杯莧甾酮通過(guò)上調(diào)miR-204表達(dá)抑制IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞凋亡的實(shí)驗(yàn)研究

楊少輝，許紅霞，孫衛(wèi)強(qiáng)，崔慧君，唐 麗

(山東省文登整骨醫(yī)院臨床藥學(xué)科，山東 威海 264400)

骨關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis，OA)是一種常見(jiàn)的慢性、進(jìn)行性骨關(guān)節(jié)疾病，多見(jiàn)于中老年人，關(guān)節(jié)軟骨破壞及繼發(fā)的軟骨細(xì)胞凋亡是其典型特征[1]。目前對(duì)于OA尚無(wú)滿(mǎn)意的治療方法，通常針對(duì)細(xì)胞外基質(zhì)降解酶，尋找相應(yīng)的酶活性抑制劑，但會(huì)出現(xiàn)不良反應(yīng)[2]。雖然OA進(jìn)展緩慢，但患者運(yùn)動(dòng)過(guò)程中負(fù)擔(dān)很大。長(zhǎng)期以來(lái)，大型負(fù)重關(guān)節(jié)的疼痛、僵硬會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的殘疾，需要進(jìn)行外科手術(shù)治療，影響生活質(zhì)量的同時(shí)，還往往伴隨著巨大的醫(yī)療保健成本。研究發(fā)現(xiàn)，軟骨細(xì)胞凋亡是導(dǎo)致關(guān)節(jié)軟骨退變并發(fā)展為OA的重要環(huán)節(jié)，抑制軟骨細(xì)胞凋亡可能是治療OA的有效途徑[3]。白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β作為一種致炎細(xì)胞因子，可誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡，在OA發(fā)生發(fā)展中起重要作用[4]。微小RNA(microRNA，miRNA)是一種小分子非編碼RNA，能夠調(diào)節(jié)軟骨細(xì)胞增殖、分化、凋亡等生物學(xué)行為，在OA發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起重要作用[5]。有研究發(fā)現(xiàn)，miR-204可通過(guò)抑制IL-1β的產(chǎn)生參與OA進(jìn)展[6]。杯莧甾酮是莧科植物川牛膝的主要化學(xué)成分，可雙向調(diào)節(jié)破骨和成骨，是一種潛在的骨質(zhì)疏松治療藥物[7]。本研究將通過(guò)探討杯莧甾酮通過(guò)miR-204途徑對(duì)IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞凋亡的影響，以期為OA治療提供參考。

