高小燕, 李 昕, 韋鑒欽, Nanette Hahr BISHOPRIC, 王釗煜, 周慧珊, 饒 芳△, 鄧春玉
(1華南理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院, 廣東 廣州 510006; 2廣東省心血管病研究所心內(nèi)科, 廣東省人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究部,廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院, 廣東 廣州 510080; 3邁阿密大學(xué)米勒醫(yī)學(xué)院, 分子心臟病學(xué)及分子和細(xì)胞藥理學(xué)系, 美國 佛羅里達(dá)州 邁阿密 33101)
房顫(atrial fibrillation,AF)是臨床最常見的心律失常之一,其發(fā)病率隨著年齡的增長(zhǎng)而增加。隨著人口的老齡化,我國AF的發(fā)病率逐年增加,探索衰老在AF發(fā)病中的機(jī)制顯得尤為重要。結(jié)構(gòu)重塑是AF發(fā)生的主要病理機(jī)制之一,而心房擴(kuò)大和纖維化是AF結(jié)構(gòu)重塑的主要表現(xiàn)[1],心房纖維化可使心房傳導(dǎo)發(fā)生異常,從而產(chǎn)生心房折返通路誘發(fā) AF[2]。研究者發(fā)現(xiàn)與老年患者相比,年輕患者左房纖維化更少。年老組患者左房基質(zhì)金屬蛋白酶2/9(matrix metalloproteinase-2/-9, MMP-2/9)活性明顯升高,而金屬蛋白酶組織抑制劑物(tissue inhibitors of metalloproteinases,TIMP)水平明顯降低,年齡是唯一影響纖維化形成的因素[3]。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)亦發(fā)現(xiàn),快速起搏誘發(fā)AF的老年犬其左房纖維化相對(duì)于成年犬要嚴(yán)重[4]。主動(dòng)脈縮窄術(shù)后心臟纖維化小鼠心臟中,衰老的心臟成纖維細(xì)胞(cardiac fibroblasts,CFs)明顯增加[5];在人體組織中,亦發(fā)現(xiàn)AF患者心臟纖維化亦伴隨著衰老CFs的堆積[6],提示衰老CFs在心臟纖維化中起重要作用。此外,另有研究顯示,衰老可使心臟膠原合成降解失衡,膠原交聯(lián)增強(qiáng),最終導(dǎo)致纖維化發(fā)生[7-8]。
p300是一種能與腺病毒E1A蛋白相互作用的蛋白質(zhì),因其分子量為300 kD,被命名為p300,也被稱為KAT3B或EP300。作為重要的真核生物基因調(diào)控因子,p300參與細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化[9]。研究表明,p300參與慢性高血糖所致人皮膚微血管內(nèi)皮細(xì)胞衰老[10],以及維持端粒功能和調(diào)節(jié)端粒相關(guān)的DNA損傷反應(yīng)進(jìn)而影響細(xì)胞衰老和周期[11];p300在硬皮病患者皮膚成纖維細(xì)胞中表達(dá)增加,且參與人皮膚成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)/Smads誘導(dǎo)的膠原生成增加[12]。因此,p300不僅參與細(xì)胞衰老的發(fā)生,還參與纖維化的發(fā)生,但是p300在CFs衰老及衰老相關(guān)纖維化中的作用尚不清楚。
綜上所述,進(jìn)一步明確p300在CFs衰老相關(guān)纖維化中的作用對(duì)了解衰老在AF發(fā)生發(fā)展中的作用具有重要意義。因此,本研究擬用不同月齡的C57BL/6小鼠以及不同代數(shù)的CFs為研究對(duì)象,觀察p300、衰老及纖維化相關(guān)蛋白的表達(dá)變化,并干預(yù)p300,觀察其對(duì)CFs衰老的影響。
SPF級(jí)C57BL/6小鼠,雄性,3周齡,7周齡、5月、13月和18月齡,由廣東省廣州中醫(yī)藥大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供,許可證號(hào)為SCXK(粵)2013-0034。不同基因型(p300+/+和p300flox/+)小鼠獲贈(zèng)于Dr. David Roux(Jackson Laboratory in Miller School of Medicine in University of Miami)。心臟成纖維細(xì)胞由小鼠心臟分離獲取,連續(xù)傳代至20代。本研究所有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已通過廣東省人民醫(yī)院(廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理審查(No.GDREC2016128A)。
