右美托咪定抑制缺氧复氧诱导的人肾小管上皮细胞Parthanatos死亡

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基金项目:广东省医学科学技术研究基金(B2019035)
谷 宇 尧永华 陆殿宇:广州医科大学附属肿瘤医院 广东广州 510030
通信作者:陆殿宇
右美托咪定抑制缺氧/复氧诱导的人肾小管上皮细胞Parthanatos死亡
谷 宇 尧永华 陆殿宇
【摘 要】 目的 观察右美托咪定(Dex)对缺氧/复氧(H/R)肾小管上皮细胞内活性氧(ROS)含量及PARP-1依赖性细胞死亡(Parthanatos)的影响,探讨Parthanatos与急性肾损伤(AKI)之间的关系,以及Dex对肾细胞的保护作用。

方法 选择人肾小管上皮细胞(HK-2),分为对照(Control)组、Dex组、H/R组和(Dex+H/R)组。

检测细胞活力和乳酸脱氢酶(LDH)释放,细胞内ROS含量,并通过qPCR检测Parthanatos死亡关键基因多聚ADP核糖聚合酶-1(PARP-1)和凋亡诱导因子(
AIF)的表达。

结果 与Control组相比,H/R组HK-2细胞活力明显降低,LDH释放明显增加,细胞内ROS含量,PARP-1和AIF的表达均明显增多(P<0 05)。

而给予Dex预处理能明显提升H/R细胞的活力,降低LDH释放,显著抑制细胞内ROS含量的增加以及细胞PARP-1和AIF表达的增多(P<0 05)。

结论 肾细胞H/R损伤过程中P
arthanatos死亡可能发挥重要作用,而Dex可能通过抑制ROS的产生降低Parthanatos死亡的发生。

【关键词】 右美托咪定;缺氧/复氧;Parthanatos
中图分类号:R
692.6;R971+
.2 文献标志码:A doi:10.3969/j.issn.1671-332X.2021.05.041DexmedetomidineinhibitsParthanatosinhumanrenaltubularepithelialcellsduringhypoxia/reoxy
genation
GUYu ,YAOYonghua,LUDianyu 【Abstract】 Objective Toinvestigatetheeffectofdexmedetomidine(Dex)onreactiveoxygenspecies(ROS)content
andParthanatosinrenaltubularepithelialcellsduringhypoxia/reoxygenation(H/R)andtofurtherexploretherelationshipbe tweenParthanatosandacutekidneyinjury(AKI)aswellastheprotectiveeffectofDexonrenalcellsH/Rinjury.Methods Humanrenaltubularepithelialcells(HK 2)wereselectedanddividedintocontrolgroup,Dexgroup,H/Rgroupand(Dex+H/R)group.Cellviability,lactatedehydrogenase(LDH)releaseandintracellularROScontentweredetectedwiththeappropri atekits,andtheexpressionsofParthanatos relatedkeygenessuchaspolyADP ribosepolymerase 1(PARP 1)andapoptosisin ducingfactor(AIF)weredetectedbyqPCR.Results Comparedwiththecontrolgroup,LDHreleaseandintracellularROScon tent,aswellasPARP 1andAIFexpressionsinHK 2cellsoftheH/Rgroupweresignificantlyhigher,whilecellsviabilitywassignificantlyinhibited(P<0.05).Dexpretreatmentcouldsignificantlyimprovecellsviability,meanwhilesignificantlyreducedLDHreleaseandintracellularROScontent,anddecreasedtheexpressionsofPARP 1andAIFinHK 2cellsduringH/R(P<0.05).Conclusion ParthanatosmaybeavitalfactorinthedeathofParthanatosamidtheprocessofH/Rinjuryofrenalcells,whileDexmayalleviateParthanatosbyinhibitingROSproduction.
【Keywords】 Dexmedetomidine;Hypoxia/reoxygenation;Parthanatos
【Author′saddress】 AffiliatedCancerHospitalandInstituteofGuangzhouMedicalUniversity,Guangzhou510030,China
急性肾损伤(Acutekidneyinjury,AKI)是一种常见的临床并发症,以肾小球滤过率突然下降为主要特征。

近年来尽管肾脏替代疗法等支持治疗取得了较大进步,
AKI发生5年后死亡率仍高达50%[1]。

肾缺血再灌注
损伤(Renalischemiareperfusioninjury,RIRI)是引发AKI的主要原因,可见于许多临床情况下,如肾移植、部
分肾切除、心脏手术、败血症等[2]。

既往多项研究指出,
RIRI过程中肾小管上皮细胞主要发生凋亡和坏死,然而
采取相应的干预性治疗措施并不能有效降低患者的发
病率及死亡率[3]。

因此,深入探讨RIRI的致病机制,寻
找有效的防治方法仍是临床亟待解决的难题。

新近研究发现D
NA损伤参与多种疾病的细胞损伤和死亡过程,尤其在缺血再灌注损伤(Ischemiareperfu
sioninjury,IRI)相关的细胞死亡中起重要作用[4-5]。


