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肾小管间质纤维化(renal interstitial fibrosis,RIF)是各种慢性肾脏疾病进展到终末期肾功能衰竭(end stage renal disease,ESRD)的主要病理基础,决定了肾脏纤维化的发展进程。因此研究肾小管间质纤维化的机制已经成为了肾脏病界研究的热点。
研究表明,肾小管上皮细胞-间充质转分化(epithelial to mesenchymal trans-differentiation,EMT)为RIF发生的重要机制。上皮细胞在特定的病理情况下,可通过上皮细胞-肌成纤维细胞间的逆向分化成为具有多向分化潜能的间充质细胞,即EMT。在这一过程中,肾小管上皮细胞失去上皮细胞的表型,获得新的间充质细胞的特点,如钙粘素(E-cadherin)的表达减少、重新表达α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)。根据本课题组前期试验研究结果,上皮细胞逆向分化过程中一过性表达干细胞标记物CD133,本文推断肾小管上皮细胞逆向分化可能存在干细胞机制:上皮细胞逆向分化为间充质细胞,间充质细胞获得组织干细胞潜能,在后续信号的特定作用下,分别向肾小管细胞,抑或肌成纤维细胞分化,起积极/消极的修复作用。
目的:为了进一步研究肾小管上皮细胞转分化过程中是否有干细胞生成,试图阐明EMT的可能干细胞机制;探讨终止EMT的策略和方法,为最终阻止肾纤维化提供实验室依据和理论基础。本研究在体外建立EMT细胞模型,重点研究干细胞标记物Oct-4、CD24基因在肾小管上皮细胞转分化中的表达情况。
方法:采用10-9mol/L血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,AngⅡ)刺激体外培养的正常大鼠肾小管上皮细胞(NRK-52E)。建立肾小管上皮细胞转分化细胞模型。实验分为空白组,AngⅡ诱导组,每组设3复孔,共培养3d。用倒置相差显微镜、扫描电镜、透射电镜观察细胞形态和超微结构。AngⅡ诱导组设10个刺激时间点,在刺激的不同时间点提取细胞的RNA和蛋白质,分别采用RT-PCR和Western blot 方法检测间充质细胞标志α-SMA、上皮细胞标志E-cadherin、胚胎干细胞标记物Oct-4、肾脏干细胞标记物CD24 mRNA和蛋白质的表达,并研究其时效性表达变化规律。制备各个刺激时间点的细胞爬片,采用细胞间接免疫荧光法定性检测α-SMA、E-cadherin、Oct-4、CD24的蛋白表达。
结果:培养3d后,AngⅡ诱导组细胞形态学发生改变,从原有典型的上皮细胞形态转变为长梭形类似成纤维细胞的形态,失去原有的细胞极性,微绒毛结构基本丢失;并出现肌成纤维细胞所具有的微丝束和致密体。RT-PCR结果显示,AngⅡ刺激10min时开始产生α-SMA,随AngⅡ刺激时间的延长,α-SMA的表达逐渐增加,显著高于对照组,差异有显著性意义(P<0.05)。而E-cadherin的表达逐渐下调,显著低于对照组,差异有显著性意义(P<0.05)。Western blot和细胞免疫荧光结果一致,α-SMA蛋白在刺激1h开始表达,随时间的延长,表达逐渐增加,而E-cadherin蛋白的表达逐渐下调,与mRNA表达趋势一致。α-SMA、E-cadherin 的表达变化存在时间依赖性方式。提示肾小管上皮细胞转分化细胞模型成功建立。AngⅡ刺激25min,NRK-52E细胞开始表达Oct-4 mRNA和CD24 mRNA,1h表达量最高,4h后消失。Westem blot和细胞免疫荧光显示相似的变化规律,AngⅡ刺激1h,NRK-52E细胞开始表达Oct-4和CD24蛋白,4h表达量最高。而空白对照组均不表达Oct-4和CD24。刺激组Oct-4和CD24的表达显著高于对照组,有统计学意义(P<0.05)。Oct-4、CD24表达的规律一致,表达量呈时间依赖。
结论:
(1)成功建立肾小管上皮细胞转分化细胞模型。
(2)在肾小管上皮细胞转分化细胞模型中,上皮细胞标志E-cadherin表达逐渐下调,间充质细胞的标志α-SMA表达逐渐上调,肾小管上皮细胞发生成纤维化样改变。
(3)在肾小管上皮细胞转分化细胞模型中,转分化细胞持续表达干细胞标记物Oct-4、CD24,证实肾小管上皮细胞转分化过程中有干细胞生成。