・132・ 中华临床医师杂志f电子版)2013年9月第7卷第l8期Chin JClinicians(El ̄ctromcEdition) September15,2013,Vo1.7,No.18 基础论著 ● ERK1/2信号通路在高糖诱导的HK一2 上皮间质转分化中的作用 赵建荣许珊珊 【摘要】 目的观察高糖诱导的细胞外信号调节激酶(ERK1/2)信号通路活化在上皮间质转分化中的 作用,从而探讨延缓糖尿病肾病肾间质纤维化的发生机制。方法体外培养HK.2细胞,随机分为正常对照 组、高糖组、ERK1/2通路抑制剂PD98059+高糖组和高渗组,处理72 h后收集细胞,应用免疫细胞化学 方法检测a.SMA、CK18的表达;应用Westem blot法检测磷酸化ERK1/2、总ERK1/2表达水平的变化。 结果 (1)正常对照组胞质有大量CK18蛋白阳性表达,而c【.SMA蛋白表达呈阴性;高糖组胞质中可见 大量a-SMA蛋白强阳性染色,而CK18蛋白呈阴性表达;经PD98059处理后,CK18表达较高糖组染色深, 而a-SMA表达较高糖组染色浅;高渗组胞质中CK18呈阳性表达,c【.SMA表达呈阴性。 (2)正常对照组 可见少量总ERK1/2表达,P.ERK1/2蛋白仅有微量表达;经高糖刺激48 h后,总ERK1/2表达较正常对照 组无明显差异,p-ERK1/2蛋白表达明显增加(户<0.05);而使用PD98059处理后,总ERK1/2的变化不大, 但p-ERK1/2蛋白的表达却显著降低(尸<O.05);高渗组与正常对照组无显著差异。结论ERK1/2信号通 路可能参与了高糖诱导的人近端肾小管上皮细胞(}玎l(-2)转分化过程,阻断ERK1/2可部分抑制人近端。肾 小管上皮细胞的转分化,进而延缓肾小管间质纤维化的发生和发展。 【关键词】 肾小管; 上皮细胞; 上皮间质转分化; ERK1/2; 磷酸化ERK1/2 The role of the ERK signaling pathway in high glucose-induced epithelial-mesenchymal transiiton of cultured human renal tubular epithelial cells ZHAO Jian-rong,XU Shan-shan.Renal Department Nephrology,AfifliatedHospitaloflnnerMongoliaMedical College,Hohhot 010050,China Correspondingauthor:ZHA0Jian—rong,Email:jrzhao33@sohu.corn [Abstract] Obieetive To observe the role ofERK signaling pathway ni epithelila-mesenchymal transiiton induced by high glucose,and to investigate the mechanism of tubuloimerstitial fibrosis associated with diabetic nephropathy.Methods The human proximal tubular epithelial cell line(HK-2)were randomly treated wim n∞1la1glucose,hi glucose,co-nicubation ofhighglucose、 m speciifcERKinhibitorPD98059ofD-mannitolfor72 h.hTeprotein expressionofa-SMAandCK18in al1the cellswasassessedbythemethodofimmunocytochemistry.The protein expression of ERK and P—ERK was determined by Westem blotting.Results(1)ni control group,CK1 8 was highly expressed in the cytoplasm of tubular epihtelial cells,but not a-SMA were observed.High