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HES5对肾小管上皮细胞转分化和凋亡的影响及其机制研究
张羽寒1, 衡雪2, 朱琳1, 谢攀1, 许桂莲3, 彭侃夫1     
1. 400038 重庆,陆军军医大学(第三军医大学):第一附属医院肾科;
2. 400038 重庆,陆军军医大学(第三军医大学):第一附属医院烧伤科;
3. 400038 重庆,陆军军医大学(第三军医大学):基础医学院免疫学教研室
[摘要] 目的 探讨HES5(hairy and enhancer of split 5)对TGF-β1诱导的肾小管上皮细胞转分化和凋亡的作用及其潜在机制。方法 分析和筛选GSE66494数据中的差异表达基因。建立小鼠的输尿管梗阻模型(unilateral uretera obstruction,UUO),检测肾组织中HES5的表达水平。TGF-β1(10 ng/mL)处理HK-2细胞24 h建立肾小管上皮-间质转化模型后,通过qRT-PCR和Western blot检测HES5的表达水平。用过表达HES5的质粒转染HK-2细胞,24 h后检测其纤连蛋白(Fibronectin,FN)、胶原蛋白Ⅰ(Collagen Ⅰ)和波形蛋白(Vimentin)及凋亡相关标志物(Bax、Bcl2)等蛋白表达;然后,将HK-2细胞分为4组:Control组、siHES5组、TGF-β1组、siHES5+TGF-β1组,检测各组的纤维化及凋亡标志物的表达情况。运用TUNEL及流式细胞术检测各组细胞的凋亡情况。Western blot检测各组AKT、p-AKT、PI3K、p-PI3K的蛋白表达。通过加入PI3K抑制剂(LY294002)处理过表达HES5的HK-2细胞后,检测Vimentin的表达。结果 HES5的表达在慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)和小鼠纤维化肾组织中均显著上调; 过表达HES5可以促进HK-2细胞中FN、Collagen Ⅰ、Vimentin、Bax的合成,抑制Bcl2的表达(P<0.05);敲低HES5不仅下调纤维化标志物的表达,还抑制了肾小管上皮细胞凋亡; 此外,HES5基因敲低使TGF-β1诱导的HK-2细胞内PI3K/AKT信号通路的激活程度降低(P<0.05);PI3K/AKT信号通路抑制剂减弱了HES5对Vimentin的诱导作用。结论 敲低HES5可以抑制TGF-β1诱导的肾小管上皮细胞转分化和凋亡,这可能与PI3K/AKT信号通路活性降低有关。
[关键词] HES5    上皮-间质转分化    细胞凋亡    PI3K/AKT信号通路    TGF-β1    
Effect of HES5 on transdifferentiation and apoptosis of renal tubular epithelial cells and its underlying mechanism
ZHANG Yuhan1, HENG Xue2, ZHU Lin1, XIE Pan1, XU Guilian3, PENG Kanfu1     
1. Department of Nephrology, First Affiliated Hospital, Army Medical University (Third Military Medical University), Chongqing, 400038;
2. Department of Burns, First Affiliated Hospital, Army Medical University (Third Military Medical University), Chongqing, 400038;
3. Department of Immunology, College of Basic Medical Sciences, Army Medical University (Third Military Medical University), Chongqing, 400038, China
[Abstract] Objective To investigate the effect of hairy and enhancer of split 5 (HES5) on transdifferentiation and apoptosis of renal tubular epithelial cells induced by TGF-β1 and its potential mechanism. Methods The differentially expressed genes in GSE66494 data were analyzed and screened. The mouse model of unilateral uretera obstruction (UUO) was established, and the expression level of HES5 was detected in the renal tissue. HK-2 cells were treated with 10 ng/mL TGF-β1 for 24 h to establish a tubular epithelial-mesenchymal transition (EMT) model, and then qRT-PCR and Western blotting were performed to detect the expression of HES5 at mRNA and protein levels. After HK-2 cells were transfected with the plasmid overexpressing HES5, the protein levels of fibronectin, collagen Ⅰ, vimentin, apoptosis markers Bax and Bcl2 were detected in 24 h later. Then, HK-2 cells were divided into Control group, siHES5 group, TGF-β1 group, and siHES5+TGF-β1 group. The protein level of fibrosis and apoptosis markers were measured in above groups with Western blotting. TUNEL staining and flow cytometry were employed to detect cell apoptosis. Western blotting was applied to determine the protein levels of AKT, p-AKT, PI3K and p-PI3K. HK-2 cells overexpressing HES5 were treated with PI3K inhibitor LY294002, and the expression of vimentin was detected. Results The expression of HES5 was significantly up-regulated in both chronic kidney disease (CKD) and fibrotic kidneys of mice. Overexpression of HES5 promoted the synthesis of fibronectin, collagen Ⅰ, vimentin and Bax in HK-2 cells, and inhibited the expression of Bcl2 (P<0.05). HES5 knockdown not only down-regulated the expression of fibrosis markers, but also inhibited the apoptosis of HK-2 cells. Furthermore, HES5 knockdown inhibited the activation of PI3K/AKT signaling pathway induced by TGF-β1 in HK-2 cells (P<0.05). Inhibitors of the PI3K/AKT signaling pathway inhibitor attenuated the induction of HES5 on vimentin. Conclusion HES5 knockdown inhibits the transdifferentiation and apoptosis in TGF-β1-induced renal tubular epithelial cells, which may be related to the decreased activity of the PI3K/AKT signaling pathway.
[Key words] hairy and enhancer of split 5    epithelial-mesenchymal transition    cell apoptosis    PI3K/AKT signaling pathway    TGF-β1    

慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)进展至肾衰竭的最常见病理表现是肾脏纤维化,其特征为肾小球硬化、肾小管萎缩和肾间质纤维化[1-2]。由于缺乏靶向治疗来延缓肾纤维化,患有CKD的患者常面临着不良的预后和沉重的经济负担。其中,肾小管上皮细胞的上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT) 是触发肾纤维化形成的关键机制,然而目前临床上尚缺乏特异性生物标志物和有效治疗靶点。因此积极寻找调控肾小管上皮细胞EMT发生的关键靶分子,对于进一步揭示肾纤维化病理机制尤显重要[3-4]

HES5(hairy and enhancer of split 5)是碱性-螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix,bHLH)超家族成员,作为一个重要转录因子广泛参与了细胞分化、凋亡、增殖乃至肿瘤发生等生理病理过程[5-7]。前期研究对于HES5的关注点主要集中在神经分化和恶性肿瘤,而最近的研究开始聚焦在肾脏领域。研究发现,注射丹参芍药散血清可以抑制Notch信号通路,治疗组的Jagged1、Notch1、HES5、NICD、α-SMA和Vimentin的蛋白和mRNA水平显著降低,从而改善肾小管细胞上皮-间充质转化[8]。另有研究显示:在小鼠的单侧输尿管梗阻模型中,HES5的mRNA表达上调,同时伴随着IL-22的上调;而HES5在正常小鼠的肝脏和肾脏中的表达较低[9]。一系列研究证实,Notch信号通路促进肾纤维化的进展[10-11]。而HES5是Notch通路的下游靶基因,其参与多种肾脏疾病,但在肾纤维化中的作用及机制尚不清楚。

EMT是一个动态而复杂的过程,包括TGF-β信号通路、Wnt信号通路、RAAS信号通路和Notch信号通路参与[11-13]。除此,磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B, PI3K/AKT)信号通路的激活也是发生EMT的一个关键驱动因素[14-15]。研究证实,TGF-β1可以激活PI3K,导致其下游效应分子AKT发生磷酸化,从而激活肾间质纤维化进展[16-17]。综上所述,本研究主要通过建立肾小管上皮-间质转化模型, 探究HES5是否参与肾小管上皮细胞转分化和细胞凋亡;进一步探讨敲低HES5抑制肾小管上皮细胞发生EMT的机制是否与PI3K/AKT信号通路有关。

