林琴琴,王湘怡,耿元文,李若明,田振軍
組蛋白去乙?;窼irtuin1(SⅠRT1),NAD+依賴性去乙?;?,屬于ⅠⅠⅠ類組蛋白/蛋白質(zhì)去乙酰酶,是沉默信息調(diào)節(jié)者2(silent information regulator 2,Sir2)家族成員之一[1]。SⅠRT1在細(xì)胞凋亡、衰老和代謝等多種細(xì)胞過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[2]。新近研究證實(shí)SⅠRT1是腎臟疾病治療的新靶點(diǎn)[3],SⅠRT1激活可抑制腎臟細(xì)胞凋亡,減緩糖尿病腎病、造影劑或脂多糖導(dǎo)致的急性腎損傷(Acute kidney injury,AKⅠ)[4-6]。研究[7-8]證實(shí)SⅠRT1介導(dǎo)下游靶標(biāo)包括叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O3a(Forkhead box O3a,F(xiàn)oxO3a),其促進(jìn)細(xì)胞存活、細(xì)胞凋亡和炎癥等。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)[9]結(jié)果均證實(shí)SⅠRT1激活顯著降低2型糖尿病小鼠腎臟皮質(zhì)及高糖誘導(dǎo)人腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中FoxO3a表達(dá),降低腎臟細(xì)胞凋亡,減緩糖尿病腎病的發(fā)生。SⅠRT1沉默可顯著增加HK-2細(xì)胞中高糖誘發(fā)的氧化應(yīng)激及FoxO3a過表達(dá)[10],因此SⅠRT1/FoxO通路可能成為預(yù)防和治療腎臟損傷的潛在靶標(biāo)。文獻(xiàn)[11]表明運(yùn)動(dòng)對(duì)腎臟損傷保護(hù)具有良好效果。有氧運(yùn)動(dòng)可顯著降低急性缺血腎損傷大鼠腎臟腎小管損傷程度,抑制細(xì)胞凋亡,提升腎臟功能。研究[12-13]發(fā)現(xiàn)有氧運(yùn)動(dòng)可顯著提高心肌梗死(myocardial infarction,MⅠ)大鼠心肌或衰老大鼠骨骼肌中SⅠRT1表達(dá),抑制細(xì)胞凋亡。間歇運(yùn)動(dòng)較有氧運(yùn)動(dòng)更有效保護(hù)腎臟功能[14-15]。但間歇運(yùn)動(dòng)是否激活MⅠ大鼠腎臟SⅠRT1/FoxO通路,抑制腎臟細(xì)胞凋亡,保護(hù)腎臟功能,目前尚無文獻(xiàn)報(bào)道。
微小RNA(MicroRNAs,miRs)是長(zhǎng)度約22個(gè)核苷酸的內(nèi)源性非編碼RNA,通過對(duì)靶mRNA的3'非翻譯區(qū)的互補(bǔ)序列退火,促進(jìn)其降解或抑制翻譯過程[16],進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞增殖分化、凋亡和免疫反應(yīng)等多種生物學(xué)進(jìn)程[17-19]。此外,它們還通過靶向相關(guān)基因作為缺血性腎病發(fā)展和進(jìn)程的預(yù)后標(biāo)志物[20-21]。研究[22]證實(shí)miR-155上調(diào)表達(dá)在缺血再灌注(ischemia/reperfusion,Ⅰ/R)誘導(dǎo)AKⅠ大鼠腎臟和缺氧復(fù)氧損傷(hypoxia-reoxygenation injury,HRⅠ)大鼠腎小管導(dǎo)管上皮細(xì)胞中,且其過表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞凋亡并抑制細(xì)胞增殖,而抑制miR-155表達(dá)發(fā)揮相反作用。最新研究[23]證實(shí)抑制Ⅰ/R小鼠心肌miR-155高水平表達(dá),靶向上調(diào)SⅠRT1表達(dá),進(jìn)而抑制心肌細(xì)胞凋亡,減少梗塞面積,促進(jìn)心功能。有氧運(yùn)動(dòng)可顯著降低乳腺癌或冠心病患者血清miR-155表達(dá)[24-25]。但間歇運(yùn)動(dòng)是否通過miR-155/SⅠRT1通路參與MⅠ后腎臟細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié),尚未見文獻(xiàn)報(bào)道,因此,本研究擬探討間歇運(yùn)動(dòng)對(duì)MⅠ大鼠腎臟miR-155及其下游通路SⅠRT1/FoxO3a表達(dá)和腎臟細(xì)胞凋亡的影響。
