PDCD4對高糖誘導的胰島β細胞損傷的影響及機制研究

緱麗莎，鄭貝貝，齊亞丹，張翼

(周口市中心醫(yī)院內分泌科，河南 周口466000)

糖尿病是一種糖、蛋白質、脂肪等代謝紊亂的慢性疾病，糖尿病主要是由于機體內的胰島素不足引起的，β細胞是一種內分泌細胞，其具有分泌胰島素的作用，胰島β細胞分泌胰島素主要受到血糖的影響[1,2]。研究表明，胰島β細胞過度凋亡引起的胰島β細胞功能異常是糖尿病胰島β細胞損傷發(fā)生的重要原因之一，探討高糖環(huán)境下胰島β細胞損傷機制對于研究糖尿病的發(fā)病機制具有重要意義[3]。程序性細胞死亡4(programmde cell death 4,PDCD4)是一種新發(fā)現(xiàn)的抑癌基因，其參與調控蛋白質翻譯、基因的轉錄過程，在細胞程序性死亡過程中發(fā)揮促進作用[4]。近年來的研究顯示，PDCD4參與糖尿病發(fā)生過程，與高糖環(huán)境下的心肌細胞、血管內皮細胞等細胞損傷發(fā)生有關[5-7]。本研究通過下調胰島β細胞中PDCD4的表達水平，探討敲低PDCD4在高糖誘導的胰島β細胞損傷中的作用，為明確糖尿病胰島β細胞損傷機制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料 胰島β細胞INS-1購自武漢普諾賽(Procell)生命科技有限公司;PDCD4 siRNA重組慢病毒、陰性對照慢病毒由吉滿生物科技(上海)有限公司構建；GAPDH、PDCD4引物由南京金斯瑞生物科技有限公司合成；Realtime PCR試劑盒(SYBR Green)購自上海索寶生物科技有限公司；丙二醛(malonaldehyde，MDA)含量檢測試劑盒、超氧化物歧化酶 (Superoxide Orgotein Dismutase,SOD)含量檢測試劑盒購自東仁化學科技(上海)有限公司；胰島素含量檢測試劑盒購自北京利維寧生物科技有限公司；活化型Caspase-3(Cleaved Caspase-3)抗體購自美國CTS。

1.2 慢病毒感染和分組 INS-1細胞接種到12孔細胞培養(yǎng)板內，細胞密度為35%左右時，取慢病毒液，添加到細胞中，感染復數(shù)為10，同時添加Polybrene(終濃度為 6mg/L)，放在 37℃，5%CO2 培養(yǎng)箱內培養(yǎng)過夜，將病毒液吸棄，加入完全培養(yǎng)液，觀察細胞融合度為90%，觀察綠色熒光表達情況，感染效率高于90%。分別取穩(wěn)定感染PDCD4 siRNA重組慢病毒、陰性對照慢病毒的INS-1細胞用含有25mmol/L葡萄糖的細胞培養(yǎng)液培養(yǎng)依次記為干擾組、陰性對照組，同時取沒有感染慢病毒的INS-1細胞用含有25mmol/L葡萄糖的細胞培養(yǎng)液培養(yǎng)記為高糖組，沒有感染慢病毒的INS-1細胞用含有5.5mmol/L葡萄糖的細胞培養(yǎng)液培養(yǎng)記為對照組。以Realtime PCR和Western blot檢測高糖組、陰性對照組、干擾組細胞中PDCD4的表達變化，確定PDCD4 siRNA對高糖條件下INS-1細胞中PDCD4敲低效果。

1.3 Realtime PCR檢測PDCD4表達變化 高糖組、陰性對照組、干擾組細胞培養(yǎng)48h以后，用Trizol試劑提取各組胰島β細胞中的總RNA，取1μg的RNA樣品，反轉錄合成cDNA后，根據Realtime PCR試劑盒(SYBR Green)檢測PDCD4表達變化。PDCD4引物：上游5，-CCAAAGAAAGGTGGTGCA-3’，下游 5，-TGAGGTACTTCCAGTTCC-3’。 內參 GAPDH引物： 上游：5，-CCATGTTCGTCATGGGTGTGAACCA-3’， 下游 5，-GCCAGTAGAGGCAGGGATGATGTTC-3’。根據每個樣本反應的Ct值，得到△Ct，根據2-△△Ct方法計算PDCD4表達變化。

