王哲彥,陳柏洪,續(xù)艷梅,劉詩(shī)俐,張梓榮,董文其
(1.南方醫(yī)科大學(xué) 檢驗(yàn)與生物技術(shù)學(xué)院,廣東 廣州 510080;2.中山大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,廣東 廣州 510275)
細(xì)胞珠蛋白(cytoglobin,CYGB)是2002年日本科學(xué)家在大鼠纖維化肝臟的星狀細(xì)胞(hepatic stellate cells,HSC)里首次發(fā)現(xiàn)[1]的、哺乳動(dòng)物球蛋白家族中的一員,具有190個(gè)氨基酸殘基,在體內(nèi)有攜氧、運(yùn)輸氧氣的作用.另有研究發(fā)現(xiàn),在肝臟氧化應(yīng)激的情況下,CYGB表達(dá)增多,降低活性氧對(duì)肝臟的損傷,體現(xiàn)了其作為一種細(xì)胞內(nèi)抗氧化蛋白的作用[2];CYGB參與一氧化氮的解毒[3],具有一氧化氮雙加氧酶的作用,在調(diào)節(jié)血管張力以及相關(guān)疾病方面起關(guān)鍵作用[4];此外,CYGB也被認(rèn)為可以保護(hù)細(xì)胞,減少氧自由基介導(dǎo)的DNA損傷和細(xì)胞功能的破壞[5];本實(shí)驗(yàn)室的前期工作證實(shí),CYGB 對(duì)大鼠脂肪肝、肝纖維化有一定的治療作用[6-7].但是其具體作用機(jī)制尚未明確,為了探究CYGB在肝臟中的作用和分子機(jī)制,本研究利用慢病毒系統(tǒng)建立了穩(wěn)定表達(dá)CYGB的人肝細(xì)胞LO-2細(xì)胞系,使LO-2細(xì)胞在長(zhǎng)期且穩(wěn)定表達(dá)CYGB的環(huán)境中生長(zhǎng),并且利用CCK-8試劑盒以及流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)穩(wěn)定表達(dá)CYGB對(duì)LO-2細(xì)胞的生長(zhǎng)影響,為深入研究CYGB在肝臟中的作用以及分子機(jī)制建立了理想的細(xì)胞模型,進(jìn)而探究CYGB 對(duì)肝臟功能以及相關(guān)代謝性疾病的作用以及其分子機(jī)制.
1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料
人腎上皮細(xì)胞HEK293T由本實(shí)驗(yàn)室凍存;人肝細(xì)胞LO-2由本實(shí)驗(yàn)室凍存;慢病毒表達(dá)載體質(zhì)粒Plenti-N-GFP,包裝質(zhì)粒pMD2.G以及psPAX2由本實(shí)驗(yàn)室保存;真核表達(dá)載體 pCMV-MYC-CYGB由本實(shí)驗(yàn)室保存.
1.1.2 試劑
無(wú)內(nèi)毒素質(zhì)粒小提中量試劑盒(#R6565)購(gòu)自天根;PrimeSTAR? GXL DNA Polymerase (#R050Q)購(gòu)自TAKARA;LR酶購(gòu)自Thermofisher;CCK8試劑盒(CK04) 購(gòu)自日本同仁,DMEM培養(yǎng)基購(gòu)自GIBICO;胎牛血清購(gòu)自GIBICO;L-谷氨酰胺購(gòu)自SIGMA;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%胰蛋白酶溶液(含EDTA)購(gòu)自GIBICO;NotⅠ限制性內(nèi)切酶和AscⅠ限制性內(nèi)切酶均購(gòu)自Thermofisher;LIPOFECTAMINE 2000 REAGENT 1.5 mL購(gòu)自Thermofisher;Annexin V-APC/7AAD Apoptosis Detection Kit試劑盒購(gòu)自聯(lián)科生物公司.
1.1.3 儀器
PCR儀購(gòu)自BIOMETRA,流式細(xì)胞儀購(gòu)自BAKEMAN,熒光顯微鏡、垂直電泳槽、半干轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)膜儀均購(gòu)自BIO-RAD,化學(xué)發(fā)光儀購(gòu)自GE、酶標(biāo)儀購(gòu)自BIO-TEK,水平電泳槽購(gòu)自BAYGENE,BD AccuriC6流式細(xì)胞儀購(gòu)自美國(guó)BD公司.
1.2.1 引物的設(shè)計(jì)與合成
根據(jù)CYGB的編碼序列設(shè)計(jì)引物見(jiàn)表1,在5′端和3′端分別添加NotⅠ和AscⅠ的酶切位點(diǎn),委托北京擎科生物公司合成.
