令狐秀萍,任壽安
miR-21與JNK在間歇性低氧大鼠心肌損害中的作用
令狐秀萍,任壽安
目的通過建立間歇性低氧大鼠模型,觀察間歇性低氧大鼠心肌組織細胞形態(tài)學變化,并檢測心肌組織中 miR-21、JNK含量的變化,探討間歇性低氧對大鼠心肌損害的影響。方法選取健康雄性 SD 大鼠18只,隨機分 3 組。A組:常氧組(NC),B組:間歇性低氧 4 周組(CIH4),C組:間歇性低氧 8 周組(CIH8),每組6只。將B組、C兩組大鼠放入間歇低氧艙中,分別于 4 周、8 周時處死,對大鼠心肌組織進行HE染色,觀察各組心肌組織細胞形態(tài)學變化;用PCR法測定各組心肌組織中miR-21的表達,用2-ΔΔCT公式計算miR-21 實驗組相對于正常對照組的變化倍數(shù),CT (cycle threshold)值表示其表達量,Western法測定各組大鼠心肌組織中JNK蛋白的表達,用灰度值表示其表達量。結(jié)果對大鼠心肌組織細胞進行形態(tài)學觀察,發(fā)現(xiàn)B組、C組心肌細胞排列紊亂,部分心肌纖維化,且C組更為明顯。B組、C組 miR-21表達較A組增加,且C組較B組更明顯有統(tǒng)計學意義(Plt;0.05);B組、C組 JNK表達較A組增加,且C組較B組更明顯有統(tǒng)計學意義(Plt;0.05);將miR-21 與JNK 兩個指標采用 Spearman相關(guān)分析,表明二者具有明顯相關(guān)性。結(jié)論間歇性低氧引起的心肌損害可能是導致大鼠心肌重構(gòu)的誘因之一; miR-21與 JNK 在間歇性低氧大鼠心肌組織中表達增加,且隨著低氧時間的延長其表達量顯著增加,二者可能在間歇性低氧大鼠心肌重構(gòu)的發(fā)生、發(fā)展中起到重要作用。
心肌重構(gòu);間歇性低氧;微小RNA-21;c-Jun氨基末端激酶; PCR法;Western法;大鼠
阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,OSAHS)是睡眠呼吸結(jié)構(gòu)紊亂性疾病的一種,以慢性間歇性低氧(chronic intermittent hypoxia,CIH)為特征[1],導致機體產(chǎn)生系統(tǒng)性氧化應(yīng)激,體內(nèi)活性氧(Reactive oxygen species,ROS)增多,從而引起脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的氧化損傷,ROS還可作為細胞間信號轉(zhuǎn)導調(diào)控某些基因的表達等諸多途徑促進心肌肥厚、間質(zhì)纖維化和心肌細胞凋亡,導致心室重構(gòu),繼而出現(xiàn)心功能不全、心力衰竭[2]。國外流行病學調(diào)查顯示 OSAHS 在成年男性中發(fā)病率為 2%~4%,女性為 1%~2% ,且發(fā)病率隨年齡增加而增加,65歲以上人群發(fā)病率高達20%~40%[3]。目前已有對冠心病病人合并OSAHS的多個研究提示,夜間睡眠呼吸暫停引起的間歇性低氧與心肌缺血關(guān)系密切[4-5]。
miR-21是一類約由22個核苷酸組成的內(nèi)源性單鏈非編碼小分子RNA。在正常的心肌中miR-21只有微弱的表達。但是,在心肌肥大和心臟衰竭時,miR-21的表達顯著增加[6-7]。在體和離體研究都表明,miR-21主要來自于心肌組織中成纖維細胞的表達,miR-21主要通過調(diào)控心臟成纖維細胞的增殖而參與心肌纖維化的過程[8]。Thum 等[9]通過原位雜交使miR-21在心臟成纖維細胞中被上調(diào),miR-21上調(diào)后抑制軟脂?;椎鞍?(Sprouty1、spry1)的表達,通過對spry1的抑制,細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶/有絲分裂蛋白激酶(ERK/MAPK)通路活性增加,進而參與細胞周期的調(diào)節(jié),促進成纖維細胞的存活、增殖,抑制其凋亡,進而增加了心肌膠原蛋白的分泌,造成心肌成纖維細胞增殖和心肌纖維化,加重心臟組織的損傷程度。