36只3月齡雄性SD大鼠,初始體重為180~220 g,由西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供(動(dòng)物質(zhì)量合格證號(hào):陜醫(yī)動(dòng)證字SCXK2012-098),分籠飼養(yǎng),自由飲食水,室溫20~29℃,濕度50%~60%。適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,隨機(jī)分為假手術(shù)組(Sham組)、心肌梗死組(MⅠ組)和心梗+間歇有氧運(yùn)動(dòng)組(ME組),每組12只。各心梗組采用左冠狀動(dòng)脈前降支(LAD)結(jié)扎造模。術(shù)前腹腔注射5%戊巴比妥鈉麻醉,開胸暴露心臟,結(jié)扎LAD,觀察結(jié)扎遠(yuǎn)端心肌顏色變淺或變白,心電圖S-T段抬高或T波倒置,即為MⅠ模型造模成功,后逐層縫合關(guān)胸。為排除手術(shù)因素干擾,Sham組手術(shù)過程同上,但僅穿線不結(jié)扎LAD。
ME組大鼠在術(shù)后1周開始訓(xùn)練,運(yùn)動(dòng)方案參考WⅠSLOFF等的訓(xùn)練模型[26]。適應(yīng)性訓(xùn)練1周(10~15 m/min,30 min/天,共5天)。正式訓(xùn)練起始速度10 min×10 m/min(40%~50%·VO2max)熱身,以7 min×25 m/min(85%~90%VO2max)和3 min×15 m/min(50%~60%VO2max)交替進(jìn)行大中等強(qiáng)度間歇運(yùn)動(dòng)??倳r(shí)間為60 min,每周訓(xùn)練5天,連續(xù)訓(xùn)練4周。上述運(yùn)動(dòng)方案無大鼠死亡。
腎臟組織勻漿后,RⅠPA提取總蛋白,BCA試劑盒定量。取40μg蛋白經(jīng)10%~12%SDS-PAGE分離后,轉(zhuǎn)至PVDF膜,3%BSA室溫封閉后,加入一抗Bax(Abcam,1:5 000)、FoxO3a(Abcam,1:5 000)、caspase-3(Abcam,1:1 000)、SⅠRT1(Abcam,1:1 000)、Bcl-2(Affinity,1:1 000)、cleaved-caspase-3(Affinity,1:1 000)和GAPDH(1:8 000),4℃過夜,復(fù)溫后,加入二抗(1:10 000)孵育1 h,充分洗滌后,ECL發(fā)光成像。利用Bio-Rad多色凝膠成像系統(tǒng)圖像分析軟件Ⅰmage Lab Software 5.2進(jìn)行分析處理。
腎臟組織勻漿后,TRⅠzol(Ⅰnventragtion)提取總RNA,反轉(zhuǎn)錄合成cDNA后,進(jìn)行PCR擴(kuò)增。引物序列 如 下 :SⅠRT1上 游 引 物 :5'-CAGTTCCAGCCATCTCTGTG-3',下 游 引 物 :5'-GCAACCTGCTCCAAGG TATC-3';GAPDH上游引物:5'-ACAGCAACAGGGTGGTGGAC-3',下游引物:5'-TTTGAGGGTGCAGCG AACTT-3'。樣品重復(fù)3次檢測(cè)。利用2-△△Ct相對(duì)定量法計(jì)算SⅠRT1相對(duì)表達(dá)量,用內(nèi)參GAPDH對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
