Brachyury在TGF-β1诱导的肾小管上皮间充质转分化中的作用及机制研究

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【背景】各种进展型肾脏疾病,无论其原发病如何,最终都将导致肾纤维化,进而进展为终末期肾功能衰竭,严重影响了人类的健康。我国是慢性肾脏病大国,慢性肾脏病患者约有1.1亿,约占我国全部人口的10.8%,且目前仍有增高趋势,肾病已经成为当今威胁中国人口健康的主要疾病之一,数量巨大的慢性肾病患者的存在,给国家经济带来了沉重的负担。因此,研究肾间质纤维化的发病机制、寻找能够缓解或逆转肾间质纤维化的关键靶点、延缓终末期肾衰的发生已经成为目前肾脏疾病研究领域的热点。多种肾脏损伤因素可引起肾脏纤维化,其主要的病理表现为细胞外基质沉积和肾小管上皮细胞间充质转分化(epithelialtomesenchymaltransition,EMT)。EMT是指受到外界各种病理因素刺激的上皮细胞,因失去了维持细胞之间生理功能的细胞因子间的相互作用,使其维持上皮细胞形态的基因表达受到抑制,获得间皮细胞形态的基因得到释放,上皮细胞基底膜遭到破坏,上皮细胞失去其原有表型获得间充质表型特征。在肾小管EMT过程中,细胞之间起黏附作用分子表达减少,如E-钙黏蛋白(E-cadherin)、紧密连接蛋白(zonulaoccludentesprotein,ZO-1);而间充质标识物表达增多,如波形蛋白(vimentin)、α平滑肌肌动蛋白(α-smoothmuscleactin,α-SMA)等。EMT在胚胎的发育,肿瘤细胞侵袭、转移以及器官纤维化的发生发展过程中均发挥着重要的作用。进化几近保守的T-box转录因子家族成员Brachyury在脊椎动物中胚层的发育中,尤其是脊索的发育过程中扮演了重要的角色。近年研究表明Brachyury诱导了肿瘤细胞转分化发生,在转录水平上,上调锌指家族Slug的表达,从而抑制E-cadherin的转录,进而促进了肿瘤细胞的侵袭转移能力。E-cadherin作为转分化的经典上皮分子标志物,介导了细胞之间的粘附作用,其表达的抑制在肿瘤细胞的分化、侵袭和转移及器官纤维化过程中发挥了重要作用。TGF-β1作为公认的致肾脏纤维化细胞因子,其参与肾小管EMT进而促进肾脏纤维化的具体分子机制仍未完全阐明。目前已研究发现在非洲爪蟾胚胎发育过程中Brachyury受TGF-β超家族调控。但是到目前为止尚未有报道证实Brachyury在TGF-β1诱导的肾小管EMT中的作用。【目的】探讨Brachyury在TGF-β1诱导的肾小管EMT中的作用及其分子机制,进一步为阐明TGF-β1导致肾脏纤维化的分子机制提供新的视角,为寻找新的逆转肾脏纤维化的治疗策略提供理论依据和实验基础。【方法】1.通过qRT-PCR与WB检测TGF-β1干预不同时间,不同浓度的TGF-β1干预的肾小管上皮细胞(HK2)中Brachyury的表达;2.通过细胞转染,分别上调和下调HK2细胞中Brachyury的表达,通过免疫荧光检测Brachyury对HK2细胞表型的影响;3.通过WB检测Brachyury对HK2细胞EMT相关蛋白水平的影响;4.通过细胞转染,上调HK2细胞中Brachyury的表达,观察其下游靶基因Snail和Slug的表达;5.通过细胞转染,分别下调HK2细胞中Snail和Slug的表达,Westernblot检测Brachyury-Snail-Slug通路对EMT的影响;6.构建单侧输尿管结扎模型(UUO),免疫组化检测Brachyury、表皮细胞及肌成纤维细胞标志分子的表达,在蛋白水平检测Brachyury的表达;7.收集IgA肾病(LeeⅢ-Ⅴ)患者病理标本,免疫组化检测TGF-β1,Brachyury及其下游靶基因在纤维化肾脏组织中的表达,并分析Brachyury与肾小管间质纤维化之间的关系。【结果】1.实时荧光定量PCR实验与蛋白印记实验结果显示,不同TGF-β1浓度刺激HK2细胞,1ng/mlTGF-β1时Brachyury表达升高,5ng/ml时表达最高,10ng/ml时仍持续高表达;5ng/mlTGF-β1不同时间点刺激HK2细胞,结果显示,2h时mRNA表达升高,在12h表达最高,持续至24h,其蛋白表达基本与转录水平表达一致;2.免疫荧光实验结果显示:与对照组相比,Brachyury正义质粒转染后HK2细胞其上皮标志分子E-cadherin与Plakoglobin表达减少,而间皮标志物vimentin表达增强;3.WB实验结果证实了免疫荧光的结果;下调Brachyury表达后可部分逆转由TGF-β1诱导的EMT;4.与对照细胞相比,转染Brachyury正义质粒的HK2细胞中Snail和Slug在蛋白水与mRNA水平上的表达均升高;5.与对照细胞相比,分别转染了Snail和Slug的siRNA后,可以分别部分逆转由TGF-β1诱导的肾小管EMT和Brachyury诱导的肾小管EMT;6.免疫组化结果显示,E-cadherin的表达与UUO的时间成负相关,而vimentin的表达与UUO时间成正相关,Brachyury在UUO3天时表达升高,7天时表达最高;WB验证了免疫组化的结果;7.收集43例LeeⅢ-Ⅴ级IgA肾病患者临床标本,免疫组化实验显示,和正常肾脏组织相比,IgA肾病患者TGF-β1,Brachyury及其下游靶分子表达升高,且与E-cadherin成负相关;8.在纤维化肾脏组织中,Brachyury的表达与肾小管间质纤维化成正相关。【结论】1.Brachyury的表达与TGF-β1成时间和剂量的依赖性,即Brachyury在TGF-β1刺激后被激活,可能参与了TGF-β1诱导的肾小管转分化和肾脏纤维化;2.上调或者下调Brachyury的表达,结果显示Brachyury参与了TGF-β1诱导的肾小管转分化和肾脏纤维化,并可以部分逆转由TGF-β1诱导的肾小管转分化;3.Brachyury通过其下游靶基因Snail及Slug参与了EMT过程,下调Snail及Slug的表达可部分逆转TGF-β1诱导的肾小管EMT和Brachyury诱导的肾小管EMT;4.体内实验证实,Brachyury的激活可能是肾脏疾病导致肾脏纤维化的重要信号通路。
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