糖尿病腎病通過轉錄激活因子3誘導小鼠足細胞凋亡機制

梁順 張鴻 杜玥 李中和 章斌 杜藝

1中山大學附屬第五醫(yī)院腎內(nèi)科（廣東珠海 519000）；2廣東省人民醫(yī)院腎內(nèi)科廣東省醫(yī)學科學院（廣州510080）

糖尿病腎病是導致終末期腎病的主要原因之一，其發(fā)病率在逐年上升［1］。越來越多的研究報道證實腎小球足細胞在糖尿病腎病的發(fā)病機制中具有重要作用［2-4］。體內(nèi)外實驗均表明高糖導致足細胞凋亡增加［5-6］，但足細胞凋亡機制尚未完全明確。國內(nèi)外大量研究表明Yes相關蛋白（yesassociated protein，YAP）是足細胞凋亡生理拮抗劑，對保護足細胞具有重要作用［7-10］。轉錄激活因子3（activating transcription factor 3，ATF3）是具有亮氨酸拉鏈結構（bZIP）的轉錄因子，通過bZIP形成二聚體激活或抑制轉錄［11］。研究發(fā)現(xiàn)ATF3具有雙重效應，在不同細胞中可促進或抑制細胞凋亡［12-13］，但在腎小球足細胞中的凋亡效應的相關研究報道甚少。本研究擬觀察糖尿病小鼠模型腎組織足細胞和體外培養(yǎng)高糖（HG）刺激的足細胞中ATF3的表達情況，并探究ATF3對足細胞的凋亡效應，初步探究其凋亡機制與YAP的關系。

1 材料與方法

1.1儀器和試劑RMPI 1640培養(yǎng)基（CORNING）；0.05%胰酶、胎牛血清（Gibco）；γ干擾素（ProSpec）；核漿蛋白提取試劑盒（凱基）；Annexin V-APC/V450細胞凋亡檢測試劑盒（BD Bioscience）；GAPDH抗體（Bioworld）；ATF3抗體（Abcam）；YAP、Histone、Bcl-2抗體（CST）；BAX、Synaptopodin抗體（Santa）；熒光二抗488、熒光二抗555（Thermo）；腺病毒GFP-ATF3（漢恒生物）；Trizol（Life Technologies）；逆轉錄試劑盒、SYBR GREEN（Takara）。

1.2足細胞的培養(yǎng)和實驗分組條件永生化小鼠足細胞系由Rush University Medical Center惠贈。足細胞復蘇后用含（2～4）×104U/L重組小鼠γ干擾素及10%胎牛血清（FBS）的RMPI 1640培養(yǎng)基先在33℃、5%CO2培養(yǎng)箱中增殖，細胞融合達到70%～80%時，用不含重組小鼠γ干擾素的5%FBS RMPI 1640培養(yǎng)基在5%CO2、37℃培養(yǎng)箱中分化培養(yǎng)。37℃培養(yǎng)10～12 d后，足細胞分化成熟。本實驗所有足細胞實驗均在分化成熟后進行。足細胞實驗分組如下：（1）為明確HG誘導ATF3的時間效應，分組如下：HG（30 mmol/L）培養(yǎng)刺激0、1、2、4、6 h；（2）為探討過表達ATF3對足細胞損傷的影響及其機制，分組如下：Vector組（給予轉染GFP基因的腺病毒干預24 h，此為過表達實驗的對照組）、ATF3組（給予轉染GFP-ATF3基因的腺病毒干預24 h）；（3）為探究HG刺激下ATF3細胞核內(nèi)表達，分組如下：Con組（未加干預對照組）、HG組（30 mmol/L HG干預2 h）。

1.3小鼠腎組織切片本研究所有動物實驗都通過了廣東省人民醫(yī)院實驗動物倫理管理委員會批準。db/db小鼠和同一遺傳背景野生型（BKS）小鼠均購買于南京大學動物研究中心，飼養(yǎng)于中山大學北校區(qū)實驗動物中心。小鼠被麻醉后（氯胺酮70 mg/kg腹腔注射），處死取腎臟組織做冰凍切片，保持于-80℃冰箱。

1.4免疫熒光將細胞或腎組織用冰甲醇固定、0.5%Triton X-100透化、5%胎牛血清蛋白封閉，然后滴加一抗過夜，避光加入相應的熒光二抗，封片，通過激光共聚焦顯微鏡觀察。

1.5Western blot檢測提取蛋白，測定蛋白濃度，加入變性液煮沸變性。蛋白經(jīng)恒壓80 V電泳，恒流200 mA、2 h電轉到PVDF膜上，5%牛奶封閉，加入相應一抗二抗孵育，用化學發(fā)光液曝光，Image J軟件分析灰度值。

1.6實時熒光定量PCRTrizol法提取細胞總RNA，反轉錄試劑盒將RNA反轉錄成cDNA。按照SYBR Green PCR試劑盒說明書操作檢測目的基因表達。每個樣本設3個復孔，定量結果取平均值。引物序列見表1。

