和厚樸酚通過miR-155 靶向Smad3 抑制高糖誘導腎小球系膜細胞凋亡的機制

余婷 高原小雪 謝宇端 胡玉海 田佩孚

（1 武漢市精神衛生中心檢驗科,湖北 武漢 430012;2 中國中醫科學院望京醫院檢驗科;3 武漢市漢口醫院檢驗科）

糖尿病腎病（DN）是糖尿病最普遍的并發癥之一，大約影響40%的1 型和2 型糖尿病患者，晚期通常導致慢性腎衰竭〔1〕。高血糖引發導致腎小球系膜細胞（GMC）凋亡和缺失是DN 病理進展的關鍵因素〔2〕。和厚樸酚（honokiol）是一種小分子多酚類物質，源自木蘭屬植物，在臨床前模型中已被證實具有抗炎、抗血管生成和抗腫瘤活性〔3〕。研究發現，和厚樸酚可以作為人結直腸癌的潛在新型化療藥物〔4〕，對體外大鼠腎小球系膜增生具有潛在的治療作用〔5〕。研究表明，miR-155 廣泛參與機體造血細胞的發育和分化，免疫細胞的發育分化、炎癥反應、免疫應答等生物過程，并且在肝癌、乳腺癌、胰腺癌等多種癌組織或細胞株中表達上調，與腫瘤的侵襲、轉移密切相關〔6〕。miR-155 在DN 腎組織和高糖刺激的腎實質細胞中高表達〔7〕。Smad3 屬于Smad 蛋白家族，參與胚胎發育、骨骼和器官形成，其水平在癌癥和肝腎損傷的組織中異常表達〔8，11〕。但是和厚樸酚、miR-155 和Smad3 在高糖損傷的小鼠腎小球系膜細胞（MGMC）中的作用與聯系尚未可知。本研究建立高糖誘導的MGMC 凋亡模型，檢測和厚樸酚抑制高糖誘導的MGMC 凋亡的作用機制，并探尋Smad3 和miR-155 在和厚樸酚對減輕糖尿病腎損傷過程中的作用。

1 材料與方法

1.1 材料 MGMC（SV40-MES-13；購自美國ATCC）；和厚樸酚（≥98%；購自美國Sigma-Aldrich 公司）；抗Smad3 抗體和抗β-actin 抗體（購自美國Abcam公司）；Lipofectamine 2000 總RNA 提取試劑盒（購自美國Invitrogen 公司）、反轉錄試劑盒、real-time PCR 試劑盒、BCA 蛋白檢測試劑盒（購自美國Thermo）；膜聯蛋白V（Annexin V）/碘化丙啶（PI）細胞凋亡檢測流式法細胞凋亡檢測試劑盒（購自美國BD 公司）。

1.2 方法

1.2.1 細胞培養 將SV40-MES-13 細胞培養于DMEM 培養基（含10%胎牛血清、1% 青-鏈霉素）中和37℃、5% CO2、95%濕度的培養箱中。

實驗分組:空白組、高糖組、高糖+和厚樸酚組。其中，空白組含5 mmol/L D-葡萄糖；高糖組含30 mmol/L D-葡萄糖；高 糖+和厚樸 酚組含30 mmol/L D-葡萄糖+40 μg/ml 和厚樸酚。

1.2.2 細胞轉染 在6 孔板中接種SV40-MES-13細胞（2×105個/孔）。待SV40-MES-13 細胞基本融合為一層時，遵循Lipofectamine 2000 試劑操作指南，用無血清DMEM 稀釋miR-con、miR-155、si-con、si-Smad3、anti-miR-con、anti-miR-155、野生型（WT）-Smad3+miR-con、WT-Smad3+miR-155、突變型（MUT）-Smad3+miR-con 和MUT-Smad3+miR-155、anti-miR-155+si-con、anti-miR-155+si-Smad3 等載體，取等體積Lipofectamine 2000 與各組載體充分混合20 min，將其加至SV40-MES-13 細胞中，6 h 后更換為完全DMEM，繼續轉染48 h，收獲SV40-MES-13 細胞。

