Rho GDIα对矽肺纤维化肌成纤维细胞转化的调控作用及其机制

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矽肺(Silicosis)是长期吸入大量含有游离的二氧化硅(silicon dioxide, SiO2)粉尘而引起以矽结节和弥漫性肺间质纤维化为主要病变的慢性进行性尘肺病。近年来尘肺病呈现持续性高发、逐年上升的趋势,目前已经成为我国重大的职业卫生安全问题之一。矽肺病的发病机制复杂,涉及多层面、多阶段、多种细胞的参与,现有的防治手段仍不能有效的改善矽肺纤维化造成的肺组织结构与功能的损伤,因此,深入研究矽肺的发病机制,探寻新的干预靶点和有效的防治手段,是矽肺防治研究领域中非常重要的课题。
  在各种致矽肺纤维化刺激因素的作用下,肺成纤维细胞向肌成纤维细胞转化在矽肺形成过程中具有十分重要的意义。肌成纤维细胞特征性表达α-平滑肌肌动蛋白(α-smoothmuscleactin,α-SMA),后者是肌成纤维细胞具有较强收缩活性的功能与结构的基础,然而成纤维细胞向肌成纤维细胞转化的作用及其具体机制仍需进一步的深入研究与探讨。本研究拟采用双向凝胶电泳技术,筛选及鉴定转化生长因子-β1(transforminggrowthfactor-β1,TGF-β1)诱导的肺成纤维细胞向肌成纤维细胞转化的差异蛋白质,进一步研究关键调节蛋白RhoGDP解离抑制因子α(RhoGDPdissociationinhibitorα,RhoGDIα)在肌成纤维细胞转化过程中的作用,探讨RhoGDIα对矽肺纤维化的影响及其相关的分子调控机制。研究共分为三个部分:
  第一部分基于蛋白组学技术的成纤维细胞向肌成纤维细胞转化的关键调节蛋白筛选及鉴定
  目的:以大鼠原代肺成纤维细胞为研究对象,筛选成纤维细胞向肌成纤维细胞转化的差异蛋白;利用人胚肺成纤维细胞MRC-5验证差异蛋白。
  方法:
  1.将成纤维细胞分为:1)对照组;2)TGF-β1(5ng/ml)诱导组。
  2.提取对照组及TGF-β1诱导组蛋白样品,经双向凝胶电泳分离后采用考马斯亮蓝染色显示蛋白点,用ImageMaster6.0图像分析软件对凝胶进行分析,筛选出差异蛋白。以基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术获得肽质量指纹谱并对蛋白质进行分析。
  3.采用Westernblot法检测MRC-5细胞中RhoGDIα、α-SMA和I型前胶原(pro collagen-I)蛋白表达。
  结果:
  1.经蛋白组学技术筛选TGF-β1诱导的大鼠原代肺成纤维细胞的差异蛋白,与对照组相比,TGF-β1诱导组有6个蛋白点表达上调,其中RhoGDIα表达上调。
  2.Westernblot结果显示,与对照组相比,RhoGDIα蛋白水平随TGF-β1诱导时间延长而显著增加(P<0.05)。α-SMA和procollagen-I蛋白水平在TGF-β1诱导24h和48h持续增加,具有时间依赖性(P<0.05)。
  第二部分RhoGDIα在TGF-β1诱导的肌成纤维细胞转化中的作用及机制
  目的:以人胚肺成纤维细胞MRC-5为研究对象,观察RhoGDIα的生物学行为,探讨RhoGDIα在肌成纤维细胞转化中的作用及机制。
  方法:
  1.沉默或过表达RhoGDIα慢病毒感染人胚肺成纤维细胞MRC-5。
  2.将MRC-5分为:1)正常对照组;2)空载体慢病毒感染组(Lentivirus empty vector,LEV);3)沉默RhoGDIα慢病毒感染组(Lv-RhoGDIα-inhibition);4)TGF-β1诱导LEV组(LEV+TGF-β1);5)TGF-β1诱导Lv-RhoGDIα-inhibition组(Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1);6)过表达RhoGDIα感染组(Lv-RhoGDIα-overexpression);7)Fasudil诱导Lv-RhoGDIα-overexpression组(Lv-RhoGDIα-overexpression+Fasudil)。
  3.采用CCK-8检测细胞增殖能力。
  4.采用Tunel染色法检测细胞凋亡能力。
  5.采用Westernblot法检测cyclinD1、Bax、Bcl-2、α-SMA、procollagen-I、RhoGDIα、RhoA和phospho-MYPT蛋白表达的变化。
  6.免疫细胞化学染色法检测α-SMA蛋白表达的变化。
  结果:
  1.与正常对照组与LEV对照组相比,感染沉默RhoGDIα慢病毒和过表达RhoGDIα慢病毒在MRC-5中RhoGDIα蛋白表达量显著降低或升高(P<0.05),沉默RhoGDIα和过表达RhoGDIα的成纤维细胞株构建成功。
  2.RhoGDIα低表达可通过RhoA/ROCK信号通路,明显抑制成纤维细胞增殖,促进凋亡,抑制肌成纤维细胞转化和胶原沉积。