表1 擴(kuò)增目的片段CYGB的引物序列Table 1 Primer sequences of CYGB
1.2.2 慢病毒表達(dá)載體的構(gòu)建
利用PCR技術(shù)以pCMV-MYC-CYGB載體為模板,上游引物F以及下游引物R擴(kuò)增目的基因CYGB,通過(guò)雙酶切、連接,構(gòu)建Pentr-CYGB中間載體,再利用GATEWAY克隆技術(shù)LR反應(yīng)系統(tǒng)將Pentr-CYGB中間載體中的目的片段重組連接到目的載體Plenti-N-GFP上,構(gòu)建慢病毒表達(dá)載體Plenti-N-GFP-CYGB.
1.2.3 慢病毒的包裝
將慢病毒載體質(zhì)粒Plenti-N-GFP-CYGB、包裝質(zhì)粒pMD2.G以及psPAX按4∶1∶3的體積比混勻,使用LipofectamineTM2000 Transfection Reagent共轉(zhuǎn)至細(xì)胞株匯合度達(dá)60%的HEK293T細(xì)胞中,在37 ℃、體積分?jǐn)?shù)5%的CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng),分別收集48、72 h的培養(yǎng)上清(含病毒顆粒),1 000 r/min離心5 min,0.45 μm針頭濾器過(guò)濾,4 ℃、14 000 r/min高速冷凍離心2.5 h,棄上清用1 mL PBS溶解沉淀,0.22 μm針頭濾器過(guò)濾,使用終點(diǎn)稀釋法測(cè)定病毒滴度.同時(shí),設(shè)置陰性對(duì)照組,利用同樣的方法構(gòu)建、收集含有Plenti-N-GFP的病毒顆粒.
1.2.4 含有CYGB編碼序列的慢病毒顆粒感染LO-2細(xì)胞
將用DMEM完全培養(yǎng)基(含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%胎牛血清)培養(yǎng)的HEK293T細(xì)胞,以1×106/孔LO-2細(xì)胞接種于6孔板中,12 h后每孔加入200 μL的慢病毒濃縮液,48 h后更換新鮮完全培養(yǎng)基(DMEM),72 h后在熒光顯微鏡下觀察細(xì)胞熒光.
1.2.5 篩選穩(wěn)定表達(dá)GFP的LO-2細(xì)胞
在熒光顯微鏡下觀察細(xì)胞內(nèi)綠色熒光蛋白(green fluorescent protein,GFP)的表達(dá)情況,利用流式細(xì)胞分選系統(tǒng)將單個(gè)細(xì)胞分至96孔板中培養(yǎng),挑選熒光較強(qiáng)的細(xì)胞進(jìn)行繼續(xù)擴(kuò)大培養(yǎng).將DMEM完全培養(yǎng)基培養(yǎng)的LO-2-GFP細(xì)胞和LO-2-GFP-CYGB細(xì)胞設(shè)為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組.
1.2.6 Western blot檢測(cè)鑒定CYGB的表達(dá)
將陰性對(duì)照組及實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞接種于6孔板中,48 h后用PBS清洗細(xì)胞,并用細(xì)胞裂解液cell lysis buffer裂解細(xì)胞,4 ℃、12 000 r/min離心6 min,收集上清保存于-20 ℃.測(cè)定蛋白質(zhì)量濃度后,每組各取20 μg蛋白樣品(上述的細(xì)胞裂解產(chǎn)物),加入4倍質(zhì)量濃度的上樣緩沖液,100 ℃金屬浴10 min后進(jìn)行SDS-PAGE電泳,使用半干轉(zhuǎn)儀進(jìn)行半干轉(zhuǎn)法轉(zhuǎn)膜,常溫封閉1 h,分別加入Anti-Tubulin和Anti-CYGB的抗體4 ℃孵育過(guò)夜,次日TBST洗膜3次,用辣根過(guò)氧化物(HRP)羊抗鼠IgG抗體室溫孵育1 h,TBST洗膜4次,滴加化學(xué)發(fā)光液,并記錄發(fā)光條帶,保存圖像.
1.2.7 CCK-8法檢測(cè)CYGB對(duì)LO-2的生長(zhǎng)增殖影響
對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組分別以4 000/孔接種于96孔板中,每組6個(gè)復(fù)孔,4 h后細(xì)胞貼壁設(shè)為零點(diǎn),每孔加入10 μL CCK-8溶液,37 ℃孵育1 h顯色,用酶標(biāo)儀在450 nm處測(cè)定吸光度,并在同樣的條件下每隔24 h測(cè)定一次吸光度,最后采用Graphpad軟件對(duì)每組的光密度D450 nm繪制增殖曲線,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,組間采用單因素方差分析,P<0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異.
