高糖状态下转铁蛋白糖基化对HK-2细胞的影响及机制研究

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目的:既往研究显示糖尿病大鼠肾组织中糖基化转铁蛋白(Advanced glycation end modified transferrin,AGE-Tf)水平增高,但其在糖尿病肾病中的作用及机制并不清楚。本研究观察不同高糖状态下Tf糖基化程度、位点的差异以及对铁结合能力(Total iron binding capacity,TIBC)的影响。另外,探讨糖基化Tf对人肾小管上皮细胞(Human renal proximal tubular epithelial cells,HK-2)的影响及其潜在机制。方法:(1)体外以不同浓度(0m M、5.6m M、11.1m M、33.3m M、100m M、500m M、1000m M)的葡萄糖与Tf孵育制备AGE-Tf,分析AGE-Tf糖基化程度、位点、以及TIBC的差异。(2)以不同葡萄糖浓度(33.3m M、500m M)修饰的AGE-Tf体外干预HK-2细胞,Tf作为对照,观察AGE-Tf对HK-2细胞活力、增值、氧化应激指标、转铁蛋白受体(Transferrin receptor,Tf R)的差异。(3)体外以同等量的铁(Fe)干预HK-2细胞,探讨加铁前后AGE-Tf对HK-2细胞活力、增值、氧化应激指标、Tf R表达,以及PI3K/Akt/FOXO3a信号通路中Akt、p-Akt、FOXO3a、p-FOXO3a的表达水平的影响。结果:(1)体外高糖状态下Tf糖基化对其结构及铁结合能力的影响(1)当体外葡萄糖浓度为100m M、500m M及1000m M时,Tf的糖基化程度显著增高,且随着葡萄糖浓度的增加,糖基化程度逐渐增高,当葡萄糖浓度为1000m M糖基化程度最为显著(P均<0.05)。(2)LC-MS/MS检测显示,Tf中检测到4个糖基化修饰位点(R69、K384、K399、R587);当葡萄糖浓度为500m M,AGE-Tf糖基化位点增至17个(R69、K121、K225、K236、K258、K297、R346、K359、K362、K384、K399、K546、K553、K564、R587、K659、K676)。AGEs结构类型主要有:CML、G-H1、FL-1H2O、FL、MG-H1。(3)与Tf组比较,当体外葡萄糖浓度为33.3m M、100m M、500m M及1000m M时,AGE-Tf的TIBC水平显著降低,且随着葡萄糖浓度的增高,AGE-Tf的TIBC水平逐渐降低,当葡萄糖浓度1000m M时TIBC降低最为显著(P均<0.05)。(2)AGE-Tf对HK-2细胞的影响(1)AGE-Tf(500)组、AGE-Tf(33.3)组及Tf组之间HK-2细胞存活率无统计学差异(P>0.05)。(2)AGE-Tf(500)组、AGE-Tf(33.3)组HK-2细胞凋亡率显著高于Tf组(P均<0.05);AGE-Tf(500)组HK-2细胞凋亡率显著高于AGE-Tf(33.3)组(P<0.05)。(3)AGE-Tf(500)组、AGE-Tf(33.3)组HK-2细胞氧化指标MDA水平高于Tf组,但均未达到统计学显著性(P>0.05);AGE-Tf(500)组HK-2抗氧化指标T-AOC水平显著低于AGE-Tf(33.3)组、Tf组(P均<0.001);AGE-Tf(500)组HK-2细胞抗氧化指标GSH水平显著低于Tf组(P<0.05)。(4)AGE-Tf(500)组Tf R的m RNA水平、蛋白表达水平均显著低于Tf组(P均<0.05)。(3)加入同等量的铁干预,AGE-Tf对HK-2细胞的影响及机制(1)AGE-Tf(500)+Fe组、AGE-Tf(33.3)+Fe组HK-2细胞存活率显著低于Tf+Fe组(P<0.05);加Fe前后,AGE-Tf(500)组、AGE-Tf(33.3)组、Tf组之间HK-2细胞存活率的下降的程度无统计学显著性(P均>0.05)。(2)AGE-Tf(500)+Fe组、AGE-Tf(33.3)+Fe组HK-2凋亡率均显著高于Tf+Fe组(P均<0.05);加Fe前后,AGE-Tf(500)组、AGE-Tf(33.3)组、Tf组之间HK-2细胞凋亡率增加的程度无统计学显著性(P均>0.05)。(3)氧化应激指标比较:AGE-Tf(500)+Fe组HK-2细胞氧化指标MDA水平均显著高于Tf+Fe组、AGE-Tf(33.3)+Fe组(P均<0.01);加Fe前后,AGE-Tf(500)组MDA水平增高的程度显著高于AGE-Tf(33.3)组、Tf组(P<0.001)。AGE-Tf(500)+Fe组HK-2细胞抗氧化指标T-AOC水平显著低于Tf+Fe组、AGE-Tf(33.3)+Fe组(P均<0.05);加Fe前后,AGE-Tf(500)组T-AOC水平下降的程度显著高于AGE-Tf(33.3)组、Tf组(P均<0.05)。AGE-Tf(500)+Fe组HK-2细胞抗氧化指标GSH水平显著低于AGE-Tf(33.3)+Fe组、Tf+Fe组(P<0.001);加Fe前后,AGE-Tf(500)组GSH水平下降的程度显著高于AGE-Tf(33.3)组、Tf组(P<0.001),且AGE-Tf(33.3)组GSH水平下降的程度高于Tf组(P<0.05)。(4)AGE-Tf(500)+Fe组Tf R的m RNA水平、蛋白的表达水平显著低于Tf+Fe组(P<0.05);加Fe前后,AGE-Tf(500)组Tf R蛋白表达水平降低的程度显著高于Tf组(P<0.05)。(5)Tf+Fe组、AGE-Tf(500)+Fe组Akt的m RNA水平、p-Akt蛋白的表达水平分别高于Tf组、AGE-Tf(500)组(P均<0.05)。AGE-Tf(500)+Fe组Akt的m RNA表达水平显著高于Tf+Fe组(P<0.01)。Tf+Fe组、AGE-Tf(500)+Fe组FOXO3a的m RNA表达水平分别高于Tf组、AGE-Tf(500)组(P均<0.05)。加入PI3K/Akt信号通路抑制剂LY294002后,Tf+Fe组Akt m RNA、FOXO3a m RNA、p-Akt及p-FOXO3a蛋白表达水平均显著下调(P均<0.05)。结论:(1)高糖状态下Tf糖基化程度增加,位点数目增多,但其与铁的结合力却逐渐降低。(2)AGE-Tf体外干预HK-2细胞使凋亡增加,抗氧化能力降低,Tf R表达水平下调。(3)体外给予铁干预后,AGE-Tf导致HK-2细胞氧化应激损伤加重,抗氧化能力降低,Tf R表达下调。其机制可能与Tf糖基化后与铁的结合力降低,诱导铁过载,调控PI3K/Akt信号通路有关。
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