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1目的:老药新用(drug repurposing),也称药物再利用,指的是已用于临床的“老药”,在临床实践过程中发现的、可用于治疗其他疾病的“新用途”。与新药开发相比,老药新用有安全风险低、研发速度快的优点。目前用于治疗多发性骨髓瘤(multiple myeloma,MM)的沙利度胺、治疗气道疾病的布地奈德,呈现出的治疗糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)、Ig A肾病(Ig A nephropathy,Ig AN)等慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)的作用,引起广泛关注。研究显示,CKD的发生发展与巨噬细胞分型参与的炎症过程密切相关。已有研究表明,沙利度胺通过调节炎症相关通路,对DN具有治疗作用。布地奈德通过靶向回肠末端,影响局部淋巴组织,可发挥治疗Ig AN的作用。肾小球足细胞损伤是CKD炎症过程中,患者发生蛋白尿的主要原因。沙利度胺及布地奈德在保护CKD肾损伤时,对损伤的足细胞有何影响,目前尚不明确。基于基因表达数据库(gene expression omnibus,GEO),本研究将首先探讨沙利度胺治疗MM、与布地奈德治疗气道疾病的炎症基因表达谱。进一步,以高糖及脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)分别建立巨噬细胞分型、足细胞损伤的体外模型,研究沙利度胺及布地奈德经巨噬细胞分型保护足细胞损伤的体外作用。2方法:2.1沙利度胺及布地奈德治疗传统疾病的基因表达数据研究方法(1)在Array Express中,分别以thalidomide、budesonide为关键词,检索两者与治疗疾病相关的数据集。(2)筛选沙利度胺治疗MM、布地奈德治疗气道疾病的数据集。(3)筛选得到的数据集链接至对应的GEO数据库,通过GEO2R进行分组检索,得到差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)。根据所得基因数据情况,选取具有统计学意义的数据(thalidomide:P<0.05,budesonide:P<0.01),其中log FC<0视为基因下调,log FC>0视为基因上调。(4)使用基因本体论(gene ontology,GO)及京都基因和基因组百科全书(kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG),对DEGs参与的生物过程及功能进行分析。2.2沙利度胺调节高糖诱导的RAW264.7细胞分型保护足细胞损伤的体外作用(1)建立高糖诱导RAW264.7小鼠巨噬细胞分型的体外模型。(2)CCK-8法确定沙利度胺对RAW264.7巨噬细胞的安全作用浓度。(3)Western Blot及PCR检测高糖作用下,经典活化的巨噬细胞(classical activated macrophage,M1)极化的标志物肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,i NOS),替代活化的巨噬细胞(alternatively activated macrophage,M2)极化的标志物甘露糖受体(mannose receptor 1,CD206)和精氨酸酶1(arginase1,Arg-1)的蛋白及m RNA的表达变化。(4)收集高糖培养的巨噬细胞上清液(高糖-MS),以高糖-MS培养足细胞,检测上清液中白细胞介素(interleukin,IL)-1β、TNF-α的含量,Western Blot法检测足细胞中nephrin及podicin的蛋白表达。2.3布地奈德调节LPS诱导的RAW264.7细胞分型保护足细胞损伤的体外作用(1)建立LPS诱导RAW264.7小鼠巨噬细胞分型的体外模型。(2)CCK-8法确定布地奈德对RAW264.7细胞的安全作用浓度。(3)Western Blot测定巨噬细胞M1型极化的标志物TNF-α和i NOS、M2型极化的标志物CD206和Arg-1的蛋白表达,并检测其上清液中一氧化氮(nitric oxide,NO)、TNF-α的含量变化。(4)收集LPS培养的巨噬细胞上清液(LPS-MS)继续培养足细胞,5-溴脱氧尿嘧啶法(bromodeoxyuridine,Brd U)法检测足细胞的生存率。3结果:3.1沙利度胺治疗MM的基因表达研究结果(1)根据筛选标准,题目为“Transcription profiling of human myeloma cells following short term in-vivo drug exposure”的数据集GSE8546纳入本研究。