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研究目的:本课题拟以人皮肤微血管内皮细胞株(human dermal microvascularendothelial cells,HMVECs)为研究对象,应用细胞生物学、单层内皮细胞通透性的测定、免疫印迹和激光共聚焦显微镜观察等实验方法和技术,观察晚期糖基化终产物(advanced glycation end products,AGEs)修饰的人血清白蛋白(humanserum albumin,HSA)对HMVECs骨架纤维状肌动蛋白(filamentous actin,,F-actin)形态和定位的影响,以及对单层细胞通透性的作用;选用RhoA的主导失活或组成型激活的重组腺病毒以及ROCK抑制剂处理细胞,探讨Rho/ROCK通路是否参与了AGE-HSA介导的上述细胞反应;通过免疫印迹检测RhoA和ROCK蛋白及其磷酸化水平的变化,查明RhoA、ROCK的磷酸化激活在其中的作用;为了探讨Rho/ROCK介导AGE-HSA引起内皮细胞形态和功能变化的机制,分别观察了抑制ROCK对p38 MAPK磷酸化水平的影响,以及抑制p38 MAPK磷酸化激活对RhoA、ROCK磷酸化激活的影响。通过上述研究试图阐明AGE-HSA对血管内皮细胞形态和功能的影响以及可能的信号转导通路,为进一步阐明与AGE-HSA相关的糖尿病微血管并发症发生发展的机制提供实验依据,并为其防治提供新的思路和有效手段。研究方法:AGE-HSA由人血清白蛋白与D-葡萄糖共孵育8周制得。体外培养人皮肤微血管内皮细胞株,分别接种于微孔小皿(petri dish)、双层通透的培养皿(transwell)顶层小室微孔膜上(直径6.5 mm,孔径大小0.4μm)和6 cm细胞培养皿上,待细胞长至融合或接近融合后,换无血清培养基继续培养2 h使细胞获得同步生长,然后按实验分组分别处理备用。在各实验分组中,分别用ROCK特异性抑制剂Y-27632、H-1152或p38MPAK丝裂原激活的MAPK通路上游激酶抑制剂SB203580预处理细胞30 min后,即以不同时间或者浓度的AGE-HSA再孵育;另外,用重组腺病毒RhoA N19的无活性型突变体预转染内皮细胞24 h,继以AGE-HSA再孵育;或重组腺病毒RhoA L63的活性突变体单独转染细胞24 h。用免疫荧光染色法、激光共聚焦显微镜观察细胞骨架肌动蛋白F-actin、RhoA及其磷酸化蛋白的结构及分布改变;用免疫印迹法检测phospho-p38,RhoA和ROCK及其磷酸化水平的变化,采用多功能蛋白组学影像系统KODAK2000R直接成像,以ImageJ软件分析各组灰度值,β-actin为内参进行校正,以对照组面积灰度值为100%与实验组进行比较;用FITC荧光标记蛋白漏出法测定单层内皮细胞的通透系数Pa值,实验结果以Pa变化百分比表示,Pa%=(实验样品Pa值/对照样品Pa值)×100。研究结果:1.AGE-HSA对HMVECs骨架F-actin形态和单层内皮细胞通透性的影响(1) AGE-HSA对HMVECs细胞骨架F-actin形态的影响AGE-HSA以时间和剂量依赖的方式引起HMVECs骨架肌动蛋白F-actin结构和分布的改变,未经修饰的人血清白蛋白无此作用;正常细胞的F-actin主要分布在细胞周边,线条光滑,完整连续,界限分明。随着AGE-HSA作用时间或浓度的增加,F-actin变得毛糙不规整,出现锯齿样结构,甚至断裂、变细、崩解消散,F-actin在细胞内弥散分布,由非极性单行排列的肌动蛋白丝组成的应力纤维逐渐增多,细胞变圆、明显回缩,相邻细胞互相解离,细胞间失去正常连接结构。