DMEM-F12 培養(yǎng)基(HyClone);特級(jí)澳洲胎牛血清和 0.25% EDTA-胰蛋白酶(Gibco);pBS185CMV-Cre 質(zhì)粒和Neo-pEGFP-C1質(zhì)粒(Addgene);G418和質(zhì)粒提取試劑盒GenElute Plasmid DNA Miniprep Kit(Sigma);DNeasy Blood & Tissue 試劑盒(Qiagen);轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamine 2000(Invitrogen);DNA 及蛋白 marker(Fermentas);抗p300 抗體(Millipore);抗I型膠原蛋白α1鏈(collagen type I α1 chain,Col1A1)抗體(Abcam);抗MMP-2和p21抗體(Santa Cruz);抗p53、GAPDH、β-actin和TGF-β抗體及衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶(senescence-associated β-galactosidase,SA-β-Gal) 染色試劑盒(Cell Signaling Technology);其它生化試劑均為進(jìn)口分裝或國產(chǎn)分析純化。
3.1細(xì)胞培養(yǎng)、質(zhì)粒轉(zhuǎn)染和克隆獲取 使用0.25%EDTA-胰蛋白酶,從C57BL/6小鼠(3周齡)及p300+/+和p300flox/+小鼠(3月齡)心臟中消化分離心臟成纖維細(xì)胞,采用DMEM/F12培養(yǎng)基(含10% FBS、100 mg/L 鏈霉素和1×105U/L青霉素)培養(yǎng)于37 ℃、5% CO2培養(yǎng)箱。C57BL/6小鼠(3周齡)心臟成纖維細(xì)胞傳代至第3、7和11代,用0.25%EDTA-胰蛋白酶消化收集于EP管,用于后續(xù)實(shí)驗(yàn);p300+/+和p300flox/+小鼠(3月齡)心臟成纖維細(xì)胞傳代至第4代,將細(xì)胞接種于60 mm培養(yǎng)皿中,待細(xì)胞密度達(dá)70%~80%時(shí)即進(jìn)行轉(zhuǎn)染。3.3 μg plasmid(3 μg pBS185CMV-Cre+0.3 μg Neo-pEGFP-C1)與相應(yīng)體積的Opti-MEM培養(yǎng)基混合均勻,10 μL Lipofectamine 2000試劑與相應(yīng)體積Opti-MEM培養(yǎng)基混合室溫孵育5 min。然后將分別含有plasmid 和脂質(zhì)體的溶液混合,輕柔混勻,室溫孵育20 min后加入心臟成纖維細(xì)胞的培養(yǎng)基中,混勻,于37 ℃、5%CO2細(xì)胞培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)24 h。然后給予G418(1.1 g/L)進(jìn)行篩選,獲得細(xì)胞克隆,挑取細(xì)胞克隆擴(kuò)增,獲得穩(wěn)定表達(dá)的細(xì)胞株。
3.2PCR鑒定細(xì)胞基因型 采用DNeasy Blood & Tissue 試劑盒分離提取各組細(xì)胞的DNA,分光光度法測(cè)定計(jì)算提取的DNA含量及濃度。PCR總反應(yīng)體積為25 μL,其中具體方法如下:10 mmol/L dNTP,0.5 μL;50 mmol/L MgCl2,1.25 μL;10×PCR buffer,2.5 μL;10 μmol/L p300Xba+117S,1 μL;10 μmol/L p300Bam-460AS,1 μL;H2O,17.5 μL;DNA,1 μL;Taq polymerase,0.25 μL。引物序列:p300Xba+117S:5′-TGGACTGGTTATCGGTTCACC-3′;p300Bam-460AS:5′-CAGTTACATACAGCTGTGATG-3′。PCR程序?yàn)椋?4 ℃ 5 min;33×(94 ℃ 10 s、55 ℃ 1 min、68 ℃ 2 min);72 ℃ 7 min;4 ℃ forever。野生型的目的條帶為800 bp,flox的條帶為1 kb。然后,取PCR產(chǎn)物加適量上樣緩沖液,在瓊脂糖凝膠上電泳,凝膠圖像成像系統(tǒng)拍攝保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
