引用本文: 梁景黎, 寇振宇, 曹靖靖, 李輝, 滕賀, 劉愛華, 張傳麗, 東莉潔. 聚嘧啶束結合蛋白相關剪切子高表達對視網膜微血管內皮細胞的影響. 中華眼底病雜志, 2023, 39(4): 324-329. doi: 10.3760/cma.j.cn511434-20210222-00090 復制
病理性視網膜新生血管(RNV)影響視網膜正常結構及視功能,目前臨床尚無有效的治療方法。氧化應激條件下,活性氧(ROS)的產生與血管內皮生長因子(VEGF)表達和血管生成密切相關[1]。聚嘧啶束結合蛋白相關剪切子(PSF)是一種多功能蛋白,在DNA修復、RNA轉錄等方面發揮重要作用[2-3]。本研究團隊前期研究發現,高表達PSF可以通過抑制ROS產生以緩解糖基化終末產物誘導下視網膜色素上皮(RPE)細胞和視網膜Müller細胞損傷。4-羥基壬烯醛(4-HNE)是脂質過氧化氫終產物,作用形式具有濃度依賴性,低濃度4-HNE可能在血管內皮細胞的增生方面發揮誘導作用[4]。文獻報道,4-HNE可誘導人RPE細胞釋放VEGF,加速老年性黃斑變性進展[5];因此,本研究應用低濃度4-HNE建立人視網膜微血管內皮細胞(HRMECs)氧化應激細胞模型,觀察PSF高表達對細胞增生、遷移、管腔形成及ROS產生的調控作用,并初步探討其潛在分子機制。現將結果報道如下。
1 材料和方法
1.1 材料
HRMECs由天津醫科大學眼科醫院眼科研究所劉勃實老師惠贈。本實驗室自行構建pcDNA3.1-PSF質粒;脂質體2000、10%胎牛血清(FBS)、辣根過氧化物酶標記的二抗(ab97051)(美國Abcam公司);4-HNE、雙氯熒光素(DCFDA,美國Sigma公司)。
1.2 方法
細胞培養和分組。對數生長期HRMECs分為正常組、pcDNA-PSF真核表達質粒組(質粒導入組)、4-HNE處理組、PSF高表達聯合4-HNE組(PSF+4-HNE組)、PSF高表達+核因子E2相關因子2(Nrf2)抑制劑(ML385)聯合4-HNE組(PSF+ML385+4-HNE組)、磷酸肌醇3激酶(PI3K)抑制劑LY294002預處理后4-HNE聯合PSF組(LY294002+4-HNE+PSF組)。
質粒導入組應用轉染試劑脂質體2000將1.0 μg pcDNA-PSF真核表達質粒導入細胞中,轉染24 h。4-HNE處理組、PSF處理組聯合4-HNE組、PSF+4-HNE組、PSF+ML385+4-HNE組細胞培養基加入10 μmmol/L4-HNE,刺激12 h。其后,PSF處理組聯合4-HNE、PSF+4-HNE組導入pcDNA-PSF真核表達質粒轉染24 h;PSF+ML385+4-HNE組,pcDNA-PSF真核表達質粒轉染24 h后加入ML385(5 μmol/L)預處理48 h。LY294002+4-HNE+PSF組,LY294002預處理后,4-HNE濃度、刺激時間以及pcDNA-PSF真核表達質粒轉染時間同前。正常組細胞常規培養。
二乙酸熒光素(FDA)檢測PSF對HRMECs活性的影響。取2×104個細胞接種于96孔板中,細胞培育箱中孵育。24 h后,加入FDA工作液,37℃細胞培育箱中避光孵育20 min。用磷酸鹽緩沖液(PBS)清洗細胞2次,加入無FBS培養基覆蓋細胞。熒光顯微鏡下觀察并拍照記錄。
Transwell小室法檢測PSF對HRMECs的遷移能力。取4×104個細胞接種于12孔板上室中,其中12孔板上室加入不含血清的細胞懸液,下室加入RPMI-1640完全培養基。72 h后,多聚甲醛固定10 min,擦去上層未遷移細胞,結晶紫染色10 min,光學顯微鏡下觀察拍照。
Matrigel體外三維成型法檢測PSF對HRMECs管腔形成的影響。96孔板中每孔加入50 μl Matrigel膠,于37 ℃敷箱中放置30 min。每孔加入1×104個細胞,37 ℃培養箱中孵育。6 h后,倒置相差顯微鏡下拍照管腔形成情況。
