・lO・ 匿垫苤查 !!生 第 卷舅1期Med&Pharm J Chin PLA,Vo1.29,No.1,Jan.2017 ・论著・ 高糖对原代人脐静脉内皮细胞的损伤作用及机制研究 哈小琴,王 娟,白燕青,徐 倩,曹荟哲,曾通旭,杨志华 [摘要] 目的观察高浓度葡萄糖对原代人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial ce11,HUVECs)的 分别用低浓度葡萄糖(LG组,5.5 mmol/L)和高浓度葡萄糖(HG组,35 mmo1/ 损伤作用,并探讨其损伤机制。方法L)培养基培养HUVECs 24、72、120 h,胆囊收缩素八肽(CCK一8)检测高糖对HUVECs存活率影响,荧光探针检测细胞 活性氧(ROS)、一氧化氮(NO)水平,蛋白免疫印迹检测Bax、Bcl一2、沉默信息调节因子1(silent mating type information regulation 2 homolog 1,SIRT1)和一氧化氮合酶(eNOS)的表达。结果HG组处理72、120 h细胞存活率、Bc1.2均低于 LG组,ROS水平、Bax和Bax/Bcl一2高于LG组,差异有统计学意义(P<0.05)。HG组处理HUVECs 24、72、120 h SIRT1和NO相对含量低于LG组,处理72、120 h eNOS低于LG组(P<0.05)。结论 高糖可使HUVECs存活率下 降,增强细胞内氧化应激反应,提高Bax/Bcl-2比值,可能与抑制SIRT1一eNOS通路使NO生成减少有关。 [关键词] 人脐静脉内皮细胞;一氧化氮;高糖;沉默信息调节因子1 【中国图书资料分类号] R587.1 [文献标志码] A [文章编号] 2095 140X(2017)O1-0010-05 [DOI] 10.3969/j.issn.2095—140X.2017.01.003 Injury Effect of High Glucose on Original Generation of HUVECs and Its Mechanism HA Xiao—qin ,WANG Juan‘・ ,BAI Yan.qing’XU Qian ,CAO Hui.zhe ,ZENG Tong—xu ,YANG Zhi—hua (1.De. ,partment of Clinical Laboratory,Lanzhou General Hospital of Lanzhou Military Area Command,Lanzhou 730050,China; 2.Department of Clinical Laboratory,Juye County People ̄Hospital,Juye,Shandong 274900,China) [Abstract] Objective To investigate injury effect of high glucose concentration on original generation of human umbilical vein endothelial cells(HUVECs)and its injury mechanism.Methods HUVECs were cultured by medium of low concentration of glucose(LG,5 5 mmol/L)and high concentration of glucose(HG,35 mmol/L)respectively for 24 h,72 h and 120 h.Effect of HG on survival rate of HUVECs was detected by using cholecystokinin一8(CCK一8)assay, and reactive oxygen species(ROS)and nitric oxide(NO)levels were detected using fluorescent probe,and then expres— sions of HG on Bax,Bcl一2,silent mating type information regulation 2 homolog 1(SIRT1)and endothelial nitric oxide