(2)GO和KEGG结果显示,沙利度胺治疗MM的相关基因主要富集于细胞成分(cellcomponent,CC)的“plasma membrane”、“cytoplasm”,分子功能(molecular function,MF)的“protein binding”,生物过程(biological process,BP)的“positive regulation of transcription from RNA polymerase II promoter”、“signal transduction”和KEGG的“pathways in cancer”、“PI3K-Akt signaling pathway”。3.2布地奈德治疗气道疾病的基因表达研究结果(1)根据筛选标准,题目为“An inhaled dose of budesonide induces genes involved in transcription and signaling in human airways”的数据集GSE83233纳入研究。(2)GO和KEGG结果显示,布地奈德治疗气道炎症的相关基因主要富集于CC的“nucleus”,MF的“protein binding”、“cytokine receptor activity”,BP的“positive regulation of transcription from RNA polymerase II promoter”和KEGG的“TNF signaling pathway”。3.3沙利度胺调节高糖诱导的RAW264.7细胞分型保护足细胞损伤的作用结果(1)确定11.1 m M葡萄糖为正常对照,33.3 m M的葡萄糖浓度为RAW264.7细胞向M1型转化的高糖浓度。(2)沙利度胺的安全作用浓度为25~200μg/m L。(3)与11.1 m M葡萄糖相比,33.3 m M高糖可使i NOS、TNF-α的蛋白及m RNA表达显著增加(Four:P<0.05),Arg-1、CD206的蛋白及m RNA表达显著降低(Four:P<0.05)。与高糖模型组相比,50、100和200μg/m L的沙利度胺均可显著降低TNF-α的蛋白表达,仅200μg/m L可显著降低i NOS的蛋白表达(P<0.05)。100μg/m L、200μg/m L浓度的沙利度胺可显著增加Arg-1、CD206的蛋白表达(P<0.05)。同时,与模型组相比,100μg/m L、200μg/m L浓度的沙利度胺能显著降低i NOS和TNF-α的m RNA分子表达水平,增加Arg-1的分子表达水平(P<0.05),200μg/m L沙利度胺能显著增加CD206的m RNA表达(P<0.05)。(4)以高糖-MS培养足细胞24 h后,上清液中TNF-α、IL-1β含量显著升高、nephrin及podocin的蛋白表达显著降低(P<0.05)。与高糖-MS组相比,50、100和200μg/m L浓度的沙利度胺可显著降低TNF-α含量,100和200μg/m L浓度可显著降低IL-1β含量(P<0.05);200μg/m L浓度可显著增加nephrin及podocin的蛋白表达(P<0.05)。3.4布地奈德调节LPS诱导的RAW264.7细胞分型保护足细胞损伤的作用结果(1)确定不加LPS为正常对照,0.1μg/m L LPS为RAW264.7细胞向M1型转化的浓度。(2)布地奈德的安全作用浓度为5~20μM。(3)与正常对照组相比,LPS可显著升高巨噬细胞i NOS、TNF-α的蛋白表达,显著降低Arg-1、CD206的蛋白表达(Four:P<0.05)。与LPS模型组相比,5、10和20μM浓度的布地奈德可显著降低i NOS的蛋白表达,并显著增加Arg-1的蛋白表达(P<0.05),10、20μM浓度的布地奈德可显著降低TNF-α的蛋白表达(P<0.05),5μM及20μM的布地奈德可显著增加CD206的蛋白表达(P<0.05)。(4)与正常对照组相比,LPS模型组NO、TNF-α的水平均显著升高,三个浓度的布地奈德均可显著降低巨噬细胞上清液中NO和TNF-α的水平(P<0.05)。(5)LPS可直接降低足细胞的存活率(P<0.05),经布地奈德作用后,足细胞存活率升高。与LPS的直接作用相比,LPS-MS作用于足细胞后,细胞的生存率进一步显著降低(P<0.05),布地奈德可显著增加LPS-MS所降低的足细胞生存率(P<0.05)。4结论:(1)基于GEO数据库的研究结果显示,沙利度胺治疗MM的作用与其干预多条炎症通路相关。其中,PI3K-Akt信号通路差异基因的富集度高,且与巨噬细胞的功能相关。(2)同样基于GEO数据库,布地奈德治疗气道炎症的临床疗效与“Fox O signaling pathway”、“TNF signaling pathway”等多条炎症通路相关。其中,TNF信号通路在其中发挥重要作用,该通路与巨噬细胞分型相关。(3)沙利度胺对高糖诱导的巨噬细胞分型具有调节作用。经巨噬细胞分型,沙利度胺可保护高糖所致的足细胞损伤。(4)布地奈德对LPS诱导的巨噬细胞分型具有调节作用。布地奈德可经巨噬细胞分型,保护LPS所致的足细胞损伤。