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目的: 本研究以内毒素(LPS)激活人脐静脉内皮细胞(HUVECs)释放炎症因子为模型,探索氯化镧(LaCl3)对血管内皮细胞NF-κB-Jmjd3信号轴的影响,并分析其可能的表观遗传学调控机制,为有效抑制血管炎症反应,开发稀土药用价值提供实验依据。 方法: 1、细胞培养及分组:复苏并常规培养原代HUVECs,将处于对数生长期的HUVECs随机分为空白对照组(control:给予无血清培养基培养2h)、LPS组(以含1μg/ml LPS的无血清培养基培养2h)、LaCl3组(以含2.5μM/ml LaCl3无血清培养基孵育细胞2h)及LPS+LaCl3组(以含2.5μM/ml LaCl3无血清培养基预处理细胞30min后,更换含1μg/ml LPS无血清培养基继续作用细胞2h)。 2、MTT法检测LaCl3对HUVECs细胞活力的影响。 3、分离HUVECs胞浆及胞核蛋白,蛋白质印迹法检测NF-κB信号系统相关蛋白表达水平。 4、Millipore转录因子试剂盒检测胞核提取物中NF-κB/p65蛋白与靶序列的结合活性。 5、采用实时定量PCR及蛋白质印迹法从mRNA及蛋白质水平检测HUVECs中Jmjd3的表达量。 6、应用Millipore染色质免疫共沉淀试剂盒建立NF-κB/p65、Jmjd3及H3K27me3关联的DNA文库,结合实时定量PCR分析在目标基因TNF-α、MMP-9、IL-6、IL-1β、COX-2及ICAM-1转录起始结合位点NF-κB/p65、Jmjd3、H3K27me3的富集变化。 7、采用实时定量PCR法及ELISA试剂盒分别检测细胞中TNF-α、MMP-9、IL-6、IL-1β及ICAM-1炎性基因的表达水平及其在细胞上清液中浓度的变化。 结果: 1、LaCl3对HUVECs活力的影响:与对照组比较,当LaCl3浓度为2.5、5.0、25、50、100μmol/L时HUVECs的生长情况无明显差异,当作用浓度为200μmol时,HUVECs的生长出现抑制现象(与对照组相比P<0.05),实验浓度(2.5μmol/L)的LaCl3对HUVECs未体现出毒性作用。 2、LaCl3抑制LPS诱导HUVECs NF-κB-Jmjd3表达上调:(1)Western-Blot结果示,与对照组相比,LPS组胞核NF-κB/p65表达水平明显升高,而LPS+ LaCl3组则显著下调,LaCl3组NF-κB/p65表达水平变化不明显;IκBα的表达量在对照组为最高,其次是LaCl3组,表达略有下调,而在LPS组则出现显著下调,IκBα的表达量在LPS+LaCl3组则低于LaCl3组,但与LPS组相比无明显变化。(2)Jmjd3的表达与活性:RT-qPCR与Western-Blot结果基本一致,相对于对照组,LPS组Jmjd3基因表达水平提高,LPS+LaCl3组则显著下降,差异具有统计学意义(P<0.01),而LaCl3组无明显差异。 3、LaCl3对HUVECs中NF-κB/p65与其下游靶序列结合活性的影响:LPS作用于HUVECs后,NF-κB/p65结合DNA的活性显著高于对照组(P<0.01),而LPS+LaCl3组显著低于LPS组(P<0.01),LaCl3组与对照组相比则变化不显著。 4、NF-κB/p65与炎性基因启动子结合水平分析:NF-κB/p65关联的DNA文库结合实时定量PCR分析提示:(1) LPS组:NF-κB/p65在TNF-α、MMP-9、IL-6、IL-1β、COX-2及ICAM-1基因启动子区的募集量明显高于对照组,差异均具有统计学意义(P<0.05);(2) LPS+LaCl3组:NF-κB/p65在上述基因启动子区的募集量均明显低于LPS组(P<0.05);与对照组相比,NF-κB/p65在TNF-α、IL-6、IL-1β及ICAM-1基因启动子区的募集量明显下降(P<0.05),而在MMP-9及COX-2基因启动子区的募集量无明显变化。