1 材料與方法

1.1試劑與儀器:人正常軟骨細(xì)胞C28/I2購(gòu)自美國(guó)ATCC細(xì)胞庫(kù)；胎牛血清購(gòu)自澳大利亞AusGeneX公司；DMEM培養(yǎng)基購(gòu)自德國(guó)merck/sigma公司；重組人IL-1β購(gòu)自美國(guó)santa公司；杯莧甾酮(批號(hào)：D0073，HPLC≥98%)購(gòu)自上海寶曼生物科技有限公司；CCK-8試劑購(gòu)自日本同仁化學(xué)研究所；AnnexinV-FITC/PI細(xì)胞凋亡檢測(cè)試劑盒購(gòu)自哈爾濱新海基因檢測(cè)有限公司；實(shí)時(shí)熒光定量PCR(quantitative real-time PCR，qRT-PCR)試劑盒購(gòu)自美國(guó)Promega公司；Lipofectamine 2000轉(zhuǎn)染試劑(貨號(hào)：11668030)購(gòu)自美國(guó)Life Technologies；NC-siRNA、miR-204 siRNA及miR-204、U6引物均由生工生物工程(上海)股份有限公司合成；IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-alpha，TNF-α)、酶聯(lián)免疫(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)試劑盒、細(xì)胞色素C(Cytochrome C)抗體、Bcl-2相關(guān)X蛋白(Bcl-2 associated X protein，Bax)抗體、半胱天冬酶-3(Caspase-3)抗體、GAPDH抗體購(gòu)自abcam公司；辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔(批號(hào)：0295G-HRP)購(gòu)自美國(guó)santa公司；恒溫培養(yǎng)箱(型號(hào)：MIR-162-PC/MIR-262-PC)，日本松下公司；流式細(xì)胞儀(型號(hào)：BD FACSCanto II)，美國(guó)BD公司；熒光定量PCR儀(型號(hào)：ABI 7500)為美國(guó)Applied Biosystems公司產(chǎn)品；酶標(biāo)儀、化學(xué)發(fā)光成像系統(tǒng)(型號(hào)：MODEL550、ChemiDocXRS)，美國(guó)Bio-Rad公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1細(xì)胞培養(yǎng):將C28/I2細(xì)胞接種于含10%胎牛血清、100U/mL青霉素-鏈霉素的DMEM培養(yǎng)液中，置于37℃、5% CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待細(xì)胞融合率達(dá)到80%左右時(shí)，用胰蛋白酶消化、傳代培養(yǎng)。取對(duì)數(shù)期C28/I2細(xì)胞以1×104個(gè)/孔的密度接種于96孔培養(yǎng)板，設(shè)置①對(duì)照組、IL-1β組、低劑量杯莧甾酮組、中劑量杯莧甾酮組和高劑量杯莧甾酮組，對(duì)照組不進(jìn)行處理，IL-1β組加50mg/L IL-1β處理[8]，低劑量杯莧甾酮組、中劑量杯莧甾酮組、高劑量杯莧甾酮組在加50mg/L IL-1β處理的基礎(chǔ)上，分別加入杯莧甾酮，終濃度分別為2.5mg/L、5mg/L、10mg/L[7]；②正常對(duì)照組、陰性對(duì)照組和miR-204 siRNA組。三組均加入50mg/L IL-1β、10mg/L杯莧甾酮處理，其中陰性對(duì)照組和miR-204 siRNA組C28/I2細(xì)胞使用Lipofectamine2000轉(zhuǎn)染試劑分別轉(zhuǎn)染NC-siRNA、miR-204 siRNA。

1.2.2CCK-8法檢測(cè)C28/I2細(xì)胞增殖情況:將C28/I2細(xì)胞培養(yǎng)24h、48h、72h，同時(shí)設(shè)置僅含培養(yǎng)基的空白組，加入CCK-8試劑后繼續(xù)培養(yǎng)2h，使用全自動(dòng)酶標(biāo)儀于波長(zhǎng)450nm處檢測(cè)各孔吸光度(optical density，OD)值，計(jì)算細(xì)胞活力，細(xì)胞活力=(OD處理組-OD空白組)/(OD對(duì)照組-OD空白組)×100%。

1.2.3流式細(xì)胞儀檢測(cè)C28/I2細(xì)胞凋亡情況:將C28/I2細(xì)胞培養(yǎng)48h，收集細(xì)胞，胰蛋白酶消化，PBS洗滌，使用400μL 1×結(jié)合緩沖液調(diào)整成細(xì)胞濃度為1×106個(gè)/mL的細(xì)胞懸浮液，按照Annexin V-FITC/PI凋亡檢測(cè)試劑盒操作說(shuō)明書(shū)步驟，分別加入Annexin V-FITC、PI各5μL，避光孵育1h，使用流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞凋亡率。

1.2.4ELISA法檢測(cè)C28/I2細(xì)胞上清液中炎癥因子水平:將C28/I2細(xì)胞培養(yǎng)48h，收集各組C28/I2細(xì)胞上清液，嚴(yán)格按照ELISA試劑盒說(shuō)明書(shū)操作，酶標(biāo)儀于450nm波長(zhǎng)下檢測(cè)各孔OD值，計(jì)算IL-6、IL-8和TNF-α水平。

