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目的:在全球致盲疾病中,白内障位居第一。近年来,随着糖尿病发病率的迅猛增长,糖尿病性白内障(diabetic cataract,DC)已成为糖尿病患者失明的主要原因。在我国,年龄标准化后的总糖尿病患病率和前驱糖尿病患病率分别达9.7%和15.5%,其中有9240万成年糖尿病患者和1.5亿成年前驱糖尿病患者。2型糖尿病患者的白内障发病率竟达60%以上。因此,DC的发病机制及防治已成为当前研究的焦点。
研究证实,氧化应激是糖尿病慢性并发症发生的主要机制,导致氧化应激的关键酶是诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS),iNOS一旦被诱导,即可合成大量NO,活性持续可达20h。NO极易与超氧阴离子反应生成过氧亚硝基阴离子(peroxynitrite,ONOO-),而ONOO-及其衍生物是目前已知氧化能力最强的一类物质,其氧化能力是H2O2的2000多倍,可引起剧烈的氧化应激反应,引发或加速DC的发生。
已知氧化应激关键酶iNOS的主要调控因子是核转录因子-κB(nuclearfactor-kappa B,NF-κB),而且其基因启动子中含有NF-κB的结合位点。常态下,NF-κB滞留于细胞质中,以最常见的P65/P50二聚体形式存在,处于失活状态。当细胞受到高糖等因素刺激时,NF-κB被激活,移位至细胞核内,与NF-κB调控位点结合,发挥其调控基因转录的功能。
我们的前期研究发现,离体培养的人晶状体上皮细胞株SRA01/04受高糖刺激后,NF-κB P65的表达量明显增加,并迅速移位至细胞核内。那么,进入细胞核后的NF-κB P65是否会与iNOS基因启动子结合,高糖能否增强它们的结合能力,又能否激活iNOS基因的转录和表达,有待研究证实。
丹酚酸B(Salvianolic acid B,SalB)为中药丹参中重要的水溶性药效成分,在结构上含有多个游离酚羟基,具有极强的抗氧化和清除自由基能力,其抗氧化能力约为维生素E的1000倍,是目前已知的抗氧化作用最强的天然产物之一,能够抑制晶状体脂质过氧化反应。那么,丹酚酸B对于DC的防治作用是什么,机制如何,是否与iNOS基因的转录有关?
本实验采用含高糖的DMEM培养基,孵育正常培养的SRA01/04细胞,观察iNOS的表达变化,利用染色体免疫共沉淀(ChromatinImmunoprecipitation,ChIP)技术研究NF-κB P65与iNOS启动子的结合能力。同时,本实验还观察了SalB对iNOS表达的影响,为临床防治DC提供基础实验依据。
方法:
1.细胞培养与分组
选用人晶状体上皮细胞株SRA01/04作为试验用细胞,采用低糖DMEM培养基培养。当细胞生长满度达培养瓶底面积的80%时,进行传代。
为研究葡萄糖对iNOS表达的影响,对细胞进行随机分组,按葡萄糖浓度的不同,分为4组:5.5mmol/L葡萄糖组(正常对照组)、15mmol/L葡萄糖组、25mmol/L葡萄糖组、30mmol/L葡萄糖组,分别孵育细胞8h;按葡萄糖刺激细胞时间的不同,分为5组:0h组、1h组、2h组、4h组、8h组。
为观察SalB对iNOS表达的作用,将细胞随机分为4组:5.5mmol/L葡萄糖组(正常对照组)、25mmol/L葡萄糖组、25mmol/L葡萄糖+30mmol/LSalB组、25mmol/L甘露醇组,分别孵育细胞8h。
为探讨高糖对iNOS表达影响的机制,用5.5mmol/L葡萄糖组和25mmol/L葡萄糖组细胞进行试验。
2.晶状体上皮细胞iNOS转录水平的变化
2.1总RNA的提取:Trizol试剂盒法。
2.2 mRNA的测定:用β-actin做内参,利用RT-PCR法测定iNOS mRNA。
3.晶状体上皮细胞iNOS蛋白表达的变化
3.1细胞总蛋白的提取:细胞裂解液法。
3.2蛋白定量:Lowry法。
3.3晶状体上皮细胞iNOS蛋白的检测:Western-blotting法。
4.高糖对SRA01/04细胞iNOS表达影响的机制:ChIP技术。
结果:
1.不同浓度葡萄糖对iNOS表达的影响
高糖组iNOS mRNA的表达均升高,与正常对照组相比,差异有统计学意义(P<0.05);25mmol/L葡萄糖组和30mmol/L葡萄糖组iNOS mRNA的表达高于15mmol/L葡萄糖组,差异有统计学意义(P<0.05);30mmol/L葡萄糖组高于25mmol/L葡萄糖组,但差异无统计学意义(P>0.05)。(见附图2-1、附图2-2和附表1)
Western-blotting检测结果显示,正常对照组iNOS含量最少,各高糖组iNOS含量均高于正常对照组,差异有统计学意义(P<0.05);30mmol/L葡萄糖组iNOS含量最高,与15mmol/L葡萄糖组的差异有统计学意义(P<0.05),与25mmol/L葡萄糖组的差异无统计学意义(P>0.05)。(见附图2-3、附图2-4和附表1)
2.高糖(25mmol/L)作用不同时间对iNOS表达的影响
iNOS mRNA的表达量呈时间依赖性,4h组明显增加,显著高于0h组、1h组和2h组,差异有统计学意义(P<0.05);8h组最高,与其它各组之间的差异均有统计学意义(P<0.05)。Western-blotting结果同RT-PCR结果。(见附图3-1、附图3-2、附图3-3、附图3-4和附表2)
3.SalB对iNOS表达的影响
与正常对照组相比,甘露醇组iNOS mRNA有增高趋势,但差异无统计学意义(P>0.05)。25mmol/L葡萄糖组iNOS mRNA明显高于正常对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。SalB组iNOS mRNA的表达高于正常对照组,差异无统计学意义(P>0.05)。与25mmol/L葡萄糖组相比,SalB组iNOSmRNA的表达偏低,差异有统计学意义(P<0.05)。Western-blotting检测结果与RT-PCR结果相一致。(见附图4-1、附图4-2、附图4-3、附图4-4和附表3)
4.高糖对SRA01/04细胞iNOS表达影响的机制
用含5.5mmol/L葡萄糖培养基孵育的细胞,ChIP结果显示:Input组和阳性抗体对照组有扩增产物条带出现,其余各组无条带出现。用含25mmol/L葡萄糖培养基孵育的细胞,ChIP结果显示:Input组、实验组和阳性抗体对照组都有扩增产物条带出现,而阴性对照组和阴性抗体对照组无条带出现。Input组条带的光密度值明显大于实验组和阳性抗体对照组,差异有统计学意义(P<0.05);实验组和阳性抗体对照组条带的光密度值差异不明显,无统计学意义(P>0.05)。(见附图5-1、附图5-2、附图5-3和附表4)
结论:
1.高糖可使人晶状体上皮细胞株(SRA01/04)iNOS表达增加,并呈明显的浓度和时间依赖性。
2.高糖(25mmol/L)能增强SRA01/04细胞NF-κB P65与iNOS启动子的结合,激活iNOS基因表达。
3.丹酚酸B可降低高糖(25mmol/L)诱导的SRA01/04细胞iNOS表达。