慢性间歇性缺氧对肾脏纤维化的影响及相关机理研究

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目的:阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(Obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)可引起呼吸暂停反复出现,且多为动脉氧饱和度降低。研究表明,OSAHS引起的心血管和靶器官损伤来源于间歇性缺氧。缺氧可对众多组织造成损伤。临床研究和动物实验均表明OSAHS可引起机体发生炎症反应,并可通过激活机体肾素-血管紧张素系统,介导慢性肾脏疾病(Chronic kidney diaelace,CKD)的发展,其引起的病理变化为肾脏组织的纤维化。目前为止,OSAHS是如何引起肾脏纤维化的具体作用机制还尚未研究清楚。因此,本研究拟采用慢性间歇性缺氧大鼠模型和细胞模型来初步探讨缺氧在肾脏纤维化进展中的作用及其可能机制。方法:1、模型建立及纤维化相关指标的检测:模拟OSAHS的发病特点,建立慢性间歇性缺氧大鼠模型,实验分组为:正常对照组(NC组)、轻度间歇性缺氧组(CIH 1组)、中度间歇性缺氧组(CIH 2组)和重度间歇性缺氧组(CIH 3组)。各实验组大鼠血清中TNF-α、IL-1β、IL-6和MCP-1水平通过Elisa法进行检测;各实验组大鼠肾脏组织病理学变化和胶原分布分别通过HE染色和MAsson染色方法进行观察;CD3和CD68表达通过免疫组化的方法进行检测;α-SMA、IL-1β、Col I和FN表达通过免疫荧光法进行检测;MCP-1、MIP-1β、Col I、FN、TNF-α和IL-1βm RNA表达通过RT-PCR的方法进行检测;MCP-1、MIP-1、Caspase-1和TNF-α蛋白表达通过Western blot的方法检测;2、采用转录组测序技术对正常大鼠和慢性间歇性缺氧模型大鼠肾脏组织进行测序,根据测序结果,筛选出差异表达基因、并对其进行GO功能和KEGG通路富集分析,进一步获得与纤维化相关的差异表达基因,并且通过RT-PCR方法验证其表达水平;3、通过HK-2细胞构建缺氧损伤模型,通过MTT法对细胞活力进行检测,通过Western blot的方法对各组细胞中Aqp1和HIF-1α蛋白表达变化进行检测;通过免疫组化Aqp1在慢性间歇性缺氧诱导的大鼠肾脏组织中的表达进行检测;4、通过对转录组测序数据分析得到Aqp1在慢性间歇性缺氧诱导的大鼠肾脏组织中显著上调,选择该靶基因进行以下研究:TGF-β诱导HK-2细胞纤维化模型,构建Aqp1干扰载体并转染HK-2细胞,转染后的HK-2细胞活力利用MTT进行检测;HK-2细胞中TNF-α、IL-1β、α-SMA和FN m RNA的表达水平利用RT-PCR法检测进行检测;采用免疫荧光技术检测E-cadherin、Fsp1和Vimentin的表达;同时利用western blot对细胞中E-cadherin、Vimentin、Erk、p-Erk和Aqp1等蛋白的表达变化进行检测。结果:(1)Elisa实验结果表明,与NC组比较,CIH 1组大鼠血清中IL-1β、TNF-α、IL-6、MCP-1和IFN-γ含量未见明显变化,CIH 2组和CIH 3组IL-1β、TNF-α、IL-6、MCP-1和IFN-γ含量明显增加,并且随着缺氧程度的加深,其含量增加越显著;(2)HE染色结果表明,与NC组比较,CIH 1组大鼠肾脏组织未发生明显病理学损伤,CIH 2组大鼠肾脏组织出现轻微损伤,CIH 