1.2.5qRT-PCR法檢測(cè)C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)情況:將C28/I2細(xì)胞培養(yǎng)48h，收集細(xì)胞，使用Trizol試劑提取總RNA，逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA，采用qRT-PCR法檢測(cè)miR-204表達(dá)水平，內(nèi)參基因?yàn)閁6。反應(yīng)程序：95℃預(yù)變性10min；95℃變性10s，55℃退火35s，72℃延伸1min，循環(huán)40次。miR-204上游引物：5'-ACGCGTGTAGTAGCTGCTGAG-3'，下游引物：5'-GCGGUAUCGUAUCGUAUGCUAG-3'；內(nèi)參U6上游引物：5'-CTCGCTTCGGCAGCACA-3'，下游引物：5'-AACGCTTCACGAATTTGCGT-3'。Ct值為擴(kuò)增產(chǎn)物的熒光信號(hào)達(dá)到臨界閾值時(shí)對(duì)應(yīng)的循環(huán)數(shù)，相對(duì)表達(dá)量以2-ΔΔCt法表示。

1.2.6蛋白印跡(western blot，WB)法檢測(cè)C28/I2細(xì)胞中Cytochrome C、Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)情況:將C28/I2細(xì)胞培養(yǎng)48 h，收集細(xì)胞，使用蛋白提取試劑盒提取各組細(xì)胞總蛋白，使用BCA蛋白測(cè)定試劑盒測(cè)定蛋白濃度并進(jìn)行定量。電泳分離等量蛋白質(zhì)并轉(zhuǎn)至PVDF膜上，用含5%脫脂奶粉的TBST封閉1h，分別加入Cytochrome C抗體、Bax抗體、Caspase-3抗體、GAPDH抗體(1：500)，4℃孵育過(guò)夜，TBST洗滌后加辣根過(guò)氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔二抗(1:5000)，室溫孵育1h，免疫反應(yīng)化學(xué)發(fā)光法顯色，Tanon 600圖像分析系統(tǒng)拍攝圖像并分析條帶灰度，目的蛋白相對(duì)表達(dá)量=目的蛋白灰度值/內(nèi)參GAPDH灰度值。

2 結(jié) 果

2.1各組C28/I2細(xì)胞增殖情況:各個(gè)時(shí)間點(diǎn)，與對(duì)照組相比，IL-1β組C28/I2細(xì)胞活力顯著降低(P<0.05)；與IL-1β組相比，隨著杯莧甾酮?jiǎng)┝康纳?，C28/I2細(xì)胞活力逐次升高。見(jiàn)表1。

表1 各組C28/I2細(xì)胞活力比較

2.2各組C28/I2細(xì)胞凋亡情況:與對(duì)照組相比，IL-1β組C28/I2細(xì)胞凋亡率顯著升高(P<0.05)；與IL-1β組相比，低、中、高劑量杯莧甾酮組C28/I2細(xì)胞凋亡率顯著降低(P<0.05)；隨著杯莧甾酮?jiǎng)┝康纳撸珻28/I2細(xì)凋亡率逐次降低(P<0.05)。見(jiàn)圖1、表2。

圖1 各組C28/I2細(xì)胞凋亡情況

表2 各組C28/I2細(xì)胞凋亡率比較

2.3各組C28/I2細(xì)胞上清液中炎癥因子表達(dá)水平:與對(duì)照組相比，IL-1β組C28/I2細(xì)胞上清液中IL-6、IL-8、TNF-α表達(dá)水平顯著升高(P<0.05)；與IL-1β組相比，低、中、高劑量杯莧甾酮組C28/I2細(xì)胞上清液中IL-6、IL-8、TNF-α表達(dá)水平顯著降低(P<0.05)；隨著杯莧甾酮?jiǎng)┝康纳?，C28/I2細(xì)胞上清液中IL-6、IL-8、TNF-α表達(dá)水平逐次降低(P<0.05)。見(jiàn)表3。

表3 各組C28/I2細(xì)胞上清液中炎癥因子表達(dá)水平比較

2.4各組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)情況:與對(duì)照組相比，IL-1β組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)水平顯著降低(P<0.05)；與IL-1β組相比，低、中、高劑量杯莧甾酮組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)水平顯著升高(P<0.05)；隨著杯莧甾酮?jiǎng)┝康纳?，C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)水平逐次升高(P<0.05)。見(jiàn)圖2、表4。

