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硫氧還蛋白相互作用蛋白在增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變中的作用及機制研究

發(fā)布時間:2017-12-08 05:18

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【摘要】:目的:糖尿病性視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)現(xiàn)在已成為全世界成年人人群中的主要致盲眼病,其發(fā)病率逐年增加。以視網(wǎng)膜異常新生血管為特征的增殖性糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy,PDR)是導(dǎo)致糖尿病性視網(wǎng)膜病變患者視力喪失的主要原因之一。約1/3的糖尿病患者最終會發(fā)展為PDR期。目前有眾多臨床和實驗研究表明,高血糖在PDR的發(fā)生和發(fā)展中起到了關(guān)鍵作用。高血糖可以引起視網(wǎng)膜內(nèi)多種損傷,如蛋白激酶C、多元醇途徑、己糖胺生物合成途徑的異常激活,以及過度產(chǎn)生糖基化終末產(chǎn)物等,這些高血糖誘導(dǎo)的損傷還可以導(dǎo)致過度的氧化應(yīng)激反應(yīng),從而進一步損害視網(wǎng)膜組織。同時,目前也有研究表明高血糖本身就具有促進視網(wǎng)膜異常新生血管的功能。目前研究認為,玻璃體內(nèi)血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)含量增高是PDR視網(wǎng)膜新生血管形成的關(guān)鍵。VEGF可誘導(dǎo)視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞增殖、遷移、血管管腔形成并導(dǎo)致異常新生血管的產(chǎn)生。異常的新生血管會引起玻璃體積血、牽拉性視網(wǎng)膜脫離、新生血管性青光眼等并發(fā)癥,最終造成患者視力損害。目前有多種抗VEGF類藥物應(yīng)用于治療DR,這些藥物包括:貝伐單抗、雷珠單抗、阿柏西普、康柏西普等。然而長期眼內(nèi)注射抗VEGF藥物會增加眼部并發(fā)癥的風(fēng)險,并且目前有研究表明在糖尿病患者人群中,長期眼內(nèi)注射抗VEGF藥物造成的全身并發(fā)癥較其它人群明顯增高,這些全身并發(fā)癥包括高血壓、血栓形成以及傷口延遲愈合等。這是因為糖尿病患者在眼內(nèi)VEGF含量及新生血管活動增多的同時,體內(nèi)其它組織如心臟和足等組織VEGF含量和新生血管活動降低。因此進一步研究DR引起新生血管的機制以及開發(fā)新的藥物靶點是當(dāng)務(wù)之急。哺乳動物體內(nèi)細胞的氧化還原主要由谷胱甘肽(glutathione(GSH))和硫氧還蛋白(thioredoxin,TRX)這兩個系統(tǒng)來調(diào)控。硫氧還蛋白相互作用蛋白(Thioredoxin-interacting protein,TXNIP)又稱維生素D3上調(diào)蛋白1(vitamin D3-upregulated protein 1,VDUP-1)是TRX系統(tǒng)中的內(nèi)源性抑制蛋白。已有研究表明高糖刺激能引起多種視網(wǎng)膜細胞尤其是視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞高表達TXNIP,而高表達的TXNIP在調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜的炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激方面有重要的作用。同時,最新的研究表明,TXNIP與血管內(nèi)皮細胞新生血管活動有著緊密聯(lián)系,TXNIP通過與Rab5形成復(fù)合物,參與到VEGF-VEGFR2信號通路及其下游的PLC-γ通路,從而調(diào)節(jié)VEGF介導(dǎo)的內(nèi)皮細胞新生血管功能。也有研究顯示TXNIP基因敲除小鼠的VEGFR2/Akt通路功能及新生血管功能受損,當(dāng)過表達TXNIP后其新生血管能力得到了恢復(fù)。然而TXNIP在PDR中所起到的作用目前尚無研究。