陳輝 余輝
咸寧市中心醫(yī)院湖北科技學(xué)院附屬第一醫(yī)院 437000
目前,雖然維持性血液透析能顯著提高慢性腎臟?。–KD)患者的長期生存率和生活質(zhì)量,但血液透析的遠(yuǎn)期并發(fā)癥尤其是心血管疾?。–VD)仍是威脅患者生命和影響其預(yù)后的重要因素[1]。研究表明,40%~70%透析患者存在明顯的冠狀動脈疾病,而其中血管鈣化(vascular calcification,VC)是導(dǎo)致血液透析患者CVD 發(fā)生及死亡的主要原因[2]。
CKD患者VC的發(fā)生并非簡單的鈣磷被動沉積,而是一個包含平滑肌細(xì)胞(VSMCs)凋亡,向成骨樣細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換的類似骨形成的生理過程。細(xì)胞外的鈣和磷酸鹽濃度增加后,會導(dǎo)致VSMCs由收縮型過渡到骨軟骨細(xì)胞表型,形成一個親鈣化基質(zhì),并釋放大量的基質(zhì)囊泡,從而為羥基磷灰石形成提供結(jié)核位點。這個過程中鈣化抑制因子[如基質(zhì)Gla蛋白(MGP)、焦磷酸鹽(PPi)、胎球蛋白A(Fetuin-A)等]表達(dá)下調(diào),而鈣化促進因子[如堿性磷酸酶(ALP)、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2(BMP-2)、核結(jié)合因子α 亞單位1(Cbfa1)等]表達(dá)上調(diào)[3]。
枸櫞酸鈉(Na3Cit)是血液透析過程中常用的抗凝劑,K?se 等[4]的體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)透析患者注射枸櫞酸鈉(Na3Cit)一段時間后,心臟瓣膜的鈣化明顯減輕,瓣膜組織內(nèi)的鈣磷水平發(fā)生降低,鈣化周圍的膠原纖維也明顯減少。Ou 等[5]研究發(fā)現(xiàn)Na3Cit 能夠減輕患有慢性腎功能衰竭的大鼠的VC,而Meng 等[6]發(fā)現(xiàn)作為抗凝劑的肝素對CKD 大鼠的VC的進程沒有影響。Na3Cit 中的羧基也能通過螯合羥基磷灰石(HAp)表面的鈣離子,從而阻止HAp 進一步生長并減小晶體的厚度。雖然上述大量的研究表明Na3Cit 能夠抑制VC,但其具體的抑制機制尚不清楚。
本文使用3 mmol/L 的高磷(Pi)(相當(dāng)于晚期CKD 患者血清磷的濃度)誘導(dǎo)小鼠主動脈血管平滑肌細(xì)胞(MOVAS)鈣化,同時加入不同濃度的Na3Cit 來研究其抗VC 效果及可能的機制,期望為降低血液透析患者后期VC發(fā)病率及治療提供新的啟示,并尋找既能抗凝又能抗VC的藥物。
1.1 試劑與儀器(1)材料:原代小鼠主動脈血管平滑肌細(xì)胞(MOVAS)購自廣州吉賽生物科技股份有限公司,DMEM 培養(yǎng)液[Hyclone,海克隆生物化學(xué)制品(北京)有限公司],胎牛血清和胰酶(Gibco,美國Gibco 公司),青霉素、鏈霉素(北京普博生物技術(shù)有限公司),細(xì)胞增殖毒性檢測試劑盒(Cell Counting Kit-8,CCK-8)(日本同仁化學(xué)研究所),茜素紅染液、BCA 蛋白定量試劑盒、堿性磷酸酶試劑盒、堿性磷酸酶染色試劑盒、Na3Cit 均購自上海碧云天生物技術(shù)有限公司,鈣測定試劑盒購自北京中生北控生物科技股份有限公司,Trizol 試劑盒(Invitrogen 公司),Annexin V-FITC/PI 細(xì)胞凋亡雙染試劑盒(美國BD 公司);其他化學(xué)試劑均為分析純并購自廣州化學(xué)試劑公司。細(xì)胞培養(yǎng)板[NEST,耐思生物科技(無錫)有限公司]。(2)儀器:酶標(biāo)儀(Thermo Multiskan MK3,美國),倒置熒光顯微鏡(Leica DMRA2,德國),光學(xué)顯微鏡(CKX41,OLYMPUS,日本),流式細(xì)胞儀(FACS Aria,BD,美國),熒光定量PCR 儀(ABI7500型,美國ABI公司)。