度细胞DNA损伤可以通过活化多聚ADP核糖聚合酶-1(PolyADP-ribosepolymerase-1,PARP-1)完全修复;较严重DNA损伤会引发细胞凋亡;而广泛严重的DNA损伤会引发一种独特的细胞死亡形式———PARP-1依赖性细胞死亡(Parthanatos)。

最近有研究提示Parthana tos可能是IRI细胞死亡的重要形式。

本研究旨在探讨Parthanatos与RIRI病理过程之间的关系,为进一步寻找
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有效药物干预Parthanatos死亡并防治AKI打下基础。

1 材料与方法
1.1 材料
正常人肾小管上皮细胞HK-2(中国典型培养物保藏中心);胎牛血清,胰蛋白酶(Gibco);右美托咪定(Dexmedetomidine,Dex,江苏恒瑞);CCK-8检测试剂盒(Dojindo);LDH试剂盒(Roche);活性氧(reactiveoxy genspecies,ROS)检测试剂(Sigma-Aldrich);Trizol试剂(Invitrogen);ReverTraAceqPCRRTMasterMix和SYBR GreenRealtimePCRMasterMix(TOYOBO)。

1.2 方法
1.2.1 细胞培养及H/R处理 我们采用人肾小管上皮细胞缺氧/复氧(Hypoxia/Reoxygenation,H/R)模型模拟RIRI。

细胞培养箱(温度37℃,湿度90%,95%空气+5%CO

)内细胞培养于含10%胎牛血清的DMEM培养基中。

HK-2细胞培养至融合约80%,进行H/R处理,细胞更换为无糖无血清培养基,放入湿润的缺氧培养箱(Galaxy48R;Eppendorf,Hamburg,德国)进行低
氧(95%N
2+5%CO

)处理24h,随后取出放入常氧环
境进行复氧处理4h,即缺氧24h复氧4h(H/R)处理。

1.2.2 实验分组及药物处理 细胞用随机数字表分为4组:对照组(Control)组、Dex组、H/R组、Dex+H/R组,每组n=5。

Dex组和Dex+H/R组预先用含1nmol/L右美托咪定的培养基处理1h,随后Dex组更换为普通培养基放回常氧培养箱继续培养,Dex+H/R组则更换为无糖无血清培养基放入低氧培养箱进行H/R处理。

1.2.3 细胞活力和LDH释放检测 将HK-2细胞接种于96孔板,细胞密度约5000个/孔。

不同处理完成后,应用细胞计数(CellCountingKit-8,CCK-8)试剂盒和乳酸脱氢酶(Lactatedehydrogenase,LDH)试剂盒,按照试剂盒说明书进行具体操作,使用酶标仪检测检测细胞活力以及LDH释放情况。

1.2.4 检测细胞内ROS含量 细胞接种于24孔板,各组处理完毕后,应用2,7-二氯荧光素二乙酸脂(2,7-dichlorofluoresceindiacetate,DCFH-DA)检测细胞内ROS水平。

1.2.5 实时定量PCR(qRCR) 应用Trizol试剂(In vitrogen)提取细胞中总RNA,NanoDrop-1000分光光度计检测RNA量和浓度,ReverTraAceqPCRRTMasterMix(TOYOBO)进行逆转录,SYBR GreenRealtimePCRMasterMix(TOYOBO)以及RocheLightCycler1 1行qRCR定量分析PARP-1mRNA和凋亡诱导因子(apop tosisInducingFactor,AIF)mRNA变化,使用GAPDH作为管家基因。

1.3 统计学处理
使用SPSS13 0软件进行统计学分析。

计量数据用均数±标准误表示,组间比较使用单因素方差分析,P<0 05表明差异有统计学意义。

表1 实验使用的引物序列
基因引物序列(5′-3′)
PARP-1AGGGCAGCAGCGACTCTCAG
TCCAGCAGGTTGTCAAGCATTTCC
AIFTTCCACAGGCTCCCGTCCAG
TCATGCTGCTCACCGTCCTTAATG
GAPDHACACCCACTCCTCCACCTTT
TAGCCAAATTCGTTGTCATACC
2 结果
2.1 Dex能明显减轻H/R处理导致的HK-2细胞损伤
与Control组相比,H/R处理能明显降低HK-2细胞的活力(P<0 05),而应用1nmol/LDex预处理1h后再行H/R处理,能明显提升HK-2细胞的活力(P<0 05),Dex本身对HK-2细胞的活力无明显作用。