本研究目的在于闡明高糖引起的人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞(Human retinal microvascular endothelial cells,HRMECs)高表達TXNIP在高糖引起的細胞新生血管活動中所起到的作用及機制,以及敲除HRMECs的TXNIP基因?qū)τ诟咛羌癡EGF所引起的新生血管活動的影響。同時我們通過視網(wǎng)膜新生血管體外培養(yǎng)模型,研究TXNIP基因敲除對于小鼠視網(wǎng)膜新生血管能力的影響。為進一步闡明TXNIP在PDR中所起到的作用及機制提供理論依據(jù)。方法:1高糖對HRMECs增殖、遷移、管腔形成的影響。HRMECs在37℃,5%CO2的條件下,以含有5%胎牛血清,1%內(nèi)皮細胞生長補充劑(ECGS),100U/ml青霉素和100μg/ml鏈霉素的ECM培養(yǎng)基中培養(yǎng)。(1)CCK-8實驗測定高糖對HRMECs增殖的影響:用正常濃度糖(Control,5.6m M),中度高糖(MHG,15m M)和高糖(HG,30m M)刺激HRMECs細胞。孵育24小時后,向每個孔中加入10μl CCK-8,然后再孵育2小時。當(dāng)從紅色變?yōu)辄S色時,用分光光度計在450nm波長下測定各組的光密度(OD)值。(2)細胞劃痕實驗評估高糖對HRMECs遷移的影響:將HRMECs置于24孔板上并培養(yǎng)至90%細胞密度。在無血清培養(yǎng)基中孵育6小時后,用1ml黃色移液管尖端刮除單層細胞。隨后,用PBS洗滌細胞三次以去除浮游細胞,并給予不同的刺激。在0小時和18小時拍攝細胞圖像,分析平均細胞移動距離。(3)Transwell遷移實驗測定高糖對HRMEC遷移的影響:在5%CO 2培養(yǎng)箱中將HRMECs在各種不同條件下培養(yǎng)24小時。然后,將細胞以1×10 5個細胞/孔的密度接種在含有200μl無血清培養(yǎng)基的Transwell小室中。同時將600μl的不同糖濃度的培養(yǎng)基加入到Transwell小室下方孵育6小時。6小時后,將Transwell在4%多聚甲醛中固定并用結(jié)晶紫染色。用棉簽刮取Transwell的上表面以除去未遷移的細胞。對Transwell進行拍照,通過隨機計數(shù)5個顯微鏡視野來確定遷移的細胞數(shù)。(4)Matrigel管腔形成實驗測定高糖對HRMECs管腔形成的影響:將不同濃度糖培養(yǎng)基預(yù)處理的HRMECs(每孔5×10 4個細胞)接種在Matrigel的表面上,再培養(yǎng)6小時。培養(yǎng)結(jié)束時拍攝細胞圖像,并使用Image-Pro Plus 6.0軟件評估每個視野的總管腔形成長度。(5)中度高糖對HRMECs VEGF分泌的影響:通過使用ELISA試劑盒評估來自不同組HRMECs細胞的上清液中的VEGF濃度。(7)中度高糖對HRMECs的Akt/m TOR通路影響:使用蛋白免疫印跡法檢測中度高糖條件下HRMEC中Akt和m TOR的表達。2 TXNIP在中度高糖促進的HRMECs遷移和管腔形成中的作用(1)中度高糖對HRMECs的TXNIP變化的影響:中度高糖刺激HRMECs,并在不同點收取細胞,通過蛋白免疫印跡法檢測細胞TXNIP的變化。(2)中度高糖對HRMECs細胞內(nèi)ROS的影響:HRMECs細胞內(nèi)ROS水平的檢測采用2’,7’-DCFH-DA探針法,將HRMECs均勻接種于6孔板中,細胞匯合度達到80%密度時更換無血清ECM培養(yǎng)基同步,6 h后按實驗分組加入不同刺激物干預(yù),后換成含2’,7’-DCFH-DA探針(終濃度為10μmol/L)的無血清ECM培養(yǎng)基,37°C下避光孵育30 min,PBS洗滌3遍,將未結(jié)合的2’,7’-DCFH-DA充分沖洗掉,流式細胞儀檢測熒光強度,用熒光強度反應(yīng)細胞內(nèi)ROS含量。(3)檢測TXNIP對中度高糖誘導(dǎo)的HRMECs新生血管形成的影響:細胞隨機分為正常糖對照組(5.5mmol/L glucose,Control)、中度高糖(15 mmol/L glucose,MHG)、載體對照組(Scr si RNA轉(zhuǎn)染,Scr si RNA)、中度高糖+載體對照組(Scr si RNA+15 mmol/L glucose,Scr si RNA+MHG)、TXNIP si RNA轉(zhuǎn)染組(TXNIP si RNA單純轉(zhuǎn)染,TXNIP si RNA)、中度高糖+TXNIP si RNA轉(zhuǎn)染組(TXNIP si RNA+15 mmol/L glucose,TXNIP si RNA+MHG)、中度高糖+抗氧化劑NAC組(NAC+15 mmol/L glucose,NAC+MHG)。