1.2.3 Real-time PCR 檢測miR-155 和Smad3 mRNA 的表達 收集各組SV40-MES-13 細胞，提取總RNA，按照16℃30 min、42℃30 min、82℃5 min 的反應程序合成cDNA，獲得的cDNA 于4℃放置10 min，保存在-80℃。取cDNA 按照real-time PCR試劑盒的操作規程說明，按照95℃ 5 min；95℃15 s、60℃30 s、72℃40 s，40 個循環；72℃10 min的反應程序進行PCR。引物序列:miR-155 上游引物5＇-TTAATGCTAATCGTGATAGG-3＇，下游引物為試劑盒內通用引物；Smad3 上游5＇-GAGAGGTGTGCGGCTCTACT-3＇，下游5＇-CTGGTTGCAGTTGGGAGACT-3＇；內參照β-actin 上游5＇-CATTGCTGACAGGATGCAGA-3＇，下 游5＇-CTGCTGGAAGGTGGACAGTGA-3＇。miR-155 和Smad3 mRNA 的表達數據通過在Bio-Rad PCR 系統中進行分析。

1.2.4 流式細胞術測定細胞凋亡率 SV40-MES-13 細胞經 高糖和（或）和厚樸酚（20 μmol/L、40 μmol/L、80 μmol/L）處理后，接種至6 孔板（2×104個/孔），培養72 h后收集細胞，按照Annexin V/PI試劑盒操作指南，室溫黑暗條件下將細胞與5 μl Annexin V-FITC 和5 μl PI 混勻，20 min，后于在流式細胞儀進行測定凋亡率（%）檢測。

1.2.5 Western 印跡檢測Smad3 蛋白表達 將培養48 h 的各組SV40-MES-13 細胞（空白組、高糖組、試驗組）以RIPA 裂解液提取蛋白，經BCA 法試劑測量其濃度。蛋白進行十二烷基硫酸鈉（SDS）-聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）和轉膜，封閉2 h，后4℃加入抗Smad3 和抗β-actin（內參照）一抗，4℃孵育保持12 h，室溫下加入稀釋的二抗，孵育2 h 后，分析Smad3 蛋白水平。

1.2.6 雙螢光素酶報告系統實驗 將SV40-MES-13 細胞接種于24 孔板（1×104個/孔），培養至80%～90%融合。構建miR-155 結合位點的Smad3雙熒光素酶報告載體WT-Smad3 和MUT-Smad3，然后分別在SV40-MES-13 細胞中共轉染miR-con 或miR-155。48 h 后，在室溫下將SV40-MES-13 細胞與裂解液反應20 min，加入熒光素酶底物測量熒光素酶活性。分析螢火蟲相對于海腎的熒光素酶活性。

1.3 統計學處理 采用SPSS21.0 軟件進行單因素方差分析和t檢驗。

2 結果

2.1 不同濃度的和厚樸酚對高糖誘導MGMC 凋亡的影響 流式細胞術結果顯示，與空白組〔（8.59±0.96）%〕相比，高糖組的細胞凋亡率〔（32.64±2.76）%〕顯著上升（P＜0.05）；與高糖組相比，高糖+和厚樸 酚20 μmol/L 組、高 糖+和厚樸 酚40 μmol/L組、高糖+和厚樸酚80 μmol/L 組的細胞凋亡率均顯著下降〔（24.55±3.05）%、（15.38±2.37）%、（18.26±2.18）%；P＜0.05〕；與高糖+和厚樸酚20 μmol/L組相比，高糖+和厚樸酚40 μmol/L組細胞凋亡率減少且差異顯著（P＜0.05）。說明和厚樸酚可以抑制高糖誘導的MGMC 凋亡，根據實驗結果，40 μmol/L 和厚樸酚抑制細胞凋亡效果最佳，選擇和厚樸酚40 μmol/L 用于后續實驗。

