背景与目的β-珠蛋白生成障碍性贫血(β-thalassemia,β-地贫)是一种常见的单基因遗传病,是由于β-珠蛋白基因突变或缺失,使β-珠蛋白链合成障碍,导致相对过剩的α-肽链形成包涵体沉积于细胞膜上,引起红细胞变形能力下降,在脾脏内被大量破坏所致的一组遗传性溶血性疾病。β-地贫发病率高、危害大,目前尚缺乏安全、有效、易行的治疗方法。γ珠蛋白基因诱导剂可以激活红系细胞中已基本关闭的γ珠蛋白基因,合成的γ链与相对过剩的α链构成胎儿血红蛋白(fetalhemoglobin,HbF),降低α链与非α链之间的不平衡,减轻α链包涵体所致的原位溶血,从而改善临床症状。1982年国外首次报告应用5-氮杂胞苷(5-azacytidine,5-AZAC)治疗β-地贫患者取得较好疗效之后,陆续发现了多种γ珠蛋白基因诱导剂,如羟基脲(hydroxyurea,HU)、促红细胞生成素(Erythropoietin,EPO)、阿糖胞苷(cytarabine)、长春新碱(vincristine)、曲古抑菌素A(trichostatin A,TSA)、丁酸盐(butyrate)、地西他滨(decitabine)等。但是,目前这些药物的临床应用也受到诸多因素的限制,被美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)批准应用于临床的药物只有HU,但是仍有25%的病人对HU治疗没有反应。因此,急待开发更为安全有效的治疗β-地贫的新药。20多年来,制约γ珠蛋白基因诱导药物发展的主要瓶颈是对γ珠蛋白基因表达调控机制的了解尚不够充分。近年的研究表明细胞信号转导通路在药物介导的HbF合成过程中有重要作用,尤其是丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activatedprotein kinases,MAPKs)通路。p38 MAPK是MAPKs家族中的重要成员,蛋白激酶C、受体酪氨酸激酶、肿瘤坏死因子、紫外线和一些药物等能够激活p38MAPK信号途径,引起细胞内蛋白激酶的连锁反应,从而影响细胞的转录、蛋白合成和细胞表面受体表达等生物效应。研究显示HU、TSA、MS-275、沙利度胺(thalidomide)、scriptaid等都可以通过p38MAPK信号转导通路诱导γ珠蛋白基因转录。本课题组通过高表达p38磷酸化的细胞模型也证明了p38信号通路持续活化可直接激活γ珠蛋白基因的转录并促进HbF的合成。黄芪为豆科植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根,其性甘、微温,入肺、脾经,具有补气升阳、固表止汗、托毒排脓、利水消肿、敛疮生肌等功能。黄芪多糖(Astragalus polysaccharides,APS)是黄芪的主要生物活性成分之一,体内外实验及临床研究表明,APS具有刺激造血的作用,可以提高红系集落形成单位(colony-forming unit-erythroid,CFU-E)和红系爆式集落形成单位(burst formingunits-erythroid,BFU-E)的形成率,从而增加红细胞数量与血红蛋白量。本课题组前期的研究结果证明APS不仅可诱导K562细胞红系分化,而且可增加γ珠蛋白基因表达和HbF合成,但是其作用机制不明。本研究旨在探讨p38MAPK在APS诱导γ珠蛋白基因表达中的作用,实验以人红白血病细胞系K562细胞为模型,通过RT-PCR、Western blotting和联苯胺染色技术分析APS作用于K562细胞后p38磷酸化与γ珠蛋白基因表达的关系,研究结果将阐明p38MAPK信号通路在γ珠蛋白基因表达中的作用,为γ珠蛋白基因表达调控机制提供新的实验依据,为APS的临床应用提供理论基础,为研发安全有效新药提供有价值的分子靶点。方法:1.药物制备及细胞培养:用超声醇提水提法提取APS,苯酚—硫酸法定量后过滤备用。以K562细胞为体外模型,APS诱导的K562细胞为实验组,0.5mmol/L丁酸钠(Na-butyrate,NaB)诱导48h的K562细胞为阳性对照,K562亲本细胞为空白对照组。2.通过Western blotting技术检测APS诱导K562细胞后磷酸化p38/p38表达。2.1剂量效应:用150mg/L、300m/L、450mg/L APS诱导K562细胞,48h分别提取总蛋白检测p38磷酸化水平。2.2时间效应:300mg/L APS诱导K562细胞,分别在3h、6h、12h、24h、36h、48h、60h、72h收集细胞提取总蛋白检测p38磷酸化水平。2.3 SB203580对p38磷酸化增强的抑制作用:以10μmol/L的p38MAPK特异抑制剂SB203580预处理1h后再用300mg/L APS处理K562细胞,48h提取总蛋白检测p38磷酸化水平。3.采用RT-PCR技术分析APS诱导K562细胞后p38磷酸化水平与A_γ和G_γ珠蛋白基因mRNA表达之间的关系。4.应用Western blotting技术分析APS诱导K562细胞后p38磷酸化水平与HbF表达之间的关系。5.采用联苯胺染色定性技术分析APS诱导K562细胞后p38磷酸化水平与K562细胞红系分化之间的关系。6.统计学方法:实验数据均以均数±标准差((?)±SD)表示,使用SPSS 11.5 forWindows软件包进行单向方差分析(One-Way ANOVA)。多重比较采用LSD(Least-significant-Difference)检验。