，TGF-β1可能在AA誘導(dǎo)腎間質(zhì)纖維化中發(fā)揮重要作用[2-3]。最近研究顯示，GTPase Rho家族某些成員在調(diào)控TGF-β1中具有重要作用[4]。本研究擬通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)觀察AA對(duì)腎小管上皮細(xì)胞的損傷作用，同時(shí)探究GTPase Rho的重要成員Rac1蛋白在AA損傷小管上皮細(xì)胞過(guò)程中可能的作用。

1 材料和方法

1.1 材料 AA（美國(guó)Sigma公司）；DMEM細(xì)胞培養(yǎng)液（美國(guó)Hyclone公司）；胎牛血清（杭州四季青公司）；胰蛋白酶和TRIzol提取液（美國(guó)Gibco公司）；WST-1和Hoechst 33258染色液（上海碧云天公司）；兔抗鼠Rac1抗體（美國(guó)Santa Cruz公司）；兔抗鼠III型膠原抗體（Bioworld公司）；Rac1和TGF-β1 ELISA檢測(cè)試劑盒（上海西唐生物）；RT-PCR試劑（美國(guó)Promega公司）；MYCYCLER梯度PCR儀（美國(guó)BIOROD公司）；7500定量PCR儀（美國(guó)Applied Biosystens公司）；Varioskan Flash全波長(zhǎng)多功能掃描儀（美國(guó)Thermo Scientific公司）；DM4000 B LED熒光正置顯微鏡（德國(guó)Leica公司）。

1.2 方法

1.2.1 細(xì)胞培養(yǎng)：大鼠腎小管上皮細(xì)胞NRK-52E購(gòu)自中科院上海生命科學(xué)研究院細(xì)胞資源中心。NRK-52E細(xì)胞在含5%小牛血清的DMEM培養(yǎng)液中，于37 ℃，5% CO2培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)。取細(xì)胞接種于6孔板中，待細(xì)胞70%～80%融合時(shí)，在培養(yǎng)液中加入AA，對(duì)照組加入含有等量溶劑的培養(yǎng)液。繼續(xù)培養(yǎng)24 h后，用倒置相差顯微鏡觀察細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化。

1.2.2 WST-1法檢測(cè)細(xì)胞增殖抑制率：取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的NRK-52E細(xì)胞，用胰酶消化，調(diào)整細(xì)胞密度為5×107/L，接種于96孔培養(yǎng)板中，每孔加入100μL培養(yǎng)液。待細(xì)胞貼壁后，實(shí)驗(yàn)組每孔加入濃度為5、10、20、50和100μg/mL的AA，并設(shè)6個(gè)平行孔，作用24 h，對(duì)照組加溶劑；另外，在保持AA作用濃度為10μg/mL的情況下，分別作用24、48和72 h。培養(yǎng)結(jié)束前2 h每孔加入10μL WST-1溶液，培養(yǎng)結(jié)束后于全波長(zhǎng)多功能掃描儀上測(cè)量450 nm主波長(zhǎng)和690 nm副波長(zhǎng)的吸光度值（A值），實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。按公式計(jì)算AA對(duì)NRK-52E細(xì)胞增殖的抑制率：細(xì)胞增殖抑制率（%）=1-（實(shí)驗(yàn)組A450值－空白組A690值）/（對(duì)照組A450值－空白組A690值）×100%。

1.2.3 Hoechst 33258染色觀察細(xì)胞凋亡：將預(yù)處理的潔凈蓋玻片置于6孔板內(nèi)，接種細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)夜，當(dāng)細(xì)胞密度達(dá)到70%～80%時(shí)，分別加入AA藥物1μg/mL和10μg/mL作用24 h，移去培養(yǎng)液，4%多聚甲醛固定10 min，棄固定液，PBS洗兩次，Hoechst 33258染液染色5 min，去染色液，PBS洗兩次，吸盡液體。滴加抗熒光淬滅封片液于載玻片上，蓋上貼有細(xì)胞的蓋玻片，熒光顯微鏡觀察，并隨機(jī)選取位置拍照。

