低氧誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞凋亡和miR-26a低表達(dá)*

李 芳， 魏紅艷， 鄧宇斌， 李 欣， 李恒杰， 胡春林， 盧遠(yuǎn)征， 廖曉星△

(中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院 1急診科， 2轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心，廣東 廣州 510080)

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低氧誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞凋亡和miR-26a低表達(dá)*

李 芳1， 魏紅艷1， 鄧宇斌2， 李 欣1， 李恒杰1， 胡春林1， 盧遠(yuǎn)征1， 廖曉星1△

(中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院1急診科，2轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心，廣東 廣州 510080)

目的： 初步探討氯化鈷(cobalt chloride，CoCl2)是否誘導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells，NSCs)凋亡及其機(jī)制，探討NSCs凋亡是否引起microRNA-26a(miR-26a)表達(dá)變化。方法: 用不同劑量的CoCl2處理NSCs，CCK-8檢測(cè)細(xì)胞活力；TUNEL檢測(cè)細(xì)胞凋亡；建立CoCl2誘導(dǎo)NSCs凋亡的模型，將NSCs分為對(duì)照組和凋亡組，real-time PCR檢測(cè)miR-26a-3p、miR-26a-5p、GSK-3β、Bcl-2、Bax和caspase-3的表達(dá)；Western blotting檢測(cè)Bcl-2和Bax的蛋白水平。結(jié)果: CCK-8結(jié)果顯示不同濃度(200、400和600 μmol/L)CoCl2作用24 h，NSCs活力呈劑量依賴(lài)性下降(P<0.05)。TUNEL檢測(cè)顯示CoCl2(200、400和600 μmol/L)作用24 h后NSCs凋亡率呈劑量依賴(lài)性增加(P<0.05)。Real-time PCR和Western blotting結(jié)果表明凋亡組miR-26a、GSK-3β、Bax和caspase-3表達(dá)增加，Bcl-2、Bcl-2/Bax蛋白水平下降(P<0.05)。結(jié)論: CoCl2(400 μmol/L)作用24 h可建立NSCs凋亡模型，其機(jī)制可能與線粒體凋亡通路有關(guān)；NSCs凋亡時(shí)miR-26a表達(dá)減少。

氯化鈷； 細(xì)胞凋亡； 神經(jīng)干細(xì)胞； miR-26a

神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells，NSCs)具有自我更新和多能分化潛能，是治療多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的希望。但在缺血缺氧性腦病中大腦常嚴(yán)重低氧而使NSCs凋亡增加，自我更新和分化為神經(jīng)元的能力受限[1]。抑制嚴(yán)重低氧微環(huán)境中NSCs凋亡是使NSCs真正發(fā)揮作用的關(guān)鍵。然而其機(jī)制尚不完全清楚。

MicroRNA-26a(miR-26a)在多種腫瘤中出現(xiàn)表達(dá)變化，是調(diào)控膽管細(xì)胞癌等細(xì)胞凋亡和增殖的重要靶點(diǎn)[2]。在大鼠缺氧模型中miR-26a則可調(diào)控新生心肌細(xì)胞凋亡[3]。miR-26a是否與低氧誘導(dǎo)的NSCs凋亡有關(guān)目前卻未見(jiàn)報(bào)道。氯化鈷(cobalt chloride, CoCl2)是公認(rèn)的缺氧誘導(dǎo)劑，具有使用方便、效果確切等優(yōu)點(diǎn)，已用于誘導(dǎo)心肌細(xì)胞等凋亡[4]。本研究擬初步探討CoCl2誘導(dǎo)NSCs凋亡及機(jī)制，探討NSCs的凋亡是否與miR-26a有關(guān)。

材 料 和 方 法

1 動(dòng)物

SPF級(jí)雌性SD大鼠(孕13.5 d)，由中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院動(dòng)物中心提供，許可證號(hào)為SCXK(粵)2011-0029。