1 材料与方法 1.1 差异表达基因的筛选

从基因表达综合数据库(Gene Expression Omnibus, GEO)下载序列号为GSE66494的基因表达谱。GSE66494数据包括正常肾活检组织样本(8个)和CKD患者肾活检组织样本(53个)。以|log2FC|≥1和P<0.05作为筛选标准选出差异表达基因(differentially expressed gene,DEG)后,利用R语言,借助ggplot2绘制火山图,并且注释出NOTCH信号通路下游的靶基因。

1.2 输尿管梗阻模型(unilateral uretera obstruction,UUO)建立

16只8周龄雄性C57BL/6背景野生型小鼠,体质量20~23 g,购自江苏集萃药康生物科技股份有限公司,饲养于陆军军医大学免疫学研究所的层流动物房,恒温、恒湿条件下自由饮水,实验方案由陆军军医大学实验动物福利伦理委员会批准(AMUWEC20210702)。实验分组如下: 假手术组(Sham组)、手术组(UUO组),每组8只。建立小鼠UUO模型,即给予1%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉之后,取腹部正中1 cm切口,逐层分离至左侧肾脏及输尿管,充分暴露输尿管,6-0丝线结扎后自中间剪断输尿管,观察无明显出血后关闭腹腔。假手术组仅分离输尿管,不结扎剪断,其余步骤同手术组。保温毯上复苏小鼠后,分笼饲养并每日观察小鼠状态。14 d后,收集小鼠左侧肾脏用于下一步实验。

1.3 肾小管上皮-间质转化模型的构建

HK-2细胞(武汉普诺赛生命科技有限公司) 在37 ℃、5%CO2的孵箱中培养,2~3 d换液1次。当细胞铺板后达到约70%密度时,将HK-2细胞饥饿24 h,接着用终浓度为0、5、10、15 ng/mL TGF-β1(武汉爱博泰克生物科技有限公司)分别处理24 h或者用终浓度为10 ng/mL TGF-β1分别刺激0、24、48、72 h。最后,使用倒置显微镜(日本尼康公司)观察细胞的形态和Western blot检测纤连蛋白(Fibronectin,FN)、胶原蛋白Ⅰ(Collagen Ⅰ)和波形蛋白(Vimentin)蛋白。

1.4 质粒及siRNA设计

通过qRT-PCR扩增合成HES5的编码序列,并克隆到T载体质粒上。T-HES5构建体后,T-HES5和pcDNA3.1+经BamHⅠ和EcoRⅠ双重酶切。将靶标HES5片段和pcDNA3.1+骨架连接起来,随后转入大肠杆菌感受态细胞。选择单克隆菌落后,鉴定重组的pcDNA3.1-HES5构建体,并由上海生物工程公司测序。

根据人HES5信使RNA(mRNA)序列设计了3种HES5特异性siRNA,并由上海生物工程公司合成。这些靶向序列如下:HES5-207:CGAGCAGCUGAAGCUG-CUGCUTT;HES5-354:CCAGGACUACAGCGAAGGCU-ATT和HES5-420:CGCCAGCGACACGCAGAUGAATT。设置Control组、siNC组、siHES5-3组、siHES5-2组、siHES5-1组,运用qRT-PCR和Western blot鉴定最有效的siRNA。一种无关的双链RNA,UUCUCCGAACG-UGUCACGUTT被用作阴性对照。

1.5 瞬时转染

当HK-2细胞达到70%~80%汇合率时,通过Lipofectamine 3000(Invitrogen,美国)以转染指定的质粒或小干扰RNA(siRNA)。用pcDNA 3.1-HES5转染HK-2细胞48 h构建过表达模型,设置对照组(Control组)、空载组(Vector组)、HES5组(HES5质粒转染组);用HES5 siRNA敲低处理HK-2细胞24 h后,使用在浓度为10 ng/mL TGF-β1的培养基或者普通培养基继续诱导其24 h,设置Control组、siHES5组、TGF-β1组、siHES5+TGF-β1组(TGF-β1诱导转染HES5 siRNA的HK-2细胞组),以备后续实验。