1.2.4 real-time RT-PCR檢測(cè)TGF-β1 mRNA的表達(dá)：采用Trizol試劑提取已處理細(xì)胞中的RNA，于260/280 nm測(cè)定吸光度值以確定樣本純度和濃度。根據(jù)試劑說(shuō)明書(shū)將RNA反轉(zhuǎn)錄成cDNA。應(yīng)用Primer 5.0軟件設(shè)計(jì)TGF-β1 mRNA的特異性引物，以β-actin作為內(nèi)參，引物由上海生工公司合成。引物序列為T(mén)GF-β1：5’-AGGCGGTGCTCGCTTTGT-3’（正向）和5’-GATTGCGTTGTTGCGGTCC-3’（反向）；β-actin：5’-CCCATCTATGAGGGTTACGC-3’（正向）和5’-TTTAATGT CACGCACGATTTC-3’（反向）。PCR擴(kuò)增體系：5μL 2×SYBR Green熒光定量試劑、2μL引物（上、下游各1μL，終濃度200 nmol/L）、2μL反應(yīng)緩沖液、1 μL cDNA。PCR程序?yàn)椋?5 ℃ 3 min預(yù)變性，1個(gè)循環(huán)；95 ℃ 5 s，60 ℃ 35 s，40個(gè)循環(huán)。采用相對(duì)定量法計(jì)算獲得結(jié)果，溶解曲線(xiàn)分析結(jié)果的可靠性。相對(duì)表達(dá)量=2－△△Ct，ΔΔCt=［Ct目的基因（待測(cè)樣品）-Ct內(nèi)參照（待測(cè)樣品）］－［Ct目的基因（校正樣品）－Ct內(nèi)參照（校正樣品）］。

1.2.5 ELISA法檢測(cè)Rac1和TGF-β1蛋白含量：取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的NRK-52E細(xì)胞，分別以1、5、10μg/mL AA作用24 h，收集培養(yǎng)液。Rac1和TGF-β1含量檢測(cè)采用雙抗體夾心ABC-ELISA法，嚴(yán)格按照Rac1和TGF-β1 ELISA檢測(cè)試劑盒說(shuō)明書(shū)進(jìn)行操作。采用BCA法進(jìn)行蛋白定量，根據(jù)與總蛋白比值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

1.2.6 細(xì)胞免疫熒光檢測(cè)III型膠原和Rac1含量：將預(yù)處理的潔凈蓋玻片置于6孔板內(nèi)，接種細(xì)胞培養(yǎng)，待細(xì)胞貼壁后，加入AA藥物10μg/mL作用24 h。輕輕取出細(xì)胞爬片放到用過(guò)的細(xì)胞培養(yǎng)皿里，PBS洗3次，4%冷的多聚甲醛固定20 min，棄固定液，PBS洗3次；0.2% Triton X-100通透10 min，PBS洗3次；血清封閉30 min，PBS洗3次；加一抗，4 ℃濕盒內(nèi)過(guò)夜，PBS洗3次；加二抗，37 ℃濕盒內(nèi)1 h，PBS洗3次，甘油封片，照熒光片。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS13.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果以 ±s表示，兩樣本比較采用成組t檢驗(yàn)，相關(guān)分析采用pearson分析法。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 WST-1法檢測(cè)AA對(duì)NRK-52E細(xì)胞的增殖抑制率

結(jié)果顯示，保持AA作用24 h情況下，隨著AA濃度增加，細(xì)胞增殖抑制率明顯增加；保持AA 10μg/mL作用濃度不變的情況下，隨著作用時(shí)間的延長(zhǎng)，AA對(duì)細(xì)胞的增殖抑制率明顯增加，提示AA抑制NRK-52E細(xì)胞增殖具有濃度和時(shí)間的依賴(lài)性，見(jiàn)圖1。

