ACE2/Ang-(1-7)改善肝細(xì)胞糖代謝

曹 曦 楊芳遠(yuǎn) 史婷婷 謝榮榮 信 中 楊金奎*

(1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院內(nèi)分泌科，北京100730;2.糖尿病防治研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100730)

腎素-血管緊張素系統(tǒng)(rennin-angiotensin system，RAS)已被證實(shí)參與并促進(jìn)胰島素抵抗的發(fā)展［1-3］。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(angiotensin-converting enzyme 2，ACE2)-血管緊張素(1-7)〔Ang-(1-7)〕-Ang-(1-7)受體(MAS)軸作為RAS的一個(gè)負(fù)調(diào)節(jié)軸，可能對(duì)2型糖尿病的發(fā)展起到一定的保護(hù)作用［3-4］。肝臟是胰島素抵抗發(fā)展過(guò)程中的主要器官之一，已經(jīng)證實(shí)ACE2在肝臟中表達(dá)［5］。本文將在細(xì)胞水平進(jìn)一步研究ACE2/Ang-(1-7)對(duì)HepG2細(xì)胞糖代謝的影響。

1 材料與方法

1.1 細(xì)胞培養(yǎng)

HepG2細(xì)胞購(gòu)自中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)細(xì)胞資源中心(Cell Resource Center，IBMS，CAMS/PUMC)，用含10%胎牛血清(FBS)的DMEM進(jìn)行體外培養(yǎng)(100 U/mL青霉素和0.1 mg/mL鏈霉素)，接種并置37℃、5%CO2飽和濕度的CO2孵箱內(nèi)培養(yǎng)，每2 d胰酶消化傳代。

1.2 質(zhì)粒的構(gòu)建和轉(zhuǎn)染

大鼠ACE2基因構(gòu)建到pcDNA3.1/myc-His(-)B(PCDB)(Sino-Geno Max，China)載體上。質(zhì)粒DNA采用Lipofectamine TM 2000(Invitrogen公司，美國(guó))脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染法，根據(jù)轉(zhuǎn)染試劑盒操作說(shuō)明轉(zhuǎn)染HepG2細(xì)胞。以pcDNA3.1空載體轉(zhuǎn)染HepG2細(xì)胞作為對(duì)照組。細(xì)胞轉(zhuǎn)染48 h后用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

1.3 RNA的提取和實(shí)時(shí)定量RT-PCR

應(yīng)用Trizol法抽提HepG2細(xì)胞總RNA(Invitrogen公司，美國(guó))，以2 mg RNA為模板利用Rever TraAceq PCR RT試劑盒(Toyobo公司，日本)反轉(zhuǎn)出cDNA。利用ABI GeneAmp 5700PCR系統(tǒng)(Applied Biosystems公司，美國(guó))，SYBR Green PCR master mix反應(yīng)液檢測(cè)RNA的表達(dá)。經(jīng)分析系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)表達(dá)的定量。引物序列如下表:

表1 RT-PCR引物Tab.1 Primers for RT-PCR

1.4 ROS 檢測(cè)

HepG2 細(xì)胞用 H2O2(250 μmol/L)刺激 5 min，之后用 Ang-(1-7)(10 nmol/L)或 A779(1 μmol/L)處理1 h。二氫乙啶(Dihydroethidium，DHE)檢測(cè):培養(yǎng)的細(xì)胞用5 μmol/L DHE(Sigma公司，美國(guó))在37℃黑暗中孵育40 min，磷酸緩沖鹽溶液(Phosphate Buffered Saline，PBS)洗滌2次，用胰蛋白酶消化，并懸浮在1 mL PBS，立即用流式細(xì)胞儀(Biosciences公司，美國(guó))讀取熒光強(qiáng)度，激發(fā)光為500 nm，發(fā)射光為530 nm。

