嚴(yán) 瑞, 楊雨星, 劉玲伶, 王圓圓, 陳 燁, 郭 兵△
(貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 1腎內(nèi)科,2內(nèi)分泌與代謝病科,貴州貴陽550004;3貴州醫(yī)科大學(xué)貴州省常見慢性疾病發(fā)病機制及藥物研究重點實驗室,貴州貴陽550025)
第10號染色體缺失的磷酸酶和張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten,PTEN)是人類第10號染色體上發(fā)現(xiàn)的一個具有雙重特異性磷酸酶的抑癌基因[1],它編碼具有脂質(zhì)磷酸酶活性和蛋白磷酸酶活性的雙重特異性磷酸酶,可通過作用于下游信號通路影響腫瘤的發(fā)生[2]。但近年來研究表明,PTEN除與腫瘤相關(guān)外,其表達(dá)變化在多個組織纖維化的發(fā)生中也起到了重要作用[3-4]。我們課題組的前期研究發(fā)現(xiàn),PTEN在糖尿病腎組織及高糖培養(yǎng)的腎小管上皮細(xì)胞中是減少的[5],且PTEN的減少與腎纖維化及細(xì)胞自噬有著密切的關(guān)系[6-7]。此外,國內(nèi)外學(xué)者也分別在單側(cè)輸尿管梗阻(unilateral ureteral obstruction,UUO)、糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy,DN)等多種疾病所誘導(dǎo)的腎組織纖維化模型中進行了觀察,對PTEN表達(dá)變化與系膜細(xì)胞增殖、足細(xì)胞損傷的關(guān)系進行了研究,并得到了類似的結(jié)論[8-11]。由此可見,在糖尿病腎病及其他腎臟疾病中,PTEN表達(dá)變化與腎臟病變進展之間有著密切的聯(lián)系。但是,在DN進展過程中PTEN的表達(dá)減少是受到哪些因素的調(diào)控目前并未完全闡明。
在腫瘤中的研究發(fā)現(xiàn),過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ)綁定在PTEN的上游,參與對PTEN表達(dá)的調(diào)控[12]。但是,PPARγ是具有組織及疾病特異性的轉(zhuǎn)錄因子,在不同的組織及不同疾病中的作用不盡相同,而且糖尿病是與腫瘤從發(fā)病機理到病理改變完全不同的兩種疾病。因此在糖尿病腎病發(fā)病過程中,PPARγ對PTEN的mRMA及蛋白表達(dá)水平有何影響,這種影響對下游的信號通路及腎小管上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(即上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化,epithelial-mesenchymal transition,EMT)將產(chǎn)生何種作用,是否會減輕小管間質(zhì)纖維化的病變,目前均不清楚,還缺乏系統(tǒng)的研究。
基于此,我們應(yīng)用高糖培養(yǎng)的腎小管上皮細(xì)胞NRK-52E作為實驗對象,應(yīng)用過表達(dá)及敲減PPARγ基因表達(dá)的方法來干預(yù)NRK-52E細(xì)胞,研究PPARγ對PTEN的調(diào)節(jié)機制,進而對PPARγ如何通過調(diào)節(jié)PTEN的表達(dá)變化來調(diào)控蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/AKT)/黏著斑激酶(focal adhesion kinase,F(xiàn)AK)信號通路及影響細(xì)胞EMT的機制進行探討。
胎牛血清(fetal bovine serum,F(xiàn)BS)、DMEM正常糖培養(yǎng)基(葡萄糖濃度為5.5 mmol/L)、DMEM高糖培養(yǎng)基(葡萄糖濃度為25.0 mmol/L)和胰蛋白酶(Gibco);兩步法免疫組化檢測試劑盒(北京中杉金橋公司);牛血清白蛋白(北京索萊寶);二甲基亞砜和二硫蘇糖醇(北京鼎國昌盛公司);Trizol Reagent(Invitrogen);Western blot細(xì)胞裂解液、苯甲基磺酰氟、蛋白酶抑制劑、I抗稀釋液、Triton X-100、BCA蛋白濃度測定試劑盒、ECL顯色劑和抗熒光淬滅封片液(北京碧云天生物研究所);蛋白酶磷酸酶抑制劑(上??