2 主要試劑

DMEM/F12(1∶1)培養(yǎng)基、B27、表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor，EGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)、acctuse酶和青、鏈霉素雙抗購(gòu)自Gibco；免疫細(xì)胞化學(xué)染色用小鼠抗大鼠nestin單克隆抗體和GAPDH、Bcl-2、Bax兔抗大鼠Western blotting抗體購(gòu)自Cell Signaling；細(xì)胞核復(fù)染試劑Hoechst 33342和TUNEL凋亡試劑盒購(gòu)自Roche；CoCl2購(gòu)自Sigma；CCK8試劑盒購(gòu)自Dojindo；mRNA提取試劑盒、逆轉(zhuǎn)錄試劑盒和real-time PCR試劑盒購(gòu)自TaKaRa。PCR引物由寶生物工程(大連)有限公司設(shè)計(jì)和合成，見(jiàn)表1。

表1 引物序列

3 主要方法

3.1 NSCs的提取、培養(yǎng)和鑒定 取孕13.5 d的SD大鼠胚胎，在冰PBS中機(jī)械分離海馬組織，離心法收集細(xì)胞，并將其重懸于DMEM/F12 (1∶1)培養(yǎng)基中，添加試劑有以下幾種：20 mg/L EGF、20 mg/L bFGF、1% B27、2 mmol/L谷氨酰胺、5×103U/L青霉素和5 mg/L鏈霉素。細(xì)胞以2×108/L密度種植在25 cm2培養(yǎng)瓶中，每2～3 d半量換液，根據(jù)細(xì)胞的生長(zhǎng)情況5～7 d傳代1 次，傳至第3 代細(xì)胞用于實(shí)驗(yàn)。第3代NSCs培養(yǎng)7 d后在同樣的培養(yǎng)基中種植在多聚賴(lài)氨酸包被的玻片上，約4 h細(xì)胞貼壁后，吸出培養(yǎng)基，用4%的多聚甲醛固定，用0.3%的Triton X- 100通透細(xì)胞，并用10%的BSA封閉，用小鼠抗大鼠nestin抗體4 ℃作用16 h，用于標(biāo)記NSCs的中間絲蛋白，再用熒光Ⅱ抗Alexa Fluor 594室溫下作用2 h，用Hoechst 33342染核后，封片固定，用熒光顯微鏡檢測(cè)。

3.2 實(shí)驗(yàn)分組 用0、200、400和600 μmol/L幾種不同濃度的CoCl2干預(yù)24 h誘導(dǎo)NSCs凋亡，探討最佳致凋亡濃度，建立NSCs凋亡模型。分為正常對(duì)照組(control)和CoCl2組。

3.3 細(xì)胞存活率測(cè)定 取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期細(xì)胞，以每孔1×104接種于96孔板，37 ℃、5%CO2條件下培養(yǎng)24 h，采用0、200、400和600 μmol/L不同濃度的CoCl2處理NSCs 24 h后與CCK-8孵育4 h，用酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀測(cè)定450 nm處吸光度(A)，按公式存活率(%)=實(shí)驗(yàn)組A/對(duì)照組A×100%，算出NSCs存活率。同時(shí)也采用上述方法檢測(cè)了400 μmol/L CoCl2作用不同時(shí)間的NSCs存活率。

3.4 末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的dUTP 缺口末端標(biāo)記測(cè)定法(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP nick end labeling，TUNEL)檢測(cè)NSCs凋亡 NSCs種于多聚賴(lài)氨酸包被的載玻片上，加上述不同濃度的CoCl2處理24 h，4%多聚甲醛固定20 min，0.1% Triton X -100透膜，0.1%檸檬酸鈉孵育后，用TUNEL混合液染色，再用Hoechst 33342染核，封片固定，熒光顯微鏡檢測(cè)凋亡。凋亡指數(shù)=TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞數(shù)/總細(xì)胞數(shù)×100%。