表4 各組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)水平比較

圖2 五組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)電泳圖

2.5各組C28/I2細(xì)胞中Cytochrome C、Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)情況:與對(duì)照組相比，IL-1β組C28/I2細(xì)胞中Cytochrome C、Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)水平顯著升高(P<0.05)；與IL-1β組相比，低、中、高劑量杯莧甾酮組C28/I2細(xì)胞中Cytochrome C、Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)水平顯著降低(P<0.05)；隨著杯莧甾酮?jiǎng)┝康纳?，C28/I2細(xì)胞中Cytochrome C、Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)水平逐次降低(P<0.05)。見(jiàn)圖3、表5。

表5 各組C28/I2細(xì)胞中Cytochrome C Bax Caspase-3蛋白表達(dá)水平比較

圖3 各組C28/I2細(xì)胞中Cytochrome C、Bax、Caspase-3蛋白表達(dá)情況

2.6下調(diào)miR-204表達(dá)對(duì)杯莧甾酮抑制C28/I2細(xì)胞凋亡的影響:正常對(duì)照組與陰性對(duì)照組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)水平、凋亡率的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。與陰性對(duì)照組相比，miR-204 siRNA組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)水平顯著降低，凋亡率顯著升高(P<0.05)。見(jiàn)圖4、圖5、表6。

圖4 下調(diào)miR-204表達(dá)對(duì)杯莧甾酮抑制C28/I2細(xì)胞凋亡的影響

表6 各組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)水平及細(xì)胞凋亡率比較

圖5 三組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)電泳圖

3 討 論

現(xiàn)有研究已對(duì)OA發(fā)病機(jī)制有一定程度的了解，大量的候選藥物也在為用于OA治療開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)。然而，目前進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)藥物都是高特異性的，屬于針對(duì)某種細(xì)胞外基質(zhì)降解酶的抑制劑，這種治療手段并不能改善OA的整個(gè)疾病進(jìn)程，治療效果有限，且部分藥物具有副作用[2]。IL是一類(lèi)調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)及分化的因子，主要由白細(xì)胞分泌，目前已知與軟骨損傷有關(guān)的IL因子有IL-1β、IL-6、IL-8等[9]。其中，IL-1β是破壞關(guān)節(jié)軟骨最直接的IL細(xì)胞因子，其水平與關(guān)節(jié)軟骨退變程度呈正比，能夠促進(jìn)軟骨基質(zhì)的降解，并誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞的凋亡，常用于誘導(dǎo)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞凋亡建立關(guān)節(jié)炎軟骨細(xì)胞模型。

IL-6、IL-8、TNF-α是參與炎癥反應(yīng)的常見(jiàn)因子，均參與OA的發(fā)生發(fā)展過(guò)程[10]。本研究結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，IL-1β組C28/I2細(xì)胞OD值顯著降低，凋亡率顯著升高，上清液中IL-6、IL-8、TNF-α表達(dá)水平顯著升高，提示IL-1β可以抑制C28/I2細(xì)胞增殖，并誘導(dǎo)其凋亡，這可能是通過(guò)促進(jìn)IL-6、IL-8、TNF-α等炎癥因子表達(dá)，增強(qiáng)炎癥反應(yīng)發(fā)揮作用的。miRNA是一種單鏈小分子非編碼RNA，廣泛存在于真核生物中，參與對(duì)炎癥反應(yīng)的調(diào)控。李靜等[11]研究表明，miR-204能通過(guò)下調(diào)NOTCH2減輕心肌缺血再灌注大鼠的心肌炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激反應(yīng)。徐琰瑛等[12]研究表明，miR-204在角膜損傷愈合過(guò)程中，不僅與小梁網(wǎng)細(xì)胞的凋亡及生存能力有關(guān)，還與炎癥介質(zhì)的表達(dá)有著重要聯(lián)系。Song等[6]研究發(fā)現(xiàn)，OA軟骨組織中miR-204水平明顯降低，使用IL-1β處理軟骨細(xì)胞可降低miR-204水平，而過(guò)表達(dá)miR-204可抑制軟骨細(xì)胞中IL-1β蛋白水平，并消除IL-1β對(duì)軟骨細(xì)胞中COX-2、IL-6表達(dá)的促進(jìn)作用。本研究結(jié)果亦顯示，IL-1β組C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)水平較對(duì)照組顯著降低，提示IL-1β可抑制C28/I2細(xì)胞中miR-204表達(dá)。

