miR-223在尿毒癥腸組織的表達(dá)及對(duì)緊密連接蛋白表達(dá)的影響*

何荃 陳蕾 魏萌 魏麗敏 薛瑾虹 渠寧 劉華

(西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院血液凈化科，陜西 西安 710061)

尿毒癥狀態(tài)下存在顯著的腸道屏障功能障礙(Intestinal barrier dysfunction，IBD)，已逐漸成為國(guó)內(nèi)外腎臟病學(xué)領(lǐng)域的共識(shí)[1]。越來越多的證據(jù)顯示，IBD 引起的腸道通透性增加，會(huì)促進(jìn)腸源性尿毒癥毒素入血、腸道菌群移位、加劇系統(tǒng)性炎癥反應(yīng)，從而誘發(fā)或加重尿毒癥患者動(dòng)脈粥樣硬化、營(yíng)養(yǎng)不良、貧血等多種并發(fā)癥，嚴(yán)重威脅此類患者的生存質(zhì)量及生命[2-3]。然而，尿毒癥狀態(tài)下 IBD 發(fā)病機(jī)制尚不清楚，更缺乏靶向其分子機(jī)制的干預(yù)手段。因此，深入探索尿毒癥狀態(tài)下IBD的機(jī)制，尋找行之有效的干預(yù)手段，是腎臟病學(xué)者迫在眉睫的任務(wù)。MicroRNA(miRNAs)為18-25nt的小分子RNA，可與目標(biāo)mRNA的3’-UTR區(qū)域互補(bǔ)配對(duì)，導(dǎo)致翻譯的抑制或mRNA降解。研究顯示，miRNAs可通過上述機(jī)制參與眾多生理疾病過程的調(diào)控，包括腸道相關(guān)的腸粘膜炎癥反應(yīng)、免疫耐受、先天免疫、腫瘤形成及腸上皮增殖、分化、凋亡等[4-8]，亦被證實(shí)與IBD相關(guān)。miR-223 是哺乳動(dòng)物常見的miRNA之一, 存在于多種細(xì)胞、組織中,參與炎癥反應(yīng)等過程[9]。既往研究顯示，miR-223在CKD血清中表達(dá)下調(diào)[10]，但其在尿毒癥腸組織中的表達(dá)情況及其對(duì)腸屏障功能的作用尚不清楚。因此，本研究擬通過檢測(cè)尿毒癥大鼠腸道中miR-223表達(dá)量并在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中探索miR-223對(duì)腸上皮細(xì)胞緊密連接蛋白的調(diào)控作用，探討miR-223在尿毒癥腸屏障功能障礙中的可能作用及其相關(guān)機(jī)制，為治療尿毒癥相關(guān)IBD提供潛在靶點(diǎn)。本文通過尿毒癥大鼠及細(xì)胞體外實(shí)驗(yàn)分析miR-223在尿毒癥腸上皮表達(dá)情況及其對(duì)緊密連接蛋白的調(diào)控作用，探討IBD機(jī)制和治療新靶點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組 SPF級(jí)成年健康雄性SD大鼠35只，體重180～230g，購(gòu)自西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心。本實(shí)驗(yàn)經(jīng)西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。大鼠在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中飼養(yǎng)，室溫25～26℃，普通固態(tài)飼料、自來水喂養(yǎng)，自由攝食和飲水。隨機(jī)分為尿毒癥組20只和假手術(shù)組10只。

1.2 尿毒癥動(dòng)物模型建立、分組及干預(yù) 本實(shí)驗(yàn)采用5/6腎切除建立模型。一期手術(shù)切除左腎上下極各1/3，創(chuàng)面止血。一期手術(shù)后7～10天行二期手術(shù)，摘除右腎。假手術(shù)組，手術(shù)時(shí)僅打開腎包膜，暴露腎臟約5min后，逐層縫合切口部位。分為尿毒癥組10只，尿毒癥+益生菌組10只，同時(shí)設(shè)立假手術(shù)組10只為對(duì)照組。益生菌動(dòng)物雙氣桿菌乳亞種(Bifidobacterium animalis subsp.Lactis Bi-07)保存于中國(guó)西北大學(xué)生命學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室。凍干粉接種至改良TPY培養(yǎng)基復(fù)蘇后，取少量菌液再次接種至TPY培養(yǎng)基37℃培養(yǎng)16h，3000r/min離心10min后棄去上清液，PBS緩沖液稀釋細(xì)菌，麥?zhǔn)媳葷岱▽⒕?mL迅速灌胃尿毒癥+益生菌組大鼠。灌胃后給與正常飲水、飲食，每日灌胃，共持續(xù)4周，其余兩組大鼠均正常飲水飲食。