3.5 Real-time PCR測(cè)定miR-26a、GSK-3β、Bax、Bcl-2和caspase-3的表達(dá) 用TaKaRa RNAiso Plus提取RNA。所提RNA 用NanoDrop 2000超微量分光光度計(jì)檢測(cè)A260/A280在1.8～2.0 之間，并檢測(cè)濃度，-80 ℃保存?zhèn)溆谩z測(cè)miR-26a時(shí)采用Poly(A)法進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄，U6為內(nèi)參照。用TaKaRa PrimeScript miRNA QPCR Starter Kit Ver. 2.0進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄和PCR。于LightCycler 480實(shí)時(shí)PCR 系統(tǒng)中進(jìn)行real-time PCR。反應(yīng)條件為：預(yù)變性95 ℃ 30 s；PCR反應(yīng)：95 ℃ 5 s,60 ℃ 20 s,40 cycles；熔解曲線分析：95 ℃ 0 s，65 ℃ 15 s。GSK-3β、Bax、Bcl-2和caspase-3反轉(zhuǎn)錄用TaKaRa PrimeScriptTMRT Master Mix(Perfect Real Time)完成。取100 ng mRNA莖環(huán)引物，用TaKaRa SYBR Premix Ex Taq(Tli RNase H Plus)試劑盒于LightCycler 480實(shí)時(shí)PCR系統(tǒng)中進(jìn)行real-time PCR。反應(yīng)條件：預(yù)變性95℃ 30 s；PCR反應(yīng)取定量分析模式，95 ℃ 5 s，60 ℃ 30 s，40 cycles； 熔解曲線分析：95 ℃ 5 s；50 ℃ 30 s。β-actin為內(nèi)參照。用2-ΔΔCt法計(jì)算以上各基因相對(duì)表達(dá)量。

3.6 Western blotting檢測(cè) 用裂解液裂解細(xì)胞，提取細(xì)胞總蛋白，BCA法測(cè)定蛋白質(zhì)含量。每個(gè)樣本取等量蛋白進(jìn)行SDS-PAGE分離蛋白，電轉(zhuǎn)至PVDF膜上，5%脫脂奶粉封閉液封閉非特異性抗原結(jié)合位點(diǎn)后，加入Bcl-2、Bax、GAPDH的I抗以及相應(yīng)HRP標(biāo)記的II抗，ECL進(jìn)行顯色。GAPDH為內(nèi)參照。

4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

數(shù)據(jù)用SPSS 13.0軟件分析。計(jì)量資料表示方法為均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)，兩組間比較采用Student’s t test，多組間計(jì)量資料比較采用單因素方差分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 胚胎海馬來(lái)源NSCs的培養(yǎng)和鑒定

胚胎海馬來(lái)源的NSCs在DMEM/F12完全培養(yǎng)基中可迅速增殖，培養(yǎng)3～5 d后可形成神經(jīng)球。免疫熒光染色示我們提取的細(xì)胞可表達(dá)nestin(NSCs上的中間絲蛋白)，見(jiàn)圖1。這表明我們提取的細(xì)胞具有NSCs特性。

Figure 1.Identification of the cultured NSCs by observing the immunofluorescence of nestin (×400).

2 CoCl2對(duì)NSCs存活率的影響

CCK-8結(jié)果顯示隨CoCl2濃度的增加，NSCs存活率逐漸下降(P<0.05)。200、400和600 μmol/L CoCl2作用24 h，NSCs的存活率分別是77.6%±6.8%、54.2%±8.3%和19.4%±6.1%。400 μmol/L CoCl2作用于NSCs，隨作用時(shí)間延長(zhǎng)，NSCs的存活率降低(P<0.05)。400 μmol/L CoCl2作用12 h、24 h和48 h，NSCs的存活率分別是61.4%±6.9%、51.7%±8.1%、15.7%±4.2%。表明CoCl2對(duì)NSCs存活率的影響呈時(shí)間和劑量依賴(lài)性，見(jiàn)圖2。

3 CoCl2致NSCs凋亡

為了檢測(cè)不同劑量的CoCl2對(duì)NSCs凋亡的作用，我們采用了TUNEL法檢測(cè)了各組NSCs的凋亡率。TUNEL染色顯示凋亡的NSCs細(xì)胞核呈紅色。不同濃度的CoCl2作用24 h后NSCs凋亡率較control組增加(P<0.05)。隨CoCl2劑量增加，NSCs凋亡率增加。其中400 μmol/L CoCl2誘導(dǎo)NSCs凋亡較control組增加最明顯，見(jiàn)圖3。結(jié)合CCK-8的結(jié)果，我們選取400 μmol/L CoCl2作用24 h制備N(xiāo)SCs凋亡模型進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

Figure 3.Apoptosis of the NSCs detected by TUNEL assay(×200). Mean±SD. n= 5. *P<0.05 vs control group.

