调控 Smad5在糖尿病肾病 - xinyixue.cn
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·基础研究论著·
DOI:103969/jissn02539802201705007 基金项目:国家自然科学基金 (81360137,81600654);广东省自然科学基金 (2014A030310060,2016A030313490) 作者单位:510180广州,广州市第一人民医院肾内科 通讯作者,傅君舟,Email:fujzhou@163com
微小 RNA135b调控 Smad5在糖尿病肾病发病中的作用研究
何凤 周姗姗 关昌杰 黄俊 陈浩雄 刘日光 傅君舟
【摘要】 目的 探讨微小RNA135b(miR135b)在糖尿病肾病(DN)发病中的作用及可能机制。方法 应用荧光定量 PCR及原位杂交检测 miR135b在 DN肾组织中的表达。采用生物信息学预测miR135b的靶基因,并通过蛋白免疫印迹法及检测双荧光素酶报告基因活性进行验证。同时行蛋白免疫印迹法检测DN系膜细胞增殖及系膜基质相关标志蛋白的表达。结果 实时定量PCR显示,miR135b在DN肾组织中表达较正常肾组织升高(P<005)。原位杂交显示,miR135b在DN肾组织中表达较正常肾组织增强,且其表达主要位于肾小球系膜细胞及肾小管上皮细胞的胞浆和胞核中。人肾小
管上皮细胞HMC及人系膜细胞HK2在高糖培养24h时均能上调 miR135b的表达,48h升高更显著,与同时点正常对照培养的HMC及HK2比较差异均有统计学意义(P均 <005)。人源和鼠源的Smad53非翻译区与miR135b种子序列的8个碱基 UUUCGGUA完全互补。miR135b模拟物可下调Smad5的蛋白表达水平,而miR135b抑制物对Smad5的蛋白表达无影响。将Smad53非翻译区野生型和突变型质粒分别转染入HMC及HK2,并同时转染miR135b模拟物,发现miR135b模拟物能抑制Smad53非翻译区野生型荧光素酶活性,但对 Smad53非翻译区突变体的荧光素酶活性无影响。miR135b促进系膜细胞增殖及系膜基质增加 HMC细胞转染 miR135b模拟物,可有效下调其靶蛋白Smad5的表达,同时上调增殖核抗原(PCNA)和细胞周期蛋白(CyclinD1)表达,且使细胞周期蛋白依赖性激酶的抑制蛋白p21表达降低(P均 <005),但转染 miR135b抑制物对 PCNA、CyclinD1、p21的表达无影响(P均>005)。结论 MiR135b通过调控Smad5基因促进系膜细胞增殖及肾脏纤维化。
【关键词】 微小核糖核酸135b;糖尿病肾病;Smad5;肾脏纤维化
EffectofmiRNA135bonthepathogenesisofdiabeticnephropathybyregulatingSmad5 HeFeng,ZhouShanshan,GuanChangjie,HuangJun,ChenHaoxiong,LiuRiguang,FuJunzhouDepartmentofNephrology,GuangzhouFirstPeoplesHospital,Guangzhou510180,ChinaCorrespondingauthor,FuJunzhou,Email:fujzhou@163com
【Abstract】 Objective ToinvestigatetheeffectandpotentialmechanismofmicroRNA135b(miR135b)onthepathogenesisofdiabeticnephropathy(DN)Methods TheexpressionofmiR135binthekidneytissueofDNpatientswasquantitativelymeasuredbyfluorescentquantitativePCRandinsituhybridizationThetargetgeneofmiR135bwaspredictedbybioinformaticsmethod,whichwasvalidatedbyWesternblotanddoubleluciferasereporteractivityWesternblotwasadoptedtodetecttheexpressionofmarkerproteinsrelatedtomesangialcellproliferationandmesangialmatrixResults