1.7流式細胞儀檢測細胞凋亡收集各組細胞，用PBS洗一遍，用200 μL Binding Buffer重懸細胞，加入5 μL Annexin V-APC 和 1 μL V450避光共孵育15 min，在1 h內(nèi)用流式細胞儀檢測。

1.8統(tǒng)計學方法符合正態(tài)分布計量資料用± s表示，組間比較用單因素方差分析，采用LSD檢驗進行兩組間比較。采用統(tǒng)計軟件SPSS 23.0進行統(tǒng)計學分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1ATF3在db/db小鼠腎組織足細胞中表達增加通過組織免疫熒光染色，用腎小球足細胞標記蛋白Synaptopodin來定位足細胞，激光共聚焦顯微鏡觀察，結果顯示與對照BKS小鼠相比，糖尿病模型db/db小鼠的腎組織足細胞中ATF3的表達量明顯增加。見圖1。

圖1 ATF3在db/db小鼠腎組織中表達增加（×400）Fig.1 ATF3 was upregulated in podocytes of db/db mouse（× 400）

2.2 HG刺激足細胞ATF3表達增加體外培養(yǎng)小鼠足細胞分化成熟后，用HG分別處理足細胞0、1、2、4、6 h。實時熒光定量 PCR 顯示 ATF3 mRNA在1 h和2 h時明顯增加（均P＜0.05），隨后逐漸減少，到6 h基本恢復到基線水平（P＞0.05）。Western blot結果顯示，ATF3蛋白在2 h時明顯增加（1、2、4 h與0 h對比，均P ＜ 0.05），隨后逐漸減少，到6 h基本恢復到基線水平（P＞0.05）。見圖2。

圖2 ATF3在高糖干預的足細胞中表達增加Fig.2 ATF3 was increased in high glucose（HG）-treated podoctes

2.3 過表達ATF3增加促進足細胞凋亡熒光定量PCR和Western印跡驗證足細胞過表達效應，結果顯示與Vector組相比ATF3組無論是mRNA水平還是蛋白水平，ATF3過表達效果都非常明顯（均P＜0.05）。見圖3a、3b。過表達足細胞ATF3后，通過Annexin V-APC/V450雙染檢測細胞凋亡情況，結果顯示足細胞過表達ATF3后，凋亡比率明顯增加（P ＜ 0.05）。見圖3c、3d、3e。進一步檢測凋亡相關因子BAX和Bcl-2表達，熒光定量PCR顯示過表達足細胞ATF3后，促凋亡基因BAX表達上調(diào)，抗凋亡基因Bcl-2表達下調(diào)（均P＜0.05）。見圖3f。Western blot結果顯示過表達足細胞ATF3后，促凋亡蛋白BAX表達增加，抗凋亡蛋白Bcl-2表達減少（均P＜0.05）。見圖3g。因此，ATF3表達增高后對足細胞具有促進凋亡效應。

2.4 HG刺激下誘導足細胞核ATF3表達增加HG刺激足細胞2 h后，通過足細胞骨架蛋白Synaptopodin定位足細胞，DAPI標記足細胞核，免疫熒光染色后結果顯示，與Con組比較，HG組ATF3表達明顯增加，且主要在細胞核內(nèi)表達。見圖4a。同樣用HG刺激足細胞2 h后，提取足細胞核蛋白，通過Western blot檢測細胞核內(nèi)ATF3表達發(fā)現(xiàn)，與Con組相比，HG組足細胞核內(nèi)ATF3蛋白表達量明顯增加（P＜0.05）。見圖4b。

圖3 過表達ATF3促進足細胞凋亡Fig.3 Overexpression of ATF3 increased podocyte apoptosis

圖4 高糖誘導足細胞核ATF3表達增加Fig.4 The translocation of ATF3 to the nucleus was increased in HG-treated podocytes

2.5 ATF3下調(diào)YAP表達過表達足細胞ATF3后，與Vector組相比，ATF3組中足細胞YAP mRNA表達減少（P＜0.05）。見圖5a。同樣，在過表達足細胞ATF3后，通過Western blot檢測足細胞中YAP表達情況，結果顯示與Vector組相比，ATF3組足細胞中YAP蛋白表達明顯下調(diào)（P＜0.05）。見圖5b。