4 miR-26a在NSCs凋亡模型中低表達(dá)

為了檢測(cè)NSCs凋亡是否與miR-26a有關(guān)，我們采用real-time PCR檢測(cè)CoCl2組和control組miR-26a-3p和miR-26a-5p的表達(dá)。結(jié)果顯示，CoCl2組miR-26a-3p和miR-26a-5p的表達(dá)較control組明顯下調(diào)(P<0.05)，見(jiàn)圖4，提示NSCs凋亡增加時(shí)miR-26a表達(dá)下調(diào)，miR-26a可能是調(diào)控NSCs凋亡的重要因子。

Figure 4.miR-26a -5p and miR-26a -3p expression in the NSCs treated with 400 μmol/L CoCl2. U6 was used as an internal control. Mean±SD. n=5. *P<0.05 vs control group.

5 NSCs凋亡模型中GSK-3β及凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)變化

為了檢測(cè)NSCs凋亡是否與GSK-3β及凋亡相關(guān)蛋白Bcl-2、Bax、caspase-3的表達(dá)變化有關(guān)，我們采用real-time PCR檢測(cè)CoCl2對(duì)GSK-3β、Bcl-2、Bax和caspase-3表達(dá)的影響。結(jié)果顯示CoCl2上調(diào)GSK-3β、Bax和caspase-3的表達(dá)，而下調(diào)Bcl-2的表達(dá)(P<0.05)。同時(shí)我們采用Western blotting 檢測(cè)了Bax和Bcl-2表達(dá)，結(jié)果顯示Bcl-2和Bcl-2/Bax較control組表達(dá)下調(diào)(P<0.05)，而B(niǎo)ax則表達(dá)上調(diào)(P<0.05)，見(jiàn)圖5。

討 論

CoCl2可誘導(dǎo)多種細(xì)胞損傷，本研究CCK-8結(jié)果顯示CoCl2對(duì)NSCs的損傷呈劑量依賴(lài)性，CoCl2對(duì)NSCs的半抑制濃度是400 μmol/L。但CoCl2對(duì)不同細(xì)胞的致?lián)p傷濃度不同。100 μmol/L CoCl2作用7 d可使少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞發(fā)生慢性缺血缺氧性損傷[5]。200 μmol/L CoCl2處理可建立肝癌細(xì)胞缺氧損傷模型[6]。本研究發(fā)現(xiàn)400 μmol/L氯化鈷作用24 h可建立NSCs凋亡模型。其它研究中CoCl2也是致細(xì)胞凋亡的常用試劑。600 μmol/L CoCl2可使PC12細(xì)胞凋亡顯著增加[7]。以上結(jié)果表明，CoCl2可誘導(dǎo)NSCs損傷，可用于建立NSCs低氧損傷和凋亡模型。

Figure 5.The expression of GSK-3β, Bax, BCl-2 and caspase-3. A, B: real-time PCR analysis showed up-regulation of GSK-3β, Bax and caspase-3 and down-regulation of BCl-2. β-actin was used as an internal control. C: Western blotting analysis of Bax and BCl-2 protein expression. GAPDH was used as an internal control. Mean±SD. n=5. *P<0.05 vs control group.

