高铜诱导鸡肝细胞自噬和凋亡的作用机制

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hongwei3330857
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铜是大多数生物体的必需微量元素之一,其参与了机体多种生理生化活动。然而,铜过量会造成机体铜中毒,引起多个组织器官损伤。研究表明,肝脏是铜毒性作用的重要靶器官。国内外学者对高铜致肝毒性的机理进行了大量的研究,但这些研究多集中于凋亡机理的探究,而对高铜致肝脏毒性过程中自噬的功能、机理及其与凋亡之间调控关系的研究较少,特别是高铜诱导禽类自噬的研究更是少之又少。本研究通过建立动物模型和细胞培养模型,从体内和体外两个角度探讨自噬、凋亡及其调控关系在高铜致鸡肝损伤中的作用,为进一步开展铜毒性分子病理学及相关研究奠定基础。为了研究高铜对鸡肝细胞自噬和凋亡的影响,本实验分为体内和体外两个部分进行。体内实验选取1日龄商品代白羽肉鸡192羽,随机分为4组,每组48羽。选用硫酸铜作为实验铜源,设4个浓度组,对照组基础日粮饲料铜含量为NRC(1994)推荐的11 mg/kg,3个实验组高铜日粮饲料铜含量分别为:110 mg/kg、220 mg/kg、330mg/kg,不同日粮条件下饲养7周,并于第1、3、5、7周分别取肝脏组织进行相关实验。利用组织切片和透射电镜观察细胞病变;TUNEL法检测凋亡水平;RT-qPCR法和免疫印迹法分别检测自噬和凋亡相关基因和蛋白的表达量变化;免疫组化法和免疫荧光法分别观察BECN1和LC3Ⅱ的定位和表达。结果发现,高铜日粮可以诱导肉鸡肝细胞坏死、自噬体增多、细胞核固缩,TUNEL阳性颗粒增多,促进Beclin1、ATG5、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ、Dynein、P53、Bak1、Bax、Caspase3 mRNA表达和BECN1、P53、Bak1、Bax、Cyt C、Caspase3的蛋白表达以及上调LC3Ⅱ/LC3Ⅰ,而抑制P62、mTOR、Bcl2m RNA表达以及P62、Bcl2的蛋白表达。体外实验采用酶消化法建立鸡胚原代肝细胞培养模型。使用不同浓度的硫酸铜(0、10、50、100μM)处理24 h和/或100μM的硫酸铜在不同时间(0、6、12、24 h)处理鸡肝细胞。利用透射电镜观察自噬体;单丹磺酰戊二胺(monodansylcadaverine,MDC)荧光探针法检测细胞自噬水平;流式细胞术检测细胞周期;荧光染色法检测凋亡率;免疫荧光法观察LC3Ⅱ的定位和表达;RT-qPCR和免疫印迹法分别检测自噬、凋亡相关基因和蛋白的表达量变化。结果发现,铜离子可以诱导肝细胞自噬体增多,自噬水平上升,LC3聚点数量增加,细胞S期阻滞,凋亡率上升,促进Beclin1、ATG5、LC3Ⅰ、LC3Ⅱ、P62、m TOR、P53、Bak1、Bax、Cyt C、Caspase3 m RNA表达以及BECN1、Bak1、Bax、Cyt C、Caspase3的蛋白表达以及上调LC3Ⅱ/LC3Ⅰ,而抑制Bcl2 mRNA和蛋白的表达。体内和体外实验结果表明,高铜可以诱导鸡肝细胞发生自噬和凋亡。为了探讨自噬在高铜致鸡肝细胞损伤和凋亡中的作用,本实验利用硫酸铜和自噬干扰剂对鸡胚原代肝细胞进行联合处理。利用显微镜观察细胞形态变化;CCK-8法测定细胞存活率;生化仪检测细胞上清液乳酸脱氢酶(lactic dehydrogenase,LDH)、天门冬氨酸氨基转移酶(aspartate aminotransferase,AST)、丙氨酸氨基转移酶(alanine aminotransferase,ALT)、白蛋白(albumin,ALB)的变化;流式细胞术测定细胞内活性氧分子(reactive oxygen species,ROS)水平、线粒体数量、线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP)及细胞周期的变化;酶标仪检测细胞内过氧化氢(Hydrogen peroxide,H2O2)的含量;分光光度法和RT-qPCR法分别检测抗氧化指标和抗氧化基因的变化;萤光素酶法检测三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)水平变化;荧光染色法检测细胞凋亡率;RT-qPCR和免疫印迹法分别检测凋亡相关基因和蛋白的表达量变化。结果发现,硫酸铜和雷帕霉素(rapamycin,Rapa)联合组与硫酸铜单独组相比,细胞脱落减少,存活率升高,ROS含量、H2O2含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、过氧化氢酶(catalase,CAT)水平以及HO-1 mRNA表达均降低,而线粒体数量、MMP以及ATP水平则升高,凋亡率下降,P53、Bak1、Bax mRNA表达和Cyt C、Caspase3蛋白表达下调。硫酸铜和3-甲基腺嘌呤(3-Methyladenine,3-MA)联合组处理与硫酸铜单独处理组相比,对于上述指标却有着相反的效果。结果表明,激活自噬可能减缓高铜诱导的鸡肝细胞损伤和凋亡,而抑制自噬则具有相反的效果。
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