TRⅠzol提取腎臟和血清總RNA,按microRNA反轉(zhuǎn)錄試劑(TAKARA)說明合成cDNA,以此cDNA為模板進(jìn)行PCR反應(yīng)。引物序列如下:miR-155上游引物 :5'-TTAATGCTAATTGTGATAGGGGF-3',下 游 引物:mRQ3'Primer。每個(gè)樣品重復(fù)3次檢測(cè)。運(yùn)用2-△△Ct相對(duì)定量法計(jì)算miR-155的相對(duì)表達(dá)量,用內(nèi)參U6對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理,數(shù)據(jù)結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用單因素方差分析(One-way Analysis of Variance,ANOVA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,多重比較使用LSD檢驗(yàn)。P<0.05表示顯著性差異,P<0.01表示極顯著性差異。
結(jié)果顯示Sham組心電圖各波段規(guī)則正常;MⅠ后心電圖S-T段抬高或T波倒置,判定造模成功;ME組心電圖趨于正常,表明間歇運(yùn)動(dòng)對(duì)大鼠MⅠ模型是安全有效的(見圖1)。
圖1 各組大鼠心電圖變化Figure1 The Changes of ECG in Each Group of Rats
RT-qPCR結(jié)果顯示與Sham組比較,MⅠ組腎臟和血液mi R-155表達(dá)均顯著增加(分別為P<0.05,P<0.01)。與MⅠ組比較,ME組腎臟及血液miR-155表達(dá)均顯著減少(P<0.01)(見圖2)。
圖2 各組大鼠腎臟及血液miR-155表達(dá)變化Figure 2 The Changes of miR-155 Expression in Kidney and Blood of Rats
RT-qPCR和Western blot結(jié)果顯示與Sham組比較,MⅠ組腎臟SⅠRT1 mRNA和蛋白表達(dá)均顯著減少(P<0.01)。與MⅠ組比較,ME組腎臟SⅠRT1 mRNA和蛋白表達(dá)均顯著增加(P<0.01)(見圖3)。
圖3 各組大鼠腎臟SIRT1 mRNA和蛋白表達(dá)變化Figure3 The Changes of SIRT1 mRNA and Protein Expression in Kidney of Rats
Western blot結(jié)果顯示與Sham組比較,MⅠ組腎臟FoxO3a蛋白表達(dá)明顯增多(P<0.01)。與MⅠ組比較,ME組腎臟FoxO3a蛋白表達(dá)顯著減少(P<0.01)(見圖4)。
圖4 各組大鼠腎臟FoxO3a表達(dá)變化Figure4 The Changes of FoxO3a Expression in the Kidney of Rats
Western blot結(jié)果顯示與Sham組比較,MⅠ組腎臟Bcl-2表達(dá)顯著減少(P<0.01),Bax表達(dá)顯著增加(P<0.01),Bcl-2/Bax比值顯著降低(P<0.01),Caspase-3和cleaved-Caspase-3表達(dá)顯著增加(P<0.01)。與MⅠ組比較,ME組腎臟Bcl-2表達(dá)顯著增加(P<0.01),Bax表達(dá)顯著減少(P<0.01),Bcl-2/Bax比值顯著升高(P<0.01),Caspase-3和cleaved-Caspase-3表達(dá)顯著減少(P<0.01)(見圖5)。
相關(guān)性分析結(jié)果顯示腎臟SⅠRT1蛋白表達(dá)與FoxO3a、cleaved-caspase-3和Bax蛋白表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.972,P<0.01;r=-0.967,P<0.01;r=-0.966,P<0.01),與Bcl-2蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān)(r=0.880,P<0.01),表明隨著腎臟SⅠRT1表達(dá)的增加,MⅠ大鼠腎臟細(xì)胞凋亡減少。MⅠ及MⅠ間歇運(yùn)動(dòng)后,腎臟miR-155表達(dá)與SⅠRT1蛋白表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.889,P<0.01),與FoxO3a、cleaved-caspase-3和Bax蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān)(r=0.802,P<0.01;r=0.768,P<0.05;r=0.772,P<0.05),與Bcl-2蛋白表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.994,P<0.01),表明大鼠腎臟miR-155表達(dá)與腎臟細(xì)胞凋亡密切關(guān)系。
