随着现代生活方式和饮食习惯的显著变化,冠状动脉疾病逐渐成为全球范围内危害人类健康的主要疾病之一。冠状动脉的严重狭窄或急性闭塞可能导致心肌缺血甚至心肌坏死,因此,尽早实施心肌缺血再灌注(ischemia reperfusion,I/R)治疗以恢复心肌血供,是目前最有效的干预措施
[1]。然而,在I/R治疗过程中,缺血心肌血供的快速恢复并不会改善已受损的组织,反而可能加重并延长心肌细胞的损伤,这种现象被称为I/R损伤
[2-3]。目前尚缺乏有效的治疗方法来减轻心肌I/R损伤。微小RNA(microRNA,miRNA)是一大类在转录后水平调控靶基因表达的短链非编码RNA分子,长度为21~24个核苷酸。miRNA广泛存在于不同类型的细胞中,并在多种人类疾病中发挥重要作用。近年来,研究
[4]表明:miRNA在心肌I/R损伤中发挥关键作用,部分miRNA可能作为临床治疗的新靶点。研究
[5]显示:在过氧化氢诱导的心肌细胞损伤中
miR-
378表达水平降低,提高其表达水平可通过抑制含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase) 3/9活性,减少过氧化氢诱导的心肌细胞凋亡和炎症细胞因子释放。在结扎小鼠左前降支冠状动脉建立的心肌I/R损伤模型中,过表达
miR-
378能够减轻心肌损伤并抑制炎症浸润
[6]。然而,
miR-
378在心肌I/R损伤中的具体作用机制仍未完全阐明。因此,本研究探讨
miR-
378在体外缺氧/复氧(hypoxia/reoxygenation,H/R)诱导的心肌细胞I/R损伤中的作用,并初步阐明其作用机制,为临床治疗心肌I/R损伤提供实验依据。
1 材料与方法
1.1 细胞、主要试剂和仪器
人心肌细胞AC16购自上海匹拓生物科技有限公司,人单核细胞白血病细胞THP-1购自武汉尚恩生物技术有限公司。胎牛血清购自浙江天杭生物科技股份有限公司,1%青-链霉素双抗液、RPMI-1640培养基和DMEM培养基购自美国HyClone公司, Lipofectamine RNAiMAX购自美国Invitrogen公司,TRIzol和反转录试剂盒购自日本TaKaRa公司,miRcute增强型miRNA荧光定量检测试剂盒和二喹啉甲酸(bicinchoninic acid,BCA)蛋白质定量试剂盒购自北京天根生化科技有限公司,PowerUp SYBR Green Master试剂盒购自美国ABI公司,快速蛋白裂解液购自上海圻明生物科技有限公司,Transwell细胞共培养室购自上海睿安生物科技有限公司,细胞计数试剂盒8(cell counting kit-8,CCK-8)试剂购自上海贝博生物科技有限公司,丙二醛(malondialdehyde,MDA)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)检测试剂盒购自上海吉至生化科技有限公司,活性氧(reactive oxygen species,ROS)检测试剂盒购自上海优利科生命科学有限公司,乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)检测试剂盒购自北京伊塔生物科技有限公司,兔抗分化簇86(cluster of differentiation 86,CD86)多克隆抗体、兔抗分化簇206(cluster of differentiation 206,CD206)多克隆抗体和兔抗甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)多克隆抗体购自英国Abcam公司。基因引物序列由生工生物工程(上海)股份有限公司合成,miR-378模拟物(mimics)及其阴性对照(miR-NC)由上海吉凯基因有限公司设计并合成。BSC-180C型细胞培养箱购自广州科文生物技术有限公司,THZ-24-S型摇床购自江苏新春兰科学仪器有限公司,AU680型酶标仪购自美国Beckman Coulter公司,CFX96型实时荧光定量PCR(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)系统购自美国Bio-Rad公司,EPS-200型电转仪购自北京尤尼普实验仪器有限公司。
1.2 AC16细胞和THP-1细胞培养
AC16细胞培养于含有10%胎牛血清、1%青-链霉素双抗液的DMEM培养基中。THP-1细胞培养于含有10%胎牛血清、1%青-链霉素双抗液的RPMI-1640培养基中,上述2种细胞均于37 ℃、5%CO2的培养箱中静置培养,当细胞生长至对数生长期时,取细胞进行后续实验研究。