RealtimequantitativePCRrevealedthattheexpressionofmiR135binthekidneytissueofDNpatientswassignificantlyupregulatedcomparedwiththatinthenormalkidneytissue(P<005)InsituhybridizationdemonstratedthattheexpressionofmiR135bintheDNkidneytissuewasupregulatedthanthatinthenormalkidneytissueItwasmainlydistributedintheglomerulusmesangialcellsandthecytoplasmandnucleusofrenaltubularepithelialcellsTheexpressionlevelsofmiR135bwereupregulatedintheHMCandHK2culturedinhighglucosemediumfor24h,andmoresignificantlyenhancedfor48h,whichsignificantlydifferedfromthoseinHMCandHK2inthecontrolgroup(allP<005)HumanandmouseSmad53untranslatedregioncompletelycomplementedwiththe8basesofUUUCGGUAinthemiR135bseedsequenceMiR135bsimulantcoulddownregulatetheexpressionlevelof
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Smad5protein,whereasmiR135binhibitorexertednoeffectupontheexpressionofSmad5proteinHMCandHK2cellsweretransfectedwithwildtypeandmutantSmad53untranslatedregionvectors,andsimultaneouslytransfectedwithmiR135bsimulantMiR135bsimulantcouldinhibittheactivityoffluoresceinenzymeofwildtypeSmad53untranslatedregion,whereasexertednoeffectupontheactivityofmutantSmad53untranslatedregionMiR135bcouldpromotemesangialcellproliferationandincreasedmesangialmatrixHMCcellstransfectedwithmiR135bsimulantcouldeffectivelydownregulatetheexpressionoftargetproteinSmad5,upregulatetheexpressionofproliferatingcellnuclearantigen(PCNA)andCyclinD1anddownregulatetheexpressionofcyclindependentkinaseinhibitorp21protein(allP<005)However,transfectionwithmiR135binhibitorexertednoeffectupontheexpressionofPCNA,CyclinD1andp21(allP>005)ConclusionMiR135bpromotesmesangialcellproliferationandkidneyfibrosisthroughregulatingSmad5gene
【Keywords】 MicroRNA135b;Diabeticnephropathy;Smad5;Kidneyfibrosis
糖尿病是一种严重危害公众健康的慢性代谢性疾病,累及全身多个器官,致死率和致残率高[1]。
糖尿病肾病 (DN)是糖尿病常见的微血管并发症,也是引起糖尿病患者死亡的主要原因之一[2]。微
