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背景: 苯作为工业原料和有机溶剂被广泛地应用于工业生产,也是日常生活环境中常见的污染物,暴露极为普遍。苯醌(BQ)是骨髓内高度活化的苯的代谢物,研究表明,BQ可提高细胞内活性氧(ROS)水平、降低线粒体膜电位(MMP)、引起线粒体功能紊乱,最终诱导细胞凋亡。因此,苯暴露可通过引起骨髓细胞凋亡,抑制骨髓造血功能,甚至导致再生障碍性贫血。 自噬因其在生理和病理过程中发挥重要作用而受到越来越多的关注。自噬是指含有酸性水解酶的溶酶体降解异常蛋白质和损伤细胞器以维持细胞稳态的过程。线粒体自噬是选择性的细胞自噬,是损伤的线粒体在自噬泡的包裹下和溶酶体融合降解的过程,在线粒体的质量控制方面起重要作用。PINK1/Parkin介导的线粒体自噬被认为是线粒体自噬最主要的分子机制之一。当线粒体受到来自细胞内外的压力时发生去极化后,PINK1会磷酸化Parkin并将其从细胞质募集至去极化的线粒体外膜上,而后Parkin泛素化各种底物,促进自噬体降解,最终清除损伤的线粒体。 本课题组前期初步研究发现BQ能诱导细胞自噬。但是,苯及其代谢产物能否诱导线粒体自噬以及线粒体自噬在苯的毒性机制中起什么作用尚不清楚。本研究旨在探讨BQ能否诱导人早幼粒白血病细胞HL60发生PINK1/Parkin介导的线粒体自噬以及其在BQ诱导的细胞凋亡中的作用,该研究为阐明苯的毒性机制、降低苯的危害提供有价值的实验证据。 材料与方法: 1.细胞存活率的检测:用0、2.5、5.0、10.0、20.0、40.0μM浓度的线粒体自噬抑制剂环孢菌素A(CsA)处理HL60细胞24h,CCK-8法检测CsA对HL60细胞存活率的影响。 2.自噬、线粒体自噬及凋亡相关蛋白的检测:利用蛋白质免疫印迹法(WB)检测自噬相关蛋白LC3、Beclin1、P62、PINK1和Parkin的表达及凋亡蛋白Cleavedcaspase9的表达。 3.线粒体自噬体的形态学观察:利用透射电子显微镜观察BQ诱导的线粒体损伤及线粒体自噬体。 4.线粒体膜电位(MMP)的检测:JC-1检测试剂盒检测BQ处理细胞后MMP的变化。 5.ROS含量的检测:ROS检测试剂盒检测BQ处理对胞内ROS生成的影响。 6.线粒体自噬相关基因mRNA的表达:实时荧光定量PCR(qPCR)法检测线粒体自噬相关基因PINK1和ParkinmRNA的表达。 7.细胞凋亡的检测:AnnexinV-FITC/PI双荧光染料结合流式细胞术(FCM)定量评价BQ诱导的细胞凋亡。 结果: 1.BQ诱导HL60细胞自噬 选择10μMBQ作为受试剂量,观察对细胞自噬的诱导效应。结果显示:与对照组相比,BQ处理组中LC3-II/LC3-I的比值和Beclin1蛋白的表达均显著增加,P62蛋白表达显著降低,均具有统计学意义(P<0.05),表明BQ诱导了细胞自噬。此外,线粒体自噬抑制剂CsA反转了BQ诱导的LC3-II/LC3-I、Beclin1蛋白的增加以及P62蛋白的降低(P<0.05),提示BQ可能诱导产生了线粒体自噬。 2.BQ诱导线粒体损伤和线粒体自噬 透射电镜观察结果显示:对照组细胞内线粒体呈正常的杆状,膜结构完整、线粒体嵴清晰。而10μMBQ处理组细胞中可见大量肿胀变形的线粒体,并在核周区观察到了线粒体自噬体,证实BQ诱导了线粒体自噬。 3.BQ降低线粒体膜电位 MMP检测结果显示:与对照组相比,绿色荧光逐渐增多,红色荧光逐渐减少,其红绿荧光的比值随染毒浓度的增加呈现递减的趋势(P<0.05),表明BQ降低了MMP。 4.BQ增加细胞内ROS含量 ROS检测结果显示:随着BQ染毒浓度(0μM、5μM、10μM、20μM)的增加,ROS含量也增加(P<0.05),呈剂量-反应关系,表明BQ处理HL60细胞后,能诱导大量的ROS产生。 5.BQ诱导了PINK1/Parkin介导的线粒体自噬 与对照组相比,BQ组PINK1和Parkin的mRNA和蛋白表达均增加,具有统计学意义(P<0.05)。而CsA显著逆转了BQ诱导的PINK1和Parkin表达的增加(P<0.05),表明BQ激活了PINK1/Parkin介导的线粒体自噬途径。 6.ROS在BQ诱导的线粒体自噬中的作用 与对照组相比,BQ处理组显著增加了HL60细胞中ROS的水平,PINK1和Parkin蛋白表达量也显著增加,具有统计学意义(P<0.05);而ROS清除剂NAC和BQ联合处理显著降低了BQ诱导的ROS水平的增加(P<0.01)、降低了LC3-II/LC3-I比值、PINK1和Parkin蛋白表达量(P<0.05),综上表明ROS在BQ诱导的PINK1/Parkin介导的线粒体自噬中发挥重要作用。 7.线粒体自噬在BQ诱导HL60细胞凋亡中的作用 结果显示:与对照组相比,BQ处理组可以诱导HL60细胞凋亡率增加,Cleavedcaspase9蛋白的表达增加(P<0.01);而BQ和CsA共同作用则加剧了BQ诱导的HL60细胞的凋亡(P<0.01),Cleavedcaspase9的蛋白表达量显著高于BQ组(P<0.05),表明阻断线粒体自噬可以增强BQ诱导的凋亡,提示线粒体自噬在BQ诱导的细胞凋亡中起保护性作用。 结论: 1.苯的活性代谢物BQ诱导了PINK1/Parkin介导的线粒体自噬。 2.ROS在BQ诱导的PINK1/Parkin介导的线粒体自噬中起重要作用。 3.BQ诱导的线粒体自噬在细胞凋亡中起保护作用。