3.3Western blot實(shí)驗(yàn) 細(xì)胞或剪碎研磨的組織內(nèi)加入適量 RIPA裂解液,同時(shí)加入蛋白酶抑制劑,冰上裂解30 min,收集裂解液,12 000 r/min離心20 min,取上清,分裝后儲(chǔ)存于-80 ℃。測(cè)定蛋白濃度后,4×上樣緩沖液(Invitrogen)稀釋后的30 μg樣本,95 ℃煮5 min。8%~10% SDS-PAGE分離蛋白,然后轉(zhuǎn)至PVDF膜。TBST-脫脂牛奶室溫下封閉2 h,加入相應(yīng)Ⅰ抗[p300(1∶1 000)、Col1A1(1∶2 500)、MMP-2(1∶2 000)、p53(1∶1 000)、TGF-β(1∶1 000)、p21(1∶750)和GAPDH(1∶1 000)],4 ℃過夜。TBST 洗3次,每次10 min。根據(jù)Ⅰ抗來源種屬選擇合適的Ⅱ抗(辣根過氧化物酶標(biāo)記的抗兔或抗小鼠IgG),5%脫脂奶粉1∶1 000比例稀釋,室溫孵育1 h。TBST洗3次,每次10 min。ECL 試劑盒顯影蛋白條帶,ImageJ軟件定量分析蛋白灰度值,計(jì)算比值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
3.4SA-β-Gal染色 將細(xì)胞接種于6孔板,待細(xì)胞融合度達(dá)50%~70%可進(jìn)行SA-β-Gal染色。棄培養(yǎng)基,PBS清洗3次,室溫固定15 min,PBS清洗3次,按SA-β-Gal染色試劑盒說明配制染色工作液,調(diào)整pH至6.0,每孔加入1 mL染色液,37 ℃無CO2培養(yǎng)箱避光孵育24 h后,顯微鏡下采集圖像。
3.5活細(xì)胞計(jì)數(shù) 將細(xì)胞制成細(xì)胞懸液,輕輕吹打細(xì)胞懸液,使細(xì)胞均勻分布;0.4%臺(tái)盼藍(lán)以1∶9與細(xì)胞懸液充分混勻,吸出少許細(xì)胞懸液滴于細(xì)胞計(jì)數(shù)板,靜置1~2 min,拒染的為活細(xì)胞;顯微鏡下對(duì)計(jì)數(shù)板4個(gè)大格內(nèi)的活細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù),遵循計(jì)上不計(jì)下,計(jì)左不計(jì)右原則;根據(jù)公式“細(xì)胞數(shù)=4大格細(xì)胞計(jì)數(shù)總數(shù)/4×稀釋倍數(shù)×104×細(xì)胞懸液體積”算得細(xì)胞數(shù)目。
用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)均采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤(mean±SEM)表示,兩組間比較采用t檢驗(yàn),多組間比較采用單因素方差分析,組間兩兩比較采用LSD和SNK檢驗(yàn),以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
Western blot檢測(cè)不同月齡(7周、5月、13月和18月齡)C57BL/6小鼠左心房組織中p300,衰老相關(guān)指標(biāo)p53和p21及纖維化相關(guān)蛋白Col1A1、MMP-2和TGF-β。結(jié)果顯示,隨著月齡增加,13月和18月齡小鼠左心房組織p300蛋白表達(dá)升高(P<0.01);與7周齡小鼠相比,13月和18月齡小鼠左心房組織p53和p21蛋白表達(dá)亦明顯增加(P<0.05);纖維化相關(guān)蛋白Col 1A1的表達(dá)在13月和18月齡小鼠左心房組織中表達(dá)明顯高于7周齡和5月齡組小鼠(P<0.05),MMP-2和TGF-β則以18月齡組小鼠左心房組織表達(dá)為最高(P<0.05),見圖1。這提示隨著月齡的增加,小鼠左心房p300表達(dá)明顯升高,伴隨著纖維化和衰老相關(guān)因子的表達(dá)增加。
Figure 1.The protein expression of p300, p53, p21, Col1A1,MMP-2 and TGF-β in the atrial tissues of C57BL/6 mice at different ages. w: weeks; m: months. Mean±SEM. n=6~8. *P<0.05, **P<0.01 vs 7 w group; #P<0.05, ##P<0.01 vs 5 m group.