1.2 細(xì)胞培養(yǎng) 原代MOVAS 細(xì)胞用含10%胎牛血清的DMEM 培養(yǎng)液在37℃、5%CO2和飽和濕度下培養(yǎng)。細(xì)胞傳代采用胰蛋白酶消化法。當(dāng)細(xì)胞達(dá)80%~90%融合后用PBS 緩沖液洗滌兩次,加入0.25%胰酶-EDTA 消化液,置37℃培養(yǎng)箱3~5 min,在倒置顯微鏡下觀察消化程度,消化適度后,加入10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液終止消化,充分吹打分散細(xì)胞,形成單細(xì)胞懸液。
1.3 細(xì)胞活力檢測 把1.2 中制得的單細(xì)胞懸液按濃度為5.0×104cells/ml、100 μl/孔接種于96 孔培養(yǎng)板中孵育24 h 后,改用無血清的DMEM 培養(yǎng)液孵育12 h,使細(xì)胞同步化。吸除培養(yǎng)液,用PBS 洗滌細(xì)胞兩次。將試驗?zāi)P头譃? 組:(A)對照組,只加入無血清培養(yǎng)液;(B)Na3Cit 處理組,分別加入濃度為0.5、1、2、4、8、10、16 mmol/L(用無血清培養(yǎng)液配制)的Na3Cit。每個濃度設(shè)6 個復(fù)孔,同時設(shè)細(xì)胞對照(抑制劑濃度為0),每孔補加100 μl 細(xì)胞培養(yǎng)液,孵育24 h后,每孔加入10 μl 的CCK-8 試劑,避光孵育1.5 h。用酶標(biāo)儀在450 nm 處測量吸光度(A),求得3 個復(fù)孔A 值的平均值。細(xì)胞活力%=A(試驗組)/A(對照組)×100%。
1.4 茜素紅鈣化染色 原代MOVAS 按濃度為1.5×104cells/well接種于24孔培養(yǎng)板;吸除培養(yǎng)液,用PBS洗滌細(xì)胞兩次。試驗?zāi)P头譃? 組:(A)正常對照組:加入含1%FBS的DMEM 培養(yǎng)液(0.9 mmol/L Pi);(B)高磷誘導(dǎo)組:加入含1% FBS 和3 mmol/L Pi 的DMEM 培養(yǎng)液;(C)低濃度Na3Cit處理組:分別加入含1 mmol/L Na3Cit的1%FBS,3 mmol/L Pi DMEM 培養(yǎng)液;(D)高濃度Na3Cit 處理組:分別加入含4 mmol/L Na3Cit 的1%FBS,3 mmol/L Pi DMEM 培養(yǎng)液。各組細(xì)胞每隔兩天換一次液,孵育14 d。孵育14 d 后棄去上清,用PBS 沖洗3 遍,4%多聚甲醛室溫固定20~30 min,再用PBS 沖洗2 遍,茜素紅染色,37℃溫箱中孵育30 min,吸去茜素紅染料,再用PBS沖洗2遍,最后用倒置顯微鏡下觀察。
1.5 細(xì)胞鈣沉積定量檢測 采用鄰甲酚酞絡(luò)合酮法檢測細(xì)胞鈣沉積量。其原理是鈣與鄰甲酚酞絡(luò)合酮在pH為10~12 時形成紅色復(fù)合物,在575 nm 紫外光處產(chǎn)生最大吸收值,光的吸收值與鈣含量成正比。細(xì)胞種板密度和試驗分組參照1.4 進行。培養(yǎng)14 d 后將培養(yǎng)的細(xì)胞棄去培養(yǎng)液,PBS液沖洗細(xì)胞3次,每孔板內(nèi)加入0.6 mol/L鹽酸,放置在室溫下脫鈣24 h,吸取上清液參照說明書進行鈣離子含量測定。細(xì)胞脫鈣后,加入細(xì)胞裂解液裂解細(xì)胞,參照BCA蛋白定量試劑盒的方法檢測蛋白的含量。通過蛋白含量來標(biāo)化鈣沉積含量。
1.6 實時熒光定量PCR 檢測平滑肌特異性基因表達(dá)細(xì)胞種板密度和試驗分組參照1.4 進行。培養(yǎng)14 d 后棄去培養(yǎng)液,PBS液沖洗細(xì)胞3次,采用Trizol試劑并按照試劑盒的方法提取總RNA,然后用上標(biāo)III 逆轉(zhuǎn)錄試劑參照試劑盒方法反轉(zhuǎn)錄為cDNA。SM22-α引物序列由武漢金開瑞生物工程有限公司設(shè)計并合成,同時參照Liao 等[7]的方法檢測和計算SM22-α mRNA表達(dá)情況。