1.3 生化指標(biāo)的檢測(cè)及腎臟組織病理學(xué)觀察 二期手術(shù)后第12周末處死大鼠，下腔靜脈抽取血標(biāo)本5mL。留取血清檢測(cè)三組大鼠血清肌酐、尿素氮、血常規(guī)水平，委托西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科完成。取殘存腎組織，磷酸鹽緩沖液漂洗3次，置于4%多聚甲醛固定液中固定，常規(guī)脫水、透明、石蠟包埋、切片，做HE染色，光鏡觀察各組組織形態(tài)學(xué)改變。

1.4 Caco2細(xì)胞的培養(yǎng)和分組 對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期生長(zhǎng)良好的Caco2細(xì)胞接種于6孔細(xì)胞培養(yǎng)板，每孔2×105個(gè)細(xì)胞，于5% CO2培養(yǎng)箱中37℃培養(yǎng)過夜。轉(zhuǎn)染前2h，更換無血清MEM培養(yǎng)基。合成的miR-223模擬物或miR-223抑制劑用LipofectamineTM2000(上海恒飛生物科技有限公司，上海，中國(guó))包裝。分4組：miR-223-mimics-NC組、miR-223-mimics組、miR-223-inhibitor-NC和miR-223-inhibitor組。RT-qPCR方法檢測(cè)各組ZO-1、Occludin、claudin-1 mRNA表達(dá)。根據(jù)制造商的操作規(guī)程，使用不同的轉(zhuǎn)染溶液，將細(xì)胞置于37℃的CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，6h后將混合溶液吸收并交換到正常培養(yǎng)基中。

1.5 實(shí)時(shí)熒光定量PCR(RT-qPCR)檢測(cè)腸組織miR-223、occludin、claudin-1和ZO-1的表達(dá) 稱取凍存回腸組織100mg，以Trizol法勻漿提取總RNA，測(cè)定其濃度與含量。取5μLRNA，逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，從GenBank中檢索出大鼠miR-223、Occludin、claudin-1、ZO-1所對(duì)應(yīng)的cDNA序列。Primer5.0軟件設(shè)計(jì)出目的基因片段的引物序列。所有引物均有寶生物工程有限公司合成。miR-223引物：5′-GTCGTATC CAGTGCAGGGTCCGAGGTATTCGCACTGGATA CGACGGGGTATT-3′，5′-TGCGCTGTCAGTTTGT CAAAT-3′；occludin引物：5′-GACATGCCTCCACC CCCATCTGACT-3′，5′-TCTTCGCCTTCCCTGCTT TCCCCTT-3′；claudin-1引物：5′-GATGAAGTGCA AAAGATGTGGATGG-3′，5′-CA GTAGAAGGTG TTGGCTTGGGATA-3′；ZO-1引物：5′-TCATCTCC AGTCCCTTACCTTTC-3′，5′-ATG GTTTTGTCT CATCATTTCCTCA-3′。按下列反應(yīng)條件在RT-qPCR擴(kuò)增儀上進(jìn)行擴(kuò)增。50℃ 2 min，95℃ 10min；95℃ 30 sec，60℃ 30 sec，40 cycles。繪制溶解曲線，最終數(shù)據(jù)以2-△△Ct進(jìn)行分析。

1.6 免疫組織化學(xué)染色 取回腸組織，中性福爾馬林固定，經(jīng)酒精脫水，二甲苯透明后石蠟包埋、切片、脫蠟，置水后經(jīng)3%雙氧水浸泡清除內(nèi)源性過氧化物酶，微波修復(fù)，分別滴加50μL ZO-1、claudin-1(Abcam，英國(guó))、Occludin(Thermo Fisher，美國(guó))，室溫過夜，滴加二抗，室溫孵育30min，DAB顯色，常規(guī)脫水透明，封片；每張切片隨機(jī)選6個(gè)視野，利用KS400圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行陽性率分析比較。