glucose enhanceda-SMAexpressedinthe cytoplasmoftubular epithelialcells.Meanwhile,theCK18 expressedofscarcely. Combining tll PD98059 and high glucose,the CK18 staining hi er,but c【-SMA staiinng shallower than that of treating、】lrith hi glucose.In D-mannitol group,CK1 8 was expressed in the cytoplasm of tubular epithelial cells, but no 0【-SMA were observe&(2)ni control group,only small amounts of total ERK1/2 were expressed,minute quantity phospho-ERK1/2 were observed.The protein of phospho—ERK1/2 increased remarkably in high glucose—treated cells(P<0.05).the expression of total ERK1/2 had no diferences with control group. Co-incubation ofhigh lgucose with PD98059 erduced the activity ofphospho-ERK1/2 compare to the hi曲glucose rgoup(P<0.05),while total ERK1/2 had no diferences with control group.No signiifcant idferences between control group and D-mannitol group was observed.Conclusion This study suggests that ERK may play an importnat role in the higl1 glucose—induced EMT in utbular epihtelial cells,and interferring ERK may partly inhibit EMT in order to delay the occurrence and progress oftubulointerstitial fibrosis. [Keywords] Kidneytubules;Epithelialcells;Epithelila-mesenchymaltransiitno;ERK1/2;p-ERK1/2 DOI:10.3877/cma.j.ism.1674—0785.2013.18.047 基金项目:内蒙古自治区自然科学基金项目:肾小管间质纤维化分子学机制研究(2010MSl143) 作者单位:010050呼和浩特,内蒙古医科大学附属医院肾内科 通讯作者:赵建荣,Email:jrzhao33@sohu.com 生垡监 匡娅 壶(生王 )2 1 生 月箍!鲞箍 8期Chin J Clinicians(Electronic Edition).SeDtember 15.2013.Vo1.7.N0.18 肾小球系膜细胞扩增及足细胞的损伤是糖尿病肾 4.Westernblot检测ERK1/2和P.ERK1/2:于72 h 病(diabetic nephropathy,DN)早期的主要病理特征, 肾小管间质的损伤及纤维化则在DN发展为肾衰竭过 程中起到重要作用。长期以来,关于DN发病机制的 研究主要集中于肾小球,近年研究表明[1】,肾小管间质 纤维化比肾小球损伤能够更好的反映肾功能衰竭的严 弃掉培养液,用冰预冷的PBS洗3次,加入1.0 ml冰 预冷的细胞裂解液,冰浴裂解30 min,离心取上清应 用BAC法测定蛋白质的浓度。细胞总蛋白经SDS. PAGE电泳后,电转移至PVDF膜,5%脱脂奶粉室温 封闭2 h,TBST洗膜后分别加入兔抗人ERK1/2和 重程度。上皮间质转分化(epithelial—mesenchymal transiiton,EMT)在肾问质细胞外基质积聚、肾间质 纤维化过程中起到关键作用。