2.2 和厚樸酚對高糖誘導的MGMC 中miR-155 和Smad3 表達的影響 qRT-PCR 和Western 印跡結果顯示（圖1 和表1），與空白組相比，高糖組的MGMC中miR-155 表達量顯著減少（P＜0.05），Smad3 mRNA 和Smad3 蛋白表達量顯著增加（P＜0.05）；與高糖組相比，高糖組+和厚樸酚組的MGMC 細胞中miR-155 表達量比高糖組增加（P＜0.05），Smad3 mRNA 和Smad3 蛋白表達量顯著減少（P＜0.05）。

圖1 檢測腎小球系膜細胞Smad3 蛋白的表達

表1 和厚樸酚對高糖誘導MGMC 中miR-155 和Smad3 表達的影響(,n=3)

表1 和厚樸酚對高糖誘導MGMC 中miR-155 和Smad3 表達的影響(,n=3)

與空白組相比較:1）P＜0.05；與高糖組相比較:2）P＜0.05

2.3 過表達miR-155 抑制高糖誘導的MGMC 細胞凋亡 qRT-PCR 和流式細胞術結果表明（表2），與高糖+miR-con 組相比，高糖+miR-155 組的MGMC中miR-155 表達量顯著增加（P＜0.05），而MGMC細胞凋亡率顯著減少（P＜0.05）。

表2 過表達miR-155 對高糖誘導腎小球系膜細胞凋亡的影響(,n=3)

表2 過表達miR-155 對高糖誘導腎小球系膜細胞凋亡的影響(,n=3)

2.4 miR-155 靶向調控Smad3 的表達 Targetscan軟件預測結果顯示（圖2A），miR-155 靶向Smad3 的3＇UTR。雙熒光素酶報告系統結果顯示（表3），miR-155 組WT-Smad3 的螢火蟲熒光素酶相對活性比miR-con 組顯著下降（P＜0.05），而miR-155 組、miRcon 組MUT-Smad3 的螢火蟲熒光素酶相對活性無明顯變化（P＞0.05）。Western 印跡結果發現（圖2B），miR-155 組的Smad3 蛋白表達量（0.18±0.05）比miRcon 組（0.59±0.06）顯著下降（P＜0.05）；anti-miR-155組的Smad3 蛋白表達量（1.35±0.11）比anti-miR-con組（0.54±0.05）顯著上升（P＜0.05）。

圖2 miR-155 靶向Smad3 mRNA 的3′UTR 調控其表達

表3 miR-155 與Smad3 的雙熒光素酶報告實驗(,n=3)

表3 miR-155 與Smad3 的雙熒光素酶報告實驗(,n=3)

2.5 沉默Smad3 抑制高糖誘導的MGMC 凋亡 高糖組+si-Smad3 組的MGMC 中Smad3 mRNA 和蛋白表達量比高糖+si-con 組顯著下降（P＜0.05），細胞凋亡率也比高糖+si-con 組顯著下降（P＜0.05）。見圖3、表4。

圖3 檢測腎小球系膜細胞Smad3 蛋白表達

表4 沉默Smad3 抑制高糖誘導的MGMC 凋亡(,n=3)

表4 沉默Smad3 抑制高糖誘導的MGMC 凋亡(,n=3)

2.6 和厚樸酚通過miR-155 靶向Smad3 表達影響調節高糖誘導的MGMC 凋亡 與高糖+和厚樸酚+anti-miR-con 組相比，高糖+和厚樸酚+anti-miR-155組的Smad3 mRNA、蛋白表達量和細胞凋亡率均顯著上升（P＜0.05）；與高糖+和厚樸酚+anti-miR-155+si-con 組相比，高糖+和厚樸酚+anti-miR-155+si-Smad3 組Smad3 mRNA、蛋白表達量和細胞凋亡率均顯著下降（P＜0.05）。見圖4，表5。