流式細胞儀檢測PSF對HRMECs中ROS水平的影響。不同處理細胞與含有10 μmol/L DCFH-DA的30 μl PBS于37 °C下孵育30 min,PBS洗滌2次,流式細胞儀檢測ROS表達情況[6]。
實時定量聚合酶鏈反應(RT-PCR)檢測HRMECs中PSF mRNA相對表達量。以磷酸甘油醛脫氫酶為內參,依照公式2-ΔΔCt計算mRNA相對表達量[7]。蛋白質免疫印跡法(Western blot)檢測HRMECs中PSF、Nrf2、血紅素氧合酶-1(HO-1)、磷酸化絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(pAkt)蛋白相對表達量[7]。
1.3 統計學方法
采用SPSS22.0軟件進行統計分析,計量數據以均數±標準差(±s)表示。兩組間比較采用t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 pcDNA-PSF真核表達質粒導入實現PSF在HRMECs中的高表達
RT-PCR、Western blot檢測結果顯示,與正常組比較,質粒導入組細胞內PSF mRNA、蛋白相對表達量明顯升高,差異有統計學意義(t=3.200、15.450,P<0.001)(圖1)。

2.2 PSF抑制4-HNE誘導的HRMECs增生、遷移與管腔形成
4-HNE處理組、PSF+4-HNE組細胞數、遷移細胞數、完整管腔形成數分別為(1.70±0.06)、(0.80±0.13)個,(24.00±0.58)、(10.00±0.67)個和(725.00±5.77)、(318.70±12.13)個。兩組細胞數、遷移細胞數、完整管腔形成數比較,差異均有統計學意義(t=12.311、15.643、17.346,P<0.001)(圖2,3)。


2.3 PSF抑制4-HNE誘導下HRMECs中ROS的產生
流式細胞儀檢測結果顯示,4-HNE處理組、PSF+4-HNE組、PSF+ML385+4-HNE組ROS水平分別為816.70±16.67、416.70±15.44、783.30±17.41;PSF+4-HNE組與4-HNE處理組、PSF+ML385+4-HNE組比較,差異均有統計學意義(t=16.311、14.833、18.442,P<0.001)(圖4)。

2.4 PI3K抑制劑LY294002對PSF處理的HRMECs中pAkt、Nrf2及HO-1表達的影響
Western blot檢測結果顯示,4-HNE處理組、PSF+4-HNE組、LY294002+4-HNE+PSF組HRMECs中pAkt、Nrf2及HO-1蛋白相對表達量分別為0.08±0.01、0.57±0.04、0.35±0.09,0.17±0.03、1.10±0.06、0.08±0.11,0.80±0.14、2.50±0.07、0.50±0.05;與PSF+4-HNE組比較,4-HNE處理組、LY294002+4-HNE+PSF組細胞中pAkt、Nrf2及HO-1蛋白相對表達量降低,差異均有統計學意義(t=17.614、16.553、13.776、17.342 、16.813、18.794,P<0.001)(圖5)。

3 討論
HO-1作為ROS的負性調控因子,其表達上調會抑制視網膜組織內ROS生成,進而抑制缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)表達。VEGF既可以受ROS調節,亦可以促進ROS產生,一旦組織內HIF-1α表達減少,可導致VEGF及VEGF受體表達下降,繼而抑制血管生成和ROS產生[8-9]。
