Lnc-FOXD3-AS1通過(guò)激活SMAD1/5/8促進(jìn)缺鐵性貧血大鼠體內(nèi)Hepcidin表達(dá)

安媛媛·安林, 籍雁敏, 熱西丹·阿布力海提, 木尼熱·買買提尼牙孜, 佐日汗·艾依薩

(1.新疆醫(yī)科大學(xué)第七附屬醫(yī)院兒科, 新疆 烏魯木齊 830000 2.新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院兒科, 新疆 烏魯木齊 830000)

缺鐵性貧血(IDA)是一種常見且危害性大的疾病,可引起人體血液中血紅蛋白含量的顯著下降,導(dǎo)致貧血、暈厥和易怒等病癥[1-2]。研究表明,IDA與Hepcidin的缺乏有關(guān),Hepcidin是由HAMP基因編碼,由肝細(xì)胞產(chǎn)生的多肽激素,當(dāng)Hepcidin被釋放到循環(huán)系統(tǒng)中,可與十二指腸腸細(xì)胞和脾臟巨噬細(xì)胞相互作用,從而直接降解鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,從而減少鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)[3]。研究表明,Hepcidin與鐵蛋白、鐵和血紅蛋白的水平呈顯著正相關(guān),而且Hepcidin可作為IDA的生物學(xué)標(biāo)志物[4]。然而,體內(nèi)Hepcidin的水平受何種機(jī)制調(diào)控還不清楚。小G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)蛋白1/5/8(SMAD1/5/8)屬于SMAD蛋白家族,是一類關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子,其在細(xì)胞凋亡、血管生成、免疫反應(yīng)、組織定位以及胚胎發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮作用[5]。最近,有關(guān)Hepcidin調(diào)節(jié)機(jī)制的研究表明,SMAD1/5/8直接參與了Hepcidin表達(dá)的調(diào)節(jié),當(dāng)激活SMAD1/5/8信號(hào)后肝細(xì)胞中的Hepcidin表達(dá)顯著上調(diào)[6]。另外,SMAD1/5/8在上游受到多種長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)的調(diào)控[7]。lncRNA是一種轉(zhuǎn)錄長(zhǎng)度超過(guò)200nt的非編碼RNA,不僅廣泛表達(dá)于IDA患者體內(nèi),而且靶向轉(zhuǎn)錄因子、激活因子、抑制因子等多種基因,調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá),參與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展[7]。lncRNA已被多次報(bào)道調(diào)控鐵的代謝,還能參與調(diào)控肝細(xì)胞的損傷,并與Hepcidin的表達(dá)密切相關(guān)[8]。叉頭基因結(jié)構(gòu)域同源蛋白D3長(zhǎng)鏈非編碼RNA1(lnc-FOXD3-AS1)是一種新報(bào)道的lncRNA,密切參與多種細(xì)胞的增殖、凋亡、炎癥損傷和并調(diào)節(jié)細(xì)胞中SMAD1/5/8信號(hào)的表達(dá)。然而,目前并不清楚lnc-FOXD3-AS1對(duì)IDA和Hepcidin的調(diào)控作用。本文旨在研究lnc-FOXD3-AS1對(duì)IDA大鼠Hepcidin調(diào)控作用并探討了潛在機(jī)制。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組:雄性SD大鼠體重為200±15g,共50只,購(gòu)自新疆醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,飼養(yǎng)條件為溫度22±2℃,濕度60 5%,日/夜周期為12h。大鼠隨機(jī)數(shù)字表法分為5組。包括對(duì)照組,IDA組,IDA大鼠經(jīng)100μg/kg lnc-FOXD3-AS1過(guò)表達(dá)載體(靜脈注射)治療組(pcDNA-FOXD3-AS1+IDA組)、IDA大鼠經(jīng)過(guò)表達(dá)空載體(100μg/kg靜脈注射)治療組(pcDNA-null+IDA組)、IDA大鼠經(jīng)pcDNA-FOXD3-AS1聯(lián)合Smad1/5/8的激活抑制劑Compound C(25mg/kg,靜脈注射)治療組(pcDNA-FOXD3-AS1+Compound C+IDA組),每組n=10。IDA組以玉米淀粉為主要成分配制一種低鐵飼料喂養(yǎng)聯(lián)合眼眶靜脈重復(fù)放血建立IDA大鼠模型。低鐵飼料配方:玉米淀粉99%,鹽0.7%,混合維生素0.1%,微量元素0.1%,氯化膽堿約0.1%,原子吸收光譜法測(cè)定鐵含量為10.1mg/kg。采用低鐵飼料配合每隔1d眶靜脈重復(fù)放血,連續(xù)14d,建立實(shí)驗(yàn)性IDA模型。大鼠從無(wú)鐵裝置中獲得食物和蒸餾水,該裝置用于防止從水中攝入外來(lái)鐵。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格控制,避免鐵污染。將正常飼料喂養(yǎng)的大鼠分為對(duì)照組。pcDNA-FOXD3-AS1+IDA組、pcDNA-null+IDA組、pcDNA-FOXD3-AS1+Compound C+IDA組大鼠藥物干預(yù)與造模開始同步,每隔1d靜脈注射1次,連續(xù)14d。14d后用含乙二胺四乙酸真空管收集各組血液,安樂(lè)死大鼠收集肝臟組織,保存6只新鮮肝臟組織用于western blot和qRT-PCR檢測(cè),剩余4只肝臟組織片制作冷凍切用于免疫熒光化學(xué)檢測(cè)。

