17β-E2通过GPER/PI3K/AKT通路干预ATDC5细胞线粒体自噬相关蛋白HSP60活性的研究

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背景:据目前流行病学研究调查发现,骨性关节炎以及与软骨组织相关的代谢性疾病的发病率,于绝经后的妇女显著升高,这提示在类固醇激素中的雌激素很可能在对抗骨关节退变,以及一些软骨组织相关的代谢性疾病的发生、发展中可能起到了积极的保护作用。关节软骨可以对其所覆盖的软骨下骨起到保护作用,同时可以保证关节灵活的运动功能,也对震动和冲量的缓冲等都起到及其重要的作用。当骨关节炎发生时,关节软骨组织会首先受到影响而发生功能上的变化,随着病情的发展,软骨组织功能逐渐遭到破坏,若病情得不到缓解而持续发展甚至可导致软骨细胞发生大量坏死吸收,软骨下骨裸露失去原有软骨组织的保护。近年来有研究表明,17β-E2可以与跨细胞膜受体GPER相结合,进而激活由PI3K/AKT信号途径所介导的,非基因的高亲和力雌激素信号的快速通路。骨关节炎形成的核心环节是关节软骨组织的退变,软骨细胞的减少与代谢功能紊乱直接导致软骨组织的病变,这与膝关节骨性关节炎的发生及发展是密不可分的,近期研究发现在关节退变的软骨组织有软骨细胞凋亡存在。线粒体在细胞的新陈代谢中起着极其关键的作用,线粒体功能的正常运行是维持人体细胞基本的生理机能的前提。通常人体细胞绝大部分生命活动所需的能量,由线粒体通过氧化还原反应呼吸链提供能量,线粒体可能受到多重的外来及内源性损伤因素的损伤,这时线粒体功能受到影响同时严重危及细胞的功能及生存。细胞对线粒体的自噬通常情况下是具有选择性的。细胞内线粒体的数量以及质量通过这种选择性清除作用得以保证,从而实现了线粒体具有与细胞代谢相适应的数量与质量。在正常组织细胞中,线粒体自噬是广泛存在的一种现象,当线粒体衰老或功能出现障碍的时候就会产生并且随时间蓄积大量的活性氧,通过线粒体自噬可以实现及时清除过量蓄积的自由氧。当细胞所处周围环境营养共给不足或处于某些恶劣的病理状态下时,其可以通过对自身细胞器进行自噬来达到补充细胞生命必须物质的目的,但在这些病理状态中线粒体过度自噬会出现对正常线粒体的自噬作用,这可能影响细胞功能甚至直接导致细胞凋亡。HSP60蛋白是一类高度保守的ATP依赖的分子伴侣,其作用非常广泛不仅在蛋白质折叠中发挥作用,还在细胞信号转导及应激反应过程中发挥重要作用,在线粒体基质内可检测到HSP60蛋白质。目前,有关雌激素及其受体GPER参与调控软骨细胞线粒体自噬相关蛋白活性的研究尚未见相关报道,且其机制也尚不清楚。  实验方法:体外培养小鼠ATDC5软骨细胞,应用实时定量PCR检测小鼠软骨细胞GPER mRNA的表达情况;Western-blot技术检测ATDC5细胞内的GPER蛋白活性表达;分别应用浓度梯度17β-E2和/或GPER特异性抑制剂(G15)和/或PI3K特异性拮抗剂(LY294002)干预细胞,Western-blot技术检测ATDC5细胞GPER蛋白表达及AKT总蛋白及磷酸化蛋白水平,检测ATDC5细胞内线粒体自噬相关蛋白(线粒体基质蛋白Hsp60)的活性变化。  实验结果:1、17β-E2增强ATDC5细胞内的GPER mRNA及蛋白活性表达。实时定量PCR及Western-blot技术检测到17β-E2(10-7M,10-8M,10-9M)能够升高GPER mRNA和磷酸化蛋白水平,且10-7M17β-E2作用明显,具有统计学意义(P<0.05); G15可以抑制17β-E2对GPER蛋白活性的调控作用(P<0.05),但GPERmRNA的表达未受影响;  2、17β-E2明显降低ATDC5细胞内线粒体自噬相关蛋白Hsp60活性(P<0.05);G15可以阻断17β-E2对Hsp60蛋白活性的抑制作用(P<0.05)。  3、17β-E2通过GPER/PI3K/AKT通路影响ATDC5细胞内线粒体自噬相关蛋白Hsp60蛋白活性,G15和LY294002可以抑制此效应。  结论:17β-E2激动ATDC5细胞内的GPER,介导活化P13K/AKT信号通路,负向调节ATDC5细胞内线粒体自噬相关蛋白Hsp60的活性,可能参与细胞的线粒体自噬。
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