党缮锕荆?;0.45μm PVDF膜和Whatman 3 mm濾紙(Millipore);蛋白質(zhì)marker、總RNA提取試劑盒、質(zhì)粒小提試劑盒(TIANprep Mini Plasmid Kit)和2× Taq PCR MasterMix(北京天根公司);逆轉(zhuǎn)錄和real-time PCR試劑(廣州銳博生物公司);RevertAidTMFirst Strand cDNA Synthesis Kit(Fermentas);iQTMSYBR Green Supermix(Bio-rad);Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染試劑盒(上海生物工程公司);mouse anti-β-actin及生物素標(biāo)記的羊抗兔和羊抗小鼠IgG(普美生物);rabbit anti-PPARγ、rabbit antiphospho-AKT(Thr308)和 rabbit anti-phospho-FAK(Tyr397)antibodies(CST);rabbit anti-PTEN、rabbit anti-E-cadherin、mouse anti-α-SMA、rabbit anti-vimentin、rabbit anti-AKT1和 rabbit anti-FAK antibodies(Abcam)。
2.1 細(xì)胞培養(yǎng)、轉(zhuǎn)染及分組 大鼠腎小管上皮細(xì)胞株NRK52E(中國科學(xué)院昆明細(xì)胞庫),在37℃及5%CO2條件下進行培養(yǎng)。MTT法檢測羅格列酮及GW9662對NRK52E細(xì)胞活力的影響,并計算最合適的藥物干預(yù)濃度。為了構(gòu)建PPARγ和PTEN過表達(dá)及敲減的質(zhì)粒載體,首先在NCBI基因數(shù)據(jù)庫查詢PPARγ基因序列(NM_001145367.1)及PTEN基因序列(NM_031606),過表達(dá)及shRNA序列由山東維真生物有限公司構(gòu)建。轉(zhuǎn)染試劑用的是Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染試劑盒,按說明書操作。待NRK-52E細(xì)胞融合至50%~60%時,轉(zhuǎn)染相應(yīng)的質(zhì)粒,細(xì)胞培養(yǎng)48 h。根據(jù)不同的干預(yù)措施,細(xì)胞隨機分為正常糖(normal glucose,NG)組(2%FBS+DMEM+5.5 mmol/L glucose)、高 糖(high glucose,HG)組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose)、HG+PPARγ 空 載 體(GFP)組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose+GFP)、HG+PPARγ過 表 達(dá)(GFP-PPARγ)組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose+GFP-PPARγ)、HG+PPARγ shRNA空載體(control shRNA)組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose+control shRNA)、HG+PPARγ shRNA組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose+PPARγ shRNA)、GW9662組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose+GFP+5μmol/L GW9662)、GW9662+過表達(dá)PTEN(GFPPTEN)組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose+GFPPTEN+5μmol/L GW9662)、羅格列酮組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose+control shRNA+5μmol/L羅格列酮)和羅格列酮+PTEN shRNA組(2%FBS+DMEM+25 mmol/L glucose+PTEN shRNA+5μmol/L羅格列酮)。上述各組細(xì)胞分別處理至60 mm培養(yǎng)皿中,48 h后收集細(xì)胞供各檢測指標(biāo)的進行(包括細(xì)胞免疫熒光、Western blot及RT-qPCR)。