synthase(eNOS)expressions were detected by western bolt method.Results In HG group,after culturing for 72 h and 1 20 h.values of survival rate and Bc1.2 were lower.while values of ROS and Bax/Bcl一2 ratio were higher than those in LG group(P<0.05);after culturing orf 24 h,72 h and 120 h,relative amounts of SIRT1,and eNOS were lower than those in LG group:after culturing orf 72 h and 120 h.eNOS expressions were lower than those in LG group(P<0.05). Conclusion HG may decrease survival rate。increase of intracellular oxidative stress reaction,improve Bax/Bcl一2 ratio of HUVECs.which may be associated with inhibition of SIRT1.eNOS pathway to reduce NO production. [Key words]Human umbilical vein endothelial cell;NO;High glucose;Silent mating type information regula— tion 2 homolog 1 糖尿病血管并发症是糖尿病患者致死致残的主 症的发生、发展密切相关,高糖所致的血管内皮功能 障碍是糖尿病血管并发症的始发因素和病理生理基 要原因,其病理生理机制包括:高血糖、高游离脂肪 酸、胰岛素抵抗、一氧化氮(NO)生成减少利用度降 低、炎性反应、氧化应激增强、糖基化终产物累积、血 管平滑肌细胞功能障碍等。其中高血糖与血管并发 [基金项目] 国家自然科学基金(81273568) [作者单位]730050兰州,兰州军区兰州总医院检验科(哈 础¨训。因此,研究高糖状态下血管内皮细胞损伤 机制对糖尿病血管并发症的防治尤为重要。本文以 原代人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endo— thelial cell,HUVECs)为细胞模型,通过检测高糖对 细胞活性氧(ROS)、NO产生、凋亡相关蛋白,以及 沉默信息调节因子1(silent mating type information regulation 2 homolog 1,SIRT1)和内皮型一氧化氮合 小琴、王娟、白燕青、徐倩、曹荟哲、曾通旭、杨志华);274900 山东巨野,巨野县人民医院检验科(王娟) [通讯作者] 哈小琴,E—mail:haxiaoqin2013@163.corn 酶(eNOS)表达的影响,探究高糖诱导血管内皮细胞 损伤机制。 医药杂盎2017生1月筮 鲞筮 塑 ! 鱼 1材料和方法 : !: 竺: : :』 : Q ! : : 1.3.2 CCK.8检测高糖对HUVECs存活率的影响: 取第3—5代细胞,调整细胞浓度为3×10 个/ml, 经兰州军区兰州总医院伦理学委 1.1标本来源接种于96孔板。将细胞分为低糖组(LG组)与高 糖组(HG组),每组设4个复孑L,待细胞融合至 50%,将LG组和HG组分别以葡萄糖浓度为5.5和 35 rnmol/L的ECM换液,分别处理24、72、120 h。 员会批准,产妇知情同意,无菌留取新鲜脐带1根 (6 h内,约15 am)。术前四项(乙型肝炎、丙型肝 炎、艾滋病、梅毒)检测阴性,置于装有50 ml无菌 PBS的广口瓶内,立即进行HUVECs分离培养。 