分組刺激后進行細胞劃痕實驗,Transwell遷移實驗,Matrigel管腔形成實驗檢測HRMECs新生血管形成情況。并用蛋白免疫印跡法檢測敲除TXNIP基因?qū)HG誘導(dǎo)的HRMECs的Akt/m TOR信號通路的影響。3 TXNIP在VEGF促進的HRMECs遷移和管腔形成中的作用。檢測TXNIP對重組人VEGF165(20 ng/ml)誘導(dǎo)的HRMECs新生血管形成的影響:細胞隨機分為正常培養(yǎng)組(Control)、VEGF165刺激組(20 ng/ml VEGF165,VEGF)、載體對照組(Scr si RNA轉(zhuǎn)染,Scr si RNA)、VEGF165+載體對照組(Scr si RNA+20 ng/ml VEGF165,Scr si RNA+VEGF)、TXNIP si RNA轉(zhuǎn)染組(TXNIP si RNA單純轉(zhuǎn)染,TXNIP si RNA)、VEGF165+TXNIP si RNA轉(zhuǎn)染組(TXNIP si RNA+20 ng/ml VEGF165,TXNIP si RNA+VEGF)、VEGF165+抗氧化劑NAC組(NAC+20ng/ml VEGF165,NAC+VEGF)。相應(yīng)細胞分組進行CCK-8實驗、細胞劃痕實驗、Transwell遷移實驗、Matrigel管腔形成實驗檢測HRMECs的新生血管活動。Scr si RNA組和TXNIP si RNA組以VEGF165(20ng/ml)刺激5min,15min,30min,45min,1h,2h,4h后以蛋白印跡實驗方法對各組細胞的VEGFR2、Akt及m TOR蛋白進行定量分析。4 TXNIP基因敲除對小鼠視網(wǎng)膜新生血管的影響。本研究以6周齡C57BL/6J背景的野生型小鼠(Wild type,WT)及相同背景的TXNIP基因敲除小鼠(TXNIP-/-)為動物模型;TXNIP基因敲除鼠模型的構(gòu)建采用TALEN技術(shù),用PCR實驗檢測其子代的基因表型。實驗動物分為2組,野生型C57BL/6J小鼠組(WT)及TXNIP基因敲除小鼠組(TKO),每組小鼠各6只。小鼠處死后完整取出眼球,將其以無菌生理鹽水充分沖洗。手術(shù)顯微鏡下以15°側(cè)切刀沿角膜緣切開眼球,去除角膜、晶體和玻璃體,沿鞏膜完整剝離神經(jīng)視網(wǎng)膜組織,并去除視網(wǎng)膜粘附的脈絡(luò)膜組織及視網(wǎng)膜色素上皮細胞。將提取的視網(wǎng)膜組織環(huán)形剪除約0.2mm寬周邊視網(wǎng)膜組織,以視神經(jīng)為中心,用小梁剪剪為均勻的4塊視網(wǎng)膜組織。將視網(wǎng)膜組織放入預(yù)冷的無血清ECM培養(yǎng)基中2小時。來源于同一眼球的視網(wǎng)膜組織塊分到不同的刺激組。將視網(wǎng)膜組織平鋪在提前凝固的Matrigel基質(zhì)膠上,神經(jīng)纖維層面朝上,并使視網(wǎng)膜的邊緣與基質(zhì)膠充分接觸。平鋪好視網(wǎng)膜組織后在其上再加入液態(tài)的1:1培養(yǎng)基比例的基質(zhì)膠300ml,室溫放置1h固定。基質(zhì)膠凝固后在每個孔內(nèi)放入不同刺激的培養(yǎng)基500ml,分別為:Control組(無刺激物培養(yǎng)基);中度高糖組(15 mmol/L glucose,MHG);VEGF組(20ng/ml VEGF);中度高糖+VEGF組(15 mmol/L glucose+20ng/ml VEGF,MHG+VEGF)。每2天換一次培養(yǎng)基。實驗第10天在倒置顯微鏡下觀察視網(wǎng)膜新生血管長出情況并拍照。結(jié)果:1中度高糖通過激活HRMECs的Akt/m TOR通路誘導(dǎo)遷移和管腔形成,但不引起HRMECs增殖。1)HRMECs在不同濃度高糖培養(yǎng)24小時后,通過CCK-8實驗方法檢測其吸光度。結(jié)果表明無論是MHG組還是HG組細胞增殖較對照組無顯著性差異(P0.05)。2)通過細胞劃痕實驗和Transwell遷移實驗方法研究不同濃度高糖對HRMECs遷移能力的影響,MHG組與對照組相比有顯著性差異(P0.01),而HG組與對照組相比無顯著性差異(P0.05)。