1.2酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn):取各組血清,12000rpm/min離心10min,然后在20℃下保存直至分析。根據(jù)制造商說(shuō)明書(美國(guó)USCN Life公司),用酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)(ELISA)測(cè)定血清和肝臟研磨后中Hepcidin水平。并使用原子吸收光譜儀(美國(guó)VARIAN公司,AA-240 FS型)測(cè)定血清中鐵含量。

1.3qRT-PCR檢測(cè)Lnc-FOXD3-AS1的表達(dá):用TRIzol regent(美國(guó)Invitrogen公司)從組織或血清中提取總RNA。通過(guò)分光光度法測(cè)定RNA的濃度和純度,并使用PrimeScript RT逆轉(zhuǎn)錄酶試劑試劑盒(日本Takara公司)按照制造商的方案合成互補(bǔ)DNA。qRT-PCR分析使用SYBR Premix Ex Taq試劑盒(日本Takara公司)和StepOnePlus實(shí)時(shí)PCR系統(tǒng)(美國(guó)Applied biosystems)進(jìn)行。LncRNA HAGLR表達(dá)以GAPDH為內(nèi)參基因,用ΔΔCt法測(cè)定基因的相對(duì)表達(dá)量。目的基因引物由上海生工生物技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)。引物序列如下(5’-3’):lnc-FOXD3-AS1 正向5'- ACCAGAGGAAGGAGCACGA-3';反向5'-AGAAGCACCACTGTCCATCC-3';;GAPDH 正向5'-AGAAGGCTGGGGCTCATTTG-3',反向 5'-AGGGGCCATCCACAGTCTTC-3'。相對(duì)定量使用2-ΔΔCT方法。

1.4Western blot檢測(cè)肝臟組織中Hepcidin和SMAD1/5/8的表達(dá):制備肝組織裂解物:切碎的肝臟樣品在含1% NP-40、1mg/mL pepstatin、1mg/mL leupeptin、1mg/mL抑肽蛋白和100mg/mL苯基甲基磺酰的1mL TBS(pH 7.5)緩沖液中裂解。在4℃,12000g離心15min,收集上清液。蛋白濃度由Bio-Rad試劑盒(上海碧云天生物公司)進(jìn)行檢測(cè)。用10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)檢測(cè)細(xì)胞總蛋白,并將其電印跡到硝化纖維膜上(英國(guó)Amersham Pharmacia Biotech公司)。將膜用5%的脫脂牛奶封閉2h,然后在4℃下與一抗孵育10h。免疫復(fù)合物用辣根過(guò)氧化物酶偶聯(lián)的抗兔IgG抗體(1∶5000)孵育。最后,使用Western-Light化學(xué)發(fā)光檢測(cè)系捕獲蛋白信號(hào)表達(dá)。所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次。抗體濃度為Hepcidin(1∶1000)、SMAD1/5/8(NB100-56656,1∶800)、磷酸化的SMAD1/5/8(Ser463/465)(AB3848,p-SMAD1/5/8)(1∶500)。

1.5肝臟組織免疫熒光化學(xué)法檢測(cè)Hepcidin和SMAD1/5/8的表達(dá):對(duì)肝組織的冷凍切片進(jìn)行免疫染色,在pH為6.0的檸檬酸中進(jìn)行熱介導(dǎo)抗原回收,并用10%的BSA進(jìn)行封閉。將載玻片與Hepcidin的抗體孵育,并用Alexa Fluor 594偶聯(lián)抗兔抗體和Fluor 488偶聯(lián)抗小鼠抗體標(biāo)記。用DAPI (美國(guó)Sigma公司)對(duì)細(xì)胞核進(jìn)行染色,用共聚焦鏡(德國(guó)蔡司公司)捕獲免疫熒光信號(hào)。