小RNA(miR)是一种内源性非编码的小分子 RNA,通过碱基配对与靶 mRNA的3非翻译区结合,形成 RNA诱导的基因沉默复合体 (RISC),降解靶mRNA或阻遏其转录后翻译,抑制基因表达[3]。
研究已证实,miR在个体发育、组织分化、细胞增殖和细胞凋亡等多种生理和病理过程发挥调控作
用[45]。既往多项研究显示,多种 miR在肾脏表达,并且其异常调控与肾脏功能失调和肾脏疾病密
切相关[67]。尤其是近几年,miR在 DN发生、发展过程中的重要作用受到了广泛关注。已发现
miR135b在糖尿病患者血清中高表达,但 miR135b在 DN中的表达及作用未见报道[6]。为此,
本研究探讨 miR135b在 DN发病中的表达水平、作用及机制,现报告如下。
材料与方法
一、标本来源
本研究的肾组织病理蜡块来源于广州市第一人
民医院病理科。本研究经医院伦理委员会批准。人
肾小管上皮细胞株 HK2和人系膜细胞株 HMC均购于美国ATCC公司。
二、主要试剂
miR135b模拟物、miR135b抑制物及 hasmiR135b和 U6的引物均购于广州锐博生物公司。miRVanaTMPARlSTMKit购于美国 ABI生物公司。iScripTMcDNASynthsisKit购于美国 BIORAD生物公司。QPCR的 SYBRGreenMixKit购于日本Takara公司。葡萄糖、甘露醇均购于美国 Sigma公司。双荧光素酶报告基因的载体 pmiRRBRE
PORTTMvector及人源Smad53非翻译区的 WT及MUT克隆均购于广州锐博生物公司。双荧光素酶报告基因检测试剂盒购于美国Sigma公司。原位杂交试剂盒购于美国 Exiqon公司。小鼠抗 Smad5单克隆抗体、小鼠抗 p21单克隆抗体购于美国 CST公司。小鼠抗 βactin单克隆抗体、山羊抗小鼠IgG、山羊抗兔 IgG购于美国 SantaCruz公司;小鼠抗 Fibronectin单克隆抗体、小鼠抗 CollagenⅠ(ColⅠ)单克隆抗体购于美国 BD公司;小鼠抗PCNA单克隆抗体、兔抗细胞周期蛋白 D1(CyclinD1)多克隆抗体购于美国Abcam公司。
三、方 法1miR135b表达水平的检测采用实时定量 PCR检测 miR135b在 DN肾组
织中的表达,对照来自于临床肾癌切除时选取的远
离癌旁的正常肾组织,另外采用正常培养(含55mmol/L葡萄糖)、甘露醇高渗(55mmol/L葡萄糖加195mmol/L甘露醇)培养和高糖(30mmol/L葡萄糖)培养HMC及HK2细胞12、24、48h,各组均有6份样品,每份样品重复检测3次。先利用miRVanaTM PARlSTMKit提取包括 miR在内的总RNA。采用 iScripTM cDNASynthsisKit逆转录为模板DNA,然后使用 SYBRGreenMixKit进行定量PCR,每份样本设3个复孔,具体按说明书操作。所有反应均应用ABI7500实时定量PCR仪完成。2miR135b的表达及定位检测采用原位杂交法,取DN肾组织及正常肾组织
石蜡标本切片,常规脱蜡至水,3%H2O2室温作用10min,水洗2次,然后加入3%柠檬酸2ml和4滴胃蛋白酶浓缩液,混匀,37℃消化 10~20min暴露 miR片段。磷酸盐缓冲液水洗后依次按照原位杂交试剂盒说明书步骤进行预杂交和杂交,然后
依次封闭、滴加生物素化鼠抗地高辛置室温1h、
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滴加生物素化过氧化酶置室温30min、二氨联苯胺(DAB)显 色 并 苏 木 素 染 核。使 用 AxioVisionRel46(CarlZeiss)拍摄图像。采用生物信息学预测miR135b的靶基因,生物信息学预测网站 miRanda:http://www.microrna.org;PicTar:http://pictarmdcberlinde/;Targetscan:http://www targetscanorg/。3Smad5报告基因载体的构建利用Primer5软件设计人源 Smad5基因(NM_
0010014192)3非翻译区的引物,两端分别引入XhoI和EcoRI的酶切位点序列,提取 HMC细胞基因组DNA,进行PCR扩增并克隆人 Smad5基因的3非翻译区,序列测定确认后,将片段插入到荧光素酶报告载体 pGL3Basic的 MCS区域,构建Smad5荧光素酶报告野生型基因载体 pGL3Smad5wt。同时采用类似的方法构建突变型基因载体pGL3Smad5mut,仅将预测的 miR135b的结合位点 AAAGCCA突变为 UUUCGGU,使 miR135b与Smad53非翻译区不能互补。4报告基因的活性检测分别设为 miR135b+pGL3、miR135b+pGL3