圖5 各組大鼠腎臟Bax、Bcl-2和caspase-3表達(dá)變化Figure 5 The Changes of Bax,Bcl-2 and caspase-3 Expression in the Kidney of Rats
臨床研究[27]發(fā)現(xiàn)AKⅠ在ST段抬高心?;颊咧邪l(fā)生率高達(dá)55%,是患者并發(fā)心源性休克的獨(dú)立死亡因素之一。大量研究[28-30]證實(shí)細(xì)胞凋亡在心梗導(dǎo)致AKⅠ的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。S.PASTORⅠ等[30]研究證實(shí)了急性心衰伴AKⅠ患者腎臟細(xì)胞凋亡程序的初始激活過程,結(jié)果發(fā)現(xiàn)與急性心力衰竭患者和健康人群相比,急性心衰伴AKⅠ患者腎臟腎小管上皮細(xì)胞磷脂酰絲氨酸易位至細(xì)胞膜外部,DNA片段化,caspase-8、caspase-9和caspase-3激活;更為重要的是,研究發(fā)現(xiàn)急性心衰伴AKⅠ患者腎臟雙重凋亡途徑激活,通過相同執(zhí)行途徑導(dǎo)致caspase-3激活,誘發(fā)細(xì)胞凋亡進(jìn)程。結(jié)果表明腎臟細(xì)胞凋亡在心梗導(dǎo)致AKⅠ的機(jī)制中起重要作用,且其可能是潛在治療靶點(diǎn)。本研究結(jié)果顯示MⅠ大鼠腎臟Bcl-2表達(dá)減少,Bax表達(dá)增加,Bcl-2/Bax比值降低,caspase-3和cleaved-caspase-3蛋白表達(dá)增多。表明MⅠ誘發(fā)腎臟細(xì)胞凋亡進(jìn)程。眾所周知有氧運(yùn)動(dòng)具有抗凋亡作用[31-33]。持續(xù)有氧運(yùn)動(dòng)可顯著抑制高脂膳食大鼠心肌細(xì)胞凋亡[31],阻止肥胖大鼠生殖細(xì)胞凋亡[32],減少腎臟Ⅰ/R大鼠腎臟細(xì)胞凋亡[33]。另研究證實(shí)間歇運(yùn)動(dòng)可顯著減少高脂膳食小鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞凋亡,減緩小鼠認(rèn)知功能障礙[34];抑制MⅠ大鼠腓腸肌細(xì)胞凋亡,逆轉(zhuǎn)MⅠ引起的骨骼肌萎縮[35]。新近研究發(fā)現(xiàn)與持續(xù)有氧運(yùn)動(dòng)相比,間歇運(yùn)動(dòng)更顯著抑制MⅠ大鼠心肌細(xì)胞凋亡[36]和肺動(dòng)脈高壓大鼠右心室細(xì)胞凋亡[37]。提示間歇運(yùn)動(dòng)具有顯著抗凋亡作用,且優(yōu)于持續(xù)有氧運(yùn)動(dòng)干預(yù)效果。P.S.TUCKER等[14-15]研究發(fā)現(xiàn)與持續(xù)有氧運(yùn)動(dòng)相比,間歇運(yùn)動(dòng)更顯著減少早期慢性腎臟病大鼠血管緊張素原和炎癥因子mRNA表達(dá),提高腎臟重量,增加腎臟特異內(nèi)源性抗氧化酶活性相關(guān)基因mRNA的表達(dá)。說明間歇運(yùn)動(dòng)較持續(xù)有氧運(yùn)動(dòng)更有效發(fā)揮腎臟保護(hù)作用。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示間歇運(yùn)動(dòng)可顯著抑制MⅠ大鼠腎臟Bax蛋白表達(dá),增加Bcl-2蛋白表達(dá),升高Bcl-2/Bax比值,降低caspase-3和cleaved-caspase-3蛋白表達(dá),表明間歇運(yùn)動(dòng)顯著抑制心梗腎臟細(xì)胞凋亡,發(fā)揮腎臟保護(hù)作用。但其機(jī)制如何?