c- Jun 氨基末端激酶(c- Jun N- terminal kinase,JNK)又稱為應(yīng)激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase,SAPK),是哺乳類細胞中絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號通路的一個亞類。JNK是 1990 年被發(fā)現(xiàn)的促 MAPK 超家族成員之一,屬于進化上保守的絲氨酸 / 蘇氨酸蛋白激酶。JNK蛋白激酶由3個基因編碼,jnk 1和jnk 2基因在全身廣泛表達,而jnk 3呈限制性表達,僅見于腦、心臟和睪丸。JNK基因通過選擇性剪接而產(chǎn)生10種JNK形式,JNK基因編碼的蛋白具有或無-COOH末端,結(jié)果產(chǎn)生46 kDa和54 kDa兩種蛋白。第二種剪接是選擇性編碼JNK功能區(qū)兩個外顯子中的一個,但只限于jnk 1和jnk 2基因。不同組織發(fā)出不同指令,通過選擇性剪接,JNK改變停泊位點與底物的結(jié)合能力,從而決定作用底物的特異性[10]。以 JNK 為中心的信號通路可被細胞因子、生長因子、應(yīng)激(如電離輻射、滲透壓、熱休克和氧化損傷)等多種因素激活,引起 MAP3Ks 活化,然后激活 MAP2K 異構(gòu)體 MKK4 和 MKK7,然后磷酸化JNK[11]。大量實驗提示 JNK 信號通路在細胞分化、細胞凋亡、應(yīng)激反應(yīng)以及多種疾病的發(fā)生與發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。王玉環(huán)等[12]研究發(fā)現(xiàn)JNKs參與調(diào)節(jié)心肌肥厚。Wang等[13]利用表達激活的MKK7的重組腺病毒質(zhì)粒轉(zhuǎn)染培養(yǎng)大鼠的心肌細胞,使其特異性的激活心肌細胞JNK信號通路誘發(fā)了特征性的心肌肥大包括心肌細胞體積增大、肌小節(jié)重構(gòu)、心房利鈉因子(ANF)表達增加。
本研究觀察間歇性低氧狀態(tài)下大鼠心肌組織形態(tài)學的改變以及大鼠心肌細胞miR-21、JNK含量的表達,探討間歇性低氧狀態(tài)下心肌重構(gòu)可能的發(fā)生機制以及miR-21與JNK的相關(guān)性。
1.1 實驗分組 選取健康 SD 大鼠,隨機分 3 組。A組:常氧組(NC),B組:間歇性低氧 4 周組(CIH4);C組:間歇性低氧 8周組(CIH8)。每組 6 只,每日常規(guī)給予固定量喂食:普通鼠糧20 g/d,分別于4周、8周時將B組、C組大鼠處死。
1.2 試驗動物 雄性大鼠18只,體重(260±20)g;山西醫(yī)科大學動物中心。
1.3 通氣方案 間歇低氧組:將B組、C組大鼠置于上述低氧艙內(nèi),經(jīng)進氣口交替給予 99.9%的氮氣與99.9%氧氣,將單片機控制系統(tǒng)的一個循環(huán)設(shè)定為 110 s,維持低氧艙內(nèi)氧濃度在7%~21%;常氧組:置于與低氧艙同樣大小的設(shè)置進出氣口的艙內(nèi),持續(xù)給予壓縮空氣,維持氧濃度在 21%。該實驗于每日08:00 時開始、16:00 時結(jié)束,每日通氣時間8 h。
1.4 動物實驗器械及實驗臺 將烏拉坦按照0.4 mL/kg的標準注入大鼠腹腔進行麻醉,隨后將麻醉好的大鼠固定于動物實驗臺,沿腹正中線剖開大鼠腹腔至頸部,止血鉗提起大鼠氣管,分離心臟及周圍組織,獲取心臟組織標本,解剖完成后使用專用垃圾箱收集大鼠尸體。
1.5 心肌組織HE染色 將適量大鼠左心室組織塊用10%甲醛溶液固定后,常規(guī)石蠟包埋;切片機將包埋組織標本切成約5 μm 厚的石蠟切片;常規(guī)脫蠟→各級乙醇水洗→蘇木素染色 1 min→自來水沖洗→乙醇分化自來水放置 5 min→伊紅染色 1 min→脫水封片→400×顯微鏡下觀察心肌組織細胞形態(tài)變化。