2.2 細(xì)胞免疫熒光實驗 細(xì)胞爬片,進行相應(yīng)處理48 h后;棄去培養(yǎng)基后,無菌的細(xì)胞用PBS洗凈6孔板;4%多聚甲醛于37℃固定30 min,PBS洗滌3次,每次5 min;10%BSA于37℃孵育30 min;用1%BSA稀釋特異性抗體(PPARγ和PTEN抗體均1∶50稀釋),于4℃孵育過夜;次日,取出6孔板至室溫,放置30 min;將復(fù)溫后的6孔板用PBS洗滌3次,每次5 min,滴加1%BSA稀釋的II抗(1∶800),于37℃中避光孵育30 min,隨后PBS洗滌3次,每次5 min;避光滴加即用型DAPI,室溫5 min,隨后PBS洗滌3次,每次5 min;抗熒光淬滅劑封片液封片;倒置熒光顯微鏡下觀察并攝取圖像。蛋白表達(dá)部位出現(xiàn)綠色熒光物質(zhì)為陽性,陰性對照片無熒光物質(zhì)出現(xiàn)。
2.3 Western blot檢測蛋白水平 各組細(xì)胞進行相應(yīng)處理后,加入細(xì)胞裂解液后刮取細(xì)胞提取總蛋白,或提取細(xì)胞核蛋白和細(xì)胞質(zhì)蛋白。按BCA法試劑盒說明書進行操作進行蛋白定量。根據(jù)需要配制濃度不同的分離膠,室溫下靜置約30 min(待其凝固)后灌入5%的濃縮膠,插入梳齒靜置30 min后待用;取適量樣本經(jīng)SDS-PAGE分離出分子量大小不同的各蛋白(電壓大小及時間據(jù)目的蛋白分子量而定);預(yù)冷的轉(zhuǎn)膜儀中,穩(wěn)流將蛋白濕轉(zhuǎn)至PVDF膜上(電流大小及時間據(jù)目的蛋白分子量而定);5%脫脂奶粉室溫孵育1 h;TBST洗滌3次;I抗稀釋液稀釋各特異性抗體[E-cadherin、α-SMA、vimentin、PPARγ、PTEN、AKT1、p-AKT(Thr308)、FAK和p-FAK(Tyr397)抗體均1∶1 000稀釋],于4℃搖床慢搖孵育過夜;次日,TBST洗膜3次,加入1%脫脂奶粉的TBST稀釋的II抗(1∶7 000),室溫下慢搖孵育1 h;TBST洗滌5 min×3次,TBS洗滌5 min;ECL發(fā)光液顯色后曝光;Bio-Rad凝膠成像系統(tǒng)掃描、Quantity One軟件分析后,得到各條帶的灰度值(β-actin作為內(nèi)參照),算出目標(biāo)蛋白的相對表達(dá)量。重復(fù)3次實驗。
3.4 RT-qPCR檢測mRNA表達(dá) 各組細(xì)胞進行相應(yīng)處理后,參照Trizol試劑盒說明書抽提細(xì)胞總RNA。將RNA進行逆轉(zhuǎn)錄成cDNA。iQ?SYBR?Green Supermix行PCR擴增,反應(yīng)體系為20μL[2×SuperReal PreMix Plus(SYBR Green)10 μL,無RNA酶水6μL,上、下游引物各1μL,cDNA 2μL]。反應(yīng)條件為:94℃預(yù)變性5 min;94℃變性10 s,60℃退火30 s,重復(fù)40個循環(huán)后,65℃延伸10 min。擴增反應(yīng)結(jié)束后讀取Ct值,以 β-actin/U6為內(nèi)參照,用 2-ΔΔCt法計算各目的基因相對含量)。重復(fù)3次實驗。所用引物由上海生物工程有限公司設(shè)計合成。PPARγ的正向引物序列為5′-CGCAGCCTCAGCCAAGAC-3′,反向引物序列為5′-TGGGGAGAGAGGACAGATGG-3′;PTEN的正向引物序列為5′-CAATGTTCAGTGGCGGAACTT-3′,反向引物序列為 5′-GGCAATGGCTGAGGGAACT-3′。
采用 SPSS 19.0、GraphPad Prism 5和 Quantity One軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示。數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布,且通過方差齊性檢驗。兩組數(shù)據(jù)差異的比較采用兩獨立樣本t檢驗,多組間比較采用單因素方差分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