1.5 Western blotting

在4℃條件下，加入裂解液提取HepG2細(xì)胞蛋白。用BCA Protein Assay Kit測(cè)定樣品蛋白濃度。每個(gè)樣本取30～60 μg蛋白進(jìn)行SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳并轉(zhuǎn)至聚偏二氟乙烯膜(polyvinylidene fluoride，PVDF)上，用含5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))脫脂奶粉的TBST溶液封閉4 h，加入一抗于4℃孵育過(guò)夜。TBST漂洗2次，每次5 min，加入1∶5 000辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的二抗，室溫孵育1 h，TBST漂洗6次，每次5 min，肌動(dòng)蛋白(actin)為內(nèi)參，將膜用化學(xué)發(fā)光試劑孵育1 min，于X膠片上曝光，常規(guī)顯影、定影。將結(jié)果用Gelpro3.2軟件進(jìn)行密度分析。P67phox、p22phox購(gòu)自美國(guó)Santa Cruz公司。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

運(yùn)用Prism5(GraphPad Software)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，組間比較使用t檢驗(yàn)或方差分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 ACE2改變糖異生相關(guān)基因表達(dá)

RT-PCR檢測(cè)ACE2過(guò)表達(dá)細(xì)胞中PEPCK和G6Pase mRNA的表達(dá)量。結(jié)果顯示，ACE2過(guò)表達(dá)細(xì)胞中PEPCK的表達(dá)水平與對(duì)照組相比顯著降低(P＜0.01)，而G6Pase與對(duì)照組相比，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，詳見圖1。

2.2 ACE2改變HepG2細(xì)胞中糖代謝相關(guān)基因表達(dá)

RT-PCR檢測(cè)過(guò)表達(dá)細(xì)胞中 Glut2、IRS-2、AMPKα2和 SOCS-3 mRNA的表達(dá)量。結(jié)果顯示，ACE2過(guò)表達(dá)細(xì)胞中Glut2、IRS-2和AMPKα2的表達(dá)水平與對(duì)照組相比顯著增高(P＜0.01)，而SOCS-3與對(duì)照組相比表達(dá)量顯著降低，詳見圖2。

圖1 ACE2對(duì)HepG2細(xì)胞糖異生基因表達(dá)的影響Fig.1 The effect of ACE2 on gluconeogenesis genes expression in HepG2 cells

2.3 Ang-(1-7)減低細(xì)胞中ROS的產(chǎn)生

用DHE檢測(cè)HepG2細(xì)胞內(nèi)ROS濃度，用Ang-(1-7)或A779預(yù)處理細(xì)胞1 h后，用流式細(xì)胞儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Ang-(1-7)顯著降低HepG2細(xì)胞內(nèi)ROS的濃度，A779顯著增加HepG2細(xì)胞內(nèi)ROS的濃度。在H2O2處理下，Ang-(1-7)顯著降低HepG2細(xì)胞內(nèi)ROS的濃度，詳見圖3。

圖2 ACE2對(duì)HepG2細(xì)胞糖代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響Fig.2 The effect of ACE2 on glucose metabolism gene expression in HepG2 cells

圖3 Ang-(1-7)降低HepG2細(xì)胞內(nèi)ROS濃度Fig.3 Ang-(1-7)reduces ROS production in HepG2 cells

2.3 激活A(yù)CE2/Ang-(1-7)減低NADPH相關(guān)亞基表達(dá)水平

進(jìn)一步研究顯示，Ang-(1-7)能顯著降低HepG2細(xì)胞內(nèi)NADPH亞基p67和p22的表達(dá)。此外，Western blotting檢測(cè)結(jié)果也顯示，ACE2過(guò)表達(dá)，也能顯著降低HepG2細(xì)胞中p67和p22的表達(dá)，同時(shí)，ACE2對(duì)氧化應(yīng)激的保護(hù)作用能被A779抑制，詳見圖4。

3 討論

肝臟胰島素抵抗被認(rèn)為是2型糖尿病的主要原因之一［6］。研究［7-8］表明，血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)在胰島素抵抗的發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。ACE2將AngⅡ分解為Ang-(1-7)，Ang-(1-7)通過(guò)其受體MAS抑制AngⅡ信號(hào)。MAS缺乏的FVB/N小鼠表現(xiàn)出糖耐量受損，降低胰島素抵抗［9］，提示Ang(1-7)信號(hào)在2型糖尿病和代謝綜合征中的作用。ACE2在多種疾病中起到負(fù)調(diào)節(jié)RAS的作用［10］。Zucker肥胖糖尿病大鼠的胰島中ACE2蛋白表達(dá)升高［11］，高糖誘導(dǎo)下ACE2基因敲除的小鼠胰島素抵抗加?。?2］。這些數(shù)據(jù)提示ACE2在預(yù)防胰島素抵抗中的作用。本研究支持了這一觀點(diǎn)，ACE2改善肝臟糖代謝相關(guān)基因的表達(dá)。