1.3 THP-1细胞转染miR-378模拟物(miR-378 mimics)
将培养的巨噬细胞接种于6孔细胞培养板,密度为每孔5×104个细胞,转染时细胞融合度为80%,分3组进行转染:对照组、miR-NC组和miR-378 mimics组。采用Lipofectamine RNAiMAX试剂进行转染,将Opti-MEM分别与miR-NC和miR-378 mimics混合,再将混合物添加到THP-1细胞中,分别记为miR-NC组和miR-378 mimics组,以未经转染、正常培养的THP-1细胞作为对照组。将培养板置于37 ℃、5% CO2的培养箱中,4 h后更换为新鲜培养基继续培养,48 h后收集细胞,进行后续实验。
1.4 RT-qPCR法检测各组THP-1细胞中miR-378和巨噬细胞分泌物mRNA表达水平
收集转染后的各组THP-1细胞,采用TRIzol法从细胞中分离总RNA,再将其逆转录为cDNA,保存于-20 ℃冰箱中。采用RT-qPCR实验扩增目的基因,检测
miR-
378以及诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,
iNOS)、 肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,
TNF-
α)、白 细 胞 介 素 1β(interleukin-1β,
IL-
1β)、 白细胞介素6 (interleukin-6,
IL-
6)、精氨酸酶1(arginase-1,
Arg-
1)、转化生长因子β1 (transforming growth factor-β1,
TGF-
β1)、白细胞介素4 (interleukin-4,
IL-
4) 和白细胞介素10(interleukin-10,
IL-
10)mRNA表达水平,以
U6作为
miR-
378内参,用miRcute增强型miRNA荧光定量检测试剂盒进行检测;以
GAPDH作为其余基因的内参,用PowerUp SYBR Green Master试剂盒进行检测。反应结束后,采用2
-ΔΔCt法计算各目的基因mRNA表达水平。引物序列见
表1。
1.5 Western blotting法检测各组THP-1细胞中M1型巨噬细胞表面标志蛋白CD86和M2型巨噬细胞表面标志蛋白CD206表达水平
使用蛋白裂解液提取转染后的各组THP-1细胞总蛋白,用BCA试剂盒测定蛋白浓度。将等量蛋白上样至凝胶孔,在10%十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis, SDS-PAGE)上进行电泳,分离后的蛋白电转至聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)膜,脱脂奶粉封闭1 h后,依次加入稀释后的兔抗CD86多克隆抗体(1∶1 000)、兔抗CD206多克隆抗体(1∶1 000),以兔抗GAPDH多克隆抗体(1∶1 000)作为内参,置于4 ℃摇床,将抗体与膜共孵育。次日,加入稀释的二抗(1∶5 000),置于室温下孵育1 h。结束后,采用增强化学发光(enhanced chemiluminescence,ECL)技术显色,凝胶系统成像拍照,Image J软件分析蛋白条带灰度值,并计算CD86和CD206蛋白表达水平。目的蛋白表达水平=目的蛋白条带灰度值/内参GAPDH蛋白条带灰度值。
1.6 共培养体系的构建、分组和处理
使用Transwell细胞共培养室进行THP-1细胞与AC16细胞的共培养,将AC16细胞以每孔2×10
5个的密度接种到共培养室的上室,将THP-1细胞以每孔2×10
6个的密度接种到共培养室的下室,中间有0.4 μm微孔膜,确保培养液及可溶性分析可以透过。实验分为4组,具体分组及处理方法如下:①对照组,上室为AC16细胞,下室为THP-1细胞;②H/R组,上室为H/R诱导的AC16细胞,下室为THP-1细胞;③miR-NC+H/R组,上室为H/R诱导的AC16细胞,下室为转染
miR-
NC的THP-1细胞;④miR-378 mimics+H/R组,上室为H/R诱导的AC16细胞,下室为转染
miR-
378 mimics的THP-1细胞,于37 ℃、5% CO
2的培养箱中共培养 24 h。在共培养前,参考文献[
7]方法对AC16细胞进行H/R处理模拟I/R心肌细胞损伤:将不含糖和血清的DMEM培养基经过95% N
2和5% CO
2混合气体平衡2 h,作为饱和缺氧液,除对照组外的其余3组AC16细胞均换用此饱和缺氧液,置于37 ℃、95% N
