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文檔簡介
1、糖尿病腎臟疾病(Diabetic kidney disease,DKD)是糖尿病的微血管并發(fā)癥之一,目前糖尿病患者腎小球硬化和終末期腎臟疾病患病率仍不斷升高,明顯增加了糖尿病患者人群的死亡率。腎小球硬化是DKD的典型特征,腎小球系膜細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)過度生成是DKD腎小球硬化的始動機制。因此,有效抑制腎小球系膜細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)積聚對于防治DKD腎小球硬化具有重要意義。
α-硫辛酸(LA)作為一種強效抗氧化劑,對葡萄糖和脂
2、代謝發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用,還可有效改善糖尿病腎臟肥大和細(xì)胞外基質(zhì)的積聚。但是,LA對高糖誘導(dǎo)的腎小球系膜細(xì)胞增殖影響的研究較少。LA作為一種短鏈脂肪酸,已被證實可激活多種組織細(xì)胞AMP活化的蛋白激酶(AMPK)。研究發(fā)現(xiàn),Ca2+/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶(CaMKK)在哺乳動物細(xì)胞中廣泛表達,并作為AMPK的上游激活物。LA通過增加大鼠骨骼肌CaMKK活性,促進AMPK活化并抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/核糖體40S小亞基s6蛋白激
3、酶(p70S6K)信號,進而抑制了蛋白質(zhì)合成,并改善了高糖誘導(dǎo)的胰島素抵抗。近年來研究發(fā)現(xiàn)LA可直接與胰島素受體酪氨酸激酶區(qū)結(jié)合,激活肝細(xì)胞和甲狀腺細(xì)胞蛋白激酶B(Akt)通路。LA還可通過激活A(yù)kt以促進mTOR、p70S6K和4EBP1磷酸化,有效改善腦血管內(nèi)皮細(xì)胞缺血再灌注損傷。這些結(jié)果表明LA可以通過激活A(yù)MPK、Akt調(diào)控組織細(xì)胞mTOR信號通路。
mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶,參與組成兩種功能性蛋白復(fù)合物:mT
4、ORC1和mTORC2。mTORC1是由mTOR、mLST8、PRAS40和Raptor形成的蛋白復(fù)合物。mTORC1通過磷酸化其下游的兩個效應(yīng)因子p70S6K及4EBP1對細(xì)胞的生長、增殖和蛋白質(zhì)合成發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。Akt可通過磷酸化抑制TSC2進而間接激活mTOR,導(dǎo)致mTORC1信號增強;同時,Akt還可促進PRAS40磷酸化并減弱其對mTORCl的抑制作用。而AMPK則通過刺激TSC2(Ser1345)磷酸化以間接地抑制mT
5、OR,導(dǎo)致mTORC1信號減弱;AMPK還可刺激Raptor(Ser722和Ser792)發(fā)生磷酸化并促進其對mTORC1的抑制作用。糖尿病時,高血糖通過增加Akt活性并抑制AMPK,間接激活mTORC1。mTORC1激活與糖尿病腎臟病理改變密切相關(guān),包括細(xì)胞外基質(zhì)增加、腎小球肥大、腎小球基底膜增厚。
目的:
基于上述研究結(jié)果,本研究將觀察LA對高糖誘導(dǎo)的腎小球系膜細(xì)胞增殖發(fā)揮何種調(diào)節(jié)作用,并探討LA的這一作用是否通
6、過激活A(yù)MPK、Akt進而調(diào)控mTOR/p70S6K/4EBP1信號通路而實現(xiàn)。
方法:
第一部分 LA對高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞功能紊亂及mTOR/p70S6K/4E-BP1信號蛋白的影響
取7~9代對數(shù)生長期HBZY-1大鼠腎小球系膜細(xì)胞,以每孔2×105個細(xì)胞接種6孔板中,培養(yǎng)細(xì)胞待其貼壁融合70%~80%后用無血清1640培養(yǎng)基同步化過夜,分組處理:(1)正常對照組(NG,含葡萄糖5.5mmol