1.7 堿性磷酸酶(ALP)活性檢測 細(xì)胞種板密度和試驗分組參照1.4 進行。培養(yǎng)14 d 后將培養(yǎng)的細(xì)胞棄去培養(yǎng)液,PBS 液沖洗細(xì)胞3 次,每孔加入500 μl 0.1% Triton X-100(用PBS 配制),4℃過夜,反復(fù)吹打使細(xì)胞破碎,收集在離心管中,1 200 rpm 離心3 min,收集上清,ALP 活性通過對硝基苯酚及堿性磷酸酶檢測試劑盒來測定,并用總蛋白來修正[7],每組試驗重復(fù)3次,取平均值。
1.8 ALP活性定性觀察 細(xì)胞種板密度和試驗分組參照1.4進行。孵育14 d后棄去上清,用PBS沖洗3遍,參照堿性磷酸酶染色試劑盒方法加入染料,室溫孵育30 min,再用PBS沖洗2遍,最后用倒置顯微鏡下觀察。
1.9 細(xì)胞凋亡檢測 細(xì)胞種板以1×105cells/ml、2 ml/孔接種于6 孔板,試驗分組參照1.4 進行。細(xì)胞培養(yǎng)14 d 后吸除上清液,PBS 洗滌2 次,用0.25%胰酶消化,消化適度后加入10%胎牛血清的DMEM 培養(yǎng)液終止消化。吹打細(xì)胞,使細(xì)胞懸浮,然后1 000 r/min 離心5 min,棄上清,用PBS 洗滌一次,重新離心,得到細(xì)胞沉淀。加入200 μl Binding Buffer,混勻,再加入5 μl Annexin V-FITC,室溫避光孵育10 min。離心,去上清。加入200 μl Binding Buffer,混勻,再加入5 μl PI,直接上機檢測。
2.1 Na3Cit 對細(xì)胞活力的影響 圖1 為采用CCK-8 法檢測的不同濃度Na3Cit 與MOVAS 細(xì)胞作用24 h 后的細(xì)胞活力變化??梢钥闯?,Na3Cit對MOVAS具有一定的毒性,且毒性存在濃度效應(yīng)。隨著抑制劑濃度從0.5 mmol/L 逐漸增加到16 mmol/L,Na3Cit 引起的細(xì)胞的活力從98.4%減少至43.5%。由于濃度大于4 mmol/L 時,Na3Cit 對細(xì)胞有較大的毒性,因此本文后期試驗選擇抑制劑濃度1~4 mmol/L 作為研究對象,在此濃度范圍內(nèi),抑制劑自身毒性帶來的影響相對較小,可以反映出Na3Cit 在濃度差異較大時抗VC 的效果。
2.2 Na3Cit 抑制高磷誘導(dǎo)的MOVAS 鈣化 茜素紅能與鈣鹽螯合形成橘紅色的鈣沉積物。圖2 為高磷條件下,不同濃度Na3Cit 與MOVAS 孵育14 d 后茜素紅鈣化染色結(jié)果??梢钥闯觯海?)對照組細(xì)胞無明顯的鈣沉積出現(xiàn)(圖2A),而高磷誘導(dǎo)組(圖2B)出現(xiàn)大量的鈣沉積;(2)與高磷誘導(dǎo)組相比,加入不同濃度Na3Cit后,MOVAS鈣化斑塊明顯減少(圖2C 和2D),說明Na3Cit 能抑制VC,并且其抑制效果隨著濃度的增加而更加明顯。
圖1 不同濃度Na3Cit與MOVAS作用24 h后的細(xì)胞活力變化
圖2 MOVAS在高磷及不同濃度Na3Cit條件下作用14 d后經(jīng)茜素紅染色后倒置顯微鏡下觀察的細(xì)胞鈣化情況(200×)
2.3 定量檢測Na3Cit 抑制鈣化效果 圖3 為采用甲酚酞絡(luò)合酮法來檢測不同濃度Na3Cit 與細(xì)胞作用14 d 后的細(xì)胞鈣沉積量。與高磷誘導(dǎo)組相比,加入Na3Cit 的處理組中細(xì)胞鈣沉積量均有不同濃度的降低,表明它們均能抑制平滑肌細(xì)胞鈣化,且高濃度的Na3Cit 抑制效果更好,這與茜素紅染色觀察的結(jié)果(圖2)一致。
圖3 MOVAS在高磷及不同濃度Na3Cit作用14 d后的鈣沉積量
