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目的:
后发性白内障(posteriorcapsuleopacification,PCO)是导致患者术后视力下降的最主要并发症。尽管手术或激光后囊切开是一种较为有效的治疗方法,但存在一定的缺陷。因此探索一种新的途径防治白内障和后发性白内障的发生具有重要的实用价值。
已经证实后发性白内障的发生与术后残留的晶状体上皮细胞(lensepithelialcells,LEC)过度增殖、迁移、分化,以及术后创伤和炎症反应有关。细胞生长增殖与多种因素有关,其中生长因子(growthfactor,GF)在此过程中起着重要作用,是促进晶状体上皮细胞增殖、分化、移行引起后发性白内障的主要因素,而bFGF的作用尤为突出。
分裂原激活的蛋白激酶家族(mitogen-activatedproteinkinase,MAPK)的信号转导通路是保守的信号转导系统。通过三级酶促级联反应(MAP-KKK-MAPKK-MAPK)激活,调节特定的基因表达;其中细胞外信号调节激酶(ERK)被称为分裂原激活的MAPK,主要介导促进细胞增殖和分化的信号转导;p38MAPK通路为应激激活的MAPK通路,能被炎症、应激、损伤等信号激活,通过转录因子诱导保护性蛋白质的生成,增强细胞对应激原的抵抗力;并能介导细胞凋亡的信号转导。
环氧合酶(cyclooxygenaseCOX)是催化花生四烯酸转化成前列腺素和其它二十烷酸类物质的关键酶。它有两种同工异构体,即COX-1和COX-2。COX-1为组成型基因,介导具有正常生理功能(如:血管收缩、血小板凝集、免疫反应、胃肠粘膜保护等)的PGs合成,以维持机体自身功能的稳定。COX-2为诱导型基因,在生理状态下,正常组织细胞不表达或低水平表达。当细胞受到创伤、炎症等刺激时可高表达,细胞因子和生长因子可以强烈的诱导其表达。已经发现COX-2基因在一些炎症和增殖性疾病中过表达。以COX-2作为靶点,通过COX-2抑制剂抑制细胞增殖,是目前该领域研究的热点。
阿司匹林是环氧合酶非选择性抑制剂。作为非甾体类抗炎药物(non-steroidalanti-inflammatorydrug,NSAID)的代表,广泛用于抗炎、止痛和抗血栓形成。另外,由于阿司匹林可拮抗COX的活性,对产生较多COX的肿瘤组织、平滑肌细胞、血管内皮细胞等具有抑制作用,对促进损伤组织的修复、减轻炎症反应和维持正常的血液动力学状态具有积极的作用。随着人们对环氧合酶认识的提高,COX-2在抗炎或促炎方面具体作用的研究的进展,激发了人们对NSAID作用机制的深入了解,阿司匹林的作用再次得到重视。由于阿司匹林价格低廉、药源充分,深入研究其作用机理,扩大阿司匹林的临床应用范围,减少药物的副作用,无疑将有重大的临床意义。
鉴于此,该文作出这样一个推测:白内障手术引起的创伤和炎症反应,刺激bFGF的生成,通过MAPK途径启动了细胞内的信号转导通路,诱导晶状体上皮细胞中COX-2的表达,进而使PGE2合成增加,再通过其可能的对DNA合成的调控作用,导致晶状体上皮细胞增生,引起后发性白内障的形成。因此,应用COX的抑制剂和MAPKs信号通路特异性的阻断剂,将会抑制由此引发的晶状体上皮细胞的增生,诱导细胞凋亡,达到防治后发性白内障的目的。
为证实所作的推测,该实验从bFGF对培养的人晶状体上皮细胞增殖的作用机制,以及诱导的COX-2基因表达着手。通过研究bFGF作用后,引起的晶状体上皮细胞增殖、COX-2的表达、阿司匹林对COX-2表达的抑制和促进晶状体上皮细胞的凋亡作用,以及MAPKs信号通路在这些过程中所发挥的作用。来探讨COX-2及其抑制剂阿司匹林在后发性白内障形成中的可能的作用机制,为后发性白内障的防治提供实验依据。