1.7 RT-qPCR檢測(cè)Caco2細(xì)胞轉(zhuǎn)染miR-223-mimics或inhibitor后緊密連接蛋白表達(dá) 按照Trizol法提取總RNA。測(cè)定其濃度與含量。取5μLRNA，逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，從GenBank中檢索出人Occludin、claudin-1、ZO-1所對(duì)應(yīng)的cDNA序列。Primer5.0 軟件設(shè)計(jì)出目的基因片段的引物序列。所有引物均有寶生物工程有限公司合成。ZO-1引物：5′-CTAAGG GAGCACATGGTGAAGGTAA-3′，5′-GTCGGGCA GAACTTGTATATGGTTT-3′；occludin引物：5′-CT TCACCCCCATCTGACTATGT-3′，5′-GTCGGGCA GAACTTGTATATGGTTT-3′；claudin-1引物：5′-G AAGATGAGGATGGCTGTCATTGGG-3′，5′-GGT AAGAGGTTGTTTTTCGGGGAC-3′。按下列反應(yīng)條件在RT-qPCR擴(kuò)增儀上進(jìn)行擴(kuò)增。50℃ 2 min，95℃ 10min；95℃ 30 s，60℃ 30 s，40 cycles。繪制溶解曲線，最終數(shù)據(jù)以2-△△Ct進(jìn)行分析。

1.8 Western blotting檢測(cè)Caco2細(xì)胞轉(zhuǎn)染miR-223-mimics或inhibitor后緊密連接蛋白表達(dá) 總蛋白在含有蛋白酶抑制劑(Sigma-Aldrich，美國(guó))的RIPA緩沖液中提取和溶解。用BSA檢測(cè)試劑盒(Pierce, Rockford IL, USA)測(cè)定蛋白濃度后，從每個(gè)樣品中提取總蛋白40 μg，用10% SDS-PAGE在70 V下分離30 min，再用110 V分離至最后，轉(zhuǎn)移至PVDF膜(Millpore, USA)。膜與一抗在4℃孵育過夜(Abcam Technology，UK：claudin-1 1∶4000；occludin 1∶1500；Thermo Fisher科學(xué)公司，美國(guó)：ZO-1，1∶1000；Abcam技術(shù)，英國(guó)：GAPDH 1∶2000)，然后與過氧化物酶結(jié)合二級(jí)抗體孵育(Boster生物技術(shù)，武漢，中國(guó)，1∶5000)，室溫1h，用增強(qiáng)化學(xué)發(fā)光(ECL)檢測(cè)系統(tǒng)(Pierce，Rockford IL，USA)檢測(cè)蛋白質(zhì)條帶，并用Image J軟件進(jìn)行密度測(cè)定。

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物一般情況和生化指標(biāo) 術(shù)后尿毒癥組(Group UR)大鼠逐漸表現(xiàn)活動(dòng)量減少，對(duì)外界刺激反應(yīng)遲鈍，喜拱背蜷縮。食物攝入量減少，且體重增長(zhǎng)速度減緩。毛色轉(zhuǎn)黃干枯，疏松不齊，眼、耳、尾逐漸變蒼白。假手術(shù)組(Group SH)活動(dòng)靈活，毛色、眼、耳及尾部均無異常變化，食量隨體重增長(zhǎng)不斷增加，尿量無異常改變。尿毒癥組大鼠血肌酐、尿素氮、紅細(xì)胞比容較對(duì)照組顯著下降，而較尿毒癥+益生菌組(Group UP)無顯著差異，見表1。

表1 三組大鼠一般情況及實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)比較

2.2 腎組織病理學(xué)改變 尿毒癥組和尿毒癥+益生菌組大鼠腎小球結(jié)構(gòu)紊亂，腎小球呈局灶或彌漫性球性硬化，部分腎小球代償性增大，腎小管管腔內(nèi)存在蛋白管型，腎間質(zhì)見大量炎細(xì)胞浸潤(rùn)，纖維組織增生。假手術(shù)組大鼠腎小球結(jié)構(gòu)清晰，毛細(xì)血管袢開放，無明顯系膜增生，腎間質(zhì)無炎細(xì)胞浸潤(rùn)及纖維組織增生(圖1)。半定量分析顯示，與SH組相比，UR組大鼠腎小球硬化指數(shù)評(píng)分(1.70±0.31 vs.0.27±0.11，P<0.01)和腎小管間質(zhì)損傷指數(shù)評(píng)分(2.33±0.16 vs.0.48±0.15，P<0.01)明顯升高，且平均腎小球直徑更大(102.30±10.09 vs.78.83±4.67，P<0.01)；UR組與UP組上述指標(biāo)無差異。