3)通過使用Matrigel管腔形成實驗的方法研究不同濃度高糖對于HRMECs管腔形成的影響。MHG組HRMECs管腔總長度較對照組有明顯的增加(P0.05),HG組HRMECs管腔總長度較對照組無顯著性差異(P0.05)。4)收集在MHG刺激下不同時間點的細胞培養(yǎng)基上清液,并用ELISA試劑盒分析其VEGF含量。結(jié)果表明,HRMECs本身自分泌的VEGF量極少,并且MHG并不影響HRMECs自分泌VEGF含量的變化(P0.05)。5)通過蛋白印跡實驗方法檢測Akt和m TOR的磷酸化變化,結(jié)果顯示,MHG組Akt及其下游通路m TOR的磷酸化較對照組增加(P0.05)2敲除HRMECs細胞的TXNIP抑制MHG引起的Akt/m TOR信號通路激活,進而降低MHG引起的遷移和管腔形成能力。1)通過蛋白印跡實驗方法檢測HRMECs在不同MHG刺激時間下的TXNIP變化。結(jié)果顯示TXNIP在2h、4h、6h表達升高(P0.05或P0.01)。2)MHG刺激會短暫性的升高ROS,分別在5 min,30min,45min的時間點與對照組有顯著性差異(P0.05或P0.01)。而1h至24H其細胞內(nèi)ROS較正常無顯著性差異(P0.05)。3)用TXNIP小干擾RNA(TXNIP si RNA)轉(zhuǎn)染HRMECs,并用載體對照組小干擾RNA(Scrambled si RNA,Scr si RNA)作對照組,研究TXNIP基因敲除對HRMECs細胞新生血管活動的影響。細胞劃痕實驗及Transwell遷移實驗及Matrigel管腔形成實驗表明,TXNIP si RNA組在MHG刺激下的新生血管能力明顯下降(P0.01)。4)敲除TXNIP基因阻斷了MHG對于HRMECs的Akt/m TOR信號通路的激活(P0.01)。5)抗氧化劑NAC也可以降低MHG引起的遷移和管腔形成能力(P0.01)。3敲除TXNIP基因阻礙VEGF誘導(dǎo)的VEGFR2信號通路激活,進而降低VEGFR2引起的HRMECs新生血管活動。1)HRMECs在VEGF下,其細胞增殖能力、遷移能力、管腔形成能力明顯增加(P0.01)。2)敲除TXNIP基因后降低了VEGF誘導(dǎo)的HRMECs新生血管活動(P0.01)。3)敲除TXNIP基因降低了VEGF引起的HRMECs細胞的VEGFR2及其下游通路Akt/m TOR激活(P0.01)。4)使用NAC后,VEGF誘導(dǎo)的HRMECs新生血管活動均有降低(P0.01)。4 TXNIP基因敲除對體外培養(yǎng)的小鼠視網(wǎng)膜新生血管的影響1)在缺乏VEGF刺激的條件下,體外培養(yǎng)的視網(wǎng)膜生長出新生血管芽的能力非常低,VEGF+MHG組較VEGF組小鼠視網(wǎng)膜新生血管能力增強(P0.05)。2)TKO小鼠視網(wǎng)膜新生血管能力明顯降低(P0.01)。3)TXNIP基因敲除對于小鼠玻璃體內(nèi)VEGF含量無明細影響。結(jié)論:1中度高糖能引起HRMECs的遷移和管腔形成。這并不是由中度高糖刺激HRMECs自分泌產(chǎn)生更多的VEGF引起,而是通過激活A(yù)kt/m TOR通路引起的。同時中度高糖也能引起HRMECs細胞內(nèi)ROS的短暫升高。2中度高糖能誘導(dǎo)HRMECs的TXNIP過表達,當(dāng)敲除HRMECs的TXNIP后,中度高糖引起的HRMECs遷移和管腔形成能力將被抑制。同時其激活A(yù)kt/m TOR信號通路的能力也被抑制?寡趸瘎㎞AC也可以抑制中度高糖誘導(dǎo)的HRMECs遷移和管腔形成能力。3敲除HRMECs的TXNIP將會抑制VEGF誘導(dǎo)的新生血管活動,同時會抑制VEGF激活VEGFR2及其下游通路Akt/m TOR.4中度高糖+VEGF刺激比單純使用VEGF刺激更能促進小鼠體外培養(yǎng)視網(wǎng)膜產(chǎn)生新生血管。TXNIP基因敲除小鼠的視網(wǎng)膜新生血管能力明顯降低。但TXNIP基因敲除鼠的玻璃體內(nèi)VEGF含量和WT小鼠沒有明顯差別。
【學(xué)位授予單位】:河北醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類號】:R587.2;R774.1

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本文編號:1265175

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