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降鈣素基因相關肽調節核轉錄因子-κB信號轉導對缺氧c-kit+心臟干細胞凋亡的影響

2015-06-28 15:41:38龍仙萍鄭小宇王冬梅許官學趙然尊石蓓
解放軍醫學雜志 2015年10期
關鍵詞:小鼠信號檢測

龍仙萍,鄭小宇,王冬梅,許官學,趙然尊,石蓓

降鈣素基因相關肽調節核轉錄因子-κB信號轉導對缺氧c-kit+心臟干細胞凋亡的影響

龍仙萍,鄭小宇,王冬梅,許官學,趙然尊,石蓓

目的探討降鈣素基因相關肽(CGRP)對缺氧環境下c-kit+心臟干細胞凋亡的影響。方法體外建立c-kit+心臟干細胞缺血缺氧模型,實驗分為缺氧+CGRP組,缺氧+CGRP8-37(CGRP拮抗劑)組,細胞缺氧對照組,常氧細胞組,缺氧+BAY11-7082[核轉錄因子-κB(NF-κB)抑制劑]組。采用免疫熒光檢測細胞缺氧后NF-κB轉位情況;采用Western blotting檢測NF-κB通道蛋白的表達,同樣方法檢測CGRP干預后NF-κB轉位及通道蛋白表達。同時用流式細胞儀檢測CGRP干預后細胞凋亡率。結果在缺氧狀態下,NF-κB信號通路被激活,NF-κBP65發生核轉位(呈現紅色熒光)。與細胞缺氧對照組比較,缺氧+CGRP組NF-κB相關信號蛋白P-I-κB、NF-κBP65及NF-κBP50表達減少(P<0.05);與缺氧+CGRP組比較,CGRP+CGRP8-37組上述NF-κB相關信號蛋白表達增加(P<0.05)。在細胞凋亡方面,與缺氧對照組比較,缺氧+CGRP組早、晚期細胞凋亡率均降低(P<0.05);與缺氧+CGRP組比較,缺氧+CGRP8-37組細胞早期凋亡增加(P<0.05)。結論CGRP在調節NF-κB信號的同時抑制了缺氧環境下c-kit+心臟干細胞的凋亡。

降鈣素基因相關肽;NF-κB;缺氧;c-kit+心臟干細胞;細胞凋亡

細胞療法是目前治療缺血性心肌病的重要手段之一[1],以往研究主要集中在骨髓間充質干細胞(BMSCs)作為細胞移植的種子細胞[2-3]。本課題組以往研究顯示,BMSCs移植在一定程度上能改善心肌梗死后心臟功能,并可減少血管成形術后再狹窄的發生[4]。心臟干細胞(CSCs)具有組織特異性和專一性,可分化為心肌細胞、平滑肌細胞和內皮細胞。目前多項研究已證實,與BMSCs相比,CSCs具有更強的心肌修復作用[5]。然而無論何種細胞作為細胞療法的種子細胞,皆受困于心肌梗死后局部惡劣的微環境使移植細胞存活數量極少[6-8]。目前,人們正尋求各種方法來增加移植細胞的存活力。本課題組前期研究顯示,降鈣素基因相關肽(calcitonin gene related peptide,CGRP)干預BMSCs后,在體外觀察到CGRP抑制核轉錄因子-κB(NF-κB)轉錄,增強缺氧狀態下BMSCs的存活,并且BMSCs的增殖分化不受影響[9]。針對是否CGRP對缺氧狀態下CSCs也具有同樣的保護作用,本實驗建立體外細胞缺血缺氧模型,觀察CGRP對缺氧狀態下c-kit+CSCs凋亡的影響,并觀察抑制NF-κB信號轉導對上述CGRP 在c-kit+CSCs凋亡中的作用,以期能為心臟干細胞有效治療心肌梗死提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料 隨機選擇清潔級4~6周齡小鼠,雌雄不限,購自第三軍醫大學實驗動物中心。大鼠/小鼠CGRP多肽(Phoenix Pha Rmaceuticals,美國),大鼠/小鼠CGRP8-37多肽(Phoenix Pharmaceuti Cals,美國),兔抗小鼠NF-κBP50抗體(博士德公司),兔抗小鼠NF-κBP65抗體(Santa Cruz公司),兔抗小鼠IκB-a(Phospho-Ser32/Ser36),兔抗小鼠IκB-a抗體、NF-κB激活-核轉運檢測試劑盒、BAY11-7082(NF-κB抑制劑)(碧云天公司)。