本研究通過(guò)real-time PCR和Western blotting實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)CoCl2誘導(dǎo)的NSCs凋亡模型中Bax、caspase-3表達(dá)上調(diào)，而B(niǎo)cl-2、Bcl-2/Bax則下調(diào)。線粒體凋亡途徑在缺血缺氧性腦損傷中起了重要作用[8]。Bax和Bcl-2是線粒體凋亡途徑的重要因子，Bcl-2/Bax下降在神經(jīng)元的凋亡中起關(guān)鍵作用[9]。有文獻(xiàn)報(bào)道端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶可通過(guò)增加Bcl-2/Bax比率而抑制神經(jīng)元的凋亡[10]，提示CoCl2誘導(dǎo)NSCs凋亡可能涉及線粒體凋亡通路。

本研究中發(fā)現(xiàn)NSCs凋亡模型中miR-26a表達(dá)明顯下調(diào)。miR-26a與多種細(xì)胞的存活和凋亡有關(guān)。多項(xiàng)研究表明miR-26a促進(jìn)細(xì)胞的增殖，減少細(xì)胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)miR-26a增加神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞瘤的增殖和血管生成[11]。也有研究顯示miR-26a抑制小鼠骨骼肌細(xì)胞凋亡，促進(jìn)其分化和增殖[12]。以上結(jié)果表明，miR-26a可能成為NSCs凋亡的重要調(diào)控因子。

本研究中real-time PCR的結(jié)果還表明NSCs凋亡模型中miR-26a減少的同時(shí)伴有GSK-3β升高。GSK-3β是一種多功能的激酶，參與了多種細(xì)胞凋亡和增殖的調(diào)控。文獻(xiàn)報(bào)道在膽管細(xì)胞癌中miR-26a通過(guò)抑制GSK-3β的表達(dá)而發(fā)揮促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和抑制凋亡的作用[2]。在胃癌細(xì)胞中GSK-3β過(guò)表達(dá)也可抑制其增殖[13]。以上結(jié)果提示miR-26a可能通過(guò)GSK-3β介導(dǎo)的信號(hào)通路發(fā)揮其在NSCs凋亡中作用，這也是本課題組下一步的研究方向。

綜上所述，CoCl2可誘導(dǎo)NSCs凋亡，其機(jī)制可能與線粒體凋亡通路有關(guān)。miR-26a、GSK-3β可能參與了低氧條件下NSCs凋亡的調(diào)控。

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Hypoxia promotes apoptosis of neural stem cells and down-regulates miR-26a

LI Fang1, WEI Hong-yan1, DENG Yu-bin2, LI Xin1, LI Heng-jie1, HU Chun-lin1, LU Yuan-zheng1, LIAO Xiao-xing1

(1EmergencyDepartment,2ResearchCenterofTranslationalMedicine,TheFirstAffiliatedHospital,SunYat-senUniversity,Guangzhou510080,China.E-mail:liaowens@163.com)

AIM: To investigate the effect of cobalt chloride (CoCl2) on the apoptosis of neural stem cells (NSCs) and the expression of microRNA-26a (miR-26a)invitro, and to explore the mechanisms of NSC apoptosis induced by CoCl2. METHODS: NSCs were exposed to CoCl2at different doses (200～600 μmol/L) for 24 h. The cell viability and apoptosis were measured by CCK-8 assay and TUNEL method. The expression of miR-26a-3p, miR-26a-5p, GSK-3β, caspase-3, Bcl-2 and Bax was examined by real-time PCR. The protein levels of Bcl-2 and Bax were detected by Western blotting. RESULTS: The cell viability was inhibited and the apoptosis of NSCs was increased significantly by CoCl2in a dose-dependent manner (P<0.05). CoCl2at concentration of 400 μmol/L for 24 h was used to induce apoptosis and the expression of miR-26a was down-regulated compared with control (P<0.05). Exposure to CoCl2at concentration of 400 μmol/L up-regulated the expression of GSK-3β, caspase-3 and Bax, down-regulated the expression of Bcl-2 and Bcl-2/Bax (P<0.05). CONCLUSION: CoCl2at concentration of 400 μmol/L induces the apoptosis of NSCs obviously. CoCl2may induce the NSC apoptosis by mitochondrial apoptotic pathway. Declining miR-26a may be related to NSC apoptosis.

Cobalt chloride; Apoptosis; Neural stem cells; miR-26a

1000- 4718(2015)01- 0081- 06

2014- 10- 08

2014- 11- 26

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No. 81372023)

△通訊作者 Tel: 020-87331698; E-mail: liaowens@163.com

R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2015.01.016