2和5% CO
2的缺氧培养箱中培养8 h,进行缺氧处理;再换用含糖和血清的DMEM培养基,置于37 ℃、5% CO
2的正常培养箱中培养8 h,进行复氧处理。
1.7 CCK-8法检测各组AC16细胞活性
收集“1.2”处理后的AC16细胞,调整细胞以每孔5×104个的密度接种于96孔细胞培养板中,常规过夜培养后,向每孔细胞中加入10 μL CCK-8试剂,再将细胞置于37 ℃、5% CO2的培养箱中静置孵育2 h。采用酶标仪在450 nm波长处测定吸光度(A)值,计算细胞活性。细胞活性=(实验孔A值-空白孔A值)/(对照孔A值-空白孔A值)×100%。
1.8 采用试剂盒检测各组AC16细胞中MDA和ROS水平及SOD活性以及细胞上清液中LDH活性
AC16细胞按照“1.2”分组处理后,分别收集细胞和细胞培养基上清液,按照MDA、ROS、SOD和LDH检测试剂盒说明书操作,测定各组细胞中MDA和ROS水平及SOD活性以及细胞上清液中LDH活性。
1.9 统计学分析
采用SPSS 23.0软件进行统计学分析。各组THP-1细胞中miR-378表达水平,M1型巨噬细胞分泌物iNOS、TNF-α、IL-1β和IL-6 mRNA表达水平,M2型巨噬细胞分泌物Arg-1、TGF-β1、IL-4和IL-10 mRNA表达水平,巨噬细胞表面标志蛋白CD86和CD206表达水平,各组AC16细胞活性,AC16细胞中MDA和ROS水平及SOD活性以及细胞上清液中LDH活性均符合正态分布,以x±s表示,多组间样本均数比较采用单因素方差分析,组间样本均数两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 各组THP-1细胞中miR-378表达水平
THP-1细胞转染后,RT-qPCR法检测结果显示:与对照组(1.00±0.04)和miR-NC组(1.02±0.08)比较,miR-378 mimics组THP-1细胞中miR-378表达水平(3.75±0.39)明显升高(P<0.05)。
2.2 各组THP-1细胞中巨噬细胞分泌物mRNA表达水平
RT-qPCR法检测结果显示:与对照组和miR-NC组比较,miR-378 mimics组THP-1细胞中M1型巨噬细胞分泌物
iNOS、TNF-
α、IL-
1β和
IL-
6 mRNA表达水平明显降低(
P<0.05),M2型巨噬细胞分泌物
Arg-
1、TGF-
β1、IL-
4和
IL-
10 mRNA表达水平明显升高(
P<0.05)。见
表2。
2.3 各组THP-1细胞中巨噬细胞表面标志蛋白CD86和CD206表达水平
Western blotting法检测结果显示:miR-378 mimics组THP-1细胞中CD86蛋白表达水平明显低于对照组和miR-NC组(
P<0.05),而CD206蛋白表达水平明显高于对照组和miR-NC组(
P<0.05)。见
图1。
2.4 各组AC16细胞活性
CCK-8法检测结果显示:与对照组(100.00%±9.29%)比较,H/R组AC16细胞活性(62.56%±6.70%)明显降低(P<0.05);与H/R组比较,miR-378 mimics+H/R组AC16细胞活性(83.95%±8.67%)明显升高(P<0.05),miR-NC+H/R组AC16细胞活性(64.68%±6.68%)未发生明显变化,差异无统计学意义(P>0.05)。
2.5 各组AC16细胞中MDA和ROS水平及SOD活性
与对照组比较,H/R组AC16细胞中MDA和ROS水平明显升高(
P<0.05),SOD活性明显降低(
P<0.05);与H/R组比较,miR-378 mimics+H/R组AC16细胞中MDA和ROS水平明显降低(
P<0.05),SOD活性明显升高(
P<0.05),而miR-NC+H/R组AC16细胞中MDA 和ROS水平及SOD活性均未发生明显变化,差异无统计学意义(
P>0.05)。见
表3。
2.6 各组AC16细胞上清液中LDH活性
各组AC16细胞上清液中LDH活性检测结果显示:H/R组AC16细胞上清液中LDH活性(185.56 U·L-1± 19.09 U·L-1)明显高于对照组(32.57 U·L-1±3.54 U·L-1)(P<0.05);与H/R组比较,miR-378 mimics+H/R组AC16细胞上清液中LDH活性(97.14 U·L-1±9.88 U·L-1) 明显降低 (P<0.05),miR-NC+H/R组AC16细胞上清液中LDH活性(187.08 U·L-1±19.21 U·L-1) 未发生明显变化,差异无统计学意义(P>0.05)。
