1—磷酸鞘氨醇在高糖诱导血管内皮细胞功能损伤中的作用及其机制探讨

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  [摘要] 目的 探討1-磷酸鞘氨醇(S1P)在高糖诱导血管内皮细胞功能损伤中的作用及其机制。 方法 取人脐带静脉内皮细胞培养,取5代以内对数生长周期的细胞进行实验,检测各组24 h细胞活力水平、细胞凋亡水平,PLC(磷脂酶C)、Src激酶拮抗剂与S1P混合作用凋亡水平、Akt激活情况。 结果 正常对照组、甘露醇高渗对照组的细胞活力以及细胞凋亡差异无统计学意义(P>0.05)。在高糖处理下,细胞活力显著下降,细胞凋亡水平显著上升。模型组1 μmol/L、10 μmol/L、20 μmol/L剂量条件下细胞活力高于高糖处理组、细胞凋亡率低于高糖处理组,呈剂量依赖,差异具有统计学意义(P<0.05)。在含有10 μmol/L浓度S1P的培养液中分别加入PLC抑制剂U63122、Src激酶抑制剂PP2,则凋亡率逐渐上升,差异有统计学意义(P<0.05)。应用U73122阻断PLC后,Akt磷酸化无显著的变化,PTX、S1P、U73122(P>0.05),添加Src激酶抑制剂PP2后,Akt的磷酸化水平显著下降(P<0.05)。 结论 1-磷酸鞘氨醇在高糖诱导血管内皮细胞功能损伤中起到抗凋亡作用,可能与其调节 Src/Akt通路功能有关。
  [关键词] 高血糖损伤;血管内皮细胞;细胞功能;1-磷酸鞘氨醇
  [中图分类号] R54 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2018)31-0009-03
  Discussion on the role and mechanism of sphingosine 1-phosphate in the high glucose-induced vascular endothelial cell function injury
  HU Ye WANG Lijun ZHANG Wei ZHAO Yu XING Yubo MA Jiangbo SONG Yingxiang HUA Yanyin
  Department of Endocrinology,Zhejiang Provincial People’s Hospital,People’s Hospital of Zhejiang Medical College,Hangzhou 310014,China
  [Abstract] Objective To investigate the role and mechanism of sphingosine 1-phosphate(S1P)in high glucose-induced vascular endothelial cell function injury. Methods The human umbilical cord vein endothelial cell was collected for culture. The cells in the logarithmic growth cycle within 5 generations were tested. The 24h cell viability level, cell apoptosis level, apopsotsis level of the combined effect of PLC(phospholipase C), Src kinase antagonist and S1P and Akt activation were detected in each group. Results There was no statistically significant difference in cell viability and apoptosis between the normal control group and the mannitol hypertonic control group(P>0.05). Under high glucose treatment, cell viability was decreased significantly and apoptosis levels were increased significantly. The cell viability in the model group was higher than that in the high glucose treatment group and the apoptosis rate was lower than that in the high glucose treatment group at doses of 1 μumol/L, 10 μumol/L, and 20 μumol/L, showing a dose-dependent trend, and the difference was statistically significant(P<0.05). When the PLC