應(yīng)用過表達(dá)PPARγ質(zhì)粒轉(zhuǎn)染NRK-52E細(xì)胞株,并在高糖條件下培養(yǎng),免疫熒光、Western blot及RT-qPCR檢測PPARγ和PTEN及EMT相關(guān)因子mRNA及蛋白表達(dá)的變化。RT-qPCR結(jié)果顯示,過表達(dá)PPARγ后,PPARγ的mRNA表達(dá)增加,PTEN的mRNA表達(dá)也隨之增加(P<0.05),見圖1。細(xì)胞免疫熒光結(jié)果顯示,PPAR過表達(dá)組的PPARγ及PTEN熒光強度明顯高于空載體對照組,見圖2。Western blot結(jié)果顯示,PPARγ過表達(dá)組的PPARγ及PTEN蛋白表達(dá)水平明顯高于空載體對照組,E-cadherin的表達(dá)明顯上調(diào),而vimentin和α-SMA的蛋白水平顯著下調(diào)(P<0.05),見圖3、4。
Figure 1.RT-qPCR was used to detect the mRNA expression of PPARγ and PTEN in each group.Mean±SD.n=3.#P<0.05 vs GFP group.圖1 RT-qPCR檢測轉(zhuǎn)染過表達(dá)PPARγ質(zhì)粒后NRK-52E細(xì)胞中PPARγ和PTEN的mRNA表達(dá)
Figure 2.The protein expression of PPARγ and PTEN in cultured NRK52E cells after transfection with GFP-PPARγ was observed by immunofluorescence staining(×400).圖2 免疫熒光染色觀察轉(zhuǎn)染過表達(dá)PPARγ質(zhì)粒后NRK52E細(xì)胞中PPARγ和PTEN的蛋白表達(dá)
Figure 3.Western blot was used to determine the protein expression of PPARγ and PTEN in cultured NRK52E cells after transfection with GFP-PPARγ.Mean±SD.n=3.#P<0.05 vs GFP group.圖3 Western blot檢測轉(zhuǎn)染過表達(dá)PPARγ質(zhì)粒后NRK52E細(xì)胞中PPARγ和PTEN蛋白表達(dá)的變化
Figure 4.Western blot was used to determine the protein expression of E-cadherin,vimentin and α-SMA in cultured NRK52E cells after transfection with GFP-PPARγ.Mean±SD.n=3.#P<0.05 vs GFP group.圖4 Western blot檢測轉(zhuǎn)染過表達(dá)PPARγ質(zhì)粒后NRK52E細(xì)胞中E-cadherin、vimentin和α-SMA的蛋白表達(dá)
應(yīng)用PPARγ shRNA質(zhì)粒轉(zhuǎn)染NRK-52E細(xì)胞株,并在高糖條件下培養(yǎng),應(yīng)用免疫熒光、Western blot及RT-qPCR檢測PPARγ和PTEN及EMT相關(guān)因子mRNA及蛋白表達(dá)的變化。RT-qPCR結(jié)果顯示,敲減PPARγ后,PPARγ的mRNA表達(dá)顯著降低,PTEN的mRNA表達(dá)也隨之減少(P<0.05),見圖5。細(xì)胞免疫熒光結(jié)果顯示,PPARγ敲減組的PPARγ及PTEN熒光強度明顯弱于空載對照組,見圖6。Western blot結(jié)果顯示,PPARγ敲減組的PPARγ及PTEN蛋白表達(dá)水平明顯低于空載對照組,E-cadherin的表達(dá)明顯下調(diào),而vimentin和α-SMA蛋白表達(dá)顯著升高(P<0.05),見圖7、8。
Figure 6.The protein expression of PPARγ and PTEN in cultured NRK52E cells after transfection with PPARγ shRNA was observed by immunofluorescence staining(×400).圖6 免疫熒光染色觀察轉(zhuǎn)染PPARγ shRNA質(zhì)粒后NRK52E細(xì)胞中PPARγ和PTEN的蛋白表達(dá)
