高糖刺激下肾小管上皮细胞及其外泌体的脂质表达研究

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目的:脂质代谢紊乱与糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)的发生发展密切相关。肾脏固有细胞的脂质代谢紊乱是糖尿病肾损伤发生的重要病理生理基础,高糖状态下细胞内脂质构成的改变可以引起活性氧产生增加、线粒体功能障碍,甚至诱导细胞凋亡等。但由于脂质构成的庞杂性和既往检测手段的局限性,人们对肾脏固有细胞脂质整体构成及糖尿病状态下的变化知之甚少。另外,外泌体在DN发生发展中的作用也越来越引起人们的关注。外泌体可以协同自噬-溶酶体途径,缓解细胞内应激状态,保持细胞内稳态。外泌体还可以作为载体进行细胞间的物质传递和信息交流。不同细胞来源的外泌体其脂质种类和含量不同,功能也不同。相较于对外泌体蛋白、核酸的关注程度,人们对外泌体脂质成份的研究较少,关于糖尿病及DN状态下肾脏细胞外泌体的脂质构成尚未见报道。明确DN肾脏细胞及其外泌体的脂质差异表达情况,对阐明DN发病机制,寻找新的治疗靶点有重要意义。方法:1、肾小管上皮细胞(HK-2)脂质构成及高糖刺激下的差异表达。(1)正常对照组(NG)及高糖组(HG)细胞培养48小时。(2)同位素标记联合串联质谱技术定量分析HK-2细胞的脂质构成及高糖刺激下的差异表达情况(n=3)。2、外泌体的提取和鉴定。(1)收集两组细胞上清液,运用差异超速离心法提取外泌体。(2)通过透射电镜、纳米微粒追踪技术(NTA)及Western blot对外泌体进行鉴定。3、同位素标记联合串联质谱技术定量分析HK-2细胞外泌体的脂质构成及高糖刺激下的差异表达。4、高糖刺激下HK-2细胞及其外泌体脂质改变对相关功能的影响。(1)透射电镜观察两组HK-2细胞中多囊泡(MVBs)的变化。(2)BCA法测定外泌体蛋白浓度,比较两组外泌体分泌量。(3)Western blot检测自噬相关蛋白LC3及P62的表达水平。(4)PKH67荧光标记外泌体,激光共聚焦显微镜观察肾小球系膜细胞对HK-2细胞外泌体的摄取情况。结果:1、HK-2细胞脂质构成及高糖刺激下的差异表达。(1)定量检测到包括TAG、PC、CL等在内的21大类421种脂质,其中TAG鉴定的种类最多(100种)。(2)获得每种脂类的平均含量,结果示两组中PC平均含量均为最高。(3)HG组GM3 d18:1/22:0、GM3 d18:1/16:0、GM3 d18:0/16:0、GM3 d18:1/22:1显著上调,LPE18:1、LPE、CL66:4(16:1)、BMP36:3、CL70:7(16:1)、CL74:8(16:1)显著下调,其中LPE18:1、GM3 d18:1/22:0、GM3 d18:1/16:0、LPE是组间差异最显著的前4个代谢产物。(4)定量检测到HK-2细胞中的磷酸肌醇(PIPs)表达水平,结果示两组中均为PI4P表达量最高。与NG组相比,经高糖处理后PI3/5P、PI45P2、PI4P表达量均有升高趋势,但无统计学差异。2、外泌体的提取及鉴定。(1)透射电镜示双层膜结构的微囊泡,形态为圆形或类圆形,大小相对较均一,且囊泡大小符合外泌体检测标准。(2)通过NTA检测提取物大小,结果示NG组微囊泡直径约为94±4nm,HG组微囊泡直径约为98±4nm(n=3)。(3)Western bolt检测外泌体标志蛋白CD63和Alix表达阳性,内质网伴侣分子Calnexind表达阴性,证明提取物为外泌体。3、HK-2细胞外泌体的脂质构成及高糖刺激下的差异表达。(1)定量检测包括CE、Cho、PC等在内的21大类218种脂质,其中PC鉴定的种类最多(26种)。(2)获得每种脂类的平均含量,结果示两组中Cho平均含量均为最高。(3)HG组PG36:1、FFA22:5、PC38:3、SM d18:1/16:1、CE-16:1、CE-18:3、CE-20:5、CE-22:6显著上调,GM3 d18:1/24:1、GM3显著下调,其中CE-20:5、CE-16:1、CE-18:3、GM3 d18:1/24:1是组间差异最显著的前4个代谢产物。(4)外泌体与HK-2母细胞相比,TAG、PC、CL脂质种类减少。4、高糖刺激下HK-2细胞及其外泌体脂质改变对相关功能的影响。(1)透射电镜示HG组HK-2细胞的MVBs体积增大,所含外泌体前体内囊泡数量明显增加。(2)BCA法测定外泌体蛋白浓度,结果示HG组外泌体产生显著增多。(3)Western blot结果示高糖刺激48小时HK-2细胞的LC3表达显著增加,P62表达显著下降。(4)激光共聚焦显微镜结果示,PKH67荧光标记的高糖刺激HK-2细胞外泌体明显分布在肾小球系膜细胞的细胞核周围和胞浆中。结论:1、定量检测出HK-2细胞21大类中421种脂质,其中PC平均含量最高,TAG鉴定脂质种类最多。高糖刺激后GM3 d18:1/22:0、GM3 d18:1/16:0、GM3d18:0/16:0、GM3 d18:1/22:1表达水平上调最为显著,LPE18:1、LPE、CL66:4(16:1)、BMP36:3、CL70:7(16:1)、CL74:8(16:1)表达水平下调最为显著。2、定量检测出HK-2细胞分泌的外泌体中21大类中218种脂质,其中Cho平均含量最高,PC鉴定脂质种类最多。高糖刺激后PG36:1、FFA22:5、PC38:3、SM d18:1/16:1、CE-16:1、CE-18:3、CE-20:5、CE-22:6表达水平上调最为显著,GM3 d18:1/24:1、GM3表达水平下调最为显著。3、高糖刺激下肾小管上皮细胞多囊泡中内囊泡数量增加、外泌体的产生显著增多、自噬激活,但与肾小管上皮细胞中PIPs的表达水平无明确相关性。4、肾小球系膜细胞对高糖刺激下HK-2细胞外泌体的旁分泌摄取增加,可能与高糖刺激下外泌体脂质构成改变相关。
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