方法:分为三部分
第一部分细胞传代培养及bFGF诱导的COX-2表达的检测冻存的细胞复苏培养,取第三代细胞用于实验。用SP免疫组化法检测bFGF刺激6小时后COX-2蛋白的表达,并与对照组相比较,以胞浆内出现棕黄色颗粒为阳性表达;采用RT-PCR和Westernblot方法检测bFGF刺激下,不同时间点(1h、3h、6h、12h、24h)COX-2的mRNA和蛋白的表达。
第二部分阿司匹林对人晶状体上皮细胞增殖影响的检测取经阿司匹林处理24h后的人晶状体上皮细胞,进行MTT比色和[3H]-TdR掺人实验,观察其对细胞的抑制率和DNA合成的影响;采用RT-PCR和Westernblot方法检测阿司匹林对COX-2的mRNA和蛋白表达的抑制作用。采用Westernblot方法,检测阿司匹林作用1h、3h、6h、12h、24h后凋亡因子Bcl-2、Bax、Caspse-3蛋白的表达。
第三部分MAPK信号传导通路对bFGF诱导的COX-2表达的调节检测采用MTT比色和[3H]-TdR掺入法检测,ERK的阻断剂PD98059对培养的人晶状体上皮细胞活力和DNA合成的影响;Westernblot法测定bFGF对培养的人晶状体上皮细胞ERK、JNK、p38蛋白表达的影响,以及PD98059和阿司匹林对培养的人晶状体上皮细胞COX-2和Phosph-ERK表达的影响。
统计学处理:SPSS10.0统计软件包进行数据处理,均数比较采用Studentt检验和单因素方差分析,P<0.05为差异有显著性。
结果:
一、免疫组化结果显示,实验组细胞胞浆内可见棕黄色颗粒,提示有COX-2阳性表达;RT-PCR和Westernblot结果显示有COX-2mRNA和蛋白的表达,且表达呈时间依赖性,随着时间的延长COX-2表达逐渐增加,6h达最高峰;正常对照组弱表达或无表达。
二、培养的人晶状体上皮细胞经不同浓度的阿司匹林作用后,MTT和[3H]-TdR掺人法检测显示,细胞活力和DNA合成明显受到抑制,且呈浓度依赖性,浓度越大,抑制越明显。RT-PCR和Westernblot检测结果表明,阿司匹林能完全抑制人晶状体上皮细胞COX-2的表达。
三、阿司匹林上调促进凋亡的Bax基因和下调抑制凋亡的Bcl-2基因;激活诱发凋亡最关键的信号分子Caspase-3的表达。
四、bFGF刺激人晶状体上皮细胞ERK磷酸化表达水平增加,非磷酸化水平则保持不变。而对JNK和p38的表达水平没有影响。
五、阻断剂PD98059能抑制细胞活力和DNA的合成,降低COX-2的表达。
结论:
一、bFGF可以诱导人晶状体上皮细胞COX-2的表达;COX-2与人晶状体上皮细胞的增殖密切相关。
二、阿司匹林能有效抑制人晶状体上皮细胞的生长,这种作用可能是由于抑制人晶状体上皮细胞中COX-2的表达所致。
三、阿司匹林通过调节凋亡基因的表达,诱导人晶状体上皮细胞的凋亡。
四、bFGF可以增加人晶状体上皮细胞ERK磷酸化的表达水平,非磷酸化ERK水平则始终保持不变。而对p38磷酸化和非磷酸化以及JNK表达水平没有影响。
五、bFGF刺激人晶状体上皮细胞ERK的活化可能参与了对COX-2蛋白的调控,从而参与后发性白内障的形成。
六、阻断剂PD98059通过抑制ERK的活化,来降低COX-2的表达,COX-2的活化依赖ERK信号通路。
七、COX-2可能成为后发性白内障治疗的新靶点。
八、阿司匹林和PD98059有望成为治疗后发性白内障的新的手段。