1.4 Western blot檢測PDCD4表達變化 高糖組、陰性對照組、干擾組細胞培養(yǎng)48h以后，添加細胞裂解溶液，冰浴40min后，在4℃，12000g離心10min，吸取上清(即蛋白溶液)，用BCA方法檢測蛋白濃度以后，添加Loading Buffer混合，置于沸水中煮5min后，添加至蛋白凝膠上樣孔內，每個孔內的蛋白量為30μg，接入電源，50V電壓觀察藍色條帶進入到分離膠和濃縮膠的交接處以后，把電壓調整為120V，等到藍色條帶跑出分離膠時，終止電泳。在300mA電流條件下將凝膠上的蛋白轉移到PVDF膜上，轉膜時間為100min，PVDF膜置于含有封閉液(5%牛血清白蛋白)的平皿內，放在室溫反應2h。把PVDF膜放在抗體孵育袋中，以1mL/cm2添加 PDCD4 抗體(1：600)，封口，放在 4℃中過夜，同樣的方法與二抗反應后，化學發(fā)光，用Vision Workers LS分析光密度值，內參為GAPDH。

1.5 CCK8檢測增殖變化 INS-1細胞按照105個/mL細胞密度接種到96孔板內，按照對照組、高糖組、陰性對照組、干擾組分組方法處理細胞，培養(yǎng)48h后，在每孔中添加CCK8工作液10μL，繼續(xù)孵育4h后，調整酶標儀波長為450nm，以不含細胞的孔調零以后，測定每孔的OD值，把對照組細胞存活率設置為100%，分析高糖組、陰性對照組、干擾組細胞存活率變化。

1.6 流式細胞術檢測凋亡變化 按照對照組、高糖組、陰性對照組、干擾組分組方法處理細胞，培養(yǎng)48h后，用PBS將細胞懸浮，4℃離心后，棄上清，添加300μL的結合緩沖液，再加入PI和Annexin VFITC染色以后，繼續(xù)加入200μL的結合緩沖液，用流式細胞儀檢測細胞凋亡變化。

1.7 Western blot檢測Cleaved Caspase-3蛋白水平變化 按照對照組、高糖組、陰性對照組、干擾組分組方法處理細胞，培養(yǎng)48h后，用Western blot方法檢測細胞中Cleaved Caspase-3蛋白表達水平，步驟同1.4。

1.8 細胞中MDA、SOD水平檢測 按照對照組、高糖組、陰性對照組、干擾組分組方法處理細胞，培養(yǎng)48h后，用黃嘌呤氧化法檢測細胞中SOD活性，硫代巴比妥酸法檢測細胞中MDA含量，具體操作按照試劑盒說明書進行。

1.9 細胞分泌胰島素水平檢測 按照對照組、高糖組、陰性對照組、干擾組分組方法處理細胞，培養(yǎng)48h后，吸取培養(yǎng)液上清用ELISA法檢測胰島素水平，步驟按照試劑盒說明書進行。

1.10 統(tǒng)計分析 實驗數(shù)據用SPSS21.0軟件分析，數(shù)據按照均數(shù)標準差(meanSD)表示，多組差異比較采用單因素方差分析，組間比較用SNK-q檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 PDCD4 siRNA降低高糖環(huán)境下胰島β細胞中PDCD4表達水平 PDCD4 siRNA可以明顯下調高糖環(huán)境下胰島β細胞中PDCD4 mRNA和蛋白水平，構建了高糖條件下敲低PDCD4表達的胰島β細胞。見圖1、表1。

圖1 Western blot檢測PDCD4 siRNA對高糖環(huán)境下胰島β細胞中PDCD4表達影響

表1 PDCD4 siRNA對高糖環(huán)境下胰島β細胞中PDCD4表達影響(meanSD)

2.2 敲低PDCD4提高高糖條件下胰島β細胞增殖活性并減少細胞凋亡 高糖條件下胰島β細胞的存活率降低，細胞凋亡率升高，細胞中Cleaved Caspase-3蛋白水平升高。敲低PDCD4后的胰島β細胞經過高糖處理后，細胞的存活率升高，細胞凋亡率降低，細胞中Cleaved Caspase-3蛋白水平下降。敲低PDCD4可以逆轉高糖對胰島β細胞增殖抑制和凋亡促進作用。見圖2、表2。

2.3 敲低PDCD4降低高糖條件下胰島β細胞氧化損傷 高糖條件下胰島β細胞中MDA含量升高，SOD活性降低。敲低PDCD4后的胰島β細胞經過高糖處理后，細胞中MDA含量減少，細胞中SOD活性升高。敲低PDCD4可以提高高糖環(huán)境下胰島β細胞抗氧化酶活性，減少細胞氧化損傷。見表3。

圖2 敲低PDCD4對高糖誘導的胰島β細胞凋亡的影響

表2 敲低PDCD4對高糖環(huán)境下胰島β細胞增殖凋亡影響(meanSD)