2 結(jié) 果

2.1IDA大鼠體內(nèi)鐵含量和Hepcidin、lnc-FOXD3-AS1和SMAD1/5/8的表達(dá)變化:與對(duì)照組比,IDA組中大鼠肝臟組織和血清中鐵含量明顯降低(均P<0.05),而且外周血HGB含量?jī)H為78.29±5.26g/L。見表1。表明大鼠IDA模型建立成功。與對(duì)照組比,IDA組中Hepcidin、lnc-FOXD3-AS1和SMAD1/5/8的表達(dá)水平都顯著降低(均P<0.05),另外肝臟組織中SMAD1/5/8的磷酸化水平也顯著降低(P<0.05),見圖1和表2。

圖1 大鼠肝臟中Hepcidin和SMAD1/5/8蛋白表達(dá)

表1 大鼠肝臟鐵和血清鐵以及血紅蛋白中含量

表2 大鼠肝臟中Hepcidin lnc-FOXD3-AS1和SMAD1/5/8的相對(duì)表達(dá)

2.2過(guò)表達(dá)lnc-FOXD3-AS1增加IDA大鼠肝臟和血清中的Hepcidin表達(dá):與pcDNA-null+IDA組比,pcDNA-FOXD3-AS1+IDA組肝臟組織和血清的lnc-FOXD3-AS1表達(dá)顯著升高,而且Hepcidin蛋白表達(dá)水平也顯著升高(均P<0.05)。見圖2和表3。

圖2 大鼠肝臟中Hepcidin的表達(dá)

圖3 大鼠肝臟中SMAD1/5/8的表達(dá)

圖4 過(guò)表達(dá)lnc-FOXD3-AS1通過(guò)激活SMAD1/5/8促進(jìn)體內(nèi)Hepcidin表達(dá)

表3 大鼠肝臟和血清中Hepcidin蛋白和lnc-FOXD3-AS1的相對(duì)表達(dá)

2.3過(guò)表達(dá)lnc-FOXD3-AS1激活I(lǐng)DA大鼠肝臟中SMAD1/5/8的信號(hào):與pcDNA-null+IDA組比,pcDNA-FOXD3-AS1+IDA組的肝臟組織SMAD1/5/8的表達(dá)水平顯著升高(均P<0.05),而且SMAD1/5/8的磷酸化水平明顯升高(P<0.05),見圖3A-3B和表4。

表4 大鼠肝臟組織中的SMAD1/5/8的免疫染色強(qiáng)度和相對(duì)表達(dá)

2.4過(guò)表達(dá)lnc-FOXD3-AS1通過(guò)激活SMAD1/5/8促進(jìn)體內(nèi)Hepcidin表達(dá):與pcDNA-FOXD3-AS1+IDA組比,pcDNA-FOXD3-AS1+Compound C+IDA組的SMAD1/5/8的磷酸化水平明顯降低(P<0.05),說(shuō)明SMAD1/5/8的激活被抑制。同時(shí)與pcDNA-FOXD3-AS1+IDA組比,pcDNA-FOXD3-AS1+Compound C+IDA組肝臟組織和血清中Hepcidin表達(dá)量明顯減少(均P<0.05)。見圖4,表5和表6。

表5 大鼠肝臟組織中的SMAD1/5/8的免疫染色強(qiáng)度和相對(duì)表達(dá)

表6 大鼠體內(nèi)Hepcidin的免疫染色強(qiáng)度和相對(duì)蛋白水平

3 討 論

Hepcidin是全身鐵平衡的主要調(diào)節(jié)因子,而SMAD通路是肝臟中Hepcidin表達(dá)的中心調(diào)節(jié)因子[9]。研究表明,SMAD/Hepcidin軸在調(diào)控Hepcidin對(duì)鐵的反應(yīng)中起關(guān)鍵作用,當(dāng)組織鐵負(fù)荷增加激活肝內(nèi)皮細(xì)胞中的骨形態(tài)發(fā)生蛋白6并啟動(dòng)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng),從而激活轉(zhuǎn)錄因子SMAD1/5/8,使SMAD1/5/8轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核中進(jìn)行Hepcidin的轉(zhuǎn)錄[9]。然而,鐵缺乏調(diào)節(jié)肝臟SMAD信號(hào)通路以控制Hepcidin表達(dá)的機(jī)制尚不完全清楚。本研究發(fā)現(xiàn)在肝細(xì)胞中FOXD3-AS1是一種新型SMAD信號(hào)和Hepcidin表達(dá)的調(diào)節(jié)因子,從而在改善缺鐵性疾病的治療具有重要意義。