圖1 AA對(duì)NRK-52E細(xì)胞增殖的抑制情況

2.2 Hoechst 33258染色觀察AA對(duì)NRK-52E細(xì)胞凋亡的作用 與對(duì)照組細(xì)胞相比，AA 1μg/mL干預(yù)組的細(xì)胞出現(xiàn)凋亡小體，AA 10μg/mL干預(yù)組的細(xì)胞凋亡特征更明顯，且細(xì)胞數(shù)量明顯減少，提示AA能誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡，且在作用時(shí)間相同的情況下，高濃度AA誘導(dǎo)凋亡的作用更顯著，見(jiàn)圖2。

圖2 Hoechst 33258染色檢測(cè)AA誘導(dǎo)大鼠NRK-52E細(xì)胞凋亡（×400）

2.3 AA對(duì)腎小管上皮細(xì)胞膠原累積的影響 細(xì)胞免疫熒光及其相對(duì)定量結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，10μg/mL AA作用NRK-52E細(xì)胞后，細(xì)胞外基質(zhì)成分III型膠原的表達(dá)明顯增多（P＜0.05），提示腎小管上皮細(xì)胞出現(xiàn)纖維化樣改變，見(jiàn)圖3。

圖3 細(xì)胞免疫熒光檢測(cè)AA誘導(dǎo)大鼠NRK-52E細(xì)胞表達(dá)III型膠原情況

2.4 AA促進(jìn)促纖維化因子TGF-β1 mRNA和蛋白的表達(dá) ELISA法檢測(cè)結(jié)果顯示，5μg/mL和10μg/mL AA作用24 h后，TGF-β1的表達(dá)量較對(duì)照組明顯升高（P＜0.05）；real-time RT-PCR結(jié)果也顯示，10 μg/mL AA干預(yù)組中TGF-β1 mRNA的表達(dá)量較對(duì)照組明顯升高（P＜0.05）。見(jiàn)表1。

表1 各組間TGF-β1蛋白和mRNA以及Rac1蛋白表達(dá)量比較（ ±s）

2.5 AA影響腎小管上皮細(xì)胞分泌Rac1蛋白 ELISA法檢測(cè)結(jié)果顯示，不同濃度AA作用NRK-52E細(xì)胞后，Rac1蛋白的表達(dá)均升高；細(xì)胞免疫熒光染色結(jié)果也顯示AA促進(jìn)了小管上皮細(xì)胞分泌Rac1蛋白，見(jiàn)表1和圖4。

圖4 Rac1在AA損傷腎小管上皮細(xì)胞過(guò)程中的表達(dá)改變

2.6 Rac1蛋白與TGF-β1的相關(guān)性分析 采用Pearson法分析上清液中Rac1和TGF-β1蛋白含量的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Rac1和TGF-β1含量存在明顯正相關(guān)關(guān)系（r=0.967，P=0.007）。

3 討論

AA是硝基菲類(lèi)有機(jī)酸化合物，在中藥馬兜鈴、廣防己、關(guān)木通和中成藥龍膽瀉肝丸、當(dāng)歸四逆丸、大黃清胃丸等中均有檢出。使用AA類(lèi)藥物能引起廣泛的腎間質(zhì)纖維化，進(jìn)而引起急慢性腎功能衰竭，即馬兜鈴酸腎病。然而，目前對(duì)AA誘發(fā)腎間質(zhì)纖維化機(jī)制的認(rèn)識(shí)尚不清楚，大致涉及以下幾方面[5]：胞質(zhì)毒學(xué)說(shuō)、腎缺血學(xué)說(shuō)、細(xì)胞凋亡學(xué)說(shuō)、腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化學(xué)說(shuō)。我們的研究顯示，AA作用于腎小管上皮細(xì)胞，可抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡?？赡艿臋C(jī)制之一為AA導(dǎo)致DNA損傷和細(xì)胞周期阻滯于G2/M期，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[6]。除了誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡外，我們還發(fā)現(xiàn)AA可促進(jìn)III型膠原的表達(dá)，引起纖維化樣改變。對(duì)于這種現(xiàn)象，Yang等[6]認(rèn)為AA刺激JNK信號(hào)通路的活化，進(jìn)而誘發(fā)TGF-β1的表達(dá)是主要因素。而我們的研究顯示，AA損傷腎小管上皮細(xì)胞不僅表現(xiàn)為T(mén)GF-β1表達(dá)的上調(diào)，同時(shí)還伴有Rac1蛋白的高表達(dá)，提示Rac1蛋白很可能也是AA引起纖維化樣改變的一個(gè)重要分子機(jī)制。