1.6 PCR法測定心肌組織中miR-21的含量
1.6.1 miR-21熒光定量PCR檢測 利用Primer3.0軟件合成miR-21上游引物tagcttatcagactgatgttga,miR-21下游引物為試劑盒自帶,采用 U6snRNA 為內(nèi)參照基因F:5’GCTTCGGCAGCACATATACTAAAAT3’、R:5’CGCTTCACGAATTTGCGTGTCAT3’按以下步驟進行RT-qPCR 擴增以檢測miR-21的表達量。室溫融化2×miRNA qPCR premix和Reverse primer(10 μM)。將2×miRNA qPCR premix上下顛倒輕輕混勻,過程中避免起泡,經(jīng)短暫離心后使用。將試劑置于冰上,隨后進行RT-qPCR 擴增反應(yīng)。
1.6.2 miR-21表達相對定量及分析 RT-qPCR 擴增反應(yīng)結(jié)束后,使用ABI7300 SDS Software 自動分析樣本熒光信號并將其轉(zhuǎn)換為Ct值。首先計算各樣本測定基因miR-21 CT與內(nèi)參照基因U6 CT的差值,即ΔCT=CT(miR-21)-CT(U6),再用各實驗組樣本的ΔCT 減去正常對照組樣本的ΔCT,得到ΔΔCT,實驗采用2-ΔΔCT進行計算[1],表示實驗組測定基因miR-21的表達相對與正常對照組樣本miR-21表達的變化倍數(shù)。
1.7 Western法測定心肌細胞JNK的表達 使用石蠟包埋組織蛋白提取試劑盒提取JNK蛋白,隨后進行蛋白電泳、轉(zhuǎn)膜、封閉、抗體孵育、ECL(pierce,KL140454)底物化學發(fā)光法分別檢測β-Actin,c-JNK,進行顯影,定影,并掃描。
2.1 大鼠心肌組織HE染色結(jié)果 A組大鼠心肌細胞結(jié)構(gòu)規(guī)整、排列有序,未見異常增大的細胞核,胞漿染色較均勻一致(見圖1);B組大鼠心肌纖維排列紊亂、粗細長短不等,心肌細胞核大小不等、部分消失,胞漿染色不均勻(見圖2);C組大鼠心肌纖維的長短、粗細及紊亂程度較B組更明顯,且心肌細胞結(jié)構(gòu)較B組也有明顯改變(見圖3)。
2.2 大鼠心肌組織中miR-21的表達 miR-21的表達A組小于B組和C組,其中B組又小于C組有統(tǒng)計學意義(Plt;0.001)。詳見表1。
表1 A組、B組、C組大鼠心肌組織中miR-21表達結(jié)果(±s)
2.3 大鼠心肌細胞JNK蛋白的表達 采用Photoshop7軟件對JNK蛋白及內(nèi)參β-Actin的電泳圖片進行灰度值分析,JNK/β-Actin灰度值的比值為JNK相對含量,比值越大則表達越多。實驗結(jié)果為A組小于B組和C組,且B組又小于C組,有統(tǒng)計學意義(Plt;0.001)。詳見表2。
表2 A組、B組、C組大鼠心肌組織中JNK蛋白表達結(jié)果(±s)
2.4 miR-21與JNK的相關(guān)性分析 通過SPSS20.0 軟件進行Spearman相關(guān)性分析結(jié)果得出P=0.000,相關(guān)系數(shù)為0.794大于0.6,表明miR-21與JNK之間具有強相關(guān)性,miR-21的水平隨著間歇性低氧時間的延長明顯增高,JNK的表達也隨之明顯增高。詳見圖4、圖5。
圖4 miR-21溶解曲線
圖5 JNK相對含量表達
