STAT1在高糖作用体外培养人肾小球系膜细胞自噬和衰老中的作用机制研究

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目的:  在我国,老龄化问题已日趋严重,甚至已成为全球性重大问题之一。肾脏是受衰老影响最明显的器官之一。随着年龄的增加,慢性肾脏病(CKD)的发病率逐年上升,说明衰老是进展性肾脏病的重要因素。因此,寻找有效延缓肾脏衰老的方法尤为重要,也是国内外学者关注的重要问题之一。  人肾小球系膜细胞(HGMC)是肾脏主要的固有细胞,也是肾小球中功能最活跃的细胞。器官衰老与细胞衰老之间有着密不可分的联系。目前HGMC已经被应用为研究肾脏衰老机制切入点。而衰老的机制非常复杂,至今并未完全阐明。自噬是最近鉴别出的新的衰老相关机制之一。多项研究表明增强自噬可以延缓衰老。因此积极寻找调控自噬的通路对肾脏衰老机制的研究至关重要。  STAT1是信号传导和转录活化子蛋白(STAT)家族中第一个被发现的蛋白。有研究表明STAT1在调控心肌细胞凋亡的同时也负向调控自噬。我们前期研究发现STAT1参与了高糖体外培养HGMC的衰老过程,但其在HGMC衰老中的作用机制尚不十分清楚。本研究通过高糖(含糖30mmol/L)刺激HGMC诱导衰老模型,观察HGMC衰老过程中自噬与STAT1是否有一定关联及自噬与衰老的关系,并通过药物特异性抑制及基因沉默STAT1对HGMC自噬和衰老的影响,以进一步探讨研究肾脏衰老机制从而延缓肾脏衰老提供新的理论依据。  材料和方法:  1、HGMC衰老的诱导、HGMC衰老过程中STAT1、PSTAT1及自噬活性的变化和自噬对P53/P21信号通路的影响  采用高糖作为诱导HGMC衰老的刺激因素,建立HGMC衰老模型,细胞同步化后分为:正常糖对照组(含糖5.5mmol/L);高渗对照组(含糖5.5mmol/L+甘露醇24.5mmol/L);高糖组(含糖30.0mmol/L)作用不同时间点组:12h、24h、48h、72h;高糖加自噬增强剂雷帕霉素(RAPA)干预组(含糖30.0mmol/L+RAPA500nmol/L,培养72h,其中RAPA提前一小时刺激);高糖加自噬抑制剂3MA干预组(含糖30.0mmol/L+3MA2mmol/L,培养72小时,其中3MA提前一小时刺激)。通过细胞形态、β-半乳糖苷酶染色阳性率、Western blot法检测衰老相关蛋白P53、P21表达变化证实HGMC衰老并检测STAT1、PSTAT1、自噬相关指标LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、P62的变化以及电镜观察自噬小体数量,另外通过应用RAPA和3MA干扰自噬活性后,检测高糖诱导HGMC衰老过程中P53及P21的表达变化。  2、干扰STAT1后,HGMC自噬活性和衰老的变化  分别以STAT1—siRNA转染HGMC对STAT1基因沉默以及应用不同浓度氟达拉滨对STAT1特异性药物抑制,用上述浓度的高糖刺激相应时间,同样设立高渗对照组同上,应用光镜观察细胞形态、Western blot检测STAT1、PSTAT1和自噬标记蛋白LC3Ⅱ/LC3Ⅰ、P62表达变化、透射电镜观察自噬体的形成,另外观察β-半乳糖苷酶染色阳性率。  结果:  1、HGMC衰老表型特征以及HGMC衰老过程中STAT1、PSTAT1、自噬活性的变化和自噬对P53/P21信号通路的影响  光镜下观察:正常糖组细胞呈条梭形生长、排列规则、细胞边界清晰,多呈单核表现;高渗对照组细胞随着培养时间延长,体积逐渐增大,细胞出现水肿,其中偶见颗粒或空泡,排列不规则;与正常糖组比较,高糖组细胞随着培养时间延长,多形核及双核细胞逐渐增多,细胞体积变大,胞浆区域扁平,其中常见颗粒或空泡,排列不规则。β-半乳糖苷酶染色阳性率:与正常糖组11.37±2.92%比较,高糖组细胞88.35±2.33%明显升高,差异有显著性(P<0.05),而高渗对照组14.35±4.80%无显著增加。