1.6 RNA分离和qRT-PCR检测

借助TRIzol试剂盒(Invitrogen,美国)提取各组HK-2细胞的总RNA,然后参考制造商的方案,逆转录为cDNA后进行扩增,通过比较循环阈值并以β-tubulin作为内参计算, 检测各组细胞中HES5的mRNA相对表达水平。HES5上游引物:5′-ACCGCATCAACAG-CAGCATT-3′,下游引物:5′-AGGCTTTGCTGTGCTTCA-GGT-3′;β-tubulin上游引物:5′-ATCCAGAGCAGGGA-AAGCTG-3′,下游引物:5′-CTCAGGCCGTTGTTCTA-GGG-3′。

1.7 蛋白质印迹分析

使用含磷酸酶抑制剂的裂解缓冲液(Thermo Fisher Scientific,美国)提取细胞总蛋白,并测定浓度后保存。将蛋白样品依次进行电泳、转膜、封闭后,分别予以一抗HES5(中国ABclonal,1∶500)、Bax(美国CST,1∶1 000)、Bcl2(美国CST,1∶1 000)、Fibronectin(美国Bioworld,1∶1 000)、Vimentin(美国Bioworld,1∶3 000)、Collagen Ⅰ(美国CST,1∶1 000)、p-PI3K(中国Bioss,1∶1 000)、PI3K(中国Bioss,1∶1 000)、p-AKT(中国Bioss,1∶1 000)、AKT(中国Bioss,1∶1 000)、β-tubulin(美国Bioworld,1∶3 000)。在4 ℃下过夜。次日复温、洗涤后,孵育二抗,显影。最后,将各条带灰度值直接与内参β-tubulin相比,并将3次独立实验所得结果进行统计分析。

1.8 免疫荧光及TUNEL检测

在6孔板里制备细胞爬片,转染或加药处理一定时间后,用4%甲醛固定细胞30 min后透化、封闭、一抗过夜。次日,将细胞与Cy3/Dylight488偶联的二抗(Biolegend,美国)避光孵育1 h。最后,用Hoechst 33258(Beyotime,中国)对细胞核进行共染色,并使用荧光显微镜(奥林巴斯,日本)观察并采集图像。

用4%甲醛固定制备的细胞爬片30 min,然后根据制造商(Beyotime,中国)的说明进行TUNEL测定。最后,通过荧光显微镜观察并采集图像。

1.9 流式细胞仪检测细胞凋亡率

根据需求处理各组实验细胞,用0.25%胰蛋白酶(不含EDTA)处理后,利用Annexin V-FITC细胞凋亡检测试剂盒(BestBio,中国)及流式细胞仪(BD,美国) 检测凋亡的HK-2细胞。

1.10 统计学分析

所有实验按3次独立实验进行,应用GraphPad Prism 8.0进行数据分析,计量资料以x±s表示。组间比较采用非配对t检验。P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果 2.1 HES5在慢性肾脏病中的差异性表达

根据GSE66494芯片的分析结果绘制成火山图(图 1)。在GSE66494数据集中注释出Notch通路的一系列下游靶基因:HES1、HES4、HES5、HES6、HES7、HEYL、HEY2。不难发现,其中HES5是在CKD中显著上调的差异性基因(P<0.05)。并且,在小鼠的UUO模型中也得到相似的结论:与Sham组相比,HES5在纤维化的肾组织中表达明显增加(图 2)。