Rho蛋白為小分子鳥(niǎo)苷酸結(jié)合蛋白（又稱(chēng)小G蛋白），是Ras蛋白超家族成員。Rac蛋白是Rho家族小G蛋白的成員之一，有Rac1、Rac2、Rac3三種同工形式。Rac1和Rac3在體內(nèi)廣泛分布，而Rac2是一種造血細(xì)胞特異的小G蛋白[7]。TGF-β1是一種多功能細(xì)胞因子，可通過(guò)其蛋白激酶受體介導(dǎo)包括形態(tài)發(fā)生、胚胎發(fā)育、干細(xì)胞分化、炎癥調(diào)節(jié)及傷口愈合在內(nèi)的一系列生物過(guò)程，同時(shí)還能促進(jìn)膠原累積，參與纖維化進(jìn)程[2，8]。TGF-β1參與纖維化形成主要是與其受體結(jié)合，激活下游Smad復(fù)合體，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，即通過(guò)經(jīng)典的Smad信號(hào)通路發(fā)揮作用[9]。除此之外，TGF-β1還可通過(guò)ERK-MAPK信號(hào)通路、GTPase Rho等發(fā)揮促纖維化功能[4，10]。Rac1作為GTPase Rho家族成員之一，也可能參與TGF-β1促腎纖維化的進(jìn)程。已有研究表明，TGF-β1的高表達(dá)能活化Rac1介導(dǎo)的ERK通路，從而導(dǎo)致腎纖維化[10]。

但是，不同的Rho亞型在膠原累積過(guò)程中的作用可能不一樣[11]。那么本研究中，Rac1蛋白在腎纖維化進(jìn)程中到底發(fā)揮著怎樣的作用？我們同時(shí)檢測(cè)了Rac1蛋白和促纖維化因子TGF-β1的表達(dá)，并分析兩者相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)AA作用腎小管上皮細(xì)胞后，促纖維化因子TGF-β1和III型膠原表達(dá)明顯增加，Rac1蛋白表達(dá)也增加，且與TGF-β1存在明顯正相關(guān)關(guān)系，提示Rac1在AA所致腎間質(zhì)纖維化中發(fā)揮正調(diào)控作用。可能的機(jī)制是AA損傷腎小管上皮細(xì)胞的情況下，Rac1及其介導(dǎo)的下游通路如ERK等，被TGF-β1表達(dá)和釋放的增加所活化，進(jìn)一步促進(jìn)小管上皮細(xì)胞分泌表達(dá)膠原蛋白，出現(xiàn)纖維化反應(yīng)。

綜上所述，AA誘導(dǎo)膠原累積過(guò)程中，伴有Rac1蛋白的高表達(dá)，說(shuō)明Rac1蛋白可能參與了纖維化過(guò)程。然而，Rac1蛋白及其相關(guān)信號(hào)通路在AA所致纖維化病變中的具體功能和定位，還需進(jìn)一步的研究加以闡釋。干預(yù)Rac1蛋白的表達(dá)可能成為AA致腎間質(zhì)纖維化治療的新途徑。

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