(2) AGE-HSA对HMVECs通透性的影响AGE-HSA以时间和剂量依赖的方式引起HMVECs通透性的升高。在时间效应组中,HMVECs的通透性随AGE-HSA作用时间的延长显著增高(F=186.746,P＜0.01),当AGE-HSA作用1,2,4,8,12 h时,与对照组相比,HMVECs的通透性分别增至113.97±2.68%,149.31±2.48%,169.76±6.21%,191.32±2.14%,196.14±2.43%,且从2 h起,与对照组相比有显著性差异(P＜0.05),差异有统计学意义。在剂量效应组中,随着AGE-HSA浓度的增加,HMVECs的通透性显著增加(F=344.582,P＜0.01),对照组内皮细胞的通透性为100%,当AGEs为12.5,25,50,100μg/ml时,Pa与对照组相比分别增至117.95±0.99%,152.15±4.51%,191.32±2.14%,199.23±2.54%,且从12.5μg/ml起均与对照组有显著性差异(P＜0.05),差异有统计学意义。未经修饰的HSA对内皮细胞通透性(101.57±1.29%)无明显影响,差异均无统计学意义(P＞0.05)。2.改变RhoA、ROCK活性对AGE-HSA介导的HMVECs细胞骨架F-actin形态和内皮细胞通透性的影响(1) ROCK特异性抑制剂对HMVECs细胞骨架F-actin形态的影响ROCK特异性抑制剂Y-27632或H-1152预处理细胞30 min,均可明显抑制AGE-HSA对HMVECs骨架结构F-actin的影响;但是细胞先和一定浓度的AGE-HSA孵育一定的时间,再给予ROCK特异性抑制剂孵育,并不能逆转已经发生的F-actin形态的改变。(2)用重组腺病毒改变RhoA活性对HMVECs单层细胞骨架F-actin形态的影响转染活性的重组腺病毒RhoA L63能够引起内皮细胞骨架F-actin轻微锯齿样改变,细胞有轻微的回缩,且有少量应力纤维形成;转染无活性的重组腺病毒RhoA N19对内皮细胞的形态无明显影响,但能够显著抑制AGE-HSA引起的F-actin形态的改变及应力纤维的形成。(3) ROCK特异性抑制剂对AGE-HSA引起的HMVECs通透性的影响细胞预处理ROCK特异性抑制剂Y-27632或H-1152均能够使AGE-HSA引起的内皮细胞通透性的升高显著降低(F=863.049,P＜0.01),内皮细胞的通透系数Pa由191.32±4.28%分别降至114.52±2.23%和120.53±1.72%,与单纯AGE-HSA组相比差异有统计学意义(P＜0.01),但细胞的通透性并没有降至正常,且与对照组相比差异仍具有统计学意义(P＜0.01)。(4)用重组腺病毒改变RhoA活性对HMVECs单层通透性的影响在细胞转染重组腺病毒试验组中,与对照组相比,50μg/ml的AGE-HSA作用8 h可以显著增加单层HMVECs的通透性(209.01±3.34%),差异有统计学意义(P＜0.01)。细胞转染活性重组腺病毒RhoA L63后,细胞的通透性也显著增加(187.69±5.83%),差异有统计学意义(P＜0.01)。而细胞转染无活性重组腺病毒RhoA N19,对通透性(96.25±1.81%)没有显著影响(P＞0.05);细胞先转染无活性重组腺病毒RhoA N19后,再与50μg/ml的AGE-HSA作用8 h,与AGE-HSA作用组(209.01±3.34%)相比内皮细胞通透性(92.90±1.65%)显著降低,差异有统计学意义(P＜0.01)。