电镜下自噬体数量观察:与正常糖组每个细胞内自噬体数量11.50±2.26比较,高糖刺激48小时组5.67±2.33和高糖刺激72小时组6.00±2.28显著降低(P<0.05),而高渗对照组11.50±2.17无显著差异。Western blot结果:与正常糖组比较,高糖作用48和72小时组STAT1、PSTAT1、P62、P53、P21表达均显著增加(P<0.05),LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达显著下降(P<0.05),而高渗对照组无显著性差异。应用自噬增强剂和抑制剂刺激干预72小时后,β-半乳糖苷酶染色阳性率:与正常糖组19.74±2.54%比较,高糖组88.78±1.82%显著升高,(P<0.05),高渗对照组20.21%±1.20无显著性差异;与高糖组比较,高糖加RAPA组43.04±4.71%显著下降(P<0.05),高糖加3MA组83.49±3.13%无显著差异。Western blot结果:与正常糖组比较,高糖组P62、P53、P21表达显著增加(P<0.05),LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达显著下降(P<0.05),高渗对照组无显著差异;与高糖组比较,高糖加RAPA组P62、P53、P21表达显著下降(P<0.05),LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达显著升高(P<0.05),高糖加3MA组无显著性差异。  2、干扰STAT1后,HGMC自噬活性和衰老表型特征的变化  光镜下观察:正常糖组细胞呈条梭形生长、排列规则、细胞边界清晰,多呈单核表现;高渗对照组细胞随着培养时间延长,体积逐渐增大,细胞出现水肿,其中偶见颗粒或空泡,排列不规则;与正常糖组比较,高糖组细胞多形核及双核细胞逐渐增多,细胞体积变大,胞浆区域扁平,其中常见颗粒或空泡,排列不规则;与高糖组比较,高糖加氟达拉滨干预组细胞随着氟达拉滨浓度增高,细胞形态逐渐趋于条梭形生长、排列规则、细胞边界清晰,但氟达拉滨最高浓度100umol/L组细胞数量明显见少,视野下观察细胞数量小于50%。Western blot结果:与正常糖组比较,高糖组STAT1、PSTAT1、P62表达明显增加,LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达明显下降,高渗对照组无明显差异;与高糖组比较,高糖加氟达拉滨(50umol/L)干预组及高糖加STAT1-siRNA组STAT1、PSTAT1、P62表达明显降低,LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达明显增加。电镜下自噬体数量观察:与正常糖组每个细胞内自噬体数量11.50±2.26比较,高糖组6.00±2.28显著降低(P<0.05),而高渗对照组11.50±2.17无显著性差异;与高糖组比较,高糖加氟达拉滨(50umol/L)组19.16±7.08和高糖加STAT1-siRNA组23.66±7.66显著性升高(P<0.05)。β-半乳糖苷酶染色阳性率:与正常糖组21.18±2.31%比较,高糖组85.53±1.85%显著性升高(P<0.05),高渗对照组21.84±2.30无显著性差异;与高糖组比较,高糖加氟达拉滨(50umol/L)组49.67±5.36%和高糖加STAT1-siRNA组48.50±3.63%显著性下降(P<0.05)。  结论:  1、高糖30mmol/L于体外刺激HGMC72小时可以诱导其衰老,且其促衰老作用与高渗透压无关;高糖可激活HGMC STAT1通路,随着延长高糖作用HGMC刺激时间,自噬活性受到抑制,并出现衰老表达;高糖可激活P53/P21通路,通过增强自噬活性,可以抑制P53/P21通路,衰老表达减轻;  2、通过STAT1-siRNA基因沉默阻断和氟达拉滨(50umol/L)特异性抑制STAT1通路活性,可增强高糖诱导衰老HGMC中自噬活性,从而减轻衰老表达。
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