1.2 方法

1.2.1 小鼠c-kit+CSCs的獲取 無菌下處死4~6周齡小鼠,分離小鼠雙側心耳,剪碎成大小為1mm3的組織塊后置于15ml離心管中,加入0.1% Ⅱ型膠原酶,于37℃恒溫水浴鍋中邊搖晃邊消化約1h;1200r/min離心5min,棄上清。Ham's/F-12完全培養基重懸并分裝于細胞培養瓶內,37℃、5%CO2孵箱中孵育。待細胞鋪滿瓶底至80%~90%時,棄培養基,加入0.05%胰蛋白酶消化分離貼壁細胞,1200r/min離心5min,棄上清。1%BSA封閉,含1%FBS的Ham's/F-12培養基5ml(不含雙抗)重懸細胞,加入兔抗小鼠c-kit抗體(1:250),垂直混合儀上4℃旋轉孵育1h;1200r/min離心5min,棄上清,Ham's/F-12培養基3ml重懸細胞,加入羊抗兔二抗包被磁珠(1:150),再次置于垂直混合儀上,4℃孵育0.5h。孵育完后置于DYNAL磁力架上,移液槍輕輕吸除管中液體(不可觸碰管壁一側附著的棕褐色磁珠),培養基重懸細胞,于37℃、5%CO2孵箱中孵育,每隔2d全量換液一次。待c-kit+CSCs鋪滿瓶底至80%~90%時,流式細胞儀檢測細胞表面抗原c-kit、CD34、CD45的表達。

1.2.2 體外CSCs缺血缺氧模型的建立 取c-kit+CSCs,并將培養基更換為無血清Ham's/F-12培養基后繼續孵育24h,使細胞達到同步化狀態。移至37℃三氣孵箱中進行缺氧處理,孵箱內3種氣體比例分別為N2 94%、CO25%、O21%,缺氧12h進行后繼實驗。

1.2.3 免疫熒光檢測NF-κB信號通路核轉位情況 實驗分為5個組,分別是缺氧+CGRP組、缺氧+CGRP8-37(CGRP拮抗劑)組、缺氧+BAY11-7082(NF-κB抑制劑)組、細胞缺氧對照組、常氧細胞組。參考前期課題組方法[4],收集不同干預組細胞標本后,固定洗滌細胞,然后加入封閉液,室溫封閉1h。吸除封閉液后加NF-κBP65抗體,4℃孵育過夜。洗滌后加抗兔Cy3,室溫孵育1h,洗滌后加細胞核染色液(DAPI),室溫染色5min左右。吸除核染色液,洗滌后滴加抗熒光淬滅封片液,封片后熒光顯微鏡下觀察。

1.2.4 Western blotting檢測NF-κB及相關信號蛋白表達 實驗分為5個組,分別是缺氧+CGRP組、缺氧+CGRP8-37(CGRP拮抗劑)組、缺氧+BAY11-7082(NF-κB抑制劑)組、細胞缺氧對照組、常氧細胞組。參考前期課題組方法[4],分別收集各組蛋白樣品進行SDS-PAGE凝膠電泳、轉膜及封閉后,分別加入兔抗小鼠IκB-a抗體(1:200)、兔抗小鼠IκB-a(Phospho-Ser32/Ser36)抗體(1:500)、兔抗小鼠NF-κBP50抗體(1:200)、兔抗小鼠NF-κBP65抗體(1:200)、兔抗小鼠β-actin抗體(1:400)、兔抗小鼠GAPDH抗體(1:200)4℃孵育過夜,加入HRP標記山羊抗兔IgG二抗,室溫孵育1h后顯影。采用Biorad GelDoc XR成像系統對目的蛋白進行定性及定量分析。

1.2.5 流式細胞儀檢測細胞凋亡 實驗分為4個組,分別是缺氧+CGRP組、缺氧+CGRP8-37(CGRP拮抗劑)組、細胞缺氧對照組、常氧細胞組。收集各干預組細胞,加入Ham's/F-12完全培養基重懸細胞,取1×105個重懸細胞,1200r/min離心5min,棄上清,加入195μl Annexin V-FITC結合液+5μl Annexin V-FITC混勻并重懸細胞。室溫(20~25℃)避光孵育10min,1200r/min離心5min,棄上清,加入190μl Annexin V-FITC結合液+10μ碘化丙啶(PI)染色液混勻并重懸細胞,冰浴避光放置。另設3管對照,分別為空白細胞管、僅加5μl Annexin V-FITC管及僅加10μl PI管。上機前向各管中再加入300μl Annexin V-FITC結合液,槍頭輕輕吹打混勻,進行流式細胞儀檢測。