7、/L);(2)滲透壓對照組(Man,含葡萄糖5.5 mmol/L+甘露醇24.5mmol/L);(3)高糖(HG,含葡萄糖30mmol/L)組;(4)HG+0.1 mmol/L的LA組;(5)HG+0.25mmol/L的LA組;(6)HG+0.5 mmol/L的LA組;(7)HG+0.75 mmol/L的LA組;(8)HG+1.0mmol/L的LA組。培養(yǎng)12、24、48 h后收集各組細(xì)胞。
應(yīng)用MTT法檢測各組細(xì)胞增殖;運用
8、流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞周期;Elisa法檢測細(xì)胞上清液中Fibronectin和Collagen-Ⅰ的表達;實時定量PCR和/或western-blot技術(shù)檢測各組細(xì)胞AMPKα、Akt、mTOR、4EBP1、p70S6K蛋白表達及活性。
第二部分 LA調(diào)節(jié)高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞功能及mTOR/p70S6K/4E-BP1信號通路的分子機制
基于以上實驗篩選出LA對大鼠腎小球系膜細(xì)胞mTOR/p70S6K/4E-BP
9、1信號激活最顯著的濃度A。應(yīng)用LY294002抑制AKT活性,觀察該濃度LA對高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞的影響?;谝陨蠈嶒灪Y選出LA對大鼠腎小球系膜細(xì)胞mTOP/p70S6K/4E-BP1信號抑制作用最顯著的濃度B。應(yīng)用STO-609抑制AMPK活性,觀察該LA對高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞的影響。
待傳代培養(yǎng)的細(xì)胞在6孔板中貼壁融合70%~80%后,用無血清1640培養(yǎng)基同步化過夜,分組如下:①正常對照組(NG,含葡萄糖
10、5.5mmol/L);②滲透壓對照組(Man,含葡萄糖5.5mmol/L+甘露醇24.5mmol/L);③高糖(HG,含葡萄糖30mmol/L)組;④HG+LA(A)組;⑤HG+LA(A)+LY294002(2.5μmol/L)組;⑥HG+LA(A)+LY294002(5μnol/L)組;⑦HG+LA(A)+LY294002(10μmol/L)組;⑧HG+LA(B);⑨HG-+LA(B)+STO-609(2.5μg/ml);⑩HG+LA
11、(B)+STO-609(5μg/ml);(11)HG+LA(B)+STO-609(10μg/ml)。培養(yǎng)12h、24h、48h后收集各組細(xì)胞,用于后續(xù)實驗。應(yīng)用MTT法檢測各組細(xì)胞增殖;運用流式細(xì)胞術(shù)檢測細(xì)胞周期;Elisa法檢測細(xì)胞上清液中Fibronectin和Collagen-Ⅰ的表達;實時定量PCR和/或Western-blot技術(shù)檢測各組細(xì)胞AMPKα、Akt、rmTOR、4EBP1、p70S6K蛋白表達及活性。
結(jié)
12、果:
第一部分 LA對高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞功能及Akt、AMPK、mTOR蛋白表達的影響
(1)相對低濃度LA對高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞功能的影響與NG組比較,HG組細(xì)胞增殖顯著增加,S期細(xì)胞比例升高、G0/G1期細(xì)胞比例下降;HG組細(xì)胞Fibronectin和Collagen-Ⅰ的表達較NG組升高。與HG組比較,HG+0.1 mmol/L LA組和HG+0.25mmol/L LA組細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期G0
13、/G1→S進展增加;Fibronectin和Collagen-Ⅰ表達也較HG組進一步升高。
(2)相對高濃度LA對高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞的影響與HG組比較,LA刺激濃度增加至0.5mmol/L以上時,各濃度LA干預(yù)組細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期G0/G1→S進展、Fibronectin和Collagen-Ⅰ表達均被顯著抑制。其中,HG+1.0mmol/L LA組抑制作用最顯著。