1.2.8 流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)CYGB對(duì)LO-2細(xì)胞凋亡的影響
對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組分別以1×106/孔接種于6孔板中,每組3個(gè)復(fù)孔,在細(xì)胞孵箱中37 ℃培養(yǎng),用胰酶消化后,1 000 r/min離心5 min收集細(xì)胞,棄上清,用預(yù)冷PBS洗細(xì)胞兩次.加入Binding Buffer重懸細(xì)胞,使細(xì)胞為1.0×106/mL.吸取100 μL上述細(xì)胞懸液到另一離心管中,依次加入5 μL APC-AnnexinV、10 μL 7AAD,輕混勻后,室溫(25 ℃)避光反應(yīng)15 min.每管加入380 μL Binding Buffer,上機(jī)進(jìn)行流式分析.選擇合適的通道(FL4通道檢測(cè)APC,F(xiàn)L3通道檢測(cè)7AAD).觀察每組的細(xì)胞凋亡百分比,比較兩組間的凋亡情況.
利用PCR技術(shù)以pCMV-MYC-CYGB載體為模板,上游引物F以及下游引物R擴(kuò)增目的基因CYGB(573 bp),在500 bp到750 bp中間明顯有較亮條帶(圖1),大小與預(yù)期目的條帶相符.
用NotⅠ和AscⅠ限制酶酶切慢病毒重組質(zhì)粒Plenti-N-GFP-CYGB,酶切產(chǎn)物電泳結(jié)果中可以看到在500~700 bp之間的位置有明顯條帶(圖2),與預(yù)期條帶大小相符合;重組載體Plenti-N-GFP-CYGB測(cè)序結(jié)果,測(cè)序片段與預(yù)測(cè)的目的基因CYGB序列完全匹配(圖3).
M:D2000標(biāo)記物;a:PCR產(chǎn)物M:D2000Marker;a:PCR product圖1 PCR擴(kuò)增目的基因CYGB1 Amplification of the target gene CYGB by PCR
M:D2000標(biāo)記物;a:雙酶切產(chǎn)物M:D2000Marker;a:double digestion product圖2 Plenti-N-GFP-CYGB酶切產(chǎn)物2 Plenti-N-GFP-CYGB digestion product
HEK293T轉(zhuǎn)染三質(zhì)粒48 h后,在熒光顯微鏡100倍下觀察LO-2細(xì)胞GFP表達(dá)情況,綠色熒光表明含目的基因的質(zhì)粒已轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)并成功表達(dá)熒光蛋白GFP(圖4).
含目的片段CYGB編碼序列的慢病毒顆粒(病毒滴度為5×104TU/mL)感染人肝細(xì)胞LO-2,流式細(xì)胞分選儀篩選后,在熒光顯微鏡100倍下觀察細(xì)胞熒光表達(dá)情況,實(shí)驗(yàn)組大部分細(xì)胞均表達(dá)了目的蛋白與熒光蛋白的融合蛋白,獲得穩(wěn)定表達(dá)CYGB的LO-2細(xì)胞,陰性對(duì)照組大部分細(xì)胞均表達(dá)了熒光蛋白GFP(圖5).
裂解細(xì)胞獲得的細(xì)胞總蛋白Western blot鑒定結(jié)果:內(nèi)參為β-Tubulin;在相對(duì)分子量(Mr)為48×103處,實(shí)驗(yàn)組LO-2-GFP-CYGB出現(xiàn)明顯條帶,陰性對(duì)照組LO-2-GFP未出現(xiàn)條帶(圖6),表明實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞表達(dá)了GFP(Mr約27×103)與CYGB(Mr約21×103)的融合蛋白,結(jié)果與預(yù)期蛋白大小相符.
CCK-8法檢測(cè)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖的情況,繪制生長(zhǎng)增殖曲線(圖7).在兩組細(xì)胞(每組6復(fù)孔)剛貼壁設(shè)為零點(diǎn)時(shí)和生長(zhǎng)第24 h時(shí),比較兩組細(xì)胞光密度值,兩組間增殖速率無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(0 h:P>0.05;24 h:P>0.05),在細(xì)胞生長(zhǎng)48、72、96 h時(shí),P<0.01,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,穩(wěn)定過(guò)表達(dá)CYGB實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞的增長(zhǎng)速率小于陰性對(duì)照組細(xì)胞的增殖速率.