处理结束后,HG组每孔加入10 txl CCK一8溶液, 37%培养箱孵育2 h,用酶标仪测定450 llm处吸光 1.2主要材料及仪器设备 内皮细胞培养基(ell— dothelial cell medium,ECM)、内皮细胞生长因子 (endothelial cell growth supplement,ECGS)购于美国 Siciencell公司,胎牛血清、Ⅱ型胶原蛋白酶购于美 国GIBCO公司,45%葡萄糖液购于美国Sigma公 司,CD31、CD34荧光抗体购于美国BD公司,胆囊收 缩素八肽(CCK.8)试剂购于日本同仁化学研究所, ROS、NO荧光探针购于江苏碧云天生物技术有限公 司,小鼠抗人eNOS单克隆抗体、兔抗人Bax单克隆 抗体、兔抗人Bc1.2单克隆抗体、小鼠抗人B—Actin 单克隆抗体购于美国Abcam公司,兔抗人SIRT1单 克隆抗体购于美国Cell Signaling公司,小鼠抗兔 IgG、山羊抗小鼠IgG购于中杉金桥公司,细胞培养 瓶、培养皿及96孔板购于美国Coming公司。流式 细胞分析仪(BD公司,美国),全自动凝胶成像分析 仪(UVItee Conpany,英国),INC153型CO2培养箱 (美墨尔科技公司,德国),电泳仪和自动酶标仪 (Bio.Rad公司,美国)。 I.3试验方法 1.3.1原代HUVECs的分离、培养、鉴定:采用酶 消化法分离HUVECs,无菌条件下留取长约15 am 新鲜脐带(6 h之内)1根,无菌PBS冲洗脐带表面 至无血污。将脐带两端用大剪刀修剪平整,找到脐 静脉,插入灭菌的不锈钢灌胃针头,注射器抽取 37℃无菌PBS冲洗至液体变为无色。向静脉内注 入约5 ml 1%的Ⅱ型胶原蛋白酶并用血管钳夹闭脐 带两端,37℃水浴10~15 rain,期间轻轻揉搓脐带外 表面促使内皮细胞脱落。将脐带一端沿血管钳剪断 收集消化液于无菌培养皿内,并向脐静脉内注入约 10 ml PBS冲洗,将冲洗液也收集到培养皿内。将培 养皿内细胞悬液转移至离心管内1000 r/rain离心 10 min,弃上清,加入到含5 ml ECM完全培养基(含 1%ECGS和5%FBS)的一次性细胞培养瓶内, 37℃5%CO 饱和湿度细胞培养箱培养。24 h后观 察细胞形态并换液,细胞融合70%~80%时,按1: 4进行传代培养。细胞传代培养至第3代,消化细 胞,CD31荧光抗体避光染色30 rain,流式细胞仪检 测阳性细胞百分率。 度值,计算细胞存活率。细胞存活率(%)=HG组 OD值/LG组OD值×100%。 1.3.3荧光探针检测HUVECs细胞内ROS和NO 含量:以1×10 个/孔种6孔板,细胞融合50%后, 将细胞分为LG组与HG组,处理24、72、120 h后, 消化细胞,PBS洗涤2次,分别用1:1000稀释的 ROS荧光探针和NO荧光探针染色20 min,PBS洗 涤3次,用300 Ixl PBS重悬细胞,以495 nm为激发 波长515 nm为发射波长,流式细胞仪检测细胞荧光 效率。 1.3.4蛋白免疫印迹(Western blot)检测高糖对 HUVECs Bax、Bc1.2、SIRT1和eNOS蛋白表达影响: 将细胞分为LG组、高糖处理24 h组(HG-24 h组)、 高糖处理72 h组(HG.72 h组)和高糖处理120 h组 (HG-120 h组)。细胞处理结束后,PBS冲洗2次, 甩干,每瓶细胞内加入100 tzl蛋白裂解液(1 ml裂 解液中含有10 I浓度为100 mmol/L的苯甲基碘 酰氟化物溶液),冰上裂解30 min。用细胞刮刀将 裂解液刮至细胞瓶一角,转移至EP管内,离心取上 清进行蛋白定量。按50 Ixg/ ̄L蛋白量上样,进行 SDS—PAGE电泳,电泳结束后,将目的蛋白和B.Ac. tin蛋白所在区带电转移至纤维素膜上。5%脱 脂奶粉封闭2 h,4℃一抗稀释液(B—Actin:1:2000; Bax:1:2000;Bcl一2:1:2000;SIRT1:1:1000; eNOS:1:1000)孵育过夜。加入1:5000稀释的酶 标二抗,室温孵育2 h。电化学发光(ECL)超敏发光 液显色,曝光。分析目的蛋白条带灰度值,并计算目 的蛋白相对表达量,目的蛋白相对表达量=目的蛋 白灰度值/13一Actin灰度值。 1.4统计学方法 应用SPSS 21.0软件进行统计 学分析,计量资料以均数±标准差( .4-s)表示,多组 间比较采用单因素方差分析,两两比较采用t检验, 0【=0.05为差异有统计学意义。 2 结果 2.1原代HUVECs的形态学观察及鉴定 细胞培 养至24 h镜下可观察到短梭形贴壁细胞,围绕单个 医药杂志2017年1月第29卷第1期Med Phar C : : !』an. Q ! : : 3讨论 HUVECs是研究糖尿病血管内皮细胞损伤体外 实验最常用的细胞模型,主要有原代HUVECs和 HUVECs细胞株两种。