1.3 統計學處理 采用SPSS 19.0軟件進行統計分析。計量資料以表示,組間比較采用單因素方差分析,進一步兩兩比較采用SNK-q檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 c-kit+CSCs的分離、培養及鑒定 原代CSCs貼壁生長12d后,倒置顯微鏡下可見細胞形態一致,呈長梭狀或多角形,分布不均勻(圖1A)。待原代細胞基本鋪滿細胞瓶底時,行免疫磁珠分選法分選出c-kit+CSCs繼續培養,細胞生長約6d時,高倍顯微鏡下可見細胞體積與未分選前相比稍有增大,周圍附有數個半透明折光度強的圓形小磁珠(圖1B)。行FACS鑒定示c-kit+CSCs表面抗原的表達為c-kit陽性,而CD34、CD45為陰性。

2.2 Western blotting檢測c-kit+CSCs上CGRP受體表達情況 CGRP受體由受體活性修飾蛋白-1(receptor activity modifying protein-1,RAMP1)、降鈣素受體樣受體(calcitonin receptor-like receptor,CRLR)和受體組成蛋白(receptor component protein,RCP)組成。CGRP通過與細胞表面CGRP受體即RAMP1/CRLR復合物結合發揮作用。Western blotting結果顯示,c-kit+CSCs上有RAMP1、CRLR及RCP受體的表達(圖2)。

圖1 大鼠c-kit+CSCs細胞培養(×200)Fig.1 Cultivation of rat c-kit+CSCs (×200) A. Primary generation of CSCs cultivated for 12d; B. c-kit+CSCs after magnetic beads separation

圖2 Western blotting檢測c-kit+CSCs上CGRP受體的表達Fig.2 Expression of CGRP receptor in c-kit+CSCs (Western blotting)RAMP1. Receptor activity modifying protein-1; RCP. Receptor component protein; CRLR. Calcitonin receptor-like receptor

圖3 免疫熒光檢測CGRP對NF-κB信號通路核轉位的影響(×200)Fig.3 Effect of CGRP on the nuclear translocation of NF-κB signal pathway (Immunofluorescence ×200)

2.3 CGRP調節缺氧c-kit+CSCs中NF-κB信號通路

2.3.1 CGRP對NF-κB信號通路核轉位的影響 未被激活的NF-κB和IκB-α形成一個復合物,分布在細胞質內,當其被外界因素激活,IκB-α發生磷酸化后與NF-κB解離,NF-κB的亞基p65及p50進入至細胞核內。應用免疫熒光法檢測細胞缺氧后NF-κB轉錄,轉錄后NF-κBP65呈紅色熒光,細胞核呈藍色熒光。免疫熒光法檢測結果顯示,常氧細胞組和缺氧+BAY11-7082組的細胞核內幾乎無紅色熒光,而細胞缺氧對照組與缺氧+CGRP8-37組見大量紅色熒光表達,缺氧+CGRP組細胞內紅色熒光較少(圖3),表明缺氧下誘導NF-κB信號轉錄,CGRP對NF-κB信號通路有調控作用。

2.3.2 CGRP調節NF-κB信號通路蛋白的表達Western blotting檢測結果(圖4)顯示,細胞缺氧后12h,與常氧細胞組比較,細胞缺氧對照組P-I-κB、NF-κBP65及NF-κBP50表達增加(P<0.05),進一步證實缺氧誘導NF-κB轉錄。與細胞缺氧對照組及缺氧+CGRP8-37組比較,缺氧+CGRP組P-I-κB、NF-κBP65及NF-κBP50表達降低(P<0.05),與細胞缺氧對照組比較,缺氧+CGRP8-37組上述NF-κB通道蛋白表達差異無統計學意義(P>0.05),然而,與缺氧+BAY11-7082組比較,缺氧+CGRP組中P-I-κB、NF-κBP65及NF-κBP50蛋白表達明顯增加(P<0.05)。

圖4 Western blotting法檢測CGRP對NF-κB信號通道蛋白的影響Fig.4 Effect of CGRP on NF-κB signal channel protein (Western blotting)(1)P<0.05 compared with normal oxygen group; (2)P<0.05 compared with hypoxia control group; (3)P<0.05 compared with hypoxia+CGRP group; (4)P<0.05 compared with hypoxia+CGRP8-37group