Smad5wt(20、50nmol/L)、miR135b+pGL3Smad5mut(20、50nmol/L)组,每组设6个复孔,分别加入各组转染好的 HMC及 HK2细胞,在 6孔板中每孔加入1倍稀释的裂解液250μl,室温下轻轻振摇 20min,摇匀后把裂解物转吸至 EP管中,高速离心30s。把上清转至新的 EP管中,检测荧光素酶活性:在50μl的底物溶液1(荧光素酶分析试剂Ⅱ)内加入10μl细胞裂解液,用枪尖轻轻混匀2~3次 (每个样品混匀的次数一致)后
加仪器内检测。取出检测管,加入50μlStop&Glo试剂,混合后检测双荧光素酶报告基因活性,记录
比值,保存数据。分析数据时将对照组归一化,比
较实验组与对照组的报告基因活性。
5蛋白免疫印迹检测分别在 HMC和 HK2细胞中转染空白载体、
miR135b模拟物和miR135b抑制物,浓度均为50nmol/L,48h后采用蛋白免疫印迹法检测 Smad5的蛋白表达。收集转染好的 HE2和 HMC细胞裂解液,冰中静置30min,离心,取上清,加蛋白载样缓冲液,煮沸10min,瞬时高速离心,分别取不同样品的总蛋白50μg经10%聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDSPAGE)凝胶电泳后,转移至聚偏氟乙烯
(PVDF)膜上,用5%脱脂奶粉溶液室温封闭1h,加入相应的抗体,4℃过夜。洗膜后,再加辣根过氧化物酶(HRP)标记的二抗,室温孵育1h,洗膜后进行显色,曝光于 X线胶片上,图像分析系统进行灰度扫描,用ImageJ分析软件将图片上每个特异条带灰度值数字化。以 βactin为内参,用目的蛋白条带灰度值与内参灰度值的比值代表目的蛋
白的相对表达含量。同法检测 HMC的细胞周期和细胞外基质相关蛋白的表达水平,包括增殖核抗原
(PCNA)、CyclinD1、细胞周期蛋白依赖性激酶的抑制蛋白p21、纤维粘连蛋白 Fibronectin和胶原成分ColI。
四、统计学处理
采用SPSS170分析数据。计量资料以珋x±s表示。2组样本均数的比较采用t检验。多组间样本均数的比较采用单因素方差分析,多组间的两两比较
采用LSDt检验。P<005为差异有统计学意义。
结 果
一、miR135b在DN肾组织及高糖刺激的条件下表达情况
实时定量 PCR显示,miR135b在 DN肾组织中表达较正常肾组织升高(P<005),见图 1A。原位杂交显示,miR135b在DN肾组织中表达较正常肾组织增强,且其表达主要位于肾小球系膜细胞
及肾小管上皮细胞的胞浆和胞核中,见图1B。高糖培养的 HMC及 HK2在 24h时均能上调 miR135b的表达,48h升高更显著,与同时点正常对照及甘露醇高渗培养的 HMC及 HK2比较差异均有统计学意义 (P均<005),见图1C~D。
二、miR135b对 Smad5基因的靶向调控生物信息学显示,人源和鼠源的 Smad53非
翻译区与 miR135b种子序列的8个碱基 UUUCGGUA完全互补,见图2A。miR135b模拟物可下调Smad5的蛋白表达水平,而 miR135b抑制物对Smad5的蛋白表达无影响,见图 2B。Smad53非翻译区的荧光素酶报告基因载体见图 2C。将Smad53非翻译区野生型和突变型质粒分别转染入HMC及 HK2,并同时转染 miR135b模拟物,发现miR135b模拟物能抑制 Smad53非翻译区野生型荧光素酶活性(P均 <005),但对 Smad53非翻译区突变体的荧光素酶活性无影响(P均 >005),见图2D。
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图1 miR135b在DN肾组织及高糖刺激条件下的表达情况A:实时定量PCR,与正常肾组织比较,P<005;B:原位杂交,箭头所示为miR135b在DN肾组织的表达及定位;
C:实时定量PCR,miR135b在HMC正常培养、甘露醇高渗培养及高糖培养条件下中的表达,与正常培养及甘露醇高渗培养比较,P!
005;D:实时定量PCR,miR135b在HK2正常培养、甘露醇高渗培养及高糖培养条件下中的表达,与正常培养及甘露醇高渗培养比较,P!