图 1 GSE66494中DEG的火山图

图 2 HES5高表达于UUO诱导的小鼠纤维化肾组织中

2.2 HES5在TGF-β1处理的HK-2细胞中表达显著上调

HK-2细胞在终浓度为0、5、10、15 ng/mL的TGF-β1刺激24 h后,纤连蛋白(Fibronectin,FN)、胶原蛋白Ⅰ(Collagen Ⅰ)和波形蛋白(Vimentin)均以剂量依赖性方式上调(图 3A),结果显示10 ng/mL TGF-β1能明显诱导HK-2细胞的转分化。因此,本研究以10 ng/mL TGF-β1分别处理HK-2细胞0、24、48、72 h,其中24 h组显示3种纤维化相关因子的表达上调均具有统计学意义(P<0.05,图 3B)。综合考虑,选用10 ng/mL TGF-β1处理HK-2细胞24 h作为后续实验建立体外肾纤维化模型的条件。

A:不同浓度TGF-β1对FN、Collagen Ⅰ及Vimentin蛋白表达的影响   a:P<0.05,与0 ng/mL比较;B:不同刺激时间TGF-β1对FN、Collagen Ⅰ及Vimentin蛋白表达的影响   b:P<0.05,与0 h比较 图 3 TGF-β1诱导肾小管上皮细胞发生EMT

本研究首先运用qRT-PCR和Western blot检测TGF-β1(10 ng/mL)处理HK-2细胞24 h后HES5的表达,结果显示:TGF-β1处理后,HES5在基因和蛋白水平的表达均显著上调(P<0.05,图 4A)。除此,研究发现TGF-β1以时间和剂量依赖性方式诱导HES5的蛋白表达(图 4BC)。以上结果表明,HES5在TGF-β1诱导的HK-2细胞中表达显著上调。不难发现,HK-2细胞的成纤维细胞样改变越明显,HES5表达越高,结果提示两者可能存在着某种联系。

A:TGF-β1(10 ng/mL)处理HK-2细胞24 h后HES5的蛋白和基因表达情况   a: P<0.05,与Control组比较;B:不同刺激时间TGF-β1对HES5蛋白表达的影响   b:P<0.05,与0 h比较;C:不同浓度TGF-β1对HES5蛋白表达的影响c:P<0.05,与0 ng/mL比较 图 4 TGF-β1诱导的HK-2细胞中HES5表达的情况

2.3 过表达HES5促进肾小管上皮细胞转分化和凋亡

为了验证这一推测,本研究将含有HES5的质粒瞬时转染到HK-2细胞中。首先,通过Western blot和qRT-PCR验证质粒构建的有效性,结果显示:在转染pcDNA3.1-HES5的HK-2细胞中,HES5蛋白表达量高于对照组(Control组)和空载体组(Vector组),并具有统计学意义;与Control及Vector组相比,HES5组mRNA表达量明显升高(P<0.05,图 5A),以上结果均说明成功构建了过表达HES5的HK-2细胞模型。其次,本研究运用Western blot评估了每组FN、Collagen Ⅰ、Vimentin的表达水平。结果显示:HES5组的FN、Collagen Ⅰ、Vimentin的蛋白表达与Control组相比明显增加(P<0.05,图 5B)。此外,与Control组相比,HES5过表达组显示出Bax表达的增加和Bcl2表达的减少,结果具有统计学意义(P<0.05,图 6A)。通过TUNEL进一步验证,HES5组的细胞凋亡与Control组相比明显增加(图 6B)。以上结果证实,过表达HES5触发了肾小管上皮-间质转化和细胞凋亡的开关。

a:P<0.05,与Control组比较; b: P<0.05,与Vector组比较
A:质粒转染48 h后检测HES5的蛋白及mRNA的表达情况;B:各组细胞中FN、Collagen Ⅰ及Vimentin蛋白表达的影响
图 5 过表达HES5诱导肾小管上皮细胞发生EMT

A:各组细胞Bax、Bcl2蛋白表达的情况   a:P<0.05,与Control组比较;b: P<0.05,与Vector组比较;B:TUNEL荧光染色观察各组肾小管上皮细胞凋亡情况 图 6 过表达HES5诱导肾小管上皮细胞凋亡