圖5 流式細胞儀檢測CGRP調節NF-κB信號通路后c-kit+CSCs存活的影響Fig.5 Influence of CGRP regulating NF-κB signal channel on c-kit+CSCs survival (Flow cytometry)Q1. Dead cells; Q2. Late apoptotic cells; Q3. Survived cell ; Q4. Early apoptotic cells. (1)P<0.05 compared with normal oxygen group; (2)P<0.05 compared with hypoxia control group; (3)P<0.05 compared with hypoxia+CGRP group

2.4 CGRP對c-kit+CSCs細胞凋亡的影響 流式細胞儀檢測細胞凋亡結果(圖5)顯示,與常氧細胞組比較,細胞缺氧對照組心臟干細胞早、晚期凋亡率均明顯增高(P<0.05),與細胞缺氧對照組比較,缺氧+CGRP組CSCs細胞早、晚期凋亡率明顯降低(P<0.05),且細胞存活率升高;然而CSCs缺氧并加入CGRP受體拮抗劑(CGRP8-37)后,與缺氧+ CGRP組比較,缺氧+CGRP8-37組早期細胞凋亡增加(P<0.05),晚期細胞凋亡率差異無統計學意義(P>0.05)。

3 討 論

在心臟干細胞移植治療心肌梗死的過程中,最棘手的難題則是如何提高移植細胞的存活率及分化率,以減輕心肌梗死后微環境對移植細胞的損傷,并且最大限度的發揮細胞效應。Hong等[8]發現經冠脈內輸注CSCs至心肌梗死小鼠心臟后的5min,不足40%的CSCs存在于心臟中,而接下來的24h內,心臟中大于85%的移植CSCs丟失,細胞移植后第7天,僅有3.56%±2.03%的細胞存活,而在移植后的35d,細胞存活率下降至2.46%±0.46%。以上結果表明心肌梗死后局部缺氧、炎癥等微環境的改變對移植細胞的存活起了關鍵性作用。

NF-κB是炎癥信號激活通路,各種促炎因子和細菌產物均可激活NF-κB信號通路,導致促炎基因的轉錄調控,從而促進炎癥進程[10]。靜息狀態下NF-κB亞基p65通常與I-κB結合,覆蓋p50蛋白的核定位信號,以無活性的三聚體形式存在于細胞質中。當細胞受到炎癥、應激及氧化劑等刺激時,I-κB磷酸化并水解,與NF-κB解離,活化的NF-κBp65和p50亞基轉位至細胞核內,啟動炎性因子及凋亡基因的轉錄[11]。其中,p65亞基主要發揮促炎、促纖維化及凋亡作用的。Gordon等[12]證實NF-κB的激活也可引起炎性因子(TNF-α、IL-6 及ICAM-1)表達增加、促凋亡基因(Fas-L、Fas、C-mys)表達上升和抑凋亡基因(Bcl-2、Bcl-XL)表達下降。Yang等[13]發現抑制NF-κB/I-κBα/IKK信號通路后,細胞黏附分子和組織因子的表達均減少,炎癥反應亦減輕。由此本實驗設想,如果抑制了NF-κB信號通路,可否明顯改善移植細胞不利的炎癥微環境,從而增加移植細胞的存活率。Guan等[14]亦發現CGRP連接至RAMP1/CLR受體二聚體上可增加細胞cAMP水平,激活PKA,活化的PKA通過干擾I-κBα磷酸化降解來抑制NF-κB的活性,進而促進DNA連接抑制劑p50/p50二聚體形成。因此,CGRP 對NF-κB炎癥通路應該是發揮抑制作用的。為了驗證CGRP能否通過直接抑制NF-κB炎癥通路發揮抑制細胞凋亡的作用。

本實驗用細胞免疫熒光法觀察NF-κBp65亞基的核轉位情況,結果顯示細胞缺氧后12h,激活NF-κB轉錄入核,當抑制缺氧細胞中的CGRP受體后,缺氧+CGRP8-37組見大量紅色熒光表達,NF-κBP65轉錄表達增加,缺氧+CGRP組細胞核紅色熒光少,NF-κBP65表達減少。用Western blotting法檢測各組中NF-κB通道蛋白P-I-κB、I-κB、NF-κBP65及NF-κBP50的表達水平,得到類似結果,即,缺氧組中,P-I-κB、NF-κBP65及NF-κBP50的表達明顯增加(P<0.05),提示缺氧狀態下,c-kit+CSCs中的NF-κB信號通路被激活。使用CGRP處理細胞后,上述蛋白的表達明顯下降,但與NF-κB抑制劑(BAY11-7082)作用的缺氧細胞比較,CGRP處理細胞后其NF-κB相關信號蛋白表達仍增加,為了進一步證實CGRP 對NF-κB信號通路的作用,在缺氧細胞中加入CGRP受體拮抗劑后,觀察到NF-κB相關信號蛋白的表達接近于細胞缺氧對照組,以上結果表明,雖然CGRP對NF-κB通道的抑制作用較NF-κB抑制劑低,但CGRP能明顯抑制NF-κB信號轉錄。