圖1 不同組大鼠腎臟病理學(xué)改變(蘇木精-伊紅染色，200×)

2.3 RT-qPCR檢測(cè)腸組織中緊密連接蛋白和miR-223 mRNA的表達(dá) 與假手術(shù)組比較，尿毒癥組腸組織中miR-223 和緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1 mRNA顯著降低，給予益生菌干預(yù)后可見miR-223表達(dá)較尿毒癥組顯著升高(P<0.01)，同時(shí)緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1 mRNA表達(dá)也較尿毒癥組顯著升高，見表2。

表2 三組大鼠腸組織miR-223、ZO-1、occludin、claudin-1 mRNA相對(duì)表達(dá)量比較

2.4 免疫組化觀察ZO-1、occludin、claudin-1表達(dá) 利用免疫組化觀察各組大鼠大鼠腸粘膜緊密連接蛋白表達(dá)及分布差異。可見，SH組腸粘膜表面緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1棕色顆粒較多，粘膜表面和隱窩均有ZO-1、occludin、claudin-1分布；UR組腸上皮細(xì)胞間ZO-1、occludin、claudin-1棕色顆粒明顯減少，提示表達(dá)下降；UP組ZO-1、occludin、claudin-1表達(dá)較UR組增加，見圖2。

圖2 三組大鼠回腸ZO-1、Occludin、claudin-1表達(dá)(400×)

2.5 RT-qPCR檢測(cè)轉(zhuǎn)染miR-223-mimics或inhibitor后Caco2細(xì)胞緊密連接蛋白mRNA表達(dá) 與對(duì)照組比較轉(zhuǎn)染miR-223-mimics上調(diào)miR-223表達(dá)可以引起Caco2細(xì)胞中緊密連接occludin、claudin-1、ZO-1 mRNA表達(dá)水平升高；而轉(zhuǎn)染miR-223-inhibitor下調(diào)miR-223表達(dá)可以導(dǎo)致緊密連接蛋白表達(dá)下降，見表3。

表3 Caco2細(xì)胞轉(zhuǎn)染miR-223模擬物與抑制劑對(duì)緊密連接蛋白mRNA相對(duì)表達(dá)量影響

2.6 Western blotting檢測(cè)轉(zhuǎn)染miR-223-mimics或inhibitor后Caco2細(xì)胞緊密連接蛋白表達(dá) 與對(duì)照組比較轉(zhuǎn)染miR-223-mimics上調(diào)miR-223表達(dá)可以引起Caco2細(xì)胞中緊密連接occludin、claudin-1、ZO-1 蛋白表達(dá)水平升高；而轉(zhuǎn)染miR-223-inhibitor下調(diào)miR-223表達(dá)可以導(dǎo)致緊密連接蛋白表達(dá)下降，見圖3。

3 討論

近年來，越來越多的證據(jù)顯示慢性腎臟病(chronic renal disease，CKD)特別是終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)的腸屏障功能受損[1-3]，其中一個(gè)最重要的機(jī)制是機(jī)體內(nèi)尿毒癥毒素升高破壞了腸上皮緊密連接蛋白(tight junction proteins，TJPs)(如claudin-1、occludin和ZO-1)的表達(dá)[11]。TJPs作為腸屏障重要組成部分對(duì)保持腸道通透性至關(guān)重要[12]，其丟失會(huì)導(dǎo)致更多腸道產(chǎn)生的毒素進(jìn)入機(jī)體，進(jìn)一步加重腸屏障損傷，形成惡性循環(huán)。盡管TJPs受損在CKD中的作用被廣泛認(rèn)識(shí)，但其內(nèi)在分子機(jī)制仍有待探索。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)伴隨著尿毒癥大鼠腸組織中緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1 mRNA和蛋白水平顯著降低，miR-233的表達(dá)水平亦顯著下降；在給予益生菌干預(yù)后，miR-223表達(dá)升高，同時(shí)緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1 mRNA表達(dá)亦顯著升高。進(jìn)一步的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示，應(yīng)用miR-223 mimics或者miR-223 inhibitor上調(diào)或下調(diào)miR-223的表達(dá)可以調(diào)控腸上皮Caco2細(xì)胞緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1 mRNA及蛋白表達(dá)水平。我們的研究提示miR-223可能通過調(diào)控尿毒癥腸上皮緊密連接蛋白參與尿毒癥相關(guān)IBD。