2.4 Na3Cit對SM22-α表達(dá)的影響 SM22-α作為收縮型VSMCs 的標(biāo)示物,在VSMCs 向成骨樣細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化過程中其表達(dá)下調(diào)[7]。如圖4 所示,與正常組細(xì)胞相比,高磷誘導(dǎo)組細(xì)胞中SM22-α mRNA 表達(dá)明顯下調(diào)。而不同濃度Na3Cit 處理組中SM22-α mRNA 表達(dá)明顯高于高磷誘導(dǎo)組,說明Na3Cit 能夠通過抑制平滑肌細(xì)胞向成骨樣細(xì)胞轉(zhuǎn)化來抗鈣化。且隨著濃度增加,SM22-α mRNA 表達(dá)更強,表明在高磷條件下Na3Cit抑制VSMCs 向成骨樣細(xì)胞轉(zhuǎn)化具有濃度依賴性。
2.5 Na3Cit抑制ALP的活性 如圖5所示,不同濃度的Na3Cit 處理組細(xì)胞中ALP 的含量均比高磷誘導(dǎo)組小,表明Na3Cit 能通過抑制平滑肌細(xì)胞向成骨樣細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化從而抑制鈣化,且這種抑制作用具有濃度依賴性。
圖4 MOVAS在高磷及不同濃度Na3Cit作用14 d后細(xì)胞內(nèi)SM22-α mRNA表達(dá)情況
圖5 MOVAS在高磷及不同濃度Na3Cit作用14 d后細(xì)胞內(nèi)ALP的活性
2.6 定性觀察ALP 活性 為了進一步觀察了ALP 在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)來觀察細(xì)胞表型,采用ALP 染色試劑盒對細(xì)胞進行染色,其結(jié)果如圖6 所示。結(jié)果表明,不同濃度的Na3Cit呈濃度依賴性方式來抑制高磷誘導(dǎo)的ALP的表達(dá),從而抑制平滑肌細(xì)胞向成骨樣細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化。這一結(jié)果與圖5相一致。
2.7 Na3Cit抑制高磷誘導(dǎo)的MOVAS凋亡 圖7為不同濃度的Na3Cit 與MOVAS 孵育14 d 后通過Annexin V 法檢測的細(xì)胞總凋亡率(Q2+Q3)結(jié)果。高磷誘導(dǎo)組(Pi)細(xì)胞的凋亡率(16.39%)明顯高于對照組(6.33%)(圖7B)。與高磷誘導(dǎo)組相比,Na3Cit 處理組濃度從1 mmol/L 增加到4 mmol/L,細(xì)胞凋亡率從12.73%減小10.08%,表明Na3Cit 能通過抑制細(xì)胞凋亡來抑制鈣化,且抑制效果具有濃度依賴性。
3.1 Na3Cit 通過抑制鈣磷的沉積從而抑制鈣化 鈣化過程中凋亡小體釋放的Ca2+離子和離子均聚集在基質(zhì)小泡膜內(nèi)或接近膜處。一旦鈣離子和磷酸鹽積累至足夠量,首先形成非晶體的無定形磷酸鈣,再轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岚蒜},最后形成高度難溶的羥基磷灰石(HAp)。之后,HAp 通過相同方式重復(fù)成核、結(jié)晶,并擴大沉積區(qū)域[6]。圖2 和圖3 結(jié)果表明,不同濃度的Na3Cit 均能抑制高磷誘導(dǎo)的MOVAS 鈣化,并且高濃度的Na3Cit 抑制效果更好。大量研究表明鈣化患者服用螯合劑乙二胺四乙酸(EDTA)、枸櫞酸和N,N,N,N-四-(2-吡啶基甲基)-乙二胺(TPEN)后,其動脈粥樣硬化斑塊明顯減少[8]。并且Hu等[9]體外實驗表明富含羧基的蛋白質(zhì)如骨鈣素和骨橋蛋白能夠抑制羥基磷灰石晶體的形成和生長。因此我們推測Na3Cit 能夠直接抑制HAp 的形成從而抑制VC,這與Villa-Bellosta 和Sorribas[10]的研究結(jié)果相一致。ALP 是成骨樣細(xì)胞形成的早期標(biāo)志物。VC 過程中,ALP 被分泌到細(xì)胞外基質(zhì)中,形成局部高濃度的ALP,促使磷酸鹽升高,形成不可溶解的磷酸鹽結(jié)晶,導(dǎo)致礦化形成。ALP在正常VSMCs中的濃度較低,在鈣化的血管和心臟瓣膜組織中的濃度明顯增高。