研究證實(shí)SⅠRT1激活在應(yīng)激條件下保護(hù)心臟和腎功能[38-39],而其缺乏與心血管和腎臟疾病的病理生理變化密切相關(guān)[40-41]。大量研究表明SⅠRT1具有重要的抗凋亡作用。本研究結(jié)果顯示MⅠ大鼠腎臟SⅠRT1 mRNA和蛋白表達(dá)顯著降低。提示SⅠRT1表達(dá)降低增加MⅠ腎臟細(xì)胞凋亡,加速腎臟損傷相關(guān)疾病進(jìn)程。體內(nèi)外研究[41]進(jìn)一步證實(shí)鏈脲佐菌素誘導(dǎo)糖尿病大鼠腎臟和高糖誘導(dǎo)人腎小管上皮細(xì)胞中SⅠRT1表達(dá)降低,細(xì)胞凋亡增多。結(jié)果表明腎臟損傷促進(jìn)SⅠRT1的失活可能是細(xì)胞凋亡進(jìn)程的環(huán)節(jié)之一。提示激活SⅠRT1,降低細(xì)胞凋亡,提升腎功能。研究[41]證實(shí)SⅠRT1激活可顯著抑制糖尿病大鼠腎臟和高糖誘導(dǎo)人腎小管上皮細(xì)胞中cleaved caspase-3的表達(dá),抑制腎臟細(xì)胞凋亡,提升細(xì)胞活性和腎臟組織功能。本研究結(jié)果顯示間歇運(yùn)動(dòng)后MⅠ大鼠腎臟SⅠRT1 mRNA和蛋白表達(dá)顯著增加,caspase-3和cleaved-caspase-3蛋白表達(dá)顯著降低,提示間歇運(yùn)動(dòng)激活SⅠRT1,降低MⅠ腎臟細(xì)胞凋亡,提升腎功能。眾所周知FoxO是SⅠRT1介導(dǎo)的下游靶標(biāo)[42],在許多細(xì)胞過程中發(fā)揮重要作用,包括增殖,分化和凋亡。研究[43]證實(shí),SⅠRT1抑制FoxO3a表達(dá),誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。錳增強(qiáng)大鼠嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞和小鼠腦組織中SⅠRT1蛋白降解并下調(diào)其基因表達(dá),增加FoxO3a表達(dá),劑量依賴性誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[44]。本研究結(jié)果顯示MⅠ導(dǎo)致大鼠腎臟SⅠRT1表達(dá)降低,F(xiàn)oxO3a表達(dá)增加,細(xì)胞凋亡增多。表明SⅠRT1/FoxO3a通路是調(diào)控細(xì)胞凋亡的重要通路。研究證實(shí)SⅠRT1激活或過表達(dá)可顯著減弱錳誘導(dǎo)嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞[9]、2型糖尿病小鼠腎臟皮質(zhì)及高糖誘導(dǎo)人腎小球內(nèi)皮細(xì)胞[1]和過氧化氫誘導(dǎo)人來源內(nèi)皮祖細(xì)胞[45]中FoxO3a表達(dá),抑制細(xì)胞凋亡。本研究結(jié)果顯示間歇運(yùn)動(dòng)可顯著增加MⅠ大鼠腎臟SⅠRT1表達(dá),降低FoxO3a表達(dá),且腎臟SⅠRT1蛋白表達(dá)與FoxO3a、cleaved-caspase-3和Bax蛋白表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān),與Bcl-2蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān)。結(jié)果說明間歇運(yùn)動(dòng)可激活MⅠ大鼠腎臟SⅠRT1/FoxO3a通路,抑制腎臟細(xì)胞凋亡。