目前阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征的臨床發(fā)病率越來越高,且隨著臨床檢查技術(shù)的發(fā)展其檢出率也逐年提高,人們對該疾病的重視程度亦有相應(yīng)提高。OSAHS作為一種臨床常見病,主要的臨床表現(xiàn)為睡眠過程中反復出現(xiàn)的上氣道受阻(完全或非完全性)導致呼吸暫停、低通氣,表現(xiàn)為睡眠過程中間歇性低氧、反復胸腔負壓增大、二氧化碳潴留、睡眠質(zhì)量下降,白天嗜睡、記憶力受損及心血管系統(tǒng)等多系統(tǒng)損害。OSAHS區(qū)別于其他呼吸系統(tǒng)疾病的最主要特征即為間歇性低氧,間歇低氧又是通過哪些機制對心臟的結(jié)構(gòu)與功能產(chǎn)生影響?目前多數(shù)研究認為 OSAHS主要通過氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)以及對血管內(nèi)皮功能的損害來影響心臟結(jié)構(gòu)及功能[14-15],進而誘發(fā)心血管疾病。Chen等[16]研究大鼠在間歇低氧環(huán)境下暴露5周后的平均動脈壓及左心室射血功能變化,發(fā)現(xiàn)間歇性低氧大鼠平均動脈壓升高、左室射血功能降低,提示間歇低氧可能對大鼠心臟功能產(chǎn)生影響。佟浩等[17]通過對OSAHS 模型大鼠的左室舒張末壓、左室收縮壓及左室壓力變化最大速率變化研究發(fā)現(xiàn),間歇低氧可引起左室血流動力學的改變。OSAHS中的反復間歇性低氧被認為是誘發(fā)氧化應(yīng)激的重要因素,氧化應(yīng)激的實質(zhì)是產(chǎn)生大量的活性氧族(reactive oxygen species,ROS ),引起脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸的氧化損傷,ROS還可作為細胞間信號轉(zhuǎn)導調(diào)控某些基因的表達等諸多途徑促進心肌肥厚、間質(zhì)纖維化和心肌細胞凋亡,導致心室重構(gòu),繼而出現(xiàn)心功能不全、心力衰竭[2]。因此間歇低氧對心臟結(jié)構(gòu)及功能的影響應(yīng)受到足夠的關(guān)注。本實驗通過對間歇性低氧環(huán)境下4周以及8周大鼠的左心室心肌組織HE染色后電鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)間歇性低氧4周時大鼠心肌組織即發(fā)生了心肌纖維排列紊亂、粗細長短不等,心肌細胞核大小不等、部分消失,胞漿染色不均勻的變化,而間歇性低氧8周組大鼠的心肌組織改變更加明顯,提示間歇性低氧可能引起心肌結(jié)構(gòu)的異常改變。
miRNA是近年來發(fā)現(xiàn)的一類由約為22個核苷酸組成的內(nèi)源性單鏈非編碼小分子RNA。從1993年Lee等[18]發(fā)現(xiàn)第一個miRNA分子,到2000年Reinhart等[19]發(fā)現(xiàn)miRNA廣泛存于真核生物中,通過調(diào)控基因表達和蛋白質(zhì)翻譯過程,進而調(diào)節(jié)細胞和生物體內(nèi)重要的生命活動。Corsten等[20]進一步進行了心臟相關(guān)miR(miR1、miR133a、miR208b、miR499),纖維化相關(guān)miR(miR21、miR29b)和炎性相關(guān)miR(miR146、miR155、miR223)的研究;另有關(guān)于miR-21通過調(diào)控TGF-β通路,誘導成纖維細胞增殖,增加基質(zhì)沉積,進而參與調(diào)節(jié)心肌纖維化的研究[21]以及Thum 等[9]通過原位雜交研究發(fā)現(xiàn)miR-21在心臟成纖維細胞中被上調(diào),miR-21抑制spry1的表達,通過spry1抑制細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶/有絲分裂蛋白激酶(ERK/MAPK)通路、調(diào)節(jié)細胞周期,促進成纖維細胞的存活、增殖,抑制其凋亡,進而增加了心肌膠原蛋白的分泌,造成心肌成纖維細胞增殖和心肌纖維化,加重心臟組織的損傷程度。結(jié)合上述研究理論基礎(chǔ),設(shè)計實驗:通過PCR法分別檢測常氧組(A組)、間歇性低氧 4 周組(B組)、間歇性低氧 8 周組(C組)心肌組織中miR-21的相對含量,并通過統(tǒng)計學研究發(fā)現(xiàn)miR-21的表達隨著間歇性低氧時間的延長而明顯增高,且有統(tǒng)計學意義。