(3)相對低濃度LA對高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球
14、系膜細(xì)胞Akt、AMPK、mTOR蛋白表達的影響
與NG組比較,HG組細(xì)胞AMPKα mRNA表達水平、蛋白磷酸化水平均顯著下降,Akt磷酸化水平顯著升高。與HG組比較,HG+0.1 mmol/L LA組和HG+0.25mmol/L LA組細(xì)胞AMPKα mRNA和AMPKα表達及活性、Akt磷酸化水平升高。
與NG組比較,HG組細(xì)胞mTOR、4EBP1和p70S6K蛋白磷酸化水平顯著升高。HG+0.1 mmol/L
15、 LA組和HG+0.25mmol/L LA組細(xì)胞mTOR、4EBP1和P70S6K蛋白磷酸化水平較HG組均顯著上升。其中,HG+0.25mmol/L LA組升高最顯著。
(4)相對高濃度LA對高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞Akt、AMPK、mTOR蛋白表達的影響
LA刺激濃度大于0.5mmol/L的各LA干預(yù)組中,細(xì)胞Akt磷酸化水平與HG組相比無統(tǒng)計學(xué)差異;而AMPKα mRNA表達、蛋白磷酸化水平隨LA刺激濃度增加
16、呈遞增趨勢。
LA刺激濃度超過0.5mmol/L時,mTOR、4EBP1和p70S6K蛋白磷酸化水平呈下降趨勢。其中HG+1.0mmol/L LA組蛋白磷酸化水平顯著低于HG組,與NG組比較無統(tǒng)計學(xué)差異。
第二部分 LA調(diào)節(jié)高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小球系膜細(xì)胞功能及mTOR/p70S6K/4E-BP1信號的分子機制
(1)0.25mM LA誘導(dǎo)的腎小球系膜細(xì)胞mTOR/p70S6K/4E-BP1信號激活具有Akt依
17、賴性
與HG組比較,HG+0.25mmol/L LA組細(xì)胞AMPKα、Akt、mTOR、4EBP1、p70S6K蛋白磷酸化水平均明顯增加。應(yīng)用PI3K/Akt抑制劑LY294002時,AKT活性顯著下降,HG+0.25mmol/L LA誘導(dǎo)的mTOR、4EBP1、p70S6K蛋白磷酸化激活作用也被解除;但AMPKα蛋白活性較HG+0.25mmol/L LA組無明顯變化。
(2)抑制AKT可逆轉(zhuǎn)0.25mM LA誘導(dǎo)的
18、腎小球系膜細(xì)胞功能改變
與HG組比較,HG+0.25mmol/L LA組細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期G0/G1→S期進展、Fibronectin和Collagen-Ⅰ表達均明顯升高。應(yīng)用PI3K抑制劑LY294002抑制Akt后,0.25mmol/L LA的上述作用均被逆轉(zhuǎn)。
(3)1.0mM LA誘導(dǎo)的腎小球系膜細(xì)胞mTOR/p70S6K/4E-BP1信號抑制具有AMPK依賴性
與HG組比較,HG+1.0mmol/
19、L LA組細(xì)胞AMPKα活性顯著升高,Akt活性無統(tǒng)計學(xué)差異,但mTOR、4EBP1、p70S6K蛋白磷酸化水平均明顯下降。應(yīng)用STO-609抑制CaMKK條件下,1.0mmol/L LA對mTOR、4EBP1、p70S6K蛋白磷酸化抑制作用也被解除。
(4) AMPK通路參與調(diào)節(jié)1.0mM LA誘導(dǎo)的腎小球系膜細(xì)胞功能改變
與HG組比較,HG+1.0mmol/L LA組細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期G0/G1→S期進展、Fib
20、ronectin和Collagen-Ⅰ表達均被抑制。應(yīng)用CaMKK抑制劑STO-609后,1.0mmol/L LA對高糖培養(yǎng)的腎小球系膜細(xì)胞的上述作用被解除。
結(jié)論:
1、LA通過同時激活A(yù)MPK、AKT通路調(diào)控高糖培養(yǎng)的腎小球系膜細(xì)胞mTOR信號通路。相對低濃度硫辛酸對AKT的作用具有優(yōu)勢,可激活mTOR信號;高濃度硫辛酸對AMPK的作用更顯著,可抑制mTOR信號。
2、高糖環(huán)境下,體外培養(yǎng)的腎小球系膜細(xì)
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