  在MRC-5细胞中,CCK-8检测0h和24h时OD值,24h时Lv-RhoGDIα-inhibition组OD值(1.86±0.08)是LEV对照组(2.16±0.01)的86.00%(P<0.05);Tunel染色Lv-RhoGDIα-inhibition组细胞凋亡率(51.15±9.99)是LEV对照组(4.83±2.43)的10.58倍(P<0.05);Westernblot结果显示,cyclinD1蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition组(0.76±0.08)是LEV对照组(1.58±0.17)的48.41%,Bax/Bcl-2比值Lv-RhoGDIα-inhibition组(1.00±0.03)是LEV对照组(0.65±0.03)的1.54倍,α-SMA蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition组(0.78±0.05)是LEV对照组(1.05±0.14)的74.39%,procollagen-I蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition组(0.86±0.19)是LEV对照组(1.31±0.18)的65.57%,RhoA蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition组(0.36±0.16)是LEV对照组(1.15±0.04)的31.43%,phospho-MYPT蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition组(0.13±0.15)是LEV对照组(0.79±0.23)的16.18%(P<0.05)。
  3.过表达RhoGDIα可通过活化RhoA/ROCK信号通路,促进成纤维细胞增殖,抑制凋亡,诱导肌成纤维细胞转化和胶原沉积。
  CCK-8法检测24hLv-RhoGDIα-overexpression组OD值(4.23±0.12)是LEV对照组(2.97±0.07)的1.42倍(P<0.05);Tunel染色结果显示Lv-RhoGDIα-overexpression组凋亡率(16.82±3.56)是LEV对照组(39.77±5.92)的42.29%(P<0.05);Westernblot结果显示,cyclinD1蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression组(0.98±0.07)是LEV对照组(0.36±0.08)的2.76倍,Bax/Bcl-2比值Lv-RhoGDIα-overexpression组(0.76±0.15)是LEV对照组(1.44±0.25)的53.17%,α-SMA蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression组(0.57±0.08)是LEV对照组(0.17±0.07)的3.36倍,procollagen-I蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression组(0.81±0.06)是LEV对照组(0.21±0.01)的3.88倍,RhoA蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression组(0.70±0.04)是LEV对照组(0.08±0.04)的8.49倍,phospho-MYPT蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression组(0.29±0.11)是LEV对照组(0.05±0.01)的5.89倍(P<0.05)。
  4.沉默RhoGDIα对TGF-β1诱导的MRC-5细胞可通过RhoA/ROCK通路明显抑制细胞增殖,促进凋亡,抑制肌成纤维细胞转化和胶原沉积。
  CCK-8检测0h和24h时OD值,24h时Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1组OD值(2.02±0.25)是LEV+TGF-β1组(3.47±0.04)58.30%(P<0.05);Tunel染色Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1组(55.24±7.18)是LEV+TGF-β1组细胞凋亡率(4.00±2.07)的13.80倍(P<0.05);Westernblot结果显示,cyclinD1蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1组(0.18±0.03)是LEV+TGF-β1组(0.67±0.07)的27.68%,Bax/Bcl-2比值Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1组(0.80±0.15)是LEV+TGF-β1组(0.49±0.02)的1.62倍,α-SMA蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1组(0.55±0.11)是LEV+TGF-β1组(0.81±0.09)的68.62%,procollagen-I蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1组(0.39±0.02)是LEV+TGF-β1组(0.61±0.10)的64.15%,RhoA蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1组(0.58±0.13)是LEV+TGF-β1组(1.00±0.13)的57.95%,phospho-MYPT蛋白表达量Lv-RhoGDIα-inhibition+TGF-β1组(0.62±0.30)是LEV+TGF-β1组(1.70±0.53)的36.59%(P<0.05)。