JNK信號轉(zhuǎn)導通路是1991年發(fā)現(xiàn)的一類絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路,MAPK信號通路被認為是與細胞增殖、分化、凋亡調(diào)控密切相關(guān)的細胞信號轉(zhuǎn)導途徑。JNK是MAPK最具特征的亞家族成員之一,亦是機體應(yīng)激的主要細胞信號傳導通路之一,可加速細胞凋亡[22-24]。相關(guān)基礎(chǔ)研究已經(jīng)證實JNK信號通路參與了細胞的增殖、分化,維持細胞形態(tài),構(gòu)建細胞骨架,并在細胞凋亡與惡變等多種反應(yīng),主要通過JNK磷酸化蛋白的表達來進行相關(guān)反應(yīng)的調(diào)控[25]。多個研究顯示:JNK的活化參與調(diào)節(jié)心肌肥厚[12],Wang等[13]研究第一次直接證實單獨JNK的活化能充分誘發(fā)特征性的心肌肥大反應(yīng)包括心肌細胞體積增大、肌小節(jié)重構(gòu)。活性氧的生成可以活化c-Jun氨基末端激酶,促進蛋白質(zhì)合成及體積增大等心肌細胞肥大反應(yīng)[26-27]。本實驗通過使用Western blot法分別檢測常氧組(A組)、間歇性低氧 4 周組(B組)、間歇性低氧 8 周組(C組)心肌組織中JNK的含量,并通過統(tǒng)計學研究發(fā)現(xiàn),JNK的表達隨著間歇性低氧時間的延長而明顯增高,且有統(tǒng)計學意義。miR-21表達上調(diào)后抑制spry1的表達,繼而減少spry1對細胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶/有絲分裂蛋白激(ERK/MAPK)通路的抑制,ERK/MAPK通路激活調(diào)節(jié)細胞周期,促進成纖維細胞的存活、增殖,抑制其凋亡,進而增加了心肌膠原蛋白的分泌,造成心肌成纖維細胞增殖和心肌纖維化,在此過程中miR-21與JNK產(chǎn)生相關(guān)性,并通過Spearman分析提示二者具有明顯相關(guān)性。
在間歇性低氧環(huán)境下大鼠模型心肌組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,主要表現(xiàn)在細胞排列紊亂,細胞核大小不等,胞漿染色不均一,心肌纖維排列紊亂、粗細不等;間歇性低氧環(huán)境下大鼠心肌組織中miR-21與JNK的表達均增高,且隨著間歇低氧暴露時間的延長,二者表達均有顯著增高,提示miR-21與JNK參與低氧所致的心肌重構(gòu),因二者表達有明顯相關(guān)性提示可能存在miR-21表達上調(diào)后激活JNK的表達增多,進而參與心肌重構(gòu),也可能同時存在miR-21與JNK通過各自的途徑促進心肌重構(gòu)。因該實驗標本例數(shù)相對較少、間歇性低氧時間相對較短(最長僅為8周),若將標本例數(shù)增多同時延長間歇性低氧暴露時間,miR-21與JNK的表達是否持續(xù)增高及二者是否仍然具有相關(guān)性則需進一步研究。
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2016-05-12)
(本文編輯 王雅潔)
R285.5
A
10.3969/j.issn.1672-1349.2017.21.009
1672-1349(2017)21-2693-05
山西醫(yī)科大學第一醫(yī)院(太原030001)
任壽安,E-mail:renshouan@163.com
信息:令狐秀萍,任壽安.miR-21與JNK在間歇性低氧大鼠心肌損害中的作用[J].中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志,2017,15(21):2693-2697.