自噬在系膜细胞氧化损伤与衰老中的作用机制研究

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目的:肾小球系膜细胞是肾脏重要的固有细胞之一,其衰老改变在肾脏衰老进程中发挥重要作用。但是,目前对于系膜细胞损伤衰老的机制还不清楚。研究影响系膜细胞衰老的因素,对于理解肾脏衰老机制及防治衰老相关肾脏疾病具有重要的意义。自噬(autophagy)是细胞通过溶酶体对自身损伤、衰老的细胞器及生物大分子等进行吞噬降解,维持细胞内环境稳定的一种保护机制。近年研究发现,自噬与衰老和人类疾病发生密切相关。但是目前对于自噬在系膜细胞氧化损伤与衰老进程中的作用及其机制还不清楚。本研究拟用miR-34a、高糖、雷帕霉素和3-甲基腺嘌呤(3-MA)分别处理年轻系膜细胞,通过抑制或增强细胞自噬功能,观察对细胞氧化损伤和衰老的影响,揭示自噬在系膜细胞损伤与衰老中的作用及机制。方法:(1)从3月龄Spraque-Dawley(SD)大鼠肾脏分离培养原代系膜细胞,分别观察第3代与第25代细胞自噬活性、氧化损伤及衰老相关指标的变化:首先通过real-time定量PCR检测系膜细胞miR-34a的表达变化;用Western blot观测自噬标志物-自噬相关基因LC3、泛素结合蛋白p62/SQSTMI和多聚泛素聚集体(polyubiquitin aggregates)的表达变化;用硫代巴比妥酸法检测细胞脂质损伤产物-丙二醛(MDA)水平,用2,4-二硝基苯肼(DNPH)比色法测定细胞蛋白质损伤产物-羰基(Carbonyl)含量,细胞免疫荧光染色观察DNA损伤产物8-OHdG在细胞中的变化;通过进行衰老相关β-半乳糖苷酶活性(SA-β-gal)染色及衰老相关异染色质斑块(SAHF)分析检测细胞的衰老程度。(2)用生物信息学软件对miR-34a可能的靶基因进行预测分析,并用荧光素酶报告基因进行验证,然后将miR-34a表达质粒和Atg9AshRNA质粒转染到大鼠年轻的原代系膜细胞中,观察对自噬基因、细胞自噬活性、细胞氧化损伤和衰老的影响。(3)将大鼠年轻的系膜细胞分为正常对照组、高糖组、高糖+雷帕霉素(自噬增强剂)及高糖+3-甲基腺嘌呤(3-MA)(自噬抑制剂)干预组。在细胞培养24h、72h及10d时,检测细胞自噬活性、细胞氧化损伤和衰老的变化。结果:(1)结果发现,原代系膜细胞衰老过程中miR-34a表达水平增加,衰老系膜细胞中自噬体生成标志物LC3表达下降、自噬体降解标志物p62和多泛素聚集体表达升高;丙二醛、蛋白羰基的含量和细胞内8-OHdG表达升高。(2)生物信息学软件预测显示Atg(自噬相关基因,autophagy-related gene)9A可能为miR-34a的靶基因,双荧光素酶报告基因分析证实miR-34a靶基因是Atg9A,并发现在衰老细胞中Atg9A蛋白表达下降;将miR-34a表达质粒转染到年轻系膜细胞中可使Atg9A蛋白表达下降,自噬标志物LC3表达下降,p62/SQSTMI和多聚泛素聚集体表达升高,丙二醛及蛋白羰基含量上升,细胞内8-OHdG表达升高,细胞SA-β-gal染色阳性率升高,细胞内异染色质斑块增多。将针对Atg9A的shRNA(short hairpin RNAs,“短发夹”RNA)表达质粒转染到系膜细胞中以抑制Atg9A表达,结果出现与miR-34a过表达类似的细胞表型改变,进一步证明miR-34a通过抑制自噬基因Atg9A表达,引起系膜细胞氧化损伤与衰老。(3)我们的结果发现:与对照组相比,细胞经高糖处理72h和10d后,自噬标志物LC3表达降低,p62/SQSTMI升高,MDA及羰基含量上升;处理72h细胞SA-β-gal染色阳性率增加,细胞核异染色质斑块形成增加。高糖培养的细胞用自噬增强剂雷帕霉素干预72h和10d后LC3表达升高,p62/SQSTMI表达下降、MDA及蛋白质羰基含量均下降,72h后细胞SA-β-gal染色阳性率下降,细胞核异染色质斑块形成减少。高糖培养的细胞用自噬抑制剂3-MA干预72h和10d后,则可进一步抑制细胞自噬活性,加重细胞的氧化损伤与衰老。讨论:(1)系膜细胞在衰老过程中自噬功能降低,氧化损伤水平增加。(2)miR-34a可通过抑制自噬相关基因Atg9A表达,抑制细胞自噬功能,进而导致细胞氧化损伤与衰老;抑制Atg9A表达可减弱细胞自噬功能,导致氧化损伤与衰老。(3)高糖可抑制系膜细胞自噬功能、引起系膜细胞氧化损伤和衰老;雷帕霉素干预可减轻高糖对系膜细胞自噬功能的抑制作用、减轻氧化损伤与衰老;3-MA可增加高糖对系膜细胞自噬功能的抑制作用、进一步加重细胞氧化损伤与衰老。综上所述,本研究发现在系膜细胞正常衰老过程中自噬功能降低,氧化应激增加。高糖处理和miR-34a可抑制细胞自噬功能,导致细胞氧化损伤和衰老。雷帕霉素可通过增强细胞自噬功能,减轻高糖导致的细胞氧化损伤与衰老。本研究对于理解自噬在肾脏衰老与肾脏疾病发生中的作用,探索通过调控自噬活性防治肾脏疾病与衰老相关疾病的新措施具有重要的意义。
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