圖5 ATF3下調(diào)YAP表達Fig.5 ATF3 down-regulated the expression of YAP

3 討論

近年來，隨著全球經(jīng)濟發(fā)展，生活質(zhì)量的提高，全世界的糖尿病尤其是2型糖尿病的發(fā)病率急劇增加［14］。世界衛(wèi)生組織（WHO）預計，到2030年全球?qū)⒂?.66億糖尿病患者，占全球人口的4.4%［15］。糖尿病腎病是糖尿病的主要并發(fā)癥之一，是導致終末期腎病的主要原因。而目前對糖尿病腎病的發(fā)病機制仍未完全清楚，因此探究糖尿病腎病的發(fā)病機制是我們亟需解決的重任。近年來，多項研究表明足細胞的損傷在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展中起關鍵作用［2-4］。足細胞，一種高度分化的上皮細胞，位于腎小球毛細血管網(wǎng)的外層，和基底膜、內(nèi)皮細胞構成腎小球濾過屏障。足細胞病以蛋白尿為典型特征，幾乎參與了所有腎小球疾病的病理改變，也是臨床治療的重要靶點［16］。因此闡明足細胞損傷機制具有重要意義。ATF3是轉錄因子ATF/CERB家族成員之一，具有DNA結合位點的亮氨酸拉鏈結構（bZIP）［17］，ATF3只有依靠其bZIP結構形成二聚體才能發(fā)揮作用［11］。在卵巢細胞［18］、胰島細胞［13］、內(nèi)皮細胞［19］中，ATF3的表達被證明是促進細胞凋亡的。然而在心肌細胞［12］、神經(jīng)細胞［20］中ATF3具有抗凋亡效應。雖然ATF3在其他細胞中已得到大量的研究，對凋亡具有雙向效應，但在高糖刺激性下足細胞中ATF3的表達情況及是否具有凋亡效應的研究甚少。

本研究在糖尿病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)腎臟足細胞中有表達ATF3，且與對照非糖尿病小鼠相比，糖尿病小鼠的足細胞中ATF3表達明顯增多。因此本研究通過進一步體外實驗，通過高糖干預足細胞，發(fā)現(xiàn)在高糖刺激下短時間內(nèi)ATF3表達上調(diào)。無論在動物模型還是體外培養(yǎng)足細胞中，在高糖刺激下足細胞中ATF3表達量都上調(diào)。表達上調(diào)的ATF3是否對足細胞具有凋亡效應，需要通過進一步過表達足細胞中ATF3進行探究。研究表明當足細胞凋亡增加時，促凋亡因子BAX表達上調(diào)［5］，抗凋亡因子Bcl-2表達下調(diào)［21］。在本研究中，足細胞過表達ATF3后，通過流式細胞技術檢測發(fā)現(xiàn)足細胞凋亡比率明顯增加。進一步檢測凋亡相關因子發(fā)現(xiàn)過表達足細胞ATF3后，足細胞BAX表達增加，Bcl-2表達減少。綜上所述，高糖刺激足細胞中ATF3表達上調(diào)，高表達的ATF3對足細胞具有促凋亡作用。

為探究高糖刺激下增多的足細胞ATF3是如何實現(xiàn)凋亡效應的，進一步實驗探究ATF3可能調(diào)控的相關因子。YAP是Hippo通路中最主要的轉錄因子之一，具有轉錄激活結構域而缺少DNA結合結構域，優(yōu)先與具有DNA結合結構域的因子結合，介導下游靶基因的表達［22］。大量的研究表明YAP具有促細胞增殖，抗細胞凋亡的作用［23］。在腎臟方面，YAP在正常足細胞核內(nèi)大量表達，是足細胞凋亡的生理拮抗劑，對保護足細胞，及糖尿病腎病、局灶節(jié)段性腎小球硬化、慢性腎衰竭等的發(fā)生發(fā)展具有重要作用［10］。筆者團隊前期研究發(fā)現(xiàn)HG處理的足細胞中也存在YAP的表達，且高糖刺激下足細胞凋亡增加，細胞核內(nèi)的YAP表達減少［7］。本次研究發(fā)現(xiàn)ATF3在高糖的刺激下，主要在足細胞核內(nèi)表達增多。高糖刺激下足細胞核內(nèi)增多的促進凋亡的ATF3是否與細胞核內(nèi)抑制凋亡的YAP相關仍待探討。本研究首次探究ATF3與YAP之間的關聯(lián)，在國內(nèi)外研究中在尚無ATF3參與調(diào)控YAP的相關報道。通過過表達足細胞ATF3后檢測足細胞中YAP的表達情況發(fā)現(xiàn)，無論是YAP的mRNA水平還是蛋白水平都在ATF3過表達后下調(diào)了。因此足細胞中ATF3參與調(diào)控YAP的表達，ATF3介導的凋亡效應是通過下調(diào)足細胞凋亡生理拮抗劑YAP實現(xiàn)的。

本研究發(fā)現(xiàn)高糖損傷下，足細胞中ATF3表達增加，表達上調(diào)的ATF3促進足細胞凋亡，其凋亡機制為高糖刺激下誘導細胞核內(nèi)ATF3表達增加，ATF3通過下調(diào)足細胞核內(nèi)凋亡生理拮抗劑YAP導致足細胞損傷。本研究對高糖損傷足細胞及糖尿病腎病的發(fā)生機制有一個新的認識，豐富了YAP抗足細胞凋亡信號通路。本研究后續(xù)還需進一步通過染色質(zhì)免疫共沉淀實驗深入探究ATF3是如何調(diào)控YAP，并通過體內(nèi)實驗驗證ATF3與YAP的關系及對糖尿病腎病的影響，為ATF3應用于臨床改善糖尿病腎病患者足細胞損傷和蛋白尿的發(fā)生提供更多理論依據(jù)。