见图1。

 注: 与对照组比较有显著差异,P<0 05;#与H/R组比较有显著统计学差异,P<0.05
图1 CCK-8法检测HK-2细胞的活力
与Control组相比,H/R处理能明显增加细胞LDH的释放(P<0.05),而应用1nmol/LDex预处理1h后再行H/R处理,能明显降低HK-2细胞LDH的释放(P<0.05),Dex本身对HK-2细胞LDH的释放无明显作用。

见图2。

 注: 与对照组比较有显著差异,P<0 05;#与H/R组比较有显著统计学差异,P<0 05
图2 检测HK-2细胞LDH的释放
2.2 Dex能明显抑制H/R处理HK-2细胞内ROS含量的增多
与Control组相比,H/R处理能明显增加细胞内ROS的含量(P<0 05),而应用1nmol/LDex预处理能明显抑制H/R处理HK-2细胞内ROS含量的增加(P<0 05),Dex本身对HK-2细胞ROS的含量无明显


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作用。

见图3。

 注:
与对照组比较有显著差异,P<0 05;#与H/R组比较有显著统
计学差异,
P<0 05图3 检测HK-2细胞内ROS含量
2.3 Dex能明显抑制H/R处理HK-2细胞内PARP-1mRNA和AIFmRNA表达
与Control组相比,H/R处理能明显提升细胞内PARP-1mRNA和AIFmRNA表达(P<0 05),而应用1nmol/LDex预处理能明显抑制H/R处理HK-2细胞内PARP-1mRNA和AIFmRNA表达(P<0 05),Dex本身对HK-2细胞PARP-1mRNA和AIFmRNA表达无明显作用。

见图4。

 注:
与对照组比较有显著差异,P<0 05;#与H/R组比较有显著统
计学差异,P<0 05
图4 检测HK-2细胞内PARP-1mRNA和AIFmRNA的表达
3 讨论
AKI的病理学特征主要是肾小管上皮细胞损伤和
死亡[
6]。

既往研究认为坏死和凋亡是AKI肾细胞最重要的死亡方式[7]。

RIRI不同阶段细胞死亡的主要形式
不同,短暂肾缺血导致细胞凋亡,而长期持续的肾缺血
则造成细胞的坏死[8]。

然而针对坏死和凋亡的干预治
疗并未有效改善RIRI患者的预后。

近年来研究发现,DNA损伤与多种疾病的细胞损伤和死亡相关,尤其在器
官缺血性疾病中似乎扮演着重要的角色[4-5]。

DNA储存着生命体赖以生存和繁衍的遗传信息,其完整性的维系对个体生存和物种稳定起着至关重要的作用。

然而,在生命进程中DNA难免会受到多种外源性(如紫外线辐射和电离辐射)以及内源性(如R
OS)损伤因素的攻击,进而引起DNA损伤[9-11]。

据报道,ROS诱导的氧化应激是引起细胞DNA损伤的重要因素[12]。

我们的前期研究已经证实RIRI过程中会产生大量的
ROS[13]。

因此我们推测RIRI中发生的严重氧化应激可能
造成肾细胞DNA损伤,甚至直接导致细胞死亡。

PARP-1是一种能感应DNA损伤的核蛋白酶。

PARP-1在细胞DNA氧化损伤中具有双向作用:促进DNA损伤修复与细胞存活以及诱导P
arthanatos死亡。

过多ROS诱导的氧化应激会造成持续的DNA损伤,导致PARP-1过度活化,消耗细胞内的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)和ATP,引起能量耗竭及线粒体功能障碍,最终引发AIF介
导的Parthanatos死亡[14]。

本研究建立与动物RIRI模型
相对应的细胞H/
R模型,排除了神经体液的影响,直接探讨其对细胞DNA损伤和细胞Parthanatos死亡的影响。

研究发现,
H/R能明显诱导细胞内ROS的过量产生,同时Parthanatos死亡关键基因PARP-1和AIF的表达明显也增高,这与细胞活力的降低以及LDH释放的增加具有明显的同步性。

提示P
arthanatos死亡可能与H/R导致的肾细胞活力下降以及细胞死亡关系密切。

Dex是一种高选择性的α2肾上腺素能受体(α2-AR)激动剂,具有镇静、镇痛、抗焦虑和抗交感神经的活
性,广泛应用于临床麻醉及重症医学[15-17]。

近年来,
Dex在抑制氧化应激和全身炎症反应、降低细胞死亡等
方面的作用受到越来越多的关注[
18-22]。

本研究发现,应用Dex能明显抑制H/R肾细胞内ROS含量的增加,同时还显著降低H/R肾细胞内PARP-1和AIF的表达,提示Dex可能通过减轻氧化应激,进而降低Parthanatos死亡的发生。

这与Dex预处理可明显增加H/R肾细胞活力、降低肾细胞LDH释放的结果相吻合。

综上所述,我们认为肾细胞缺氧复氧过程中Parthanatos死亡可能具有重要作用,而Dex可能通过抑
制ROS的产生降低Parthanatos死亡的发生。

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