結合以上實驗結果,可以初步認為,在c-kit+CSCs中,CGRP能夠抑制P-I-κB、NF-κBP65和NF-κBP50的表達,干擾NF-κB亞基發生核轉位,對炎癥通路NF-κB信號通路有著明確的抑制作用。那么,CGRP是否通過抑制NF-κB信號通路增加c-kit+CSCs的抗凋亡能力呢?流式細胞儀結果顯示,與常氧CSCs比較,細胞缺氧對照組細胞早、晚期凋亡率均增高。在缺氧細胞中加入CGRP干預后,與細胞缺氧對照組比較,其細胞早期和晚期凋亡率均降低,但拮抗CGRP作用后,細胞凋亡率明顯增高。本實驗初步觀察到了CGRP對細胞凋亡的作用,結合上述研究結果,CGRP能明顯抑制NF-κB信號轉錄,由此推斷CGRP可能通過調節NF-κB信號通路來調節c-kit+CSCs細胞凋亡。本課題組下一步將研究干擾NF-κB信號通道后CGRP對c-kit+CSCs細胞凋亡的影響,以期為CGRP通過調節NF-κB信號通路抑制細胞凋亡提供更有力的證據。

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Effect of calcitonin gene related peptide regulated nuclear factor kappa B signal transduction on c-kit+cardiac stem cells in hypoxia state

LONG Xian-ping, ZHENG Xiao-yu, WANG Dong-mei, XU Guan-xue, ZHAO Ran-zun, SHI Bei*
Department of Cardiology, Affiliated Hospital of Zunyi Medical College, Zunyi, Guizhou 563003, China
*< class="emphasis_italic">Corresponding author, E-mail: shibei2147@163.com

, E-mail: shibei2147@163.com
This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (NSFC81360021), and the International Cooperative Project of Guizhou Province [Qiankehewai G (2013)7037]

ObjectiveTo investigate the effects of calcitonin gene-related peptide (CGRP) on the apoptosis of c-kit+cardiac stem cells in hypoxia.MethodsIschemia and hypoxia models of c-kit+cardiac stem cells were reproducedin vitro. The models were divided into hypoxia+CGRP group, hypoxia+CGRP8-37(antagonist of CGRP) group, hypoxia control group, normal oxygen group, and hypoxia+BAY11-7082[antagonist of nuclear factor kappa B (NF-κB)] group. NF-κB translocation after hypoxia was detected by immunofluorescence, and NF-κB channel proteins were determined with Western blotting. The NF-κB translocation and the expression of NF-κB channel proteins after CGRP intervention were detected, and the cell apoptosis rate after intervention was determined with flow cytometry in each group.ResultsUnder hypoxia the NF-κB signal pathway was activated, and nuclear translocation occurred in NF-κBP65(red fluorescence). Compared with hypoxia control group, the expressions of NF-κB related proteins such as P-I-κB, NF-κBP65and NF-κBP50decreased obviously (P<0.05). Compared with the hypoxia+CGRP group, the expressions of NF-κB related proteins increased significantly (P<0.05) as mentioned above in hypoxia+CGRP8-37group. Both the early and late apoptotic rates declined in hypoxia+CGRP group compared with that of hypoxia control group (P<0.05), however, the early apoptotic rate increased markedly in hypoxia+CGRP8-37group as compared with that of hypoxia+CGRP group (P<0.05).ConclusionUnder hypoxia, CGRP may regulate the NF-κB signal pathway, and at the same time suppress the apoptosis of c-kit+cardiac stem cells.

calcitonin gene-related peptide; nuclear factor kappa B; anoxia; c-kit+cardiac stem cells; apoptosis

R363

A

0577-7402(2015)10-0782-06

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.10.03

2015-05-22;

2015-08-05)

(責任編輯:張小利)

國家自然科學基金(81360021);貴州省國際合作項目[黔科合外G字(2013)7037號]

龍仙萍,醫學碩士,副主任醫師。主要從事心肌梗死后心肌細胞再生修復的基礎及臨床研究

563003 貴州遵義 遵義醫學院附屬醫院心內科(龍仙萍、鄭小宇、王冬梅、許官學、趙然尊、石蓓)

石蓓,E-mail:shibei2147@163.com

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