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糖尿病(DM)是一组是由于胰岛素分泌和/或胰岛素作用缺陷所引起的,以慢性血葡萄糖(简称血糖)水平增高为特征的代谢性疾病。随着人们生活水平的提高和人口的老龄化,糖尿病的发病率逐年上升,糖尿病患者总数也在全球范围内逐年增多。目前全球约有糖尿病病人1.7亿人,这个数到2030年可能增加一倍[1]。人口老龄化和居民生活方式的改变使得我国的糖尿病患病率呈现明显的上升趋势。据国家卫生部调查显示,我国每天约新增3000例,每年约增加120万糖尿病患者,其中约95.00%为2型糖尿病患者[2]。长期高血糖可导致多种组织,器官的损伤,功能障碍和衰竭,自从20世纪90年代以后由糖尿病导致的终末期肾病(ESRD)发生率增加了一倍,而且还在往上升[3]。
目前认为糖尿病肾病的发病过程中有多种酶和转录因子被激活,涉及多条细胞内信号转导通路(DAG/PKC、MAPK、JAK/STAT)杀伤靶器官。大量研究表明,JAK/STAT信号转导通路与系膜细胞的增殖,肥大及细胞外基质分泌有关。而肾小球系膜细胞作为肾脏最重要的固有细胞,其表型和功能的改变在糖尿病肾病的进程中必然发挥着重要的作用。因此探索RNAi沉默STAT1基因后高糖刺激下系膜细胞JAK2/STAT3通路表达变化对于揭示糖尿病肾病的机制有重要的指导意义。
STAT1是第一个被发现的STAT蛋白,在干扰素信号中发挥重要作用,主要使细胞生长停滞,促进凋亡。在我们先前的研究中已经证实,高糖刺激下肾小球系膜细胞中STAT1与STAT3蛋白表达均有变化。研究表明STAT1与STAT3在系膜细胞增殖中扮演不同的角色,STAT1激活对系膜细胞增殖有抑制作用,而STAT3激活对系膜细胞增殖有促进作用。STAT1的活化可以抑制细胞生长,参与细胞周期调控,但是STAT1的抑制增殖作用在JAK/STAT通路中可被其他STAT亚型(如STAT3)活化所掩盖。如何促进STAT1的有益作用,并避免被其他STAT亚型的负面作用所掩盖,是我们治疗糖尿病肾病的新思路[4-7]。
为此我们设计了以下实验:
目的:
1.观察RNAi沉默STAT1基因后高糖培养人肾小球系膜细胞的增殖情况及细胞内STAT1、p-STAT1、STAT3、p-STAT3蛋白的表达变化,探讨糖尿病状态下STAT1和STAT3活性变化。
2.观察RNAi沉默STAT1基因后高糖培养人肾小球系膜细胞JAK/STAT通路下游TGF-β1的表达变化,探讨STAT亚型变化对JAK/STAT通路下游TGF-β1的影响,从而为糖尿病肾病提供新的治疗靶点。
方法:
设计并合成针对STAT1基因的三个特异性siRNA序列,应用lipofectamine2000转染试剂将STAT1-siRNA转染入HMCs。激光共聚焦显微镜鉴定转染效率,应用Western blot、Real-timePCR方法筛选最有效抑制STAT1表达的干扰序列用于后续实验。转染有效干扰序列24 h后,用25mmol/1高糖浓度刺激相应时间,MTT检测各组系膜细胞的增殖情况并用Westem blot法检测各组细胞STAT1、p-STAT1、STAT3、p-STAT3蛋白的表达变化,ELISA检测TGF-β1的表达变化。
结果:
HMCs转染后48 h及72 h收集细胞,分别用Real-time PCR和Western blot方法检测干扰效率,STAT1 mRNA水平降低约56.7%,蛋白水平也明显降低,证实干扰成功,同时用阴性对照证实干扰的特异性。
1.正常糖浓度组与高糖浓度组MTT490nm处OD值差异有统计学意义(P<0.05),而STAT1-siRNA+高糖浓度组与高糖组490nm处OD值差异也有统计学意义(P<0.05);而正常糖浓度组与甘露醇组490hm处OD值差异无统计学意义(P>0.05)。
2.P-STAT1,P-STAT3在高糖浓度组的表达较正常糖浓度组明显升高,甘露醇组与正常糖浓度组相比差异无统计学意义,且各组之间STAT1,STAT3表达也无统计学差异。而与高糖浓度组相比,STAT1-siRNA+高糖浓度组STAT1,P-STAT1的表达降低,STAT3,P-STAT3的表达却进一步升高(P<0.05)。
3.JAK/STAT通路的下游因子TGF-β1在高糖浓度组的表达较正常糖浓度组明显升高并且呈时间依赖性,甘露醇组与正常糖浓度组相比差异无统计学意义。而且STAT1-siRNA+高糖浓度组较高糖浓度组TGF-β1表达更高(P<0.05)。
结论:
1.高糖可以通过磷酸化方式激活HMCs的JAK2/STAT3信号转导通路。干扰STAT1后,系膜细胞增殖增多,STAT3活性增强。
2.高糖促进HMCs分泌TGF-β1,干扰STAT1后,系膜细胞分泌TGF-β1进一步增加,与肾脏纤维化有关。