本研究利用缺鐵飲食和放血誘導(dǎo)后,可同時(shí)顯著下調(diào)肝臟中l(wèi)nc-FOXD3-AS1的表達(dá)、Hepcidin和SMAD1/5/8的表達(dá),而當(dāng)過(guò)表達(dá)lnc-FOXD3-AS1后,肝組織和血清Hepcidin表達(dá)均明顯上調(diào),肝組織中SMAD1/5/8、p-SMAD1/5/8的表達(dá)也上調(diào)。表明lnc-FOXD3-AS1促進(jìn)了Hepcidin介導(dǎo)的鐵代謝并激活了SMAD1/5/8信號(hào)。已知鐵代謝和非編碼RNA之間有密切關(guān)系,例如lncRNA核富集的轉(zhuǎn)錄物1可以直接通過(guò)分子海綿作用調(diào)控血清中Hepcidin的表達(dá)[8]。另外,miRNA-122也被證實(shí)可以靶向調(diào)控SMAD信號(hào)通路從而調(diào)控肝細(xì)胞中骨形態(tài)發(fā)生蛋白6依賴的Hepcidin的轉(zhuǎn)錄[10]。重要的是,本研究證明了一個(gè)新的潛在候選標(biāo)志物,lnc-FOXD3-AS,其在IDA大鼠體內(nèi)下調(diào),而過(guò)表達(dá)lnc-FOXD3-AS1后大鼠的鐵代謝標(biāo)志物Hepcidin有明顯的上調(diào),表明lnc-FOXD3-AS1在IDA治療中具有激活SMAD1/5/8信號(hào)的作用和促進(jìn)鐵生成的作用。

SMAD1/5/8是SMAD蛋白家族關(guān)鍵高度同源的轉(zhuǎn)錄因子簇,SMAD1/5/8蛋白分子量一致,其功能目前尚不完全清楚,但是已知的是其在細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、程序性死亡、衰老以及發(fā)育過(guò)程中均扮演重要角色[5]。研究表明,當(dāng)SMAD1/5/8信號(hào)被外界信號(hào)激活,可以明顯促進(jìn)肝細(xì)胞中Hepcidin蛋白表達(dá)[6]。另外,在甲狀腺癌中SMAD1/5/8的直接上游調(diào)控因子是lnc-FOXD3-AS1以及miRNA-296-5p,從而參與調(diào)控了癌細(xì)胞的增殖、凋亡以及遷移等生物學(xué)功能。本研究在IDA大鼠肝組織中發(fā)現(xiàn)SMAD1/5/8活性被抑制,當(dāng)給予lnc-FOXD3-AS1過(guò)表達(dá)質(zhì)粒治療后又進(jìn)一步顯著激活了SMAD1/5/8,包括SMAD1/5/8的蛋白表達(dá)被上調(diào),其Ser463/465位點(diǎn)磷酸化水平顯著性上調(diào),此過(guò)程還伴隨了鐵代謝標(biāo)志物Hepcidin的表達(dá)增加。

為了更進(jìn)一步明確lnc-FOXD3-AS1過(guò)表達(dá)介導(dǎo)的SMAD1/5/8激活與Hepcidin的表達(dá)增加有關(guān),我們?cè)趌nc-FOXD3-AS1過(guò)表達(dá)的基礎(chǔ)上使用了SMAD活化抑制劑進(jìn)行干預(yù),結(jié)果表明Ser463/465位點(diǎn)的磷酸化水平被compound C顯著抑制,而同時(shí)我們也觀察到Hepcidin的表達(dá)受到抑制,這些結(jié)果均在lnc-FOXD3-AS1過(guò)表達(dá)的條件下實(shí)現(xiàn),表明lnc-FOXD3-AS1過(guò)表達(dá)可以通過(guò)激活SMAD1/5/8促進(jìn)Hepcidin的表達(dá)。已證實(shí)compound C可以有效地抑制骨形態(tài)發(fā)生蛋白6介導(dǎo)的SMAD1/5/8的磷酸化[11],這支持了我們的研究結(jié)果,25mg/kg compound C靜脈注射能顯著抑制SMAD1/5/8的激活從而抑制了Hepcidin的表達(dá),表明compound C抑制SMAD1/5/8的激活能逆轉(zhuǎn)lnc-FOXD3-AS1過(guò)表達(dá)的作用從而減少IDA的鐵代謝。以上研究結(jié)果均提示lnc-FOXD3-AS1扮演了SMAD1/5/8的激活信號(hào),從而通過(guò)促進(jìn)Hepcidin的表達(dá)改善了IDA中鐵代謝受限。

綜上所述,本研究證明低鐵飲食和放血誘導(dǎo)的IDA大鼠體內(nèi)lnc-FOXD3-AS1發(fā)生下調(diào),而過(guò)表達(dá)lnc-FOXD3-AS1可以通過(guò)激活SMAD1/5/8促進(jìn)Hepcidin的表達(dá)。我們認(rèn)為,lnc-FOXD3-AS1-SMAD1/5/8-Hepcidin途徑可能是調(diào)控IDA發(fā)生的一種新型生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)。本研究深化了我們對(duì)IDA發(fā)生的生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制的理解,對(duì)于開發(fā)針對(duì)IDA的治療策略具有重要意義。