HUVECs细胞株种类较多, 包括HUVECs-C、HUVECs一12、EA.HY926等,多为 端粒永生化或与癌细胞杂交所得,培养要求低,可以 无限传代。相对于细胞株原代HUVECs vWF因子 分泌表达量高,电镜观察内皮细胞特异性Webel- Palade小体多,具有更好的内皮生物学特性,但分离 培养要求高且有杂细胞 。HUVECs原代培养的方 法有组织块移植法、机械刮取法和酶消化法,其中酶 消化法应用最为普遍 。胶原蛋白酶相较于胰酶 作用温和,对细胞损害小且掌握好消化时间所得杂 细胞也较少。本研究采用Ⅱ型胶原蛋白酶37℃消 化15~20 min,CD31细胞阳性率达99.64%。除此 之外,培养基的选择对原代HUVECs的培养尤为重 要,本实验采用内皮细胞培养基,加入1%的ECGS, 细胞状态良好可稳定传代。因此,Ⅱ型胶原蛋白酶 消化联合ECM培养可迅速获得大量原代HUVECs, 是良好的原代HUVECs来源。 血管内皮细胞结构和功能的完整性是保障正常 血液循环的基础。正常情况下,内皮细胞除具有屏 障作用外还可通过分泌多种生物活性因子(如NO、 前列环素)发挥调节血流量和血管张力的作用。糖 尿病时高血糖、氧化应激增强、游离脂肪酸升高,胰 岛素抵抗均可导致内皮细胞功能障碍。而高血糖所 致的内皮细胞功能障碍是糖尿病血管病变的始发因 素和病理生理学基础 ,因此研究高糖状态下血 管内皮细胞的损伤机制对糖尿病血管病变的防治至 关重要。本研究结果显示,HG组处理72、120 h HUVECs存活率均低于LG组,ROS水平高于LG 组,提示高浓度葡萄糖可使HUVECs存活率降低, 提高细胞内ROS水平。 Bcl一2蛋白家族在多种细胞凋亡通路的调节中 起着至关重要的作用,Bcl一2和Bax是Bc1.2蛋白家 族最重要的组成部分,分别起到抑制细胞凋亡和促 进细胞凋亡的作用 。本研究结果显示,HG组处 理72、120 h Bcl一2低于LG组,Bax和Bax/Bc1.2均 高于LG组,提示高糖可以促进Bax表达并抑制Bcl一 2表达,使Bax/Bcl一2比值增大,HUVECs凋亡增加。 SIRT1是Sirtuin家族成员,可以通过对组蛋白 去乙酰化,影响细胞转录,参与多种细胞代谢调 节 。。 。在血管系统 ̄IRT1与血管生成及维护血管 内皮细胞稳态密切相关¨ 。 。2型糖尿病患者内皮 祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs)减少与 SIRT1蛋白水平下调相关¨ ,上调SIRT1表达可以 减少EPCs自噬诱导的凋亡,防止EPCs衰老和分化 障碍,促进内皮细胞损伤修复 ” 。近期研究表 明,SIRT1可以通过PD—Kinase/AKT信号通路增加 eNOS表达并增强胰岛素敏感性改善细胞功 能 。在内皮细胞中L.精氨酸通过eNOS转化为 NO和瓜氨酸。NO作为内皮依赖性血管舒张因子, 具有降低血小板聚集,抑制白细胞黏附,防止单核细 胞趋化,血管平滑肌细胞增殖的功能 。正 常情况下,内皮依赖性血管舒张因子与内皮依赖性 血管收缩因子间的平衡对控制局部血管张力和功能 至关重要。高糖时NO分泌减少、ROS升高,NO生 物利用度降低,促使血管痉挛,加速血管并发症进 程。本研究结果显示,HG组处理HUVECs 24、72、 120 h SIRT1和NO相对含量低于LG组,处理72、 120 h eNOS低于LG组。提示高浓度葡萄糖可以通 过抑制SIRT1.eNOS轴,降低细胞内NO水平。 综上所述,高糖可使HUVECs存活率降低,其 机制与细胞内ROS水平和Bax/Bcl一2比值升高导致 的细胞凋亡增加以及SIRT1。eNOS通路被抑制,NO 生成减少有关。但高糖通过何种机制抑制SIRTt, 以及SIRT1如何抑制eNOS的活性都有待进一步 研究 [参考文献】 [1] Caballero A E.Endothelial dysfunction in obesity and in— sulin resistance:a road to diabetes and heart disease『J]. 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