3.2 Na3Cit能通過抑制VSMCs向成骨樣表型轉(zhuǎn)化抑制VC VSMCs 向成骨樣細(xì)胞轉(zhuǎn)化在VC 過程中起著關(guān)鍵的作用。正常血磷條件下,VSMCs表達(dá)為收縮型平滑肌細(xì)胞,其標(biāo)志物SM22-α 等表達(dá)較多[11]。高磷條件下,VSMCs 向成骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換,成骨特異性轉(zhuǎn)錄因子(如Cbfa1、ALP、SOX9 以及MSX2 等)表達(dá)上調(diào),而VSMCs 收縮特異性基因(如SM-MHC、SM22-α 和α-SMA 等)表達(dá)下調(diào)[12]。ALP 是成骨細(xì)胞的一個功能性表型標(biāo)記物,其活性經(jīng)常被視為血管鈣化的晴雨表。上調(diào)的ALP 可降解VC 的抑制因子(如PPi),從而促進鈣化的發(fā)展[13]。Liu 等[14]和Zavaczki 等[15]發(fā)現(xiàn)抑制VSMCs 向成骨細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化能減輕VC。我們發(fā)現(xiàn)不同濃度的Na3Cit 均能在高磷條件下抑制ALP 的活性(圖5),并上調(diào)SM22-α的表達(dá)(圖4),說明Na3Cit能抑制VSMCs向成骨樣細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化來抗VC,但其具體的信號通路還需要進一步研究。
3.3 Na3Cit 能通過抑制MOVAS 凋亡抑制VC 細(xì)胞凋亡出現(xiàn)在VC的起始階段,并在鈣化過程中也起著重要的作用[16]。高磷能促進VSMCs 凋亡以及釋放具有礦化能力的基質(zhì)囊泡(MV),而MV 能下調(diào)鈣化抑制因子如基質(zhì)蛋白(MGP)的表達(dá),活化基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2),加速彈力蛋白降解,進而促使鈣化的形成[17]。并且MV 與細(xì)胞凋亡產(chǎn)生的凋亡小體一同為鈣磷結(jié)晶在主動脈上的沉積及向HAP 的轉(zhuǎn)化提供成核位點,而且凋亡小體還富含Ca2+和,凋亡性細(xì)胞死亡后比原來釋放更多的鈣,這反過來又可以驅(qū)動進一步凋亡,從而加速鈣化的進程[18]。而抑制細(xì)胞凋亡能夠明顯抑制VC[19]。圖4 結(jié)果表明,不同濃度的Na3Cit 均可以明顯減少高磷誘導(dǎo)MOVSA 的凋亡,并且高濃度的Na3Cit抑制效果更好,這一結(jié)果與Ciceri 等[20]的研究相一致。
圖6 MOVAS在高磷及不同濃度Na3Cit作用14 d后細(xì)胞內(nèi)ALP表達(dá)情況(400×)
圖7 MOVAS在高磷及不同濃度Na3Cit作用14 d后經(jīng)Annexin V法定量檢測細(xì)胞的凋亡率(A);細(xì)胞凋亡率(Q2+Q3)柱狀圖(B)
不同濃度的Na3Cit 均能減少高磷誘導(dǎo)的MOVAS 細(xì)胞的鈣化,且高濃度的Na3Cit抑制效果更好。Na3Cit主要通過抑制鈣磷沉積、減小高磷條件下細(xì)胞凋亡以及抑制平滑肌細(xì)胞向成骨樣細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化來抑制鈣化。作為血液抗凝劑的Na3Cit 有可能在臨床中同時發(fā)揮抗VC 的作用,從而為CKD 患者VC 的防治提供理論基礎(chǔ)。由于體外鈣化模型與CKD 患者體內(nèi)鈣化有很大的差異[21],因此Na3Cit 抗鈣化的具體機制還需進一步深入探討。
利益沖突:作者已申明文章無相關(guān)利益沖突。