3组大鼠肾脏组织损伤加重;Masson染色结果表明,与NC组比较,CIH组肾小管周围出现胶原沉积现象,并且随着缺氧程度的加深,胶原沉积越多;(3)免疫组化染色结果表明,与NC组比较,CIH 1组、CIH 2组和CIH 3组大鼠肾脏组织中CD3、CD68、FN和Col I表达均增加,并且随着缺氧程度的加深,其表达水平升高越显著;(4)免疫荧光结果表明,与NC组比较,CIH 1组、CIH 2组和CIH 3组大鼠肾脏组织中IL-1β和α-SMA表达均增加,并且随着缺氧程度的加深,其表达水平升高越显著;(5)RT-PCR结果表明,与NC组比较,CIH 1组、CIH 2组和CIH 3组大鼠肾脏组织中MCP-1、MIP-1β、Col I、FN、TNF-α和IL-1βm RNA表达均增加,并且随着缺氧程度的加深,其表达水平升高越显著;Western blot结果表明,与NC组比较,CIH 1组、CIH 2组和CIH 3组大鼠肾脏组织中MCP-1、MIP-1β、Caspase-1和TNF-α蛋白表达水平表达均增加,并且随着缺氧程度的加深,其表达水平升高越显著;(6)RNA-seq结果表明,较NC组比较,CIH组大鼠肾脏组织中有20个差异表达基因,其中13个显著上调、7个显著下调;结合现有文献,发现Fos、Erg1和Aqp1与肾脏纤维化相关,RT-PCR验证其m RNA在大鼠肾脏组织中的表达,结果与RNA-seq一致;此外,差异表达基因主要被注释到转录调节、血管发育、细胞增殖和细胞分化等GO功能;主要被注释到凋亡、近端小管重碳酸盐回收、肾素血管紧张素系统、钙吸收、肾素分泌等KEGG信号通路上;(7)成功建立HK-2细胞缺氧模型,与正常对照组比较,缺氧12 h、24 h和48 h后,HK-2细胞中HIF-1α和Aqp1蛋白表达均显著升高。对大鼠肾脏组织Aqp1表达水平进行检测,发现较NC组,CIH 1组、CIH 2组和CIH 3组Aqp1表达水平明显增加,并且随着缺氧程度的加深,其表达水平升高越显著;(8)TGF-β成功诱导HK-2细胞发生纤维化,转染Ad-si Aqp1腺病毒后,结果发现,较Model组比较,Aqp1干扰可抑制HK-2细胞增殖,细胞中E-cadherin表达明显升高,Fsp1和Vimentin表达明显降低;TNF-α、IL-1β、MCP-1、α-SMA和FN m RNA水平均显著降低;(9)Western blot实验结果表明,通过与Blank组进行比较,Model组HK-2细胞中蛋白Erk、p-Erk和Aqp1的表达水平升高;通过与Model组进行比较,Ad-si Aqp1组中蛋白Erk和p-Erk的表达水平不具有统计学差异,Vimentin和Aqp1的蛋白水平降低,E-Caherin蛋白水平升高;Ad-si Aqp1+PD98059组、PD98059组的Vimentin、Erk、p-Erk和Aqp1等蛋白水平均降低,E-Cadherin蛋白水平升高;与Ad-si Aqp1组进行比较,Ad-si Aqp1+PD98059组中蛋E-Caherin蛋白水平升高,Erk、p-Erk、Aqp1和Vimentin等的蛋白水平降低;与Ad-si Aqp1+PD98059组进行比较,PD98059组中蛋白E-Caherin蛋白水平降低,Aqp1和Vimentin蛋白水平升高,Erk和p-Erk蛋白水平没有差异。结论:(1)慢性间歇性缺氧可引起大鼠肾脏组织发生纤维化;(2)慢性间歇性缺氧可引起大鼠肾脏组织中基因表达发生改变,其中Fos、Aqp1和Egr1基因与肾脏纤维化关系密切;(3)Aqp1参与TGF-β诱导的HK-2细胞EMT过程;(4)Erk/Aqp1信号通路参与HK-2细胞纤维化发展。
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