005
图2 miR135b对 Smad5的靶向调控A:人和鼠源miR135b的Smad53非翻译区的结合位点;B:HMC和 HK2细胞中转染空白载体、miR135b模拟物、
miR135b抑制物后Smad5的蛋白表达情况;C:Smad53非翻译区的野生型和突变型的序列;D:miR135b对 Smad53非翻译区野生型和突变型的双荧光素酶活性的影响,与miR135b+pGL3及miR135b+pGL3Smad5mut比较,P<005
三、miR135b对HMC细胞周期和细胞外基质相关蛋白表达的影响
miR135b促进系膜细胞增殖及系膜基质增加HMC细胞转染miR135b模拟物,可有效下调其靶蛋白 Smad5的表达,同时上调 PCNA和 CyclinD1
表达,且使细胞周期蛋白依赖性激酶的抑制蛋白
p21表达降低 (P均<005),但转染 miR135b抑制物对 PCNA、CyclinD1、p21的表达无影响 (P均>005)。miR135b可促进纤维粘连蛋白 Fibronectin和胶原成分ColI的表达,见图3。
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图3 miR135b对HMC细胞周期和细胞外基质相关蛋白表达的影响A:miR135b对Smad5、PCNA、CyclinD1、p21、Fibronectin和ColI表达影响的蛋白免疫印迹检测结果;B~G:定量
分析结果,与无 RNA、正常对照及 miR135b抑制物组比较,P<005
讨 论
miR在各种组织和细胞中都有表达,且存在组织特异性[4]。miR135b具有促进肝癌的侵袭和转移,促进气道炎症介质(白三烯)分泌,通过靶向
调控LATS2促进乳腺癌细胞周期进展等作用。目前的研究表明,miR135b在肝癌、胃癌、结肠癌、肺癌、乳腺癌等多种肿瘤中呈高表达[812]。miR135b在肾脏疾病中的表达及作用的相关报道较少。本研究应用实时定量 PCR和原位杂交检测 DN患者肾组织中 miR135b的表达,发现 miR135b在DN肾组织中表达较对照组升高,且表达主要位于肾小球系膜细胞和肾小管上皮细胞,提示 miR135b可能参与DN的发病过程。
miR是通过与靶基因的3非翻译区不完全或者完全互补,降解 mRNA或抑制其翻译,进而抑制靶基因的表达。通过目前已有的软件分析发现,
1/3的蛋白编码基因可能为miR的靶基因[3]。本研
究利用 miRanda、Targetscan和 PicTar等生物学信息网站预测分析,发现 Smad5是多个数据库共同命中的miR135b靶基因,并找出其可能结合的位点。Smad5主要通过骨形成蛋白(BMP)受体磷酸
化,介导 BMP7信号转导,具有保护肾功能及肾脏纤维化的作用[13]。本研究通过转染 miR135b的模拟物和抑制物,发现 miR135b与 Smad5的表达有关。研究进一步构建 Smad53非翻译区荧光素酶报告基因的野生型载体和突变型载体,并分别转
染HMC和HK2细胞,通过检测荧光素酶活性以明确 miR135b和 Smad5的靶向关系。结果显示,miR135b通过与Smad5的3非翻译区特异位点的结合抑制其表达,进一步证实了 miR135b靶向调控Smad5的表达,提示 miR135b可能通过靶向下调Smad5表达促进肾脏纤维化。
DN的主要特征包括:肾小球肥大、肾小球系膜细胞增殖及系膜区细胞外基质增生、肾小球毛细
血管基底膜增厚、肾小管间质纤维。本研究使用高
糖分别刺激 HMC和 HK2细胞,发现均能上调miR135b的表达。研究并在HMC细胞中转染正常对照、miR135b模拟物和 miR135b抑制物,发现miR135b靶向下调 Smad5的表达,上调增殖核抗原PCNA和细胞周期蛋白 CyclinD1表达,且使细胞周期蛋白依赖性激酶的抑制蛋白 p21表达下调,并且 miR135b还能上调 Fibronectin和 ColI的表达,使细胞外基质增加。因此,miR135b可能通
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过靶向调控 Smad5基因促进系膜细胞增殖及肾脏纤维化,研究结果为深入认识 DN的发病机制提供了科学依据。
参 考 文 献
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(本文编辑:林燕薇)
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