Nrf2是哺乳動物細胞中至關重要的抗氧化信號分子,氧化應激后Nrf2從Keap1解離,轉移到細胞核中并與抗氧化反應元件結合,進而啟動下游抗氧化酶的表達[10]。既往文獻報道,依賴Nrf2的抗氧化劑反應(ARE)可抑制RPE細胞中4-HNE毒性反應,且這種保護機制取決于PI3K途徑功能[11]。Nrf2/ARE信號通路被活化后,進一步激活下游的細胞保護基因并上調包括HO-1在內的抗氧化酶,以抵抗氧化應激介導的細胞損傷并最終維持細胞存活[12]。此外,Nrf2信號通路的激活需要PI3K磷酸化和下游Akt磷酸化的參與[13-14]。上述研究均得與本研究團隊相似的結論,即PSF影響pAkt水平,意味著PSF可能是Akt的上游調節劑,或通過調節Akt的上游分子而不是Akt本身起作用[15]。因此,PI3K作為Akt的上游信號分子是探索PSF功能的良好候選者。在此基礎上,本研究重點關注了Akt信號通路在PSF誘導Nrf2/HO-1信號通路中的作用。在4-HNE誘導的HRMECs氧化應激模型中發現ROS水平增高,而高表達的PSF可以通過降低細胞內ROS水平起到保護細胞的作用,PSF處理細胞可提高pAkt水平。通過使用PI3K的抑制劑LY294002抑制PI3K的活化,Akt磷酸化水平的降低伴隨著Nrf2向細胞核內轉位及HO-1表達減少。本研究結果表明,PSF蛋白經Akt途徑正向調控HO-1的表達。
而本研究顯示PSF可通過活化Akt途徑正向調控Nrf2/HO-1信號通路進而抑制ROS表達,結合其他研究團隊對于ROS調控VEGF表達的相關報道,我們提出新的命題:PSF、ROS與VEGF之間是否存在聯系以及如何相互關聯。鑒于目前研究僅停留在體外細胞水平層面,無法全方位立體模擬錯綜復雜的體內環境,為實現以PSF為靶點基因治療,我們仍需大量來自動物模型的相關數據支持,如氧誘導視網膜新生血管模型、糖尿病模型等。今后工作中,我們將以PSF、ROS、VEGF及新生血管為關鍵詞,整合研究計劃,結合體外細胞實驗與體內動物實驗,多角度挖掘PSF參與血管新生調控的生物學信息,以期為視網膜新生血管性疾病的基因治療夯實理論基礎。
病理性視網膜新生血管(RNV)影響視網膜正常結構及視功能,目前臨床尚無有效的治療方法。氧化應激條件下,活性氧(ROS)的產生與血管內皮生長因子(VEGF)表達和血管生成密切相關[1]。聚嘧啶束結合蛋白相關剪切子(PSF)是一種多功能蛋白,在DNA修復、RNA轉錄等方面發揮重要作用[2-3]。本研究團隊前期研究發現,高表達PSF可以通過抑制ROS產生以緩解糖基化終末產物誘導下視網膜色素上皮(RPE)細胞和視網膜Müller細胞損傷。4-羥基壬烯醛(4-HNE)是脂質過氧化氫終產物,作用形式具有濃度依賴性,低濃度4-HNE可能在血管內皮細胞的增生方面發揮誘導作用[4]。文獻報道,4-HNE可誘導人RPE細胞釋放VEGF,加速老年性黃斑變性進展[5];因此,本研究應用低濃度4-HNE建立人視網膜微血管內皮細胞(HRMECs)氧化應激細胞模型,觀察PSF高表達對細胞增生、遷移、管腔形成及ROS產生的調控作用,并初步探討其潛在分子機制。現將結果報道如下。
1 材料和方法
1.1 材料
HRMECs由天津醫科大學眼科醫院眼科研究所劉勃實老師惠贈。本實驗室自行構建pcDNA3.1-PSF質粒;脂質體2000、10%胎牛血清(FBS)、辣根過氧化物酶標記的二抗(ab97051)(美國Abcam公司);4-HNE、雙氯熒光素(DCFDA,美國Sigma公司)。
1.2 方法
細胞培養和分組。對數生長期HRMECs分為正常組、pcDNA-PSF真核表達質粒組(質粒導入組)、4-HNE處理組、PSF高表達聯合4-HNE組(PSF+4-HNE組)、PSF高表達+核因子E2相關因子2(Nrf2)抑制劑(ML385)聯合4-HNE組(PSF+ML385+4-HNE組)、磷酸肌醇3激酶(PI3K)抑制劑LY294002預處理后4-HNE聯合PSF組(LY294002+4-HNE+PSF組)。