3 讨 论
尽管心肌I/R可有效减小冠状动脉闭塞所引起的心肌梗死范围,改善患者的临床结局,但恢复血流可能对心肌造成二次损害,加剧心肌组织的功能障碍和结构损伤,导致患者生存率下降
[8]。心肌I/R损伤的发生机制复杂,涉及多种基因的调控。因此,识别I/R后心肌损伤的关键调节因子,对于开发预防或逆转I/R后心肌损伤的治疗策略至关重要。近年来,越来越多的研究
[9-10]证实
miR-
378在心血管疾病中起重要作用。在血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,Ang Ⅱ)诱导的H9c2细胞和小鼠模型中,
miR-
378表达水平的降低与心肌细胞肥大的发生存在关联,且提高其表达水平能够抑制Ang Ⅱ诱导的心肌细胞肥大,减缓心力衰竭的进展
[11];在压力超负荷心力衰竭大鼠模型中,丹红注射液干预能提高心肌组织中
miR-
378表达水平,从而改善心功能并减轻心肌纤维化
[12]。上述研究发现为
miR-
378在心肌I/R损伤中作用的探讨提供了理论支持。
在心肌I/R损伤后,心脏重塑的关键阶段之一是炎症级联反应的启动。巨噬细胞是心脏中最大的免疫细胞亚群,在各种病理条件下表现出显著的可塑性和异质性。根据功能和分泌细胞因子的不同,巨噬细胞主要分为M1型和M2型。在心肌I/R损伤早期,M1型巨噬细胞会迅速募集到心肌梗死区,并释放iNOS、TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子,进而发挥促炎效应
[13]。在损伤修复阶段,巨噬细胞从M1型极化为M2型,分泌Arg-1、TGF-β1、IL-4和IL-10等细胞因子,促进组织修复和炎症消退
[14]。因此,促进巨噬细胞向M2型极化对于心肌I/R损伤后防止过度炎症反应、促进组织修复、避免不良重塑和收缩功能障碍至关重要。miRNA在巨噬细胞极化过程中的调控作用已得到多项研究
[15-16]的验证。研究
[17]表明:
miR-
378a可促进巨噬细胞向M2型极化,并抑制巨噬细胞向M1型极化,上述研究为明确
miR-
378在抗炎及促进组织修复等方面的治疗作用奠定了基础。结合
miR-
378在心肌损伤中的作用,推测
miR-
378可能通过调节巨噬细胞极化来影响心肌I/R损伤。本研究将
miR-
378 mimics转染至THP-1细胞,结果显示:M1型巨噬细胞分泌物
iNOS、TNF-
α、IL-
1β和
IL-
6 mRNA表达水平以及M1型表面标志蛋白CD86表达水平明显下调,M2型巨噬细胞分泌物
Arg-
1、TGF-
β1、IL-
4和IL-
10 mRNA表达水平以及M2型表面标志蛋白CD206表达水平明显上调,表明
miR-
378能够促进巨噬细胞向M2型极化并抑制其向M1型极化。当转染
miR-
378 mimics的THP-1细胞与H/R处理后的AC16细胞共培养时,相较于未转染的THP-1细胞,AC16细胞活性明显升高。上述研究结果表明:
miR-
378可通过促进巨噬细胞向M2型极化进而减少I/R诱导的心肌细胞损伤。
心肌I/R损伤的病理机制较为复杂,主要涉及氧化应激、钙超载、炎症反应、线粒体功能障碍和细胞凋亡等
[18-19]。氧化应激在I/R后心肌损伤中发挥关键作用,通过多种途径引起心肌细胞凋亡、自噬和炎症等,从而引起不可逆的心肌细胞损伤和心功能不全。当缺血后进行再灌注时,氧气水平的骤增会诱导ROS大量产生,导致心肌细胞的脂质过氧化以及蛋白质和DNA损伤等,从而引发心肌细胞的不可逆损伤和功能障碍
[20]。因此,减少氧化应激对心肌细胞的损伤是I/R损伤治疗的一个重要措施。LDH是一种广泛存在于各种生物体中稳定胞浆酶,正常情况下不能穿透细胞膜,当细胞受损伤或死亡时其可释放到细胞外,其活性可反映细胞损伤的程度
[21]。本研究结果显示:经H/R诱导后,与未转染的THP-1细胞共培养的AC16细胞比较,转染
miR-
378 mimics的THP-1细胞共培养后,AC16细胞中MDA和ROS水平明显降低,SOD活性明显升高,细胞上清液中LDH活性明显降低。上述研究结果表明:
miR-
378通过促进巨噬细胞向M2型极化抑制了氧化应激,减少了LDH的释放,从而对I/R诱导的心肌细胞损伤发挥保护作用。
综上所述,miR-378可通过促进巨噬细胞向M2型极化,进而提高H/R诱导下的心肌细胞活性,抑制氧化应激,减少LDH的释放。本研究为临床治疗I/R诱导的心肌损伤及相关心血管疾病提供了重要靶点。然而,miR-378在心肌I/R损伤中的具体分子机制仍需进一步探讨,本研究是在体外细胞模型中进行的验证,后续还需在动物体内进一步验证。