内质网应激介导的自噬在间歇低氧致胰岛β细胞凋亡中的作用机制研究

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目的:间歇低氧(Intermittent hypoxia,IH)致胰岛β细胞凋亡是阻塞性睡眠呼吸暂停(Obstructive Sleep Apnea,OSA)并发糖代谢紊乱的主要病理生理因素,明确间歇低氧致胰岛β细胞凋亡的分子机制,对降低OSA合并糖代谢紊乱的发病率、制定相关防治策略具有重要的临床意义。自噬是一种通过溶酶体系统降解胞浆中大分子物质和受损细胞器而维持细胞稳态的生命现象。自噬的异常表达与缺血/缺氧所致细胞损伤有关,然而其在间歇低氧致胰岛β细胞凋亡中的表达及作用机制尚不清楚。内质网应激被认为是导致胰岛β细胞损伤的重要因素,也是介导自噬激活的主要机制,但是与间歇低氧状态下胰岛β细胞凋亡的关系尚不明确。本研究拟探讨间歇低氧状态下胰岛β细胞内质网应激及自噬的表达,并进一步明确内质网应激介导自噬激活的类型及其分子机制,明确内质网应激相关自噬在间歇低氧致胰岛β细胞凋亡中的作用,为阐明间歇低氧致胰岛β细胞凋亡的分子机制及寻找OSA致糖代谢紊乱的防治措施提供理论支持。方法:1.OSA体内外模型的建立体内模型建立:将成年SD大鼠置于间歇低氧舱内,循环给予氮气与压缩空气,分别持续30 s与90 s,每日从上午9:00至下午5:00交替循环8 h,持续6周。体外模型建立:将INS-1细胞置于细胞间歇低氧舱内,循环给予1.5%O2与21%O2,分别持续5 min与10 min,如此交替循环,取4,8,12h为观察点。2.间歇低氧状态下胰岛β细胞内质网应激及自噬的检测免疫印迹技术检测OSA体内动物模型中,各组SD鼠胰岛β细胞内质网应激标志蛋白GRP78,CHOP,Caspase12的表达,以及自噬标志蛋白LC3-Ⅱ,SQSTM1的表达;透射电子显微镜观察各组SD鼠胰岛β细胞自噬体/自噬溶酶体的数量。免疫印迹技术检测OSA体外细胞模型中,各组INS-1细胞内质网应激标志蛋白GRP78,CHOP,Caspase12的表达,以及自噬标志蛋白LC3-Ⅱ,SQSTM1的表达;免疫荧光技术检测各组INS-1细胞GRP78,LC3-Ⅱ的表达;透射电子显微镜观察各组INS-1细胞自噬体/自噬溶酶体的数量。进一步应用熊脱氧胆酸(Tauroursodeoxycholic acid,TUDCA)及4-苯基丁酸(4-phenylbutyrate,4-PBA)预处理,抑制内质网应激。,免疫印迹技术检测各组INS-1细胞自噬标志蛋白的表达。3.间歇低氧状态下内质网应激介导胰岛β细胞自噬激活的机制------PERK/eIF2α/ATF4信号通路检测首先应用免疫印迹技术检测间歇低氧处理后各组INS-1细胞p-PERK,PERK,p-eIF2α,eIF2α以及ATF4的蛋白表达。随后应用GSK2606414干预INS-1细胞,免疫印迹技术检测各组INS-1细胞p-PERK,PERK,p-eIF2α,eIF2α,ATF4以及LC3-Ⅱ的表达。进一步应用siRNA干扰技术抑制INS-1细胞PERK的表达,免疫印迹技术检测各组INS-1细胞p-PERK,PERK,p-eIF2α,eIF2α,ATF4以及LC3-Ⅱ的表达。4.间歇低氧状态下胰岛β细胞内质网自噬的检测透射电子显微镜观察间歇低氧处理后各组INS-1细胞内质网自噬体的形成;免疫印迹技术检测各组INS-1细胞内质网自噬受体蛋白FAM134B的表达。进一步应用TUDCA及4-PBA预处理,免疫印迹技术检测各组INS-1细胞FAM134B的表达。5.内质网应激介导的自噬在间歇低氧致胰岛β细胞凋亡中作用的检测首先免疫印迹检测间歇低氧处理后SD鼠胰岛β细胞凋亡相关蛋白Cleaved caspase3的表达;进一步应用氯喹(自噬抑制剂)与雷帕霉素(自噬激活剂)干预自噬,免疫印迹技术检测各组SD鼠胰岛β细胞LC3-Ⅱ,Cleaved caspase3的表达。随后免疫印迹技术检测各组INS-1细胞Cleaved caspase3的表达,TUNEL法检测各组INS-1细胞凋亡率。进一步应用药物(氯喹、雷帕霉素)及siRNA干扰技术(siRNA Atg5)干预自噬,免疫印迹技术检测各组INS-1细胞LC3-Ⅱ,Cleaved caspase3的表达;同时应用siRNA干扰技术(siRNA FAM134B)干预内质网自噬,免疫印迹技术检测各组INS-1细胞FAM134B,Cleaved caspase3的表达。结果:1.透射电子显微镜观察到间歇低氧组胰岛β细胞自噬体/自噬溶酶体数量增多;免疫印迹检测结果显示:间歇低氧处理后胰岛β细胞内质网应激标志蛋白GRP78,CHOP以及Caspase12表达增多,自噬标志蛋白LC3-Ⅱ表达增多,SQSTM1表达减少;免疫荧光检测结果显示:间歇低氧处理后胰岛β细胞GRP78及LC3-Ⅱ表达增多。TUDCA与4-PBA预处理减少了间歇低氧诱导的GRP78,CHOP,Caspase12以及LC3-Ⅱ的表达水平。2.间歇低氧处理可促使胰岛β细胞p-PERK,p-eIF2α及ATF4表达增多;GSK2606414药物干预及siRNA PERK转染减少了间歇低氧诱导的p-PERK,p-eIF2α,ATF4以及LC3-Ⅱ的表达水平。3.透射电子显微镜观察到间歇低氧组胰岛β细胞内质网自噬体的形成;免疫印迹检测结果显示:间歇低氧组胰岛β细胞FAM134B表达增多,TUDCA与4-PBA抑制内质网应激可降低FAM134B的表达水平。4.间歇低氧可促使胰岛β细胞凋亡率增多,Cleaved caspase3表达增多。免疫印迹技术发现,雷帕霉素进一步激活自噬后,间歇低氧诱导的Cleaved caspase3表达减少;氯喹或siRNA干扰技术抑制自噬/内质网自噬后,间歇低氧诱导的Cleaved caspase3表达增多。结论:1.间歇低氧诱导胰岛β细胞内质网应激及自噬激活。2.间歇低氧状态下,内质网应激通过PERK/eIF2α/ATF4信号通路介导胰岛β细胞自噬激活。3.间歇低氧状态下,内质网应激介导的自噬包含选择性的内质网自噬,并且内质网自噬的激活依赖于FAM134B。4.内质网应激介导的自噬在间歇低氧致胰岛β细胞凋亡中发挥保护作用。
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