質粒導入組應用轉染試劑脂質體2000將1.0 μg pcDNA-PSF真核表達質粒導入細胞中,轉染24 h。4-HNE處理組、PSF處理組聯合4-HNE組、PSF+4-HNE組、PSF+ML385+4-HNE組細胞培養基加入10 μmmol/L4-HNE,刺激12 h。其后,PSF處理組聯合4-HNE、PSF+4-HNE組導入pcDNA-PSF真核表達質粒轉染24 h;PSF+ML385+4-HNE組,pcDNA-PSF真核表達質粒轉染24 h后加入ML385(5 μmol/L)預處理48 h。LY294002+4-HNE+PSF組,LY294002預處理后,4-HNE濃度、刺激時間以及pcDNA-PSF真核表達質粒轉染時間同前。正常組細胞常規培養。
二乙酸熒光素(FDA)檢測PSF對HRMECs活性的影響。取2×104個細胞接種于96孔板中,細胞培育箱中孵育。24 h后,加入FDA工作液,37℃細胞培育箱中避光孵育20 min。用磷酸鹽緩沖液(PBS)清洗細胞2次,加入無FBS培養基覆蓋細胞。熒光顯微鏡下觀察并拍照記錄。
Transwell小室法檢測PSF對HRMECs的遷移能力。取4×104個細胞接種于12孔板上室中,其中12孔板上室加入不含血清的細胞懸液,下室加入RPMI-1640完全培養基。72 h后,多聚甲醛固定10 min,擦去上層未遷移細胞,結晶紫染色10 min,光學顯微鏡下觀察拍照。
Matrigel體外三維成型法檢測PSF對HRMECs管腔形成的影響。96孔板中每孔加入50 μl Matrigel膠,于37 ℃敷箱中放置30 min。每孔加入1×104個細胞,37 ℃培養箱中孵育。6 h后,倒置相差顯微鏡下拍照管腔形成情況。
流式細胞儀檢測PSF對HRMECs中ROS水平的影響。不同處理細胞與含有10 μmol/L DCFH-DA的30 μl PBS于37 °C下孵育30 min,PBS洗滌2次,流式細胞儀檢測ROS表達情況[6]。
實時定量聚合酶鏈反應(RT-PCR)檢測HRMECs中PSF mRNA相對表達量。以磷酸甘油醛脫氫酶為內參,依照公式2-ΔΔCt計算mRNA相對表達量[7]。蛋白質免疫印跡法(Western blot)檢測HRMECs中PSF、Nrf2、血紅素氧合酶-1(HO-1)、磷酸化絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶(pAkt)蛋白相對表達量[7]。
1.3 統計學方法
采用SPSS22.0軟件進行統計分析,計量數據以均數±標準差(±s)表示。兩組間比較采用t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 pcDNA-PSF真核表達質粒導入實現PSF在HRMECs中的高表達
RT-PCR、Western blot檢測結果顯示,與正常組比較,質粒導入組細胞內PSF mRNA、蛋白相對表達量明顯升高,差異有統計學意義(t=3.200、15.450,P<0.001)(圖1)。

2.2 PSF抑制4-HNE誘導的HRMECs增生、遷移與管腔形成
4-HNE處理組、PSF+4-HNE組細胞數、遷移細胞數、完整管腔形成數分別為(1.70±0.06)、(0.80±0.13)個,(24.00±0.58)、(10.00±0.67)個和(725.00±5.77)、(318.70±12.13)個。兩組細胞數、遷移細胞數、完整管腔形成數比較,差異均有統計學意義(t=12.311、15.643、17.346,P<0.001)(圖2,3)。


2.3 PSF抑制4-HNE誘導下HRMECs中ROS的產生