表3 敲低PDCD4對高糖環(huán)境下胰島β細胞中MDA、SOD水平影響(meanSD)

2.4 敲低PDCD4提高高糖條件下胰島β細胞分泌胰島素水平 高糖條件下胰島β細胞分泌的胰島素水平降低。敲低PDCD4后的胰島β細胞經過高糖處理后，細胞分泌的胰島素水平升高。敲低PDCD4可以提高高糖環(huán)境下胰島β細胞分泌胰島素水平。見表4。

3 討論

胰島β細胞異常是糖尿病發(fā)生的直接原因，胰島β細胞數(shù)量急劇減少導致細胞分泌的胰島素不足，進而誘發(fā)蛋白質、糖等物質代謝紊亂[8]。氨基酸、激素、高血糖等都是誘導胰島β細胞功能異常的誘發(fā)因子，其中高血糖是最為重要的誘導因子[9,10]。高血糖誘導胰島β細胞凋亡和胰島素分泌減少[11]。本實驗的結果顯示，高糖處理后的胰島β細胞增殖活性降低，細胞凋亡增多，細胞分泌的胰島素減少，提示成功構建了糖尿病胰島β細胞體外損傷模型。

表4 敲低PDCD4對高糖環(huán)境下胰島β細胞分泌胰島素水平影響(meanSD)

本次實驗研究用PDCD4 siRNA下調胰島β細胞中PDCD4的表達水平，發(fā)現(xiàn)細胞增殖能力升高，細胞凋率降低，敲低PDCD4具有少高糖誘導的胰島β細胞凋亡的作用，這可能提示，PDCD4在糖尿病胰島β細胞損傷中發(fā)揮促進作用。PDCD4是在小鼠體內發(fā)現(xiàn)的凋亡相關基因，后續(xù)在人類及大鼠等生命體內發(fā)現(xiàn)PDCD4的存在，人類PDCD4基因定位在10q24染色體上，其編碼的蛋白質由469個氨基酸組成，其氨基側含有一個MA3結構域，該結構域參與真核細胞翻譯起始因子的激活過程，具有抑制核糖體復合物及蛋白合成的作用，PDCD4蛋白的氨基和羧基的末端含有核定位信號和核輸出信號，另外，PDCD4蛋白還含有多個蛋白激酶的磷酸化位點，PDCD4的這些結構特點決定了其具有多種生物學功能，參與細胞生長凋亡過程[12-14]。PDCD4具有促細胞凋亡、促進氧化應激等作用，不僅參與正常細胞生理功能發(fā)生，還參與病理狀態(tài)下細胞損傷過程，PDCD4在動脈粥樣硬化、腫瘤、糖尿病、肥胖等疾病中均發(fā)揮關鍵作用，PDCD4基因缺失的小鼠經高脂飼喂后，小鼠發(fā)生肥胖的數(shù)量明顯降低，PDCD4還參與高糖誘導的心肌細胞、血管內皮細胞等多種細胞損傷發(fā)生，還有研究顯示，敲低PDCD4的表達可以抑制糖尿病條件下胰島β細胞的缺失，敲低PDCD4可能具有保護胰島β細胞的作用[15-18]。上述實驗研究報道同我們的實驗結果一致，說明敲低PDCD4具有抑制糖尿病胰島β細胞損傷的作用。

高糖誘導的胰島β細胞損傷與氧化應激等有關，SOD是細胞內氧自由基清除的抗氧化酶，MDA是細胞內脂質發(fā)生過氧化的產物，SOD活性降低導致氧自由基大量積累誘導氧化損傷[19]。另外，細胞內過量的氧自由基能夠誘導Caspase凋亡反應，引起細胞凋亡發(fā)生，Caspase-3是細胞凋亡的執(zhí)行因子，其活化后可以促進細胞凋亡發(fā)生[20,21]。PDCD4表達水平的高低與細胞抗氧化能力、細胞凋亡水平等密切相關[22]。本實驗表明，敲低PDCD4可以提高高糖環(huán)境下胰島β細胞中SOD活性，降低細胞中MDA水平，減少細胞凋亡，提示敲低PDCD4具有抑制高糖誘導的胰島β細胞氧化應激和細胞凋亡的作用。

總之，敲低PDCD4對高糖誘導的胰島β細胞功能損傷具有保護作用，其可能通過減少氧化應激誘導的細胞凋亡促進胰島β細胞分泌胰島素，這為研究糖尿病條件下胰島β細胞損傷機制提供了參考。目前對于其具體的作用機制尚不明確，在以后的研究中會進行探討。