  5.Fasudil可通过阻断RhoGDIα过表达激活的RhoA/ROCK信号通路,抑制肌成纤维细胞转化和胶原沉积。
  Westernblot结果显示,α-SMA蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression+Fasudil组(0.38±0.14)是Lv-RhoGDIα-overexpression组(1.56±0.39)的24.48%,procollagen-I蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression+Fasudil组(0.79±0.20)是Lv-RhoGDIα-overexpression组(1.64±0.27)的48.38%,RhoGDIα蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression+Fasudil组(0.03±0.02)是Lv-RhoGDIα-overexpression组(1.04±0.16)的2.96%,RhoA蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression+Fasudil组(0.05±0.02)是Lv-RhoGDIα-overexpression组(0.57±0.29)的8.22%,phospho-MYPT蛋白表达量Lv-RhoGDIα-overexpression+Fasudil组(0.09±0.05)是Lv-RhoGDIα-overexpression组(0.38±0.16)的24.87%(P<0.05)。
  第三部分RhoGDIα对矽肺肌成纤维细胞转化的作用及机制
  目的:研究探讨矽肺发生发展过程中RhoGDIα对肌成纤维细胞转化的调节作用,观察沉默RhoGDIα及Fasudil能否通过对RhoA/ROCK信号通路的调节而发挥抗矽肺纤维化作用,进一步阐明RhoGDIα致矽肺纤维化的作用及其机制。
  方法:
  1.矽肺小鼠模型的建立:采用气管灌注法构建矽肺小鼠模型。动物随机分为LEV对照组、Lv-RhoGDIα组、LEV+Silicosis组、Lv-RhoGDIα+Silicosis组。
  2.矽肺大鼠模型的建立:HOPE动式染尘系统构建矽肺大鼠模型。动物随机分为正常对照组、矽肺模型组、Fasudil治疗组。
  3.采用H.E染色、VanGieson染色法观察肺组织病理形态的改变。
  4.分别采用免疫组织化学染色法、Westernblot法检测肺组织α-SMA、procollagen-I、RhoGDIα、RhoA和phospho-MYPT的蛋白表达及定位。
  结果:
  1.H.E、VanGieson染色结果显示,LEV对照组及Lv-RhoGDIα组的小鼠肺组织结构清晰,肺泡壁菲薄,肺泡腔内无渗出,间质无明显炎细胞浸润。LEV+Silicosis组小鼠肺泡壁明显增宽,肺内出现多个细胞纤维性结节,结节内有较多的胶原纤维存在。Lv-RhoGDIα+Silicosis组小鼠肺泡间隔较宽,有大量炎细胞浸润,肺组织内结节大小及胶原含量较LEV+Silicosis组有所减少。
  2.Westernblot结果显示,沉默RhoGDIα可减轻了小鼠肺组织α-SMA、procollagen-I、RhoGDIα、RhoA和phospho-MYPT的蛋白表达。
  3.免疫组织化学染色结果显示,RhoGDIα、RhoA及phospho-MYPT在LEV+Silicosis组内阳性表达显著升高,主要在巨噬细胞及矽结节内表达,而在Lv-RhoGDIα+Silicosis组小鼠肺组织内阳性表达减弱。
  4.H.E、VanGieson染色结果显示,矽肺模型组大鼠肺组织内出现多个较大的融合性的细胞纤维性结节,结节内胶原纤维显著增多。Fasudil治疗组大鼠肺泡腔内有大量炎细胞浸润,肺组织内结节大小及胶原含量较矽肺模型组减少。
  5.Westernblot结果显示,Fasudil可减轻了大鼠肺组织α-SMA、procollagen-I、RhoGDIα、RhoA和phospho-MYPT的蛋白表达。
  6.免疫组织化学染色结果显示,Fasudil治疗组大鼠肺组织内RhoGDIα、RhoA及phospho-MYPT阳性表达较矽肺模型组减弱。
  结论
  1.RhoGDIα参与了成纤维细胞向肌成纤维细胞转化。
  2.沉默RhoGDIα可通过调节RhoA/ROCK通路而抑制成纤维细胞增殖,促进其凋亡,抑制肌成纤维细胞转化和胶原沉积,影响矽肺纤维化形成。
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