SPTA1在高脂饮食诱导勃起功能下降中的功能研究

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目的:基于高脂饮食小鼠阴茎组织转录组学分析,筛选出潜力靶基因SPTA1,探索SPTA1在高脂饮食诱导勃起功能下降中的作用机制。方法:(1)分别选取正常饮食组小鼠和高脂饮食(High-fat diet,HFD)组的小鼠阴茎组织样本各3例,采用高通量转录组学测序,以|log2FC|≥2且FDR<0.05作为筛选标准,筛选出正常组和高脂饮食组的差异表达基因,差异基因进行GO和KEGG富集等分析,采用Western blot和免疫组化(Immunohistochemistry,IHC)在大鼠阴茎组织上对部分差异基因进行验证,最后选出密切相关的潜力靶基因进一步在体外细胞水平上探索功能表达。(2)采用弹性蛋白酶或胶原酶结合机械挤压法消化SD大鼠阴茎海绵体组织,分离和培养阴茎海绵体内皮细胞(Corpus cavernosum endothelial cells,CCECs),结合定点消化法纯化原代阴茎海绵体内皮细胞。(3)构建体外高糖处理原代CCECs和阴茎海绵体平滑肌细胞(Corpus cavernosum smooth muscle cells,CCSMCs)模型,RT-q PCR检测SPTA1在高糖处理CCECs和CCSMCs中的m RNA水平的表达,Western blot检测SPTA1(Spectrin Alpha,Erythrocytic 1,血影蛋白α,红细胞1)在高糖处理CCECs和CCSMCs中的蛋白水平的表达。(4)通过单细胞测序Male Health Atlas数据库检索SPTA1在阴茎组织中各类细胞群中分布,分析疾病状态和正常状态下SPTA1的表达情况,结合课题组高糖处理阴茎海绵体细胞的实验结果进一步分析SPTA1的功能表达。(5)干扰SPTA1基因,RT-q PCR和Western blot筛选CCSMCs中SPTA1基因有效si RNA序列、检测干扰效率、e NOS基因的m RNA水平的表达和SPTA1、YAP、α-SMA、Caspase-1、GSDMD、IL-18的蛋白水平表达情况。结果:(1)通过高通量转录组学对标准正常饲料喂养和高脂饲料喂养的小鼠阴茎组织进行分析,发现差异表达基因共1,054个,其中403个上调,651个下调,差异基因富集的GO条目有981个,富集的KEGG信号通路中有648条;通过Genecards、KEGG、Pubmed数据库对上调的top20和下调的top20差异基因进行检索和查询,筛选出可能与勃起功能、生殖系统相关的上调差异基因Prol1和下调差异基因SPTA1;筛选出的差异基因进一步在大鼠阴茎组织上进行验证,与正常组相比,高脂饮食SD大鼠的阴茎组织中,Western blotting结果显示Prol1蛋白表达水平显著上调,SPTA1蛋白表达水平显著下调,且差异具有统计学意义(P<0.05);IHC结果显示,SPTA1在大鼠阴茎组织中呈灶性阳性表达,相较于正常组SPTA1在HFD大鼠的阴茎海绵体组织中阳性表达下降。(2)成功分离出高纯度的CCECs,弹性蛋白酶或胶原酶消化结合机械挤压培养的原代CCECs,第10d细胞长满培养皿底,呈铺路石、鹅卵石样,采用定点消化法获得的第二代(P2)CCECs的细胞纯度显著提高;与弹性蛋白酶消化法结合机械挤压法提取的原代CCECs相比,胶原酶消化法培养的CCECs经定点消化纯化后纯度更高,形态更稳定。第三代CCECs免疫荧光染色检测结果显示CCECs的相关标志抗体CD31和VWF表达结果均呈阳性,流式细胞术检测CCECs纯度达96.9%。(3)与正常组相比,高糖处理的原代CCECs和CCSMCs中SPTA1蛋白的表达水平显著下降(P<0.05);高糖组(High glucose,HG)相较于正常糖组(Normal glucose,NG)的CCECs,SPTA1的m RNA的表达水平显著升高(P<0.05);高糖组处理的CCSMCs中,SPTA1的m RNA的表达显著下降(P<0.05)。(4)SPTA1在不同的细胞群中可能具有不同的表达模式和生物学功能。(5)干扰SPTA1基因,RT-q PCR的结果显示CCSMCs细胞转染48h的2对si SPTA1相较于si NC均有显著干扰效果(P<0.001),其中si SPTA1(2283)位点的干扰效率最高,将si SPTA1(2283)转染至CCSMCs中,e NOS的m RNA表达量显著下调(P<0.01),SPTA1蛋白表达水平显著下调(P<0.05),e NOS蛋白表达水平显著下调(P<0.01),YAP蛋白表达水平显著上调差异具有统计学意义(P<0.001),焦亡的标志蛋白Caspase-1(P<0.01)、GSDMD(P<0.001)和激活的Caspase-1剪切GSDMD变成GSDMD-N(P<0.01)和IL-18(P<0.01)蛋白表达水平均显著上调,CCSMCs收缩型蛋白α-SMA表达显著下调(P<0.05)。结论:(1)高脂饮食的SD大鼠,SPTA1的下调可能是导致勃起功能的下降的原因之一,该基因的GO富集分析和KEGG富集的信号通路可能是勃起功能下降治疗的潜在靶点。(2)酶消化法结合机械挤压和定点消化法是一种简便、经济的体外培养和纯化CCECs的方法,可供体外研究内皮细胞功能障碍和勃起功能障碍的病理生理机制。(3)高糖环境下,CCECs和CCSMCs中的SPTA1的显著下调会损伤内皮细胞和平滑肌细胞,导致勃起功能的下降。(4)阴茎海绵体组织在疾病的不同状态下,SPTA1在不同的细胞群中可能具有不同的表达模式和生物学功能。(5)高脂饮食的SD大鼠,SPTA1的下调可能会激活Hippo信号通路诱导CCSMCs细胞焦亡、表型发生变化导致勃起功能的下降。
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