inhibitor U63122 and Src kinase inhibitor PP2 were added to the culture medium containing 10 μmol/L S1P, the apoptosis rate was increased gradually, and the difference was statistically significant(P<0.05). After U73122 was used to block PLC, there was no significant change in Akt phosphorylation, PTX, S1P, U73122(P>0.05). After the Src kinase inhibitor PP2 was added, the phosphorylation level of Akt was significantly decreased(P<0.05). Conclusion Sphingosine 1-phosphate(S1P) plays an anti-apoptotic role in high glucose-induced vascular endothelial cell function injury, which may be related to its regulation of Src/Akt pathway.   [Key words] High-glucose injury;Vascular endothelial cell;Cell function;Sphingosine 1-phosphate(S1P)
  糖尿病是常见的慢性病,中国的发生率约13%,因肥胖、高脂血症等疾病发生率上升,人口平均年龄的增长,发病率亦快速上升[1]。糖尿病可引起持续的高血糖,我国2型糖尿病患者的血糖控制率不足60%,许多患者长期处于高血糖状态[2]。高血糖会导致血管损伤,是粥样动脉硬化的高危因素。因此关于高糖诱导血管内皮细胞功能损伤的研究逐渐成为心血管疾病、代谢疾病医学研究热点[3]。1-磷酸鞘氨醇(S1P)在血管重构发生中作用逐渐被人认识,这是一种在血浆中多效信号脂质因子,主要来源于细胞膜鞘磷脂的分解代谢,鞘氨醇激酶是S1P合成的关键酶,有研究显示血管平滑肌细胞能够自行产生S1P,通过自分泌形式发挥作用[4]。S1P是重要的平衡物质,大量研究显示其在血管发育和功能发挥中有重要作用,有研究显示S1P能够影响葡萄糖代谢、胰岛素分泌,因此有理由认为其在高糖诱导血管内皮细胞功能损伤中发挥重要的作用[5]。本文进行体外细胞培养实验研究,尝试探讨1-磷酸鞘氨醇在高糖诱导血管内皮细胞功能损伤中的作用及其机制,为高血糖损伤的防治提供新思路。
  1 材料与方法
  1.1 实验材料
  人脐带静脉内皮细胞,来自健康新生儿的脐带,获得伦理学会通过。在无菌条件下,产房中筛选15 cm的脐带,将脐带放入预先高温高压灭菌处理过的PBS玻璃瓶中,4℃保存,采用Ⅰ型胶原酶分离获得原代人脐静脉内皮细胞,M199完全培养基培养传代。
  1.2 仪器与试剂
  试剂:碘伏、M199培养基、Ⅰ型胶原酶、胎牛血清、肝素钠、生长因子、葡萄糖、甘露醇、红细胞裂解液、S1P、蛋白测试试剂等。仪器设备包括:电子天平、双人单面垂直流洁净工作台、CO2培养箱、快速细胞分析仪、流式细胞分析仪、热循环仪、凝胶成像系统等。
  1.3 方法
  1.3.1 细胞获取 取获得的原代人脐带静脉内皮细胞,鉴定确认,融合生长至90%左右进行传代,每代生长周期在48 h,第一次传代将血清含量降至15%,后代传代全部采用血清含量10%的完全培养基,取5代以内对数生长周期的细胞进行实验。
  1.3.2 分组与检测 (1)分组:细胞培养,96孔板培养细胞融合生长至70%左右,更换培养基,加入处理因素。将实验分为正常对照组(5.56 μmol/L葡萄糖)、甘露醇高渗对照组(5.56 mmol/L葡萄糖 27.8 μmol/L甘露醇)、高糖处理组(33.3 μmol/L葡萄糖)、模型组(高糖诱导下加入S1P溶液)(S1P溶于甲醇,配成3 μmol/L浓度溶液,0.005%无脂酸BSA PBS作用稀释液稀释成为工作浓度,相同容量甲醇 0.05%的无脂酸BSA作为对照,S1P梯度剂量分别为0.1、1、10、20 μmol/L)。(2)细胞增殖活力以及凋亡:每组10个复孔,干预结束后,加入10 μL CCK-8溶液,37℃孵箱中孵育1 h,放入酶标仪中450 nm测定吸光度,正常对照组细胞增殖活力为1,计算其他各组的细胞增殖活力。再次分组,处理后收集细胞及上清,调整浓度到1×106个/mL,随后加入5 μL Annexin V-FITC染色液,混匀后避光孵育15 min,加入10 μL PI染色液混匀,避光孵育5 min。采用流式细胞仪分析,激发波长488 mm,检测细胞凋亡率。(3)采用Western blot在翻译水平检测内皮细胞表达S1P受体:①再次实验,收获内皮细胞,PBS洗涤2遍,100 μL细胞裂解液重悬细胞,反复吹打3~5 min,混匀4℃洗浴30 min,取上清作为西部总蛋白,分装 -80℃备用;②SD-PAGE,按照常规方法制备分离胶和积层胶,取一定量的蛋白质样本和等体积的2×SDS,上样缓冲液混匀,100℃变性5 min,恒压70V/120V电泳,取出凝胶,进行Western blotting。