原代分離C57BL/6小鼠CFs,并傳代培養(yǎng)誘導(dǎo)細(xì)胞衰老。取第3、7和11代細(xì)胞,Western blot檢測(cè)p300、p53、p21、Col 1A1、MMP-2和TGF-β蛋白表達(dá)。隨著細(xì)胞傳代代數(shù)的增加,p300蛋白表達(dá)明顯增加,以第11代的CFs表達(dá)最高(P<0.05);與第3代相比,第11代CFs細(xì)胞p53和p21蛋白的表達(dá)亦明顯增加(P<0.05)。纖維化相關(guān)蛋白Col1A1、MMP-2和TGF-β隨著細(xì)胞代數(shù)的增加,與第3代小鼠CFs相比,第11代CFs的Col1A1、MMP-2和TGF-β的蛋白表達(dá)均明顯增加(P<0.01),見圖2。這提示,隨著心臟成纖維細(xì)胞的衰老,p300的表達(dá)和纖維化因子分泌增加。
Figure 2.The protein expression of p300, p53, p21,Col1A1, MMP-2 and TGF-β in mouse cardiac fibroblasts of different passages. Mean±SEM. n=6~8. *P<0.05, **P<0.01 vs P3 cells.
分離p300+/+和p300flox/+小鼠的CFs,構(gòu)建pBS185 CMV-Cre和Neo-pEGFP-C1質(zhì)粒,以10∶1的比例,使用Lipofectamin 2000進(jìn)行轉(zhuǎn)染,轉(zhuǎn)染24 h后,倒置熒光顯微鏡觀察,見圖3A。予以G418(1.1 g/L)篩選后形成細(xì)胞克隆,PCR鑒定p300是否成功被敲除一條等位基因。結(jié)果顯示,Het 組細(xì)胞株1a、2a、5a和5b均被成功敲除p300的一條等位基因,且Western blot檢測(cè)提示其p300蛋白表達(dá)明顯下降(P<0.01),見圖3B、C。
Figure 3.Cell fluorescence and p300 expression after plasmid transfection. A: cell fluorescence after plasmid transfection for 24 h; B: PCR results for genotypes of WT (1, 2, 3, 4 and 5) and Het (1a, 2a, 3a, 4a, 5a and 6a); C: the protein expression of p300 in cardiac fibroblasts after p300 knockout in WT and Het mice. Mean±SEM. n=3. **P<0.01 vs Het control.