A:轉(zhuǎn)染Plenti-N-GFP-CYGB的HEK293T細(xì)胞(明場(chǎng)) B:轉(zhuǎn)染Plenti-N-GFP-CYGB的HEK293T細(xì)胞(熒光) ;C:轉(zhuǎn)染Plenti-N-GFP的HEK293T細(xì)胞(明場(chǎng));D:轉(zhuǎn)染Plenti-N-GFP的HEK293T細(xì)胞(熒光)
A:HEK293T cells transfected with Plenti-N-GFP-CYGB (Bright field);B:HEK293T cells transfected with Plenti-N-GFP-CYGB (Fluorescence);C:HEK293T cells transfected with Plenti-N-GFP (Bright field);D:HEK293T cells transfected with Plenti-N-GFP (Fluorescence)
圖4 HEK293T轉(zhuǎn)染三質(zhì)粒48 h后細(xì)胞GFP表達(dá)結(jié)果
Fig.4 Results of green fluorescent protein GFP expression after transfection of three plasmids in HEK293T for 48 h
A:實(shí)驗(yàn)組穩(wěn)定表達(dá)CYGB的LO-2細(xì)胞(明場(chǎng));B:實(shí)驗(yàn)組穩(wěn)定表達(dá)CYGB的LO-2細(xì)胞(熒光);C:陰性對(duì)照組LO-2細(xì)胞(明場(chǎng));D:陰性對(duì)照組LO-2細(xì)胞(熒光)
A:LO-2 cells stably expressing CYGB( Bright field );B:LO-2 cells stably expressing CYGB(Fluorescence);C:Control group( Bright field );D:Control group(Fluorescence)
圖5 經(jīng)流式細(xì)胞儀篩選后的細(xì)胞GFP表達(dá)情況結(jié)果
Fig.5 Results of green fluorescent protein expression GFP after screening by flow cytometry
M:標(biāo)記物;a:實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞LO-2-GFP-CYGB;b:陰性對(duì)照組細(xì)胞LO-2-GFP.
M:Marker;a:Test group;b:Control group.
圖6 鑒定蛋白表達(dá)情況的Western blot結(jié)果
Fig.6 The western blot results of protein expression
1)與陰性對(duì)照組比較,P<0.01.
1)Compared with negative control group,P<0.01.
圖7 CCK-8法測(cè)定生長(zhǎng)增殖曲線
Fig.7 Determination of growth and proliferation curve by CCK-8 method
流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)各組LO-2細(xì)胞凋亡的情況(圖8);實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞的凋亡百分比高于陰性對(duì)照組細(xì)胞的凋亡百分比.流式檢測(cè)結(jié)果顯示,穩(wěn)定表達(dá)細(xì)胞組的細(xì)胞凋亡百分比高于陰性對(duì)照組,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05).
1)與對(duì)照組比較,P<0.05.
A:實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞LO-2-GFP-CYGB凋亡情況;B:陰性對(duì)照組細(xì)胞LO-2-GFP凋亡情況;C:對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞凋亡百分比.
1)Compared with the control group,P<0.05.
A:Apoptosis of LO-2-GFP-CYGB cells in experimental group;B:Apoptosis of LO-2-GFP cells in negative control group;C:Percentage of apoptosis in control group and experimental group.
圖8 CYGB對(duì)LO-2細(xì)胞凋亡的影響
Fig.8 Effect of CYGB on apoptosis of LO-2 cell
CYGB[8]屬于球蛋白家族成員之一,六配位體血紅素單體蛋白質(zhì),廣泛存在于哺乳動(dòng)物組織中.CYGB具備球蛋白的生物特性,能可逆結(jié)合O2、CO等氣體配體[9],參與體內(nèi)氧氣運(yùn)輸.近年來(lái),發(fā)現(xiàn)CYGB與肝硬化以及肝纖維化的發(fā)生發(fā)展有關(guān);可促進(jìn)氧在組織中的擴(kuò)散,清除一氧化氮或活性氧,并在細(xì)胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)時(shí)起保護(hù)作用[10],且與體內(nèi)的NO的代謝有關(guān)[11];有研究發(fā)現(xiàn),腫瘤的發(fā)生發(fā)展[12-14]與其在體內(nèi)的甲基化現(xiàn)象有關(guān)[5,15-16];另外有文獻(xiàn)報(bào)道,其在器官發(fā)育發(fā)展也可能起到重要作用[17].