(4)Akt磷酸化水平检测:取培养14 d的内皮细胞,常规消化,制备单细胞悬液,按照1×105/cm2密度接种在12孔板培养板中,EGM-MV2组合培养液培养。第23小时,用U73122在终浓度为5 μmol/L的培养液中孵育1 h,在第23.5小时用终浓度1 μmol/L PP2孵育30 min,第24小时采用10 μmol/L S1P干预,6 h取个细胞抽取蛋白,检测磷酸化Akt蛋白。(5)抗凋亡作用:在含有10 μmol/L S1P的培養液中分别加入PLC抑制剂U73122、Src激酶抑制剂PP2,检测凋亡水平。
  1.4 观察指标
  各组细胞活力水平、细胞凋亡水平。PLC、Src激酶在S1P抗凋亡作用中作用情况。内皮细胞中S1P对磷酸化的影响。
  1.5 统计学方法
  采用SPSS20.0软件进行统计学处理,细胞活力、细胞凋亡水平等计量资料服从正态分布,采用(x±s)表示,两两比较采用t检验,多组间比较采用方差分析,P<0.05表示差异有统计学意义。
  2 结果
  2.1 细胞活力及细胞凋亡水平情况
  正常对照组、甘露醇高渗对照组的细胞活力及细胞凋亡水平比较,差异无统计学意义(P>0.05),提示高渗并不是导致细胞活力、细胞凋亡水平显著变化的原因。在高糖处理下,细胞活力水平显著下降,细胞凋亡水平显著上升。模型组1 μmol/L、10 μmol/L、20 μmol/L剂量条件下细胞活力高于高糖处理组、细胞凋亡率低于高糖处理组,呈剂量依赖,差异具有统计学意义(P<0.05)。见表1。电镜下,高糖处理下24 h可见部分细胞变圆、脱落悬浮于培养液中,可见固缩、肿胀的细胞,而添加了S1P的对象细胞固缩、肿胀明显减少。   2.2 PLC、Src激酶在S1P抗凋亡中的作用分析
  在含有10 μmol/L浓度S1P的培养液中分别加入PLC抑制剂U73122、Src激酶抑制剂PP2,则凋亡率逐渐上升,差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。
  2.3 Akt激活情况
  Western部分激活Akt,添加PTX可以抑制Akt磷酸化,而增加S1P可增加细胞内Akt磷酸化,但应用U63122阻断PLC后,Akt 磷酸化无显著变化,PTX(0.92±0.06)%、S1P(0.93±0.05)%、U73122(0.92±0.05)%(P>0.05),添加Src激酶抑制剂PP2后,Akt的磷酸化水平显著下降(0.84±0.08)(P<0.05)。
  3 讨论
  研究显示,磷酸鞘氨醇(S1P)在高糖诱导血管内皮细胞功能损伤中起到抗凋亡作用[6]。在模型组中,随着S1P剂量的增加,细胞活力逐渐上升,而细胞凋亡水平逐渐下降,且均优于高糖处理组,也证实高糖可以诱导血管内皮损伤[7]。值得注意的是,甘露醇高渗对照组细胞活力及细胞凋亡水平与对照组比较差异不显著(P>0.05),证实这种抗凋亡作用并不与其渗透作用有关,而是存在独特的生物学机制。后续的研究证实,在含有10 μmol/L S1P的培养液中分别加入PLC抑制剂U63122、Src激酶抑制剂PP2,则凋亡率逐渐上升,其中添加 Src 激酶抑制剂 PP2 后,Akt 的磷酸化水平显著下降(灰度值P<0.05),提示S1P抗高糖诱导血管内皮细胞损伤作用可能与其调节 Src/Akt通路功能有关。Src激酶是G蛋白受体介导增加一氧化氮(NO)生存的下游信号元件之一,AKt磷酸化与细胞损伤、凋亡关系密切,提示S1P激活G蛋白,从而调节Src/Akt作用,减少NO的生产,从而减轻高血糖诱导血管内皮损伤,减少细胞凋亡[8]。
  从本次研究中,体位细胞培养研究显示其可能通过 Src/Akt通路发挥作用。目前有关S1P与高糖诱导内皮细胞功能损伤的研究较多,绝大多数的研究证实其可以减轻诱导的损伤,发挥抗凋亡作用,但具体的机制尚不完全清楚[9-10]。近年来,S1P研究集中在其对葡萄糖代谢、胰岛素分泌影响上,且已经有大量的研究证实,S1P 通过 S1P/S1PRs 抑制细胞内 cAMP 的生成,S1P浓度依赖性促进葡萄糖刺激胰岛素分泌[11-13]。对于整个生物体而言,S1P是一种多功能因子,也是一种平衡因子,其参与调解血糖、胰岛素相互作用,高S1P本身意味着机体持续的高血糖引起胰岛素适应性升高,S1P最大的作用在于对抗胰岛素抵抗,刺激高血糖状态下分泌胰岛素,有助于血糖的控制[14-16]。今后需要深入研究血管内皮细胞功能、胰岛素分泌、S1P之间的关系,为于胰岛素促泌剂的研发提供依据[17-19]。
  综上所述,1-磷酸鞘氨醇在高糖诱导血管内皮细胞功能损伤中起到抗凋亡的作用,可能与其调节 Src/Akt通路功能有关。
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  (收稿日期:2018-07-12)
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