(3) LaCl3组:与对照组相比,NF-κB/p65在TNF-α、ICAM-1基因启动子区的募集量明显升高(P<0.05),而在IL-6、IL-1β、及COX-2基因启动子区的募集量无显著差异,在MMP-9基因启动子区的募集量则显著下降(P<0.05);可见LaCl3可以抑制阻断LPS诱导的NF-κB/p65在促炎基因启动子区的富集,而单独使用LaCl3作用细胞,胞内NF-κB/p65在促炎基因启动子区富集的调控则存在多样性,使其募集量在TNF-α及ICAM-1基因启动子区明显升高,在IL-6、IL-1β及COX-2基因启动子区无明显变化,而在MMP-9基因启动子区的募集量则显著下降。 5、Jmjd3与炎性基因启动子结合水平分析:Jmjd3关联的DNA文库结合实时定量PCR分析提示:(1)与对照组相比,LPS组及LaCl3组Jmjd3在上述基因启动子区的募集量均显著升高(P<0.05);(2) LPS+LaCl3组:Jmjd3在上述基因启动子区的募集量要明显低于LPS组,差异具有统计学意义(P<0.05);与对照组相比,Jmjd3在IL-1β及COX-2基因启动子区的募集量明显下降,在IL-10及ICAM-1基因启动子区的募集量明显升高,具有统计学意义(P<0.05),而在TNF-α、MMP-9及IL-6基因启动子区的募集量无明显变化。表明LaCl3可以抑制LPS诱导的Jmjd3在TNF-α、MMP-9、IL-6、IL-1β、COX-2及ICAM-1基因启动子区的富集,而单独使用LaCl3孵育HUVECs发现Jmjd3在促炎基因启动子区的募集量均显著升高。 6、炎性基因启动子区H3K27me3甲基化水平分析:H3K27me3关联的DNA文库结合实时定量PCR分析提示:(1) LPS组:H3K27me3在上述基因启动子区的水平明显低于control组(P<0.05);(2) LPS+LaCl3组:在上述所有基因启动子区的水平要明显高于LPS组,但同时低于对照组,差异均具有统计学意义(P<0.05);(2) LaCl3组:与对照组相比,H3K27me3在TNF-α、IL-6、COX-2及ICAM-1基因启动子区的水平明显升高(P<0.05),在MMP-9基因启动子区的水平明显低于对照组(P<0.05),而在IL-1β基因启动子区的水平无明显变化。可见LaCl3可以抑制上述炎性基因启动子区的H3K27me3去甲基化,单独使用LaCl3处理HUVECs,H3K27me3的水平在TNF-α、IL-6、COX-2及ICAM-1基因启动子区升高,在MMP-9基因启动子区则下降,在IL-1β基因启动子区则无明显变化。 7、LaCl3抑制LPS诱导的内皮细胞炎性介质的表达与释放:RT-qPCR及ELISA(酶联免疫吸附法)分别在mRNA及蛋白水平显示,与对照组相比,TNF-α、IL-6、IL-1β、ICAM-1及MMP-9在LPS组表达量显著增多,LaCl3组无显著变化,而在LPS+LaCl3组,上述炎性介质的表达与释放明显低于LPS组,差异具有统计学意义(P<0.05)。表明LaCl3可以有效抑制LPS引起的TNF-α、MMP-9、IL-6、IL-1β及ICAM-1的分泌。 结论: 1、LPS通过诱导HUVECs中NF-κB/p65的活化并使其转位入核进而上调Jmjd3的表达。 Jmjd3入核作用于炎性基因启动子区的H3K27me3使其去甲基化,暴露目标基因转录起始序列,并促进NF-κB/p65及Jmjd3在促炎基因启动子区富集,三者相互协同,激活炎性基因TNF-α、MMP-9、IL-6、IL-1β、COX-2及ICAM-1的表达。 2、LaCl3通过阻断LPS诱导的HUVECs中NF-κB/p65的活化及核转位,抑制Jmjd3的表达上调。减少LPS诱导的NF-κB/p65及Jmjd3在促炎基因启动子区的富集,并抑制促炎基因启动子区H3K27me3的去甲基化,使炎性基因保持沉默状态,从而抑制LPS诱导的HUVECs分泌炎性因子TNF-α、MMP-9、IL-6、IL-1β及ICAM-1。 3、在本研究中作为对照的LaCl3组中,笔者发现虽然LaCl3可促使HUVECs中Jmjd3在促炎基因启动子区募集量的显著增加,但这一现象并未导致促炎因子的表达上调。进一步分析发现,NF-κB/p65-Jmjd3的表达与活性均受到LaCl3的抑制,上述促炎基因启动子区NF-κB/p65及H3K27me3的水平的调控则存在多样性,且在促炎症因子表达上调的精细调控过程中NF-κB/p65的募集与活性以及H3K27me3去甲基化缺一不可,体现出镧对促炎基因的表达的差异化调控机制。