P＜0.05表示差异有显著性。结果:1.APS对K562细胞p38磷酸化的作用:1.1 Western blotting分析p38磷酸化水平结果显示APS可以诱导K562细胞p38磷酸化增强,可达空白对照组的5.18±0.13倍(P=0.000),诱导前后p38磷酸化水平差异有显著性意义。1.2剂量效应:150mg/L、300mg/L、450mg/LAPS均可诱导K562细胞磷酸化p38增强,分别为K562亲本细胞的3.24±0.20倍、5.18±0.13倍和3.49±0.25倍(F=305.146,P=0.000),以300mg/LAPS诱导时p38磷酸化水平最高(P＜0.001),诱导前后p38磷酸化水平差异有显著性意义。1.3时间效应:结果显示各时间点之间p38磷酸化水平不同(F=399.72,P=0.000),与K562亲本细胞相比,磷酸化p38水平在6h开始上升,48～60h达峰值,为K562亲本细胞的4.10±0.09倍,以后开始下降(P＜0.001),差异有显著性意义,且峰值与NaB组(4.25±0.13倍)相比差异无显著性意义(P=0.076)。1.4 SB203580对APS诱导p38磷酸化的抑制作用:药物诱导K562细胞前加SB203580与未加SB203580组间磷酸化p38水平不同(F=933.503,P=0.000)。加SB203580预处理组APS诱导p38磷酸化减弱,由未加SB203580组的4.10±0.09倍下降为1.59±0.12倍(P=0.000),抑制率为80.97%;同样,加SB203580预处理组NaB诱导p38磷酸化减弱,由未加SB203580组的4.25±0.13倍下降为1.45±0.04倍(P=0.000),抑制率为86.15%:加与未加SB203580预处理组间p38磷酸化强度差异有显著性意义。2.APS诱导K562细胞后p38磷酸化水平与γ珠蛋白基因表达的关系:2.1 APS诱导K562细胞后p38磷酸化增强对γ珠蛋白基因表达的诱导作用。2.1.1 RT-PCR结果示:APS诱导K562细胞后A_γ(F=134.602,P=0.000)和G_γ(F=505.453,P=0.000)珠蛋白基因mRNA水平均增加,分别为K562亲本细胞的4.37±0.35倍(P=0.000)和5.23±0.28倍(P=0.000),诱导前后差异有显著性意义;NaB组则分别4.50±0.14倍(P=0.000)和6.52±0.25倍(P=0.000),诱导前后差异有显著性意义。2.1.2 Western Blotting检测APS诱导K562细胞后HbF表达量增加表达量增加(F=736.199,P=0.000),为K562亲本细胞的6.41±0.27倍(P=0.000),NaB诱导后为7.10±0.10倍(P=0.000),药物诱导前后HbF表达量差异有显著性意义。2.1.3联苯胺染色结果提示APS诱导后联苯胺染色阳性率(BZ%)增加(F=67.278,P=0.000),48h后为15.67%,NaB诱导后为19.60%,与K562亲本细胞(3.47%)相比差异均有显著性意义(P＜0.001)。2.2 SB203580对APS诱导K562细胞γ珠蛋白基因表达的抑制作用:2.2.1 RT-PCR结果提示用药前加SB203580预处理后APS诱导K562细胞的A_γ和G_γ珠蛋白基因mRNA水平均下降,分别由未用SB203580预处理组的4.37±0.35倍和5.23±0.28倍下降为2.28±0.09倍和1.75±0.19倍(P＜0.001),抑制率分别为62.02%和82.27%;NaB组A_γ和G_γ珠蛋白基因mRNA水平由4.50±0.14倍和6.52±0.25倍分别下降为2.61±0.30倍和1.58±0.10倍(P≤0.004),抑制率分别为54.00%和89.50%,用药前用与未用SB203580预处理组间A_γ和G_γ珠蛋白基因mRNA水平差别有显著性意义。2.2.2 Western blotting结果显示用药前加SB203580预处理后APS和NaB诱导K562细胞的HbF表达量下降,分别由未加SB203580预处理组的6.41±0.27倍和7.10±0.10倍下降为1.84±0.15倍和1.58±0.27倍(P＜0.001),用SB203580预处理后抑制率分别为84.47%和90.49%,用与未用SB203580预处理组间HbF表达量差异有显著性意义。2.2.3联苯胺染色结果显示用药前加入SB203580预处理后APS和NaB诱导K562细胞的BZ%下降,分别由未加SB203580预处理组的15.67%和19.60%下降为3.93%(P=0.733)和4.00%(P=0.697),抑制率分别为96.23%和96.71%,加与未加SB 203580预处理组间BZ%差异有显著性意义。结论:1.首次实验证明APS可以诱导K562细胞P38磷酸化增强,且存在剂量效应和时间效应:150～450mg/LAPS均可诱导K562细胞P38磷酸化增强,300mg/L为最佳诱导浓度:磷酸化p38水平在6h开始上升,48～60h达峰值,以后开始下降。SB203580可以抑制APS对K562细胞P38磷酸化的增强作用。2.首次实验证明p38MAPK信号通路在APS诱导γ珠蛋白基因表达、HbF合成和K562细胞红系分化中起重要作用。3.研究结果为阐明p38MAPK信号通路在药物诱导γ珠蛋白基因表达中的作用提供新的科学依据,为APS的临床应用提供理论基础,为今后研发新药提供有价值的分子靶点。