WT組和Het組(p300-/+)的細(xì)胞分別予以傳代,取第12、15和18代細(xì)胞觀察2組細(xì)胞衰老率的不同。SA-β-Gal染成綠色的提示為衰老細(xì)胞。結(jié)果發(fā)現(xiàn),WT組各代均有核染成綠色的衰老細(xì)胞,且隨著細(xì)胞代數(shù)的增加,衰老細(xì)胞增加;而Het組各代均無衰老細(xì)胞出現(xiàn),見圖4A。這些結(jié)果提示部分敲除p300的CFs,隨著培養(yǎng)代數(shù)的增加,衰老細(xì)胞明顯少于野生型對(duì)照組。
WT組和Het組(p300-/+)的細(xì)胞傳代至第12代,每日予以細(xì)胞計(jì)數(shù),并繪制細(xì)胞增殖曲線,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與WT組細(xì)胞相比,Het組細(xì)胞增殖明顯較快(P<0.01),見圖4B。此結(jié)果提示,隨著細(xì)胞衰老模型的建立,細(xì)胞增殖速度減慢,而敲除p300可保護(hù)細(xì)胞免于增殖速度減慢,進(jìn)而減少衰老。
Figure 4.Cell senescence and proliferation in p300 KO Het and WT CFs. A: representative images of SA-β-Gal staining in p300 KO Het and WT cell clones in passages 12, 15 and 18 (×40); B: the cell growth curve of Het and WT cell clones in passage 12. Mean±SEM. n=3.*P<0.05, **P<0.01 vs WT group.
綜合以上研究結(jié)果,C57BL/6小鼠心房組織中,p300隨著年齡的增加而增加,并伴隨著衰老相關(guān)因子p53和p21及纖維化相關(guān)因子Col1A1、MMP-2和TGF-β表達(dá)的增加;p300參與心臟成纖維細(xì)胞衰老和衰老相關(guān)纖維化的發(fā)生;敲除p300表達(dá)有助于延緩成纖維細(xì)胞衰老的發(fā)生。
細(xì)胞衰老是指可增殖細(xì)胞細(xì)胞周期停滯于G1期,是對(duì)應(yīng)激的一種反應(yīng),表現(xiàn)為細(xì)胞形態(tài)扁平,體積增大,并出現(xiàn)染色質(zhì)集落、衰老相關(guān)的半乳糖苷酶和脂褐素顆粒等特異性標(biāo)志物。細(xì)胞衰老分為復(fù)制性衰老和過早衰老,現(xiàn)有研究表明高糖、D-半乳糖等刺激因素均可用于誘導(dǎo)細(xì)胞衰老模型建立[13]。正常成纖維細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí),表現(xiàn)為有限生長(zhǎng),即傳代代數(shù)有限,通常被用作生物體衰老模型[14]。盡管細(xì)胞衰老是對(duì)應(yīng)激的一種適應(yīng)性反應(yīng),可增加器官壽命,但亦可對(duì)器官生存起負(fù)面作用。機(jī)體衰老時(shí),衰老細(xì)胞在增殖性組織中聚集,釋放多種降解酶、生長(zhǎng)因子和炎癥因子,影響周圍非衰老細(xì)胞的功能,從而導(dǎo)致一系列疾病。現(xiàn)有研究表明衰老心臟成纖維細(xì)胞在疾病相關(guān)心臟纖維化中起重要作用[6, 9],但其在衰老相關(guān)纖維化中的作用及具體機(jī)制尚不明確。因此,通過傳代心臟成纖維細(xì)胞建立復(fù)制性衰老模型模擬心臟衰老,探討其潛在機(jī)制,對(duì)于防治衰老相關(guān)心臟纖維化具有重要的生理病理意義。
p300是一種轉(zhuǎn)錄輔激活因子和乙酰基轉(zhuǎn)移酶,具有內(nèi)在乙?;D(zhuǎn)移酶活性,其分子中富含半胱氨酸/組氨酸區(qū)域(CH1~CH3)、KIX 區(qū)域、溴區(qū)、組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶(histone acetyltransferase,HAT)區(qū)和C末端富含谷氨酰胺區(qū)[15-17]。乙酰化酶和組蛋白去乙?;甘且粚?duì)相反的調(diào)控因子,參與調(diào)控細(xì)胞凋亡,DNA損傷修復(fù),細(xì)胞周期控制,自噬和代謝等等[18-21]。