miR-223是一種廣泛表達(dá)的人類代謝性疾病標(biāo)志物，亦被報(bào)道參與炎癥、自身免疫等病理生理過程，其在心血管疾病、癌癥中的作用已引起越來越多的關(guān)注[13]。腎臟疾病方面，先前研究表明CKD的小鼠模型及CKD晚期患者血清中miR-223下降[10]，調(diào)節(jié)CKD患者miR-223可能發(fā)揮逆轉(zhuǎn)此類患者血管鈣化的作用。在本研究中，我們首次發(fā)現(xiàn)尿毒癥腸上皮細(xì)胞miR-223表達(dá)下調(diào)，盡管未證實(shí)miR-223下調(diào)的機(jī)制，但根據(jù)既往文獻(xiàn)報(bào)道，這可能與尿毒癥毒素對(duì)miR-223的調(diào)控作用相關(guān)[14]。在本研究中，我們還發(fā)現(xiàn)，在使用益生菌干預(yù)后，伴隨著miR-223上調(diào)，尿毒癥中受損的腸道緊密連接蛋白表達(dá)水平亦明顯改善，這一結(jié)果提示miR-223可能與尿毒癥腸道緊密連接蛋白表達(dá)及尿毒癥相關(guān)IBD存在相關(guān)性。

既往研究顯示，miRNA不僅在胃腸道發(fā)育和生理功能中發(fā)揮重要作用，還在腸粘膜炎癥反應(yīng)、免疫耐受、先天免疫、腫瘤形成及腸上皮增殖、分化、凋亡等病理過程中發(fā)揮巨大作用[4-8]。已有研究證實(shí)異常表達(dá)的miRNAs參與了結(jié)腸炎等IBD相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制[15-16]，其中也包括miR-233。研究顯示，miR-223可作為結(jié)腸炎患者的一種新型生物標(biāo)志物[17]，McKenna等[4]進(jìn)一步證實(shí)，miR-223在實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎中發(fā)揮重要保護(hù)作用。鑒于尿毒癥患者有著與上述疾病相類似的腸道緊密連接蛋白受損表現(xiàn)，我們猜想，miR-223也可能在尿毒癥相關(guān)IBD中發(fā)揮作用。因此，我們進(jìn)一步在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中探索了miR-223對(duì)腸道緊密連接蛋白表達(dá)的調(diào)控作用，結(jié)果顯示，下調(diào)的miR-223可引起腸道緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1 mRNA及蛋白表達(dá)水平顯著下降，反之，miR-223上調(diào)可使ZO-1、occludin、claudin-1 mRNA及蛋白表達(dá)水平顯著上升。結(jié)合先前體內(nèi)研究的結(jié)果，我們的研究表明miR-223可能通過對(duì)腸道緊密連接蛋白的調(diào)控參與尿毒癥相關(guān)IBD。既往研究顯示，緊密連接蛋白ZO-1、occludin和claudin-1的表達(dá)受NLRP3炎性小體的調(diào)控[18-20]，而miR-223則被證實(shí)可直接結(jié)合于 NLRP3 mRNA 3′-UTR 區(qū)域，導(dǎo)致 NLRP3 mRNA 降解、蛋白表達(dá)量下降，起到抑制NLRP3炎癥小體活性的作用[21-23]。因此，我們推測(cè)，miR-223可能通過靶向NLRP3調(diào)控緊密連接蛋白表達(dá)，但這一猜想仍需進(jìn)一步體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)益生菌的干預(yù)改善了尿毒癥大鼠腸組織中miR-223以及緊密連接蛋白ZO-1、occludin、claudin-1的表達(dá)。這一結(jié)果也為以益生菌改善維持性血液透析患者腸道失衡和降低尿毒癥毒素的暴露[24]的學(xué)說增添了理論依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果顯示，miR-223在尿毒癥大鼠腸組織中表達(dá)顯著下降，下調(diào)的miR-223可能通過下調(diào)腸上皮緊密連接蛋白參與尿毒癥相關(guān)IBD的發(fā)生發(fā)展。此外，益生菌的干預(yù)可以上調(diào)尿毒癥腸上皮miR-223的表達(dá)，并改善緊密連接蛋白的表達(dá)。