在本實(shí)驗(yàn)室的前期研究中,發(fā)現(xiàn)CYGB有逆轉(zhuǎn)大鼠的肝纖維化[6]以及動(dòng)脈粥樣硬化的作用,尤其是氧化應(yīng)激引起的纖維化[18-19],在氧化應(yīng)激的情況下,CYGB表達(dá)增加,起到保護(hù)細(xì)胞的作用[20].多項(xiàng)研究表明CYGB在肝臟的病理狀態(tài)下表達(dá)增加,如在肝纖維化中,起到了保護(hù)細(xì)胞的作用.結(jié)合實(shí)驗(yàn)室前期工作,CYGB有逆轉(zhuǎn)大鼠肝纖維化的作用,肝臟中主要以肝細(xì)胞為主,本研究在人肝細(xì)胞LO-2細(xì)胞中過(guò)表達(dá)CYGB,初步觀察CYGB對(duì)肝細(xì)胞的影響.以此為基礎(chǔ),進(jìn)一步探究其機(jī)制以及發(fā)現(xiàn)其在肝臟中更多的作用.
由于在細(xì)胞內(nèi)瞬時(shí)轉(zhuǎn)染帶有目的基因的質(zhì)粒無(wú)法將目的片段整合在細(xì)胞染色體上,容易在后續(xù)細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中丟失,無(wú)法持續(xù)表達(dá)CYGB,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中僅能觀察其短期作用.但是基因是長(zhǎng)期存在于細(xì)胞內(nèi)的,多數(shù)疾病的發(fā)生發(fā)展也是與相關(guān)基因的長(zhǎng)期作用和參與有關(guān).為了觀察CYGB基因及其蛋白在細(xì)胞內(nèi)的長(zhǎng)期作用,進(jìn)一步探索CYGB的作用及機(jī)制,本研究選擇了利用慢病毒介導(dǎo)的細(xì)胞穩(wěn)定轉(zhuǎn)染技術(shù)建立穩(wěn)定表達(dá)CYGB的LO-2肝細(xì)胞株.
本研究以人肝細(xì)胞LO-2為研究對(duì)象,通過(guò)Gateway克隆技術(shù)構(gòu)建了重組慢病毒表達(dá)載體Plenti-N-GFP-CYGB,通過(guò)病毒包裝、濃縮,得到慢病毒顆粒,并感染人肝細(xì)胞LO-2,經(jīng)過(guò)流式細(xì)胞術(shù)篩選,建立LO-2穩(wěn)定表達(dá)細(xì)胞株,通過(guò)Western blotting檢測(cè)LO-2中CYGB過(guò)表達(dá)情況.利用CCK-8法觀察過(guò)表達(dá)CYGB對(duì)LO-2細(xì)胞生長(zhǎng)影響,繪制細(xì)胞生長(zhǎng)增殖曲線,利用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,LO-2穩(wěn)定過(guò)表達(dá)CYGB實(shí)驗(yàn)組的細(xì)胞生長(zhǎng)增殖速度比LO-2正常表達(dá)CYGB組的生長(zhǎng)增殖速度低,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異.采用流式細(xì)胞技術(shù)檢測(cè)各組LO-2細(xì)胞凋亡的情況,穩(wěn)定表達(dá)細(xì)胞組的細(xì)胞凋亡百分比高于陰性對(duì)照組(P<0.05),提示CYGB可能抑制LO-2細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖,并通過(guò)促進(jìn)LO-2細(xì)胞的凋亡從而抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖.有文獻(xiàn)報(bào)道CYGB與腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān),過(guò)表達(dá)CYGB基因可抑制肺癌、乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)[5,21],本研究結(jié)果顯示CYGB過(guò)表達(dá)會(huì)引起LO-2細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖速度減慢,可能與此有關(guān).
另外,在實(shí)驗(yàn)室的前期工作中發(fā)現(xiàn),分別提取正常大鼠、酒精性脂肪肝大鼠、CYGB治療酒精性脂肪肝大鼠、肝纖維化大鼠、CYGB治療肝纖維化大鼠的肝臟組織蛋白及大鼠血清,利用雙向電泳篩選出了多個(gè)差異表達(dá)蛋白[6,22],其中多個(gè)與細(xì)胞生長(zhǎng)增殖、分化、凋亡相關(guān),如TGF-β(轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β)[23]、Bdnf(腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子)等,與上述LO-2穩(wěn)定過(guò)表達(dá)CYGB實(shí)驗(yàn)組細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖速度比陰性對(duì)照組細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖速度低的結(jié)論相關(guān),提示我們CYGB可能通過(guò)與這些相關(guān)因子相互作用,抑制肝細(xì)胞生長(zhǎng)增殖.
本研究為驗(yàn)證CYGB與其相互作用蛋白的關(guān)系提供細(xì)胞模型,為進(jìn)一步探究CYGB 對(duì)肝臟功能以及相關(guān)代謝性疾病的作用以及其分子機(jī)制提供依據(jù).
暨南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版)2020年1期