氧化应激诱导黑素细胞自噬及其自噬相关基因差异表达的分析

来源 :南京医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fanfrong
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背景与目的:白癜风是一种常见的难治性皮肤色素脱失性疾病。已经有相关研究表明氧化应激下线粒体结构功能障碍与自噬能力降低是导致黑素细胞粘附功能降低及经表皮丢失的重要原因。提高氧化应激下黑素细胞内线粒体自噬水平,有助于修复受损的线粒体,维系黑素细胞稳态。如何才能将氧化应激下黑素细胞的自噬调整到适当水平,则有赖于对氧化应激下黑素细胞自噬的分子机制的了解。所以本文旨在研究H2O2诱导的黑素细胞自噬可能的调节机制。方法:不同低浓度H2O2(0、10-1%、5×10-2%、10-2%、5×10-3%、10-3%、5×10-4%、10-4%、5×10-5%、10-5%)及100nmol/L雷帕霉素(作为阳性对照)处理正常人黑素细胞4h后,通过CCK-8、AnnexinV-FITC/PI检测H2O2对黑素细胞活性及凋亡的影响。通过吖啶橙染色酸性自噬小泡、透射电子显微镜下观察自噬小体以及western blot检测自噬特异性蛋白(Beclin1、LC3),来观察自噬现象。采用包含84个自噬相关基因的RT2 Profiler PCR Array来筛选出差异表达的基因(上调或下调≥2倍)并进行分析。结果:10-1%5×10-2%H2O2处理的黑素细胞活性明显降低,且凋亡率达50%以上。随着H2O2浓度降低,黑素细胞活性升高,凋亡率降低。但5×10-5%H2O2和10-5%H2O2处理过的黑素细胞的活性和凋亡情况,与空白组相比,无统计学差异。后续观察自噬的实验中,选择了10-2%、10-3%、10-4%这三组浓度。吖啶橙染色及透射电镜观察提示空白组黑素细胞存在生理水平的自噬,10-2%H2O2未引起黑素细胞发生自噬,且对线粒体造成氧化损伤;10-3%H2O2、10-4%H2O2和雷帕霉素诱导黑素细胞发生明显的自噬,且观察到线粒体自噬,线粒体氧化损伤明显减轻。与空白组相比,10-2%H2O2处理的黑素细胞Beclin1的表达水平明显降低(P<0.05),而LC3-II/LC3-I比率与空白组相比,无统计学差异(P=0.105)。经10-3%H2O2、10-4%H2O2和雷帕霉素处理的黑素细胞Beclin1和LC3-II/LC3-I比率,较空白组及10-2%H2O2组显著升高(P<0.05)。RT2 Profiler PCR Array结果显示,与空白组相比,各组ATG12、ATG3、ULK1、PIK3CG、PTEN、IGF1、PIK3C3基因表达均显著上调,EIF2AK3、ATG5、ATG16L1、ATG4A基因表达却显著下调。10-3%H2O2组和雷帕霉素组MTOR显著下调、ULK2显著上调,而10-4%H2O2组MTOR上调(但<2倍)、PRKAA1(AMPK)、MAPK8(JNK1)显著上调。结论:在10-3%H2O2、10-4%H2O2模拟的氧化应激条件下,可诱导黑素细胞发生自噬。根据RT2 Profiler PCR Array筛选出的差异基因,我们推断氧化应激诱导的黑素细胞自噬中ATG12与ATG5参与的结合级联反应可能减弱,而由ATG12与ATG3的结合来促进自噬小体形成与成熟;此外,H2O2还可能通过巯基修饰ATG4A、抑制ATG4A形成,或直接刺激并增加PIK3C3活性,促进自噬小体形成。不同浓度H2O2诱导的黑素细胞自噬筛选出的差异表达的基因也存在不同,提示H2O2浓度不同,调节黑素细胞自噬的分子机制可能也存在不同。我们推断,10-3%H2O2诱导的黑素细胞自噬可能主要是通过PTEN负调节class I PI3K/AKT/mTOR依赖性途径来促进自噬。10-4%H2O2诱导的黑素细胞自噬可能主要通过PTEN非mTOR依赖性途径,AMPK直接磷酸化ULK1,AMPK磷酸化JNKl使BCL2发生多位点磷酸化,抑制BCL2-BECNl的结合,进而提高自噬的活性。此外,IGF1/AKT/mTOR和IGF1/AMPK/mTOR途径可能存在于H2O2诱导的黑素细胞自噬过程中,且主要在10-3%H2O2组起作用,这可能与IGF1参与抑制高水平氧化应激(较高浓度H2O2)导致的过度自噬或细胞死亡有关。值得注意的是,内质网应激可能也参与10-3%H2O2、10-4%H2O2诱导的氧化应激下黑素细胞自噬,并通过EIF2AK3自身磷酸化来磷酸化eIF2α,上调ATG12。关于以上的推断有待于在后续实验中验证。
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