3.AGE-HSA刺激对HMVECs中RhoA、ROCK蛋白表达和磷酸化水平的影响(1) AGE-HSA引起HMVECs内RhoA、ROCK磷酸化水平的改变①AGE-HSA以时间和剂量依赖的方式引起HMVECs内RhoA磷酸化水平的增多AGE-HSA刺激引起RhoA磷酸化水平显著增加,且呈时间(F=2.633,P=0.019)和剂量(F=26.234,P＜0.01)依赖性,但对RhoA本身的表达没有显著影响(P＞0.05)。在时间效应组中,随着AGE-HSA作用时间的延长,细胞中RhoA的磷酸化水平逐渐增多,与对照组相比,从45 min分钟起差异有统计学意义(P＜0.01),至60 min时,到达峰值,随后RhoA磷酸化水平开始缓慢下降,当AGE-HSA作用90 min时与对照组相比差异仍有统计学意义(P＜0.05),随着时间延长,RhoA磷酸化水平继续降低,当达到120 min时,与对照组相比虽然没有显著性差异(P＞0.05),但RhoA磷酸化水平的绝对值仍然比对照组高。剂量效应组中,随着AGE-HSA浓度的增加,细胞中RhoA的磷酸化水平逐渐增多,当AGE-HSA浓度达到25μg/ml时,与对照组相比,差异具有统计学意义(P＜0.05),随着AGE-HSA浓度增加,细胞中RhoA磷酸化水平持续增加,当达到50μg/ml时,细胞中RhoA的磷酸化水平达到峰值,并维持在这一水平,而AGE-HSA对RhoA的表达水平则没有明显的影响(P＞0.05)。②AGE-HSA以时间和剂量依赖的方式引起HMVECs内ROCK磷酸化水平的增多AGE-HSA以时间(F=3.247,P=0.044)和剂量(F=17.549,P＜0.01)依赖的方式引起ROCK磷酸化水平显著增加,而AGE-HSA对ROCK的表达水平没有明显的影响(P＞0.05)。时间效应组中,随着AGE-HSA作用时间的延长,内皮细胞中ROCK的磷酸化水平逐渐增加,与对照组相比,45 min分钟起差异有统计学意义(P＜0.05),至60 min时,ROCK磷酸化水平达到峰值(P＜0.01),然后开始缓慢下降,但与对照组相比差异仍有统计学意义(P＜0.01)。在剂量效应组中,随着AGE-HSA浓度的增加,细胞中ROCK的磷酸化水平逐渐增多,当AGE-HSA浓度达到12.5μg/ml时,与对照组相比,差异具有统计学意义(P＜0.05),随着AGE-HSA浓度的增加,细胞中ROCK的磷酸化水平持续缓慢上升。(2)活性或无活性RhoA重组腺病毒对HMVECs内RhoA、ROCK及其磷酸化水平的影响对照组中,RhoA及ROCK均有少量磷酸化,转染活性的重组腺病毒RhoAL63后,RhoA、ROCK的磷酸化水平明显升高,而RhoA、ROCK本身则没有明显变化,单独转染无活性的重组腺病毒RhoA N19,内皮细胞内RhoA、ROCK及其磷酸化水平均没有明显改变,而先转染无活性的重组腺病毒RhoA N19,然后再和AGE-HSA作用,则明显抑制了AGE-HSA引起的RhoA、ROCK磷酸化水平的增多。4.AGE-HSA引起的内皮细胞反应中RhoA、ROCK活性变化与p38 MAPK通路的关系ROCK特异性抑制剂Y-27632或H-1152均能够显著降低AGE-HSA引起的p38MAPK磷酸化水平的增加;同时p38MAPK特异性抑制剂SB203580也能够显著降低AGE-HSA引起的RhoA、Rho激酶磷酸化水平的增加。结论:1.AGE-HSA以时间和剂量依赖的方式引起HMVECs形态和功能的改变。2.RhoA/ROCK信号通路参与了AGE-HSA介导的HMVECs形态和功能的改变,但并不是唯一的通路。3.AGE-HSA通过介导RhoA、ROCK的磷酸化而引起HMVECs形态和功能上的改变。4.在AGE-HSA引起的内皮细胞形态和功能改变过程中,Rho/ROCK信号通路和p38MAPK通路共同参与了这一过程,两者相互影响,可以互相被对方激活,协同引起内皮细胞一系列形态和功能上的改变。