圖4 ACE2/Ang-(1-7)降低HepG2細(xì)胞中NADPH相關(guān)亞基的表達(dá)Fig.4 ACE2/Ang-(1-7)reduce NADPH expression in HepG2 cells

ROS可通過(guò)多個(gè)過(guò)程產(chǎn)生，如線粒體電子傳遞鏈、一氧化氮合酶、黃嘌呤氧化酶，以及NOX家族的NADPH 氧化酶［13］。最近的很多研究［14-16］都在關(guān)注NOX酶在胰島素抵抗中的作用。在骨骼肌細(xì)胞，血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的NADPH氧化酶的活化損害胰島素信號(hào)［14-15］。ACE2-Ang-(1-7)-MAS 軸，作為 RAS 的一個(gè)負(fù)調(diào)節(jié)軸，可能通過(guò)抗氧化作用以減少胰島素抵抗［16］。本研究結(jié)果支持這一觀點(diǎn)，在HepG2細(xì)胞中，ACE2/Ang-(1-7)能通過(guò)抑制NADPH氧化酶的表達(dá)減低氧化應(yīng)激作用，對(duì)肝臟氧化應(yīng)激有保護(hù)作用。

在本研究中，筆者使用HepG2細(xì)胞作為模型細(xì)胞研究ACE2/Ang-(1-7)對(duì)肝臟胰島素抵抗的影響。眾所周知，AMPK是一個(gè)能量傳感器，它調(diào)控糖脂代謝［17］。AMPKα2 的 活 性 與 胰 島 素 抵 抗 相 關(guān)［18］。HepG2細(xì)胞已被證實(shí)通過(guò)AMPK調(diào)節(jié)胰島素信號(hào)通路和糖代謝相關(guān)基因的表達(dá)［19］。本研究結(jié)果支持這一觀點(diǎn)，ACE2誘導(dǎo) AMPKα2的表達(dá)，糖異生基因(PEPCE和G6Pase)表達(dá)受到抑制，而Glut-2和IRS-2等糖代謝相關(guān)基因表達(dá)量增加。

SOCS-3屬于SOCS蛋白家族，SOCS-3通過(guò)結(jié)合胰島素受體的磷酸化位點(diǎn)來(lái)競(jìng)爭(zhēng)性干預(yù)其他含有SH2結(jié)構(gòu)域蛋白的相互結(jié)合［20］。此外，在肝臟中，誘導(dǎo)SOCS-3的表達(dá)是白介素-6介導(dǎo)的胰島素抵抗的重要機(jī)制之一［21］。綜合上述研究，筆者推測(cè)，ACE2/Ang-(1-7)抑制 SOCS-3的表達(dá)，進(jìn)而 SOCS-3抑制IRS-2和AKT磷酸化的能力降低，從而能改善胰島素抵抗。這也可能是ACE2/Ang-(1-7)改善肝臟糖代謝的又一機(jī)制。

綜上所述，本研究結(jié)果表明，激活A(yù)CE2/Ang-(1-7)可調(diào)節(jié)肝臟糖代謝相關(guān)基因的表達(dá)，這些基因表達(dá)量的改變對(duì)肝臟胰島素抵抗有保護(hù)作用。而這一過(guò)程可能是通過(guò)減低氧化應(yīng)激水平，或是通過(guò)AMPKα2和SOCS-3的調(diào)控作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本研究結(jié)果進(jìn)一步明確了ACE2/Ang-(1-7)在肝臟糖代謝過(guò)程中的作用，并為ACE2/Ang-(1-7)在胰島素增敏機(jī)制中的作用提供了新的線索。

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