业已证实 】,高糖可刺 激肾小球系膜细胞及肾小管上皮细胞内ERK通路的激 活。对于ERK通路对DN肾脏EMT的调控效应报道 甚少。本研究采用免疫组织化学及蛋白印迹方法检测 ERK信号通路对EMT的影响,探讨ERK信号通路 对DN肾间质纤维化进展机制。 材料和方法 1.主要试剂:低糖DMEM培养基、高糖DMEM 培养基、胎牛血清(美国Hyclone公司),胰酶、D. 甘露醇、ERK1/2通路抑制剂PD98059(美国Sigma公 司),鼠抗人CK18单克隆抗体、羊抗鼠HRP(武汉 博士德公司)、兔抗人0【.SMA多克隆抗体、羊抗兔 HRP(北京博奥森公司)、兔抗人总ERK1/2和磷酸化 ERK1/2多克隆抗体(美国CST公司)。 , 2.细胞培养与实验分组:正常人近端肾小管上皮 细胞系。2(HK-2)购自中国典型培养物保藏中心 (CC1℃C),使用低糖DMEM+10%胎牛血清的培养 基,37℃,5%CO2条件下生长。细胞长至约80%融 合时进行消化,调节细胞浓度至2×10 /ml接种到6 孔培养板。次日更换无血清培养基培养24 h,使细胞 同步生长。将细胞随机分为: (1)正常对照组(NG 组),用含5.5 mmol/L D—glucose低糖DMEM培养; (2)高糖组(HG组),用含25 mmol/L D—glucose高 糖DMEM培养; (3)PD98059组,用ERK1/2通 路抑制剂PD98059预处理细胞40 min,然后加入 25 mmol/L D—glucose高糖DMEM培养; (4)高渗组 (MG组),用含5.5 mmol/L D—glucose低糖DMEM+ 19.5 mmol/L mannitol培养,48 h后收集细胞。 3.免疫细胞化学检测仅一SMA、CK18的表达:于 6孔板培养各组细胞72 h后,爬片经PBS洗涤3次后 用4%多聚甲醛固定,采用SABC法,分别加入抗 0【.SMA、CK18(工作浓度均为1:5O0),4℃孵育过 夜。第2天二抗孵育,DAB显色,PBS液代替一抗作 阴性对照,以细胞胞质出现棕黄色颗粒为阳性信号。 应用Image—Pro Plus 6.0图像分析系统进行图像分析, 测定积分光密度值。 P。ERK1/2多克隆抗体4℃孵育过夜,加II抗FIRP标 记的羊抗兔IgG孵育2 h,ECL显色,x线片放射自显 影,扫描,照片。应用凝胶图像扫描系统对显影胶片 进行吸光度(A)扫描,以13-actin蛋白条带作内参, 结果用靶蛋白/D—actin比值表示,实验重复3次。 5.统计学处理:计量资料数据均以均数±标准差 ( ±S)表示,采用SPSS 13.0统计软件处理,符合 正态分布,且方差齐者行单因素方差分析,两两间比 较采用LSD法,以P<0.05为差异有统计学意义。 结 果 一、免疫细胞化学显示CK18和a-SMA蛋白的表达 1.免疫细胞化学显示CK18蛋白的表达:细胞培 养48 h,正常对照组胞质有大量棕黄色颗粒,CK1 8蛋 白呈阳性表达;高糖组CK18蛋白表达呈阴性,与正 常对照组相比差异有统计学意义(P<0.05);PD98059 处理组CK18蛋白表达较高糖组高(尸<0.05);高渗 组胞质中CK18呈阳性表达,与高糖组相比较有显著 差异(P<0.05)(图I,表I)。 表1各组HK-2细胞CK18蛋白的表达( ±s) 组别 积分光密度值 正常对照组 60.98±3.56 高糖组 8_35±6.83。 PD98059组 l5.85±4.90b 高渗组 55.45±6-31 注:与正常对照组比较, <0.05;与高糖组比较, <0.05 2.免疫细胞化学显示0【一SMA蛋白的表达:培养 细胞48 h后,正常对照组0【.SMA蛋白表达呈阴性;高 糖组胞质中可见大量棕黄色颗粒, .SMA蛋白阳性染 色,与正常对照组相比差异有统计学意义(P<0.05); PD98059处理组0【一SMA蛋白表达较高糖组低(P< 0.05);高渗组胞质中a-SMA表达呈阴性,与高糖组 相比较有显著差异(P<0.05)(图2,表2)。 二、Westernblot显示ERK1/2和p-ERK1/2蛋白相 对表达水平 Western blot结果显示,HK-2细胞培养48 h,正 常糖对照组可见少量ERK1/2表达,p-ERK1/2仅有微量表 达;高糖刺激48 h后,总ERK1/2表达较正常糖对照组 无明显差异,p-ERK1/2蛋白表达明显上调(P<0.05); PD98059处理组总ERK1/2的变化不大,但P.ERK1/2 的表达却显著降低(P<0.05),提示PD98059能够抑 制ERK1/2发生磷酸化;高渗组与对照组无明显差异 (图3,表3)。 