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背景:低强度氦氖激光(low intensity He-Ne laser irradiation,LHNL)在临床上已经得到了一定的运用,特别是LHNL可以调节红细胞的变形,在治疗血液疾病中起着很重要的作用。但是LHNL这些生物效应的分子机制,并不是特别的清楚,所以在治疗过程中,出现一些不利效应和结果,妨碍了它的进一步的发展。
研究目的:本研究以人的脱水红细胞为细胞模型,旨在探讨LHNL调节红细胞变形(LHNL modulation of on RBC deformability,LMRD)的信号转导和细胞内代谢的变化,揭示其分子机制。
方法:1.以细胞形态学、伸长指数(erythrocyte elongation index,EEI)和膜的弯曲模量(the bend modulus,Kc)为参数,研究LMRD可能的最适合剂量。2.用红细胞膜上的水通道(aquaporin-1,AQP-1)抑制剂HgCl2,检测LMRD过程中AQP-1的开放情况。3.通过检测LMRD过程中糖酵解相关情况:葡萄糖转运体(glucosetransporter-1,GLUT-1)、果糖-6-磷酸激酶(phosphofructokinase,PFK)以及甘油醛-3-磷酸脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)的活性变化,来确定LHNL对糖酵解的影响；并用免疫荧光标示GAPDH在细胞中的位置。4.检测LMRD过程中,胞内甘油酸-2,3-二磷酸(2,3-diphosphoglycerate,2,3-DPG)浓度水平和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性的情况；并通过免疫电泳,来确定LMRD过程中,带3蛋白结构的变化。
结果:1.确定了强度4.5 mW/cm2和作用时间5 min,是LMRD作用本细胞模型的最合适的剂量。2.LMRD可以诱导膜上的AQP-1开放促进水分子进入细胞。3.LHNL没有对细胞膜上的GLUT-1产生效应。4.LHNL使PFK活性降低,通过调节该酶的活性,来维持细胞的三磷酸腺苷(adenosine-5-triphosphate,ATP)的水平。5.LHNL能促进GAPDH的活性,以产生ATP,并生成烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NADH)。6.LHNL能将以酶复合体结合在带3蛋白上的GAPDH释放在胞浆中,使其活力表现出来。7.LHNL使胞内2,3-DPG的浓度显著减少,其出路是参加糖酵解支路而产生ATP。8.通过LHNL照射后,胞内SOD的活性显著增强。9.LHNL照射可以促进细胞膜上的带3蛋白的结构发生变化。
结论:LHNL促进红细胞膜上的AQP-1开放,启动细胞内的糖酵解过程产生ATP。在这个过程中,结合在带3蛋白上的2,3-DPG分子脱落,去磷酸化生成甘油酸-3-磷酸(3-phosphoglycerate,3-PG)参加糖酵解；GAPDH从带3蛋白酶上的复合体上释放出来,参与ATP的形成,而PFK的活性被抑制,用以减少能量的消耗。这两方面的作用,都能促进带3蛋白与骨架蛋白等的连接,来恢复红细胞的变形性,SOD的活性能减少带3蛋白的氧化损伤。