PPAR-γ激动剂Pioglitazone在血管平滑肌细胞中调节KLF4表达的分子机制研究

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目的:Krüppel样因子4(krüppel-like factor4, KLF4)是一种含有锌指结构的转录因子,其C端含有3个连续的C2H2锌指结构。KLF4通过直接或间接与靶基因启动子区DNA相结合,来调控相关靶基因的表达。已经证明KLF4调节细胞增殖、分化、发育、凋亡和炎症等细胞生物学行为。在血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell, VSMC)中,KLF4通过调节VSMC标志基因和细胞周期调节基因的表达,对VSMC表型转化发挥重要的调节作用。过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator-activatedreceptors, PPARs)是一类配体激活的核转录因子,可以通过直接或间接与目的基因启动子DNA相结合,来调控相关靶基因的表达。PPARs有三种亚型,即α、β/δ和γ。其中,对PPAR-γ的研究最为深入。PPAR-γ在多种细胞中均表达,包括脂肪细胞、巨噬细胞、血管内皮细胞(endothelial cell,EC)和VSMC等。PPAR-γ能抑制细胞增殖、促进细胞分化并具有抗炎及抗动脉粥样硬化等作用。Pioglitazone作为PPAR-γ的激动剂,已经广泛应用于动脉粥样硬化、心肌梗死等多种心血管疾病的治疗。KLF4和PPAR-γ在调节细胞增殖和分化之间的关系是人们感兴趣的问题。然而,在VSMC中,PPAR-γ是否能调控KLF4的表达尚不清楚。本研究观察PPAR-γ激动剂Pioglitazone在血管平滑肌细胞中对KLF4表达的影响,探讨PPAR-γ调控KLF4表达的分子机制。方法:Western blot分析检测Pioglitazone对KLF4表达及不同信号通路活化的影响;转染靶向PPAR-γ的小干扰RNA敲低内源性PPAR-γ表达,检测KLF4蛋白表达;Real-time PCR检测KLF4mRNA水平;用荧光素酶报告基因分析检测Pioglitazone和PPAR-γ对KLF4基因转录的影响;细胞免疫荧光染色分析检测KLF4的表达量。结果:1PPAR-γ激动剂Pioglitazone促进KLF4蛋白表达Western blot分析显示,随着Pioglitazone浓度增加,KLF4的表达水平呈剂量依赖性升高,于10μΜ时达到高峰。随着Pioglitazone刺激时间的延长,KLF4的表达呈时间依赖性增加,于刺激12h后开始增加,刺激24h达高峰。细胞免疫荧光染色结果也显示,与对照组相比,Pioglitazone刺激后,KLF4免疫荧光染色强度呈时间和剂量依赖性增加。这些结果表明, Pioglitazone促进KLF4的表达。2Pioglitazone以依赖于其受体PPAR-γ的方式促进KLF4表达为了研究Pioglitazone是否通过激活其受体PPAR-γ来调控KLF4表达,我们用靶向PPAR-γ的siRNA转染VSMC,检测Pioglitazone对KLF4表达的影响。Western blot分析结果显示,敲低PPAR-γ表达后,KLF4蛋白表达水平降低;此外,敲低PPAR-γ表达能取消Pioglitazone对KLF4表达的促进作用。这些结果表明,PPAR-γ激动剂Pioglitazone诱导KLF4的表达依赖于其受体PPAR-γ。3PPAR-γ激动剂Pioglitazone不影响KLF4基因转录上述结果表明,PPAR-γ激动剂Pioglitazone促进KLF4蛋白表达。为了检测其对KLF4mRNA表达水平有无影响,我们进行了real-time PCR分析。结果发现,Pioglitazone对KLF4mRNA水平没有明显影响。荧光素酶报告基因分析结果显示,PPAR-γ表达质粒FLAG-PPAR-γ转染NIH-3T3细胞后, KLF4基因启动子活性没有明显变化,同时给予Pioglitazone刺激亦不影响KLF4基因启动子活性。上述结果表明,PPAR-γ激动剂Pioglitazone不影响KLF4基因转录。4PPAR-γ激动剂Pioglitazone增强KLF4蛋白的稳定性上述结果显示,PPAR-γ激动剂Pioglitazone促进KLF4蛋白表达,但不影响KLF4mRNA表达水平。我们推测,Pioglitazone能增强KLF4蛋白的稳定性。用20μg/ml放线菌酮(cycloheximide, CHX)孵育VSMC,Western blot检测KLF4蛋白水平,结果显示,用CHX阻断KLF4蛋白的从头合成后,Pioglitazone处理能使KLF4蛋白保持较高水平。上述结果表明,PPAR-γ激动剂Pioglitazone能增强KLF4蛋白的稳定性。5PPAR-γ激动剂Pioglitazone通过激活Akt信号通路增强KLF4蛋白的稳定性为进一步探讨Pioglitazone是通过激活哪条信号通路来增强KLF4蛋白的稳定性,我们首先检测了Pioglitazone对ERK、p38MAPK和Akt信号通路的影响。Pioglitazone(10μΜ)刺激VSMC0.5h,p38和Akt的磷酸化水平均显著升高,而ERK的磷酸化水平没有明显变化。结果说明,Pioglitazone能激活p38和Akt信号通路。我们用不同信号通路的抑制剂预孵育VSMC2h后,再给予Pioglitazone刺激24h,收集细胞进行Westernblot分析。结果表明,用ly294002抑制Akt信号通路后,Pioglitazone不再增加KLF4蛋白水平,即失去对KLF4蛋白的稳定作用。给予SB431542和PD98059后,Pioglitazone仍然能增加KLF4蛋白水平。这些结果表明,Pioglitazone通过激活Akt信号转导通路增强KLF4蛋白稳定性。结论:1PPAR-γ激动剂Pioglitazone促进KLF4蛋白表达。2Pioglitazone以依赖于其受体PPAR-γ的方式促进KLF4表达。3PPAR-γ激动剂Pioglitazone不影响KLF4基因转录。4PPAR-γ激动剂Pioglitazone增强KLF4蛋白的稳定性。5PPAR-γ激动剂Pioglitazone通过激活Akt信号通路增强KLF4蛋白的稳定性。
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