表2各组HK-2细胞tt-SMA蛋白的表达( ± ) 组别 积分光密度值 8.76±4.97 炎机制减慢DN的发展。有学者[71在链脲霉素诱导的糖 尿病大鼠肾小管中研究发现:P38、P.P38和pERK增 加,高糖在LLC.PK1细胞(近端肾小管细胞)中可刺 激ERK和P38活化,进一步诱导TGF—p,诱发细胞 肥大。王保兴等【8J研究发现高糖环境中megsin基因转 染使小鼠肾小球系膜细胞血小板源性生长因子BB (PDGF.BB)表达增高,可能部分通过ERK通路使 TGF.131表达下调及Ⅳ型胶原合成与分泌增加,从而参 与肾小球硬化的过程。 我们的免疫细胞化学结果显示,正常对照组胞质 正常对照组 高糖组 PD98059组 40.52±9.39 22.43±3.05 7.O2±4.28 高渗组 注:与正常对照组比较,ap<0.05;与高糖组比较,bp<0.05 有大量CK18强阳性染色,(t-SMA呈阴性表达。高糖 组CK18蛋白阴性表达,胞质中可见大量ct-SMA强阳 表3 48h各组HK-2细胞p-ERK1/2蛋白及总ERK1/2 蛋白相对表达水平( ± ) 性染色,即高糖刺激48 h后,上皮性标志物CK18表 达减弱,成纤维细胞的标志物a-SMA表达增强,发生 了EMT。经PD98059处理后,CK18蛋白染色较高糖 组深,而 .SMA表达较高糖组染色浅,说明PD98059 能够抑制HK-2细胞发生EMT。高渗组胞质中CKl8 阳性染色,a-SMA表达呈阴性 即相同渗透压的甘露 注:与正常对照组比较, <0.05;与高糖组比较,bp<0.05 醇与高糖组比较,对HK-2细胞无明显影响,没有诱导 HK-2细胞发生EMT,提示高糖可以直接参与而不通 讨 论 过高渗透压诱导肾小管上皮细胞转分化,可能是DN EMT在胚胎的发育、伤口的愈合、组织的重建、 肾间质纤维化的重要机制之一。Western blot法检测结 器官的纤维化及肿瘤的进展中起到关键作用。DN的主 果进一步发现,正常对照组可见少量总ERK1/2表达, 要病理改变为正常及异常的细胞外基质(胶原、LN、 P.ERK1/2蛋白基本仅有微量表达;经高糖刺激48 h后, FN)的积聚,包括肾小球系膜(肾小球硬化)及。肾间 总ERK1/2表达较正常糖对照组无明显差异,p-ERK1/2 质间隙(肾小管间质纤维化),最终导致DN患者肾 蛋白表达明显增加(P<0.05),与免疫组化检测结果 功能进行性下降、肾脏瘢痕形成及肾脏的纤维化。研 中0【一SMA表达变化趋势一致,可见ERK1/2信号通路 究证实 ,小鼠肾脏纤维化过程中,12%的成纤维细胞 参与了高糖诱导的肾小管上皮细胞的转分化过程。而 来自骨髓,30%通过肾小管上皮细胞的EMT而来,而 使用了ERK信号通路特异性抑制剂PD98059处理 有35%的成纤维细胞通过与微脉管系统相关的内皮细 后,总ERK1/2的变化不大,但p-ERK1/2蛋白的表达却 胞的内皮间质转分化(endothelia1 MT,EndMT)。 显著降低(P<0.05),提示PD98059能够抑制高糖诱 高血糖作为糖尿病的最基本生化特性,可直接损 导的ERK1/2发生磷酸化,进一步表明ERK1/2信号通 伤肾脏,也可通过晚期氨基糖苷类代谢产物的堆积、 路在高糖诱导肾小管上皮细胞的转分化过程中起到关 多元醇通路的激活、二酯酰甘油蛋白激酶C的活化及 键作用,阻断ERK1/2信号通路将有可能成为抑制EMT 氧化应激等环节导致和加速DN的发生及发展。有研 的新靶点。综上可见,阻断ERK通路的活化可能通过 究表明 ,ERK可能参与了糖尿病肾小球内皮细胞 抑制EMT的过程来减缓DN发生和发展的过程。 ICAM—l激活,从而参与巨噬细胞的浸润,促进细胞基 (本文图片及参考文献见光盘) (收稿日期:2013.07-26) 质的积聚和肾间质的纤维化,而ERK抑制剂可通过抗 (本文编辑:戚红丹) 赵建荣,许珊珊.ERK1/2信号通路在高糖诱导的HK-2上皮间质转分化中的作用【J/CD】.中华临床医师杂志:电子版,2013,7(18):8294.8298.