MAPK通路在NiSO4暴露致HUVECs细胞炎症反应和细胞凋亡中的作用

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目的:通过建立体外培养的人脐静脉内皮细胞(HUVECs)硫酸镍(NiSO4)毒性模型,观察NiSO4对MAPK通路蛋白及其磷酸化水平的影响,判断MAPK通路与细胞凋亡和炎症反应之间的关系,进一步探讨MAPK通路在NiSO4致HUVECs细胞炎症反应和细胞凋亡中的作用。方法:(1)选择对数生长期的HUVECs细胞,采用不同浓度的NiSO4(0、62.5、125、250、500、1000和2000μmol/L(μM))分别处理该细胞24和48 h;分别用P38丝裂原活化蛋白激酶(P38)、C-Jun N末端激酶(JNK)、细胞外信号相关激酶(ERK1/2)抑制剂(10μM SB203580、10μM SP600125、10μM U0126)预处理HUVECs细胞30 min,随后再联合1000μM NiSO4处理HUVECs细胞24h。(2)采用CCK-8试剂盒检测NiSO4对HUVECs细胞存活率的影响。(3)采用生化试剂盒检测细胞内活性氧(ROS)水平、丙二醛(MDA)、总谷胱甘肽(T-GSH)和氧化型谷胱甘肽(GSSG)的含量、超氧化物歧化酶(SOD)的活性;(4)采用DAPI染色观察NiSO4染毒后HUVECs细胞形态学变化,Annexin V-FITC/PI试剂盒测定HUVECs细胞的总体凋亡率。(5)实时荧光定量法(RT-q PCR)测定HUVECs细胞内凋亡因子(Bcl-2、Bcl-XL、Bax和Caspase 3)和炎性因子(TNF-α、IL-6和TGF-β)的mRNA水平。(6)蛋白免疫印迹法(Western blot)测定MAPK通路相关蛋白(P38、JNK、ERK1/2、NF-κB、C-Jun及AP-1)、凋亡相关蛋白和炎症因子蛋白的表达。结果:(1)细胞增殖和毒性实验结果显示:随着NiSO4染毒剂量(0、62.5、125、250、500、1000、2000μM)和染毒时间(24、48 h)的增加,125-2000μM NiSO4组HUVECs细胞存活率呈明显的剂量和时间依赖性降低趋势,且其暴露24和48 h的IC50分别为899μM、369.7μM(P<0.05)。(2)根据细胞毒性实验结果,本研究选择62.5、250和1000μM NiSO4染毒HUVECs细胞24 h,观察NiSO4对HUVECs细胞氧化应激、细胞凋亡、炎症反应以及信号转导通路相关基因和蛋白水平的影响。(1)生化实验结果揭示:相较于对照组,62.5、250、1000μM NiSO4组荧光密度均显著升高(P<0.05),分别增加了6.72%、12.89%和32.04%;同样,MDA的含量在250和1000μM NiSO4组逐渐增加(P<0.05);GSSG/GSH的比率在62.5、250和1000μM NiSO4组均明显增加(P<0.05);而SOD的活性在250和1000μM组明显减少,且与对照组相比差异均具有统计学意义(P<0.05)。(2)RT-q PCR结果显示:250、1000μM NiSO4组HUVECs细胞内IL-6、TNF-α、Bax和Caspase 3的mRNA表达水平随着NiSO4浓度的升高而升高,而TGF-β、Bcl-2和Bcl-XL的mRNA表达水平随着NiSO4浓度的升高而降低,且1000μM NiSO4组的上述基因异常表达最为显著(P<0.05);(3)Western blot结果显示:NF-κB、AP-1、IL-6、TNF-α、Bax和Cleaved Caspase 3的蛋白水平及P38、JNK、ERK1/2和C-Jun的磷酸化水平伴随着NiSO4染毒浓度的增加而明显上调,而TGF-β、Bcl-2和Bcl-XL的表达随之下调,P38、JNK、ERK1/2和C-Jun的总蛋白水平未呈现明显改变,上述蛋白结果的差异表达尤其在1000μM NiSO4组最为显著(P<0.05)。(3)DAPI染色及流式结果显示:NiSO4染毒组HUVECs细胞核中荧光密度显著增加,并伴有膜起泡、核固缩及凋亡小体形成,且以1000μM NiSO4组最为明显。62.5、250、1000μM NiSO4组的HUVECs细胞总体凋亡率均较对照组而言明显升高(P<0.05)。(4)根据上述实验结果,为了验证MAPK通路在NiSO4致内皮细胞损伤中的重要作用,本研究选用3种MAPK抑制剂进行了功能回复实验。细胞流式结果显示:1000μM NiSO4组细胞凋亡率较对照组而言明显上升(P<0.05);与NiSO4组相比,NiSO4+SB253080/SP600125组明显降低了凋亡细胞比率,而NiSO4+U0126组升高了凋亡细胞比率(P<0.05)。Western blot结果显示:NiSO4诱导HUVECs细胞凋亡和炎症反应的发生与其介导的MAPK信号通路的激活有关。(1)与对照组相比,NiSO4染毒后细胞内NF-κB、p-C-Jun、AP-1、Bax、IL-6和TNF-α的蛋白水平均被上调,而TGF-β、Bcl-2和Bcl-XL表达被下调(P<0.05)。(2)与NiSO4组相比,NiSO4+SB203580/SP600125/U0126组HUVECs细胞中p-C-Jun、NF-κB和AP-1蛋白水平被下调(P<0.05)。(3)与NiSO4组相比,NiSO4+SB203580/SP600125/U0126组HUVECs细胞中IL-6和TNF-α的水平均被明显下调(P<0.05),而TGF-β的表达无明显改变(P>0.05)。(4)与NiSO4组相比,NiSO4+SB203580/SP600125组HUVECs细胞中Bax的水平均被下调,而在NiSO4+U0126组被上调(P<0.05);与NiSO4组相比,NiSO4+SB203580/SP600125组HUVECs细胞中Bcl-2被上调(P<0.05),而NiSO4+U0126组HUVECs细胞中Bcl-2的表达水平无明显改变(P>0.05);与NiSO4组相比,NiSO4+SP600125组HUVECs细胞中Bcl-XL表达被上调(P<0.05),而NiSO4+SB203580/U0126组的Bcl-XL水平均无明显改变(P>0.05)。结论:NiSO4可激活体外培养的HUVECs细胞内MAPK信号通路,并以应激活化的P38和JNK MAPK通路在NiSO4诱导的HUVECs细胞炎症反应和凋亡中发挥着重要调控作用。
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