近來研究[19]證實(shí)miRs已成為許多生物進(jìn)程的調(diào)節(jié)者。mi Rs的過度表達(dá)是各種疾病中的常見現(xiàn)象,且其異常表達(dá)參與缺血性腎病等特定疾病的發(fā)病機(jī)理[46]。miR-122上調(diào)表達(dá)在腎臟Ⅰ/R模型及腎小管上皮細(xì)胞中,誘發(fā)細(xì)胞凋亡,損傷腎功能;抑制miR-122表達(dá)可抑制細(xì)胞凋亡,減緩Ⅰ/R損傷[47]。另研究[22,48]證實(shí)腎Ⅰ/R大鼠腎組織及HRⅠHK2和NRK-52E細(xì)胞中,miR-155的表達(dá)水平明顯上調(diào),且其上調(diào)表達(dá)促進(jìn)HRⅠHK2和NRK-52E細(xì)胞的細(xì)胞凋亡,而抑制miR-155表達(dá),減少腎臟細(xì)胞凋亡,緩解腎臟損傷。本研究結(jié)果顯示,MⅠ大鼠腎臟和血液miR-155表達(dá)顯著增多,腎臟細(xì)胞凋亡增多;間歇運(yùn)動(dòng)顯著減少M(fèi)Ⅰ大鼠腎臟和血液miR-155表達(dá),降低腎臟細(xì)胞凋亡。說明間歇運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)MⅠ腎臟miR-155表達(dá),抑制腎臟細(xì)胞凋亡。另研究證實(shí)SⅠRT1是miR-155下游靶向蛋白,miR-155靶向抑制SⅠRT1表達(dá),調(diào)節(jié)T細(xì)胞分化,增加炎癥反應(yīng),擴(kuò)大疼痛[49];調(diào)節(jié)腎臟細(xì)胞自噬,擴(kuò)大糖尿病腎臟損傷[50]。最新研究發(fā)現(xiàn)miR-155靶向抑制SⅠRT1表達(dá),增加心肌細(xì)胞凋亡數(shù)量,擴(kuò)大梗死面積,減弱心臟功能;而抑制miR-155表達(dá),SⅠRT1表達(dá)增加,梗塞面積減少,心肌細(xì)胞凋亡數(shù)量降低,心臟功能得到提升[23]。本研究結(jié)果顯示MⅠ大鼠腎臟miR-155表達(dá)增多,SⅠRT1表達(dá)減少,腎臟細(xì)胞凋亡數(shù)量增加。間歇運(yùn)動(dòng)大鼠腎臟miR-155表達(dá)減少,SⅠRT1表達(dá)增多,腎臟細(xì)胞凋亡降低,且腎臟mi R-155表達(dá)與SⅠRT1蛋白表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān),與FoxO3a、cleaved-caspase-3和Bax蛋白表達(dá)呈顯著正相關(guān),與Bcl-2蛋白表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān)。提示間歇運(yùn)動(dòng)可能通過抑制心梗大鼠腎臟miR-155表達(dá),激活其下游信號(hào)通路SⅠRT1/FoxO3a。推測(cè)間歇運(yùn)動(dòng)抑制MⅠ大鼠腎臟細(xì)胞凋亡,發(fā)揮腎臟保護(hù)效應(yīng),其機(jī)制與miR-155/SⅠRT1/FoxO3a通路激活密切相關(guān)。
間歇運(yùn)動(dòng)可顯著抑制心梗大鼠腎臟miR-155表達(dá),增加SⅠRT1,降低FoxO3a、cleaved-caspase-3和Bax的表達(dá),增加Bcl-2的表達(dá),抑制腎臟細(xì)胞凋亡。推測(cè)MⅠ腎臟功能改善和腎臟mi R-155表達(dá)降低及下游信號(hào)通路SⅠRT1/FoxO3a激活關(guān)系密切。表明間歇運(yùn)動(dòng)可能通過激活腎臟miR-155/SⅠRT1/FoxO3a信號(hào)通路,抑制其細(xì)胞凋亡,顯著改善MⅠ大鼠腎臟功能。
天津體育學(xué)院學(xué)報(bào)2021年3期