流式細胞儀檢測結果顯示,4-HNE處理組、PSF+4-HNE組、PSF+ML385+4-HNE組ROS水平分別為816.70±16.67、416.70±15.44、783.30±17.41;PSF+4-HNE組與4-HNE處理組、PSF+ML385+4-HNE組比較,差異均有統計學意義(t=16.311、14.833、18.442,P<0.001)(圖4)。

2.4 PI3K抑制劑LY294002對PSF處理的HRMECs中pAkt、Nrf2及HO-1表達的影響
Western blot檢測結果顯示,4-HNE處理組、PSF+4-HNE組、LY294002+4-HNE+PSF組HRMECs中pAkt、Nrf2及HO-1蛋白相對表達量分別為0.08±0.01、0.57±0.04、0.35±0.09,0.17±0.03、1.10±0.06、0.08±0.11,0.80±0.14、2.50±0.07、0.50±0.05;與PSF+4-HNE組比較,4-HNE處理組、LY294002+4-HNE+PSF組細胞中pAkt、Nrf2及HO-1蛋白相對表達量降低,差異均有統計學意義(t=17.614、16.553、13.776、17.342 、16.813、18.794,P<0.001)(圖5)。

3 討論
HO-1作為ROS的負性調控因子,其表達上調會抑制視網膜組織內ROS生成,進而抑制缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)表達。VEGF既可以受ROS調節,亦可以促進ROS產生,一旦組織內HIF-1α表達減少,可導致VEGF及VEGF受體表達下降,繼而抑制血管生成和ROS產生[8-9]。
Nrf2是哺乳動物細胞中至關重要的抗氧化信號分子,氧化應激后Nrf2從Keap1解離,轉移到細胞核中并與抗氧化反應元件結合,進而啟動下游抗氧化酶的表達[10]。既往文獻報道,依賴Nrf2的抗氧化劑反應(ARE)可抑制RPE細胞中4-HNE毒性反應,且這種保護機制取決于PI3K途徑功能[11]。Nrf2/ARE信號通路被活化后,進一步激活下游的細胞保護基因并上調包括HO-1在內的抗氧化酶,以抵抗氧化應激介導的細胞損傷并最終維持細胞存活[12]。此外,Nrf2信號通路的激活需要PI3K磷酸化和下游Akt磷酸化的參與[13-14]。上述研究均得與本研究團隊相似的結論,即PSF影響pAkt水平,意味著PSF可能是Akt的上游調節劑,或通過調節Akt的上游分子而不是Akt本身起作用[15]。因此,PI3K作為Akt的上游信號分子是探索PSF功能的良好候選者。在此基礎上,本研究重點關注了Akt信號通路在PSF誘導Nrf2/HO-1信號通路中的作用。在4-HNE誘導的HRMECs氧化應激模型中發現ROS水平增高,而高表達的PSF可以通過降低細胞內ROS水平起到保護細胞的作用,PSF處理細胞可提高pAkt水平。通過使用PI3K的抑制劑LY294002抑制PI3K的活化,Akt磷酸化水平的降低伴隨著Nrf2向細胞核內轉位及HO-1表達減少。本研究結果表明,PSF蛋白經Akt途徑正向調控HO-1的表達。
而本研究顯示PSF可通過活化Akt途徑正向調控Nrf2/HO-1信號通路進而抑制ROS表達,結合其他研究團隊對于ROS調控VEGF表達的相關報道,我們提出新的命題:PSF、ROS與VEGF之間是否存在聯系以及如何相互關聯。鑒于目前研究僅停留在體外細胞水平層面,無法全方位立體模擬錯綜復雜的體內環境,為實現以PSF為靶點基因治療,我們仍需大量來自動物模型的相關數據支持,如氧誘導視網膜新生血管模型、糖尿病模型等。今后工作中,我們將以PSF、ROS、VEGF及新生血管為關鍵詞,整合研究計劃,結合體外細胞實驗與體內動物實驗,多角度挖掘PSF參與血管新生調控的生物學信息,以期為視網膜新生血管性疾病的基因治療夯實理論基礎。