圖4 檢測腎小球系膜細胞Smad3 蛋白表達

表5 和厚樸酚通過miR-155 靶向Smad3 調節抑制高糖誘導的MGMC 凋亡(,n=3)

表5 和厚樸酚通過miR-155 靶向Smad3 調節抑制高糖誘導的MGMC 凋亡(,n=3)

與高糖+和厚樸酚+anti-miR-con 組相比較:1）P＜0.05；與高糖+和厚樸酚+anti-miR-155+si-con 組相比較:2）P＜0.05

3 討論

2013 年，我國糖尿病患病率已超過10%，而糖尿病引發的并發癥已成為威脅患者健康和生命的重大問題〔12，13〕。糖尿病并發癥通常引發DN，通常伴有系膜細胞功能障礙高血糖可造成GMC 脫落和凋亡〔14，15〕。因此，探索高糖誘導GMC 凋亡過程的潛在分子機制，是DN 的研究熱點。

和厚樸酚是玉蘭科中藥中的一種多酚類活性成分，具有抗炎、抗血管增生的作用，能夠減輕促纖維化和促炎癥因子及細胞外基質蛋白的表達，成為預防腎纖維化的治療藥物〔16〕。研究表明，在內毒素刺激的人GMC 模型中，和厚樸酚通過抑制炎性因子水平，有效保護腎損傷〔17〕。在腎臟缺血再灌注損傷中，和厚樸酚通過減輕氧化應激、炎癥反應和抑制凋亡進而改善腎臟損傷〔18〕。本研究中，高糖誘導的MGMC 凋亡可被不同濃度的和厚樸酚所抑制，證實和厚樸酚對DN 具有潛在的臨床抑制作用。

miR-155 是miRNA 家族中典型的多功能miRNA，miR-155 參與造血、免疫、炎癥和腫瘤形成和發展等生物過程，與細胞增殖、凋亡等密切相關〔19〕。Gao 等〔20〕在透明細胞腎細胞癌中檢測到高水平的miR-155，發現其促進透明細胞腎細胞癌的增殖和侵襲。Beltrami 等〔21〕研究發現，miR-155 在DN 患者尿液標本、腎小球中表達豐富。本研究表明，和厚樸酚促進高糖誘導的MGMC 中miR-155 的表達；過表達miR-155 抑制高糖促MGMC 凋亡的效果，下調miR-155 可逆轉和厚樸酚對高糖誘導腎小球系膜細胞凋亡的抑制作用，說明在高糖誘導的MGMC 中，和厚樸酚通過上調miR-155 的表達，減輕MGMC 凋亡。

已知Smad3 是多種生物過程的重要參與者，如細胞凋亡、增殖、干細胞分化、胚胎發育等，它介導TGF-β 的促纖維化活性〔22〕。資料顯示，Smad3 磷酸化水平在暴露于高糖的足細胞中增強，低表達Smad3 可拮抗高糖刺激的足細胞凋亡〔23〕。本研究結果與上述結果類似，即高糖使MGMC 中的Smad3表達上調，沉默Smad3 能減輕高糖誘導的MGMC 凋亡。另外，高糖導致的Smad3 高表達被和厚樸酚所抑制，說明和厚樸酚抑制MGMC 凋亡與抑制Smad3有關。本研究中，Targetscan 軟件、雙熒光素酶報告系統結合Western 印跡實驗預測證實出miR-155 與Smad3 的3＇UTR 部分互補配對。雙熒光素酶報告系統進一步證實miR-155 對Smad3 的調控功能，并說明在高糖誘導的MGMC 中，和厚樸酚對高糖損傷MGMC 凋亡的抑制作用是通過miR-155 靶向Smad3從而抑制細胞凋亡；體現了miR-155 對Smad3 的調控功能。

本研究首次闡述了和厚樸酚高糖誘導的MGMC細胞中通過上調miR-155 靶向Smad3，抑制減輕高糖誘導的MGMC 細胞凋亡，揭示了和厚樸酚在治療DN 中的重要臨床意義。