研究表明去乙酰化酶激活可通過介導(dǎo)卡路里的限制和抑制胰島素信號(hào),延長(zhǎng)壽命[22],參與衰老。因此可推測(cè)乙酰化酶p300也參與衰老的發(fā)生。轉(zhuǎn)錄共激活因子 p300作為一種乙酰轉(zhuǎn)移酶,其功能已得到廣泛的關(guān)注與研究,而直接關(guān)注p300在衰老中作用的研究較少。但已有研究表明,顯性失活p300轉(zhuǎn)基因抑制p300 HAT后,正常人黑素細(xì)胞經(jīng)歷生長(zhǎng)停滯,細(xì)胞周期蛋白抑制和細(xì)胞衰老激活[23]。此外,在腫瘤研究中發(fā)現(xiàn),p300/CBP HAT 活性抑制劑 C646 可抑制人類黑色素瘤和其他腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),促進(jìn)細(xì)胞衰老[24]。
盡管多種細(xì)胞信號(hào)通路參與細(xì)胞衰老過程,但最終都集中于2個(gè)經(jīng)典的信號(hào)通路,p53/p21通路和p16/Rb通路。通常正常細(xì)胞內(nèi)MDM2(mouse double minute 2)與p53相互結(jié)合,抑制p53活性,維持p53低表達(dá)。細(xì)胞分裂時(shí),MDM2活性被抑制,p53激活下游細(xì)胞周期依賴激酶抑制蛋白p21,從而使細(xì)胞周期停止。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生復(fù)制性衰老時(shí)可通過p53/p21通路啟動(dòng)細(xì)胞衰老過程。另一條通路,當(dāng)細(xì)胞受到外界刺激或DNA損傷時(shí),可上調(diào)細(xì)胞內(nèi)p16表達(dá),抑制CDK4/6與細(xì)胞周期蛋白形成復(fù)合物,激活視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白R(shí)b,抑制轉(zhuǎn)錄因子E2F活性,誘發(fā)細(xì)胞衰老[25]。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生過早衰老時(shí),可通過p53/p21和p16/Rb通路啟動(dòng)細(xì)胞衰老。本研究顯示,隨著動(dòng)物或細(xì)胞衰老的發(fā)生,p300/p53/p21表達(dá)亦上調(diào),這與以往在人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞中的研究發(fā)現(xiàn)p300在高糖刺激誘導(dǎo)的衰老內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)的報(bào)道一致[24]。人原代成纖維細(xì)胞中的研究也有報(bào)道p300/CBP是衰老途徑中p53的轉(zhuǎn)錄共激活因子,而E1A或siRNA對(duì)p300/CBP的失活可通過阻止p53活化來延緩衰老[26]。
此外,p300還可參與纖維化,如p300參與糖尿病患者心肌肥厚的同時(shí),促進(jìn)心肌纖維化[27]。但是p300參與衰老相關(guān)心臟纖維化的具體機(jī)制仍未被闡明。TGF-β是心房纖維化調(diào)控中的核心生長(zhǎng)因子,由成纖維細(xì)胞生成。TGF-β1過表達(dá)可導(dǎo)致心房纖維化和心房傳導(dǎo)異常,產(chǎn)生心房折返通路誘發(fā)AF[2]。本研究證實(shí),p300隨著衰老的發(fā)生增加,同時(shí)心臟成纖維細(xì)胞膠原蛋白和TGF-β表達(dá)也升高,最終小鼠心臟纖維化發(fā)生。這提示,p300不僅參與衰老的發(fā)生,還可能通過調(diào)控TGF-β相關(guān)纖維化通路參與心臟衰老相關(guān)纖維化的發(fā)生。
綜上所述,本文證實(shí)p300參與CFs衰老的發(fā)生,且可能通過調(diào)控纖維化相關(guān)蛋白表達(dá)參與CFs衰老相關(guān)纖維化,而抑制p300可延緩CFs衰老相關(guān)纖維化的發(fā)生。本研究進(jìn)一步拓展了我們對(duì)于p300在CFs衰老中作用的認(rèn)識(shí),但其具體機(jī)制仍進(jìn)一步深入研究去論證, 以期為臨床上衰老所致AF的防治提供新的策略。