Figure 5.RT-qPCR was used to detect the mRNA expression of PPARγ and PTEN in the NRK52E cells.Mean±SD.n=3.#P<0.05 vs control shRNA group.圖5RT-qPCR檢測轉(zhuǎn)染PPARγ shRNA質(zhì)粒后NRK52E細(xì)胞中PPARγ和PTEN mRNA表達(dá)的變化
與高糖組相比,GW9662組PTEN的蛋白水平降低,而p-AKT(Thr308)、FAK及p-FAK(Tyr397)的蛋白水平均顯著升高(P<0.05);與GW9662組相比,GW9662+過表達(dá)PTEN組PTEN的蛋白水平明顯增高,并伴隨p-AKT(Thr308)、FAK及p-FAK(Tyr397)的蛋白水平降低(P<0.05);而AKT在各組間的差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性,見圖9。
Figure 7.Western blot was used to determine the protein expression of PPARγ and PTEN in cultured NRK52E cells after transfection with PPARγ shRNA.Mean±SD.n=3.#P<0.05 vs control shRNA group.圖7 Western blot檢測轉(zhuǎn)染PPARγ shRNA質(zhì)粒后NRK52E細(xì)胞中PPARγ和PTEN蛋白表達(dá)的變化
Figure 8.Western blot was used to determine the protein expression of E-cadherin,vimentin and α-SMA in cultured NRK52E cells after transfection with PPARγ shRNA.Mean±SD.n=3.#P<0.05 vs control shRNA group.圖8 Western blot檢測轉(zhuǎn)染PPARγ shRNA質(zhì)粒后NRK52E細(xì)胞中E-cadherin、vimentin和α-SMA蛋白表達(dá)的變化
Figure 9.Western blot was used to determine the protein levels of AKT,p-AKT,F(xiàn)AK and p-FAK in the NRK-52E cells with GW9662 treatment and over-expression of PTEN.Mean±SD.n=3.#P<0.05 vs HG group;*P<0.05 vs GW9662 group.圖9Western blot檢測GW9662處理并過表達(dá)PTEN對AKT、p-AKT、FAK和p-FAK蛋白水平的影響
與高糖組相比,羅格列酮組PTEN的蛋白水平增高,而p-AKT(Thr308)、FAK和p-FAK(Tyr397)的蛋白水平降低(P<0.05);與羅格列酮組相比,羅格列酮+PTEN shRNA組PTEN的蛋白水平降低,相應(yīng)的p-AKT(Thr308)、FAK和p-FAK(Tyr397)的蛋白水平增高(P<0.05);AKT在各組間的差異無統(tǒng)計學(xué)顯著性,見圖10。
本課題組前期研究顯示,PTEN在糖尿病條件下的表達(dá)是減少的,且PTEN通過調(diào)控細(xì)胞自噬而參與調(diào)節(jié)腎小管上皮細(xì)胞的EMT[5-7]。但是,是何種原因?qū)е铝薖TEN的表達(dá)減少目前并未完全闡明,這需要從對PTEN具有調(diào)控作用的信號分子來進行探討。Bonofiglio等[12]在腫瘤中研究了PTEN的啟動子及其轉(zhuǎn)錄因子,發(fā)現(xiàn)PPARγ綁定在PTEN的上游,與其上游的PPRE1和PPRE2兩個反應(yīng)元件結(jié)合,參與對PTEN表達(dá)的調(diào)控。但也有研究提示,PPARγ在惡性腫瘤中的表達(dá)具有疾病和組織特異性,不同病變組織中PPARγ的作用可能不同[13-15]。同樣,在DN發(fā)生發(fā)展過程中,腎小管上皮細(xì)胞PPARγ表達(dá)的變化及其是否對PTEN表達(dá)具有調(diào)控作用目前并不清楚,需要研究明確。