川牛膝是一種莧科植物，其根干燥后具有祛瘀止痛、活血通經(jīng)、強(qiáng)筋健骨等功效，常用來(lái)治療骨折及其炎癥反應(yīng)[13]。杯莧甾酮是川牛膝的主要化學(xué)成分，在治療骨質(zhì)疏松癥時(shí)具有抑制破骨分化和促進(jìn)成骨分化的雙向作用，在骨折修復(fù)中有助于加快骨折愈合并縮短骨折愈合時(shí)間[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，與IL-1β組相比，杯莧甾酮組C28/I2細(xì)胞OD值及miR-204表達(dá)水平顯著升高，細(xì)胞凋亡率及上清液中IL-6、IL-8、TNF-α表達(dá)水平顯著降低，提示使用杯莧甾酮可以促進(jìn)miR-204表達(dá)，降低炎癥因子IL-6、IL-8、TNF-α的表達(dá)，促進(jìn)C28/I2細(xì)胞增殖并減少其凋亡。進(jìn)一步研究顯示，在使用IL-1β、杯莧甾酮處理C28/I2細(xì)胞基礎(chǔ)上，下調(diào)miR-204表達(dá)可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡率升高，提示miR-204表達(dá)水平與C28/I2細(xì)胞凋亡過(guò)程有關(guān)，杯莧甾酮減少C28/I2細(xì)胞凋亡可能是通過(guò)上調(diào)miR-204表達(dá)發(fā)揮作用的，并進(jìn)一步推測(cè)杯莧甾酮通過(guò)上調(diào)miR-204表達(dá)，消除IL-1β引起的炎癥因子IL-6、IL-8、TNF-α水平變化，進(jìn)而影響C28/I2細(xì)胞的增殖、凋亡，但miR-204影響炎癥因子變化的途徑還有待深入研究[6]。

CytochromeC是重要的凋亡激活因子，當(dāng)細(xì)胞受到病理因素刺激后，從線粒體釋放至細(xì)胞質(zhì)中，激活細(xì)胞質(zhì)中的凋亡反應(yīng)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)，IL-1β可以促進(jìn)CytochromeC釋放，經(jīng)由線粒體途徑誘導(dǎo)關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的凋亡[15]。Bax、Caspase-3分別為Bcl-2家族、caspase家族的重要成員，參與細(xì)胞凋亡。本研究結(jié)果顯示，IL-1β促進(jìn)C28/I2細(xì)胞凋亡及杯莧甾酮通過(guò)促進(jìn)miR-204表達(dá)發(fā)揮抑制IL-1β對(duì)C28/I2細(xì)胞的促凋亡作用過(guò)程中，CytochromeC、Bax、Caspase-3蛋白水平均有顯著變化，表明杯莧甾酮促進(jìn)miR-204表達(dá)后，減輕IL-1β引起的炎癥反應(yīng)，并可能通過(guò)調(diào)控CytochromeC釋放，進(jìn)而減少促凋亡蛋白Bax、Caspase-3表達(dá)，從而抑制C28/I2細(xì)胞凋亡。

綜上所述，杯莧甾酮可能通過(guò)上調(diào)miR-204表達(dá)，進(jìn)而抑制IL-1β誘導(dǎo)的軟骨細(xì)胞C28/I2凋亡。這可能為骨關(guān)節(jié)炎癥的治療提供了一定參考，但miRNA調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，下一步研究將更深入明確其具體調(diào)控機(jī)制。