Figure 10.Western blot was used to determine the protein levels of AKT,p-AKT,F(xiàn)AK and p-FAK in the NRK-52E cells with rosiglitazone treatment and knockdown of PTEN.Mean±SD.n=3.#P<0.05 vs HG group;*P<0.05 vs rosiglitazone group.圖10 Western blot檢測羅格列酮處理并敲減PTEN對AKT、p-AKT、FAK和p-FAK蛋白水平的影響
有學(xué)者在對結(jié)腸癌、肝癌細(xì)胞和非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞株等研究中發(fā)現(xiàn)羅格列酮可通過上調(diào)PTEN蛋白和mRNA的表達(dá),阻斷PI3K/AKT信號通路,抑制細(xì)胞增殖,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[16-18]。GW9662是PPARγ阻斷劑,目前有關(guān)GW9662與腎間質(zhì)纖維化的研究報道較少。Liu等[19]發(fā)現(xiàn),GW9662能顯著上調(diào)體外培養(yǎng)的多囊腎細(xì)胞TGF-β1表達(dá),誘導(dǎo)膠原和FN聚集。Kusunoki等[20]報道,GW9662通過增加 UUO小鼠腎臟組織TGF-β1的表達(dá)而顯著加重腎間質(zhì)的病變和纖維化程度[20]。
但是無論是PPARγ的激動劑還是抑制劑,其本身并不影響PPARγ的表達(dá),因此,并未充分證明PPARγ表達(dá)變化對PTEN會產(chǎn)生何種影響。另外有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),PPARγ激動劑可以不依賴于PPARγ而產(chǎn)生相應(yīng)作用[21]。因此,我們該研究采用過表達(dá)和敲減PPARγ基因的方法,研究在PPARγ表達(dá)變化時將會對PTEN產(chǎn)生何種影響。研究結(jié)果顯示,過表達(dá)PPARγ后,PTEN蛋白及mRNA升高,反應(yīng)細(xì)胞EMT的指標(biāo)E-cadherin的表達(dá)明顯上調(diào),而vimentin和α-SMA蛋白表達(dá)顯著下調(diào);敲減PPARγ后,PTEN的蛋白及mRNA表達(dá)明顯減少,反應(yīng)細(xì)胞EMT的指標(biāo)E-cadherin的表達(dá)明顯下調(diào),而vimentin和α-SMA蛋白表達(dá)顯著升高,該結(jié)果證實了在高糖培養(yǎng)的腎小管上皮細(xì)胞中,PPARγ的表達(dá)變化能調(diào)控PTEN的表達(dá),且對蛋白及mRNA表達(dá)均有影響,說明PPARγ是從轉(zhuǎn)錄水平影響了PTEN的表達(dá)。因此推測,當(dāng)PPARγ表達(dá)水平增高時,可能通過其作為轉(zhuǎn)錄因子的作用,促進PTEN的轉(zhuǎn)錄,并通過對PTEN的調(diào)控影響了細(xì)胞的EMT。
PPARγ的調(diào)節(jié)作是多方面的,PTEN只是其中之一。既往的研究也顯示,PPARγ對AKT通路和FAK通路存在一定的調(diào)節(jié)作用。但這種調(diào)節(jié)是PPARγ的直接調(diào)節(jié),還是通過PTEN來實現(xiàn)的調(diào)節(jié),目前并未見相關(guān)報道。因此本研究為了進一步明確該問題,設(shè)計了在過表達(dá)及敲減PTEN的情況下,分別給予PPARγ的抑制劑及激動劑的方法,來進一步觀察PPARγ對下游通路的調(diào)節(jié)是否是通過PTEN來實現(xiàn)的。結(jié)果顯示,與高糖組相比,GW9662組p-AKT(Thr308)、FAK及p-FAK(Tyr397)的蛋白水平增高;GW9662+過表達(dá)PTEN組與GW9662組相比,p-AKT(Thr308)、FAK及p-FAK(Tyr397)的蛋白水平降低;而給予羅格列酮和敲減PTEN后其趨勢則相反。這一結(jié)果說明,通過干預(yù)PTEN的表達(dá),影響了PPARγ對AKT及FAK的調(diào)節(jié)效果,也即說明PPARγ對AKT及FAK通路的調(diào)節(jié)作用主要是通過PTEN實現(xiàn)的。
本研究初步證實了PPARγ對PTEN/AKT/FAK的調(diào)控作用,但涉及該信號通路的具體調(diào)控過程及各信號蛋白之間的相互作用,還需要我們進行進一步驗證和探討。