2.4 敲低HES5减轻了TGF-β1诱导的肾小管上皮细胞转分化和凋亡

为了进一步验证HES5在肾纤维化中的作用,本研究通过Western blot和qRT-PCR筛选最有效的干扰序列,结果显示:并非所有HES5 siRNA均能有效地抑制HES5蛋白的表达,相较于其他2组HES5的干扰序列,HES5 siRNA-1的抑制效果最佳(P<0.05),其抑制率约为50%(图 7A)。通过Western blot检测证实,与TGF-β1刺激野生型HK-2细胞相比,用TGF-β1刺激HES5敲低的HK-2细胞,其FN、Collagen Ⅰ、Vimentin的表达均下调(图 7B)。免疫荧光检测得出了一致的结论(图 7C)。另外,Western blot和流式细胞术的结果表明,HES5基因的敲低削弱了TGF-β1诱导的HK-2细胞凋亡(P<0.05,图 8)。以上实验结果证实,敲低HES5可以在体外显著抑制肾小管上皮-间质转化和细胞凋亡。

a:P<0.05,与Control组比较;b:P<0.05,与TGF-β1组比较;c:P<0.05,与siNC组比较
A:siHES5转染48 h后检测HES5的蛋白及mRNA表达情况   1:Control组;2:siNC组;3:siHES5-3组;4:siHES5-2组;5:siHES5-1组;B:Western blot检测各组细胞中FN、Collagen Ⅰ、Vimentin蛋白表达的影响   1:Control组;2:siHES5+TGF-β1组;3:siHES5组;4:TGF-β1组;C:免疫荧光检测各组细胞中FN表达的情况
图 7 敲低HES5对TGF-β1诱导肾小管上皮细胞发生EMT的影响

1:Control组;2:siHES5+TGF-β1组;3:siHES5组;4:TGF-β1组;a:P<0.05,与Control组比较;b:P<0.05,与TGF-β1组比较
A:Western blot检测各组细胞中Bax、Bcl2蛋白表达的情况;B:流式细胞仪检测各组HK-2细胞凋亡情况
图 8 敲低HES5对TGF-β1诱导肾小管上皮细胞凋亡影响

2.5 调控HES5对TGF-β1激活的PI3K/AKT信号通路的影响

本研究在细胞层面进一步探讨HES5调控上皮-间质转分化的信号机制。由于PI3K/AKT信号通路与肾纤维化的发展过程密切相关,因此对PI3K/AKT信号通路相关指标的表达进行检测。Western blot检测结果显示,与TGF-β1组比较,用TGF-β1刺激HES5敲低组的p-PI3K、p-AKT蛋白表达量明显减少(P<0.05),提示HES5基因敲低使TGF-β1诱导的HK-2细胞内PI3K/AKT信号通路的激活程度降低(图 9)。通过加入PI3K抑制剂后,Vimentin的表达较单纯HES5组明显降低(图 10),说明PI3K/AKT信号通路可能与肾小管上皮-间质转化有关。

1:Control组;2:siHES5+TGF-β1组;3:siHES5组;4:TGF-β1组;a: P<0.05,与Control组比较;b:P<0.05,与TGF-β1组比较 图 9 敲低HES5对TGF-β1激活的PI3K/AKT信号通路的影响

图 10 PI3K/AKT信号通路抑制剂对HES5诱导的Vimentin影响

3 讨论

慢性肾脏病定义为各种原因引起的肾脏结构或功能损害(≥3个月),具有病程长、预后差、并发症多及经济负担重等特点,迄今由于缺乏有效治疗手段而面临严峻挑战[2]。肾脏纤维化是慢性肾病的共性,与疾病的进展密切相关。最近的一些重要进展已经阐明了上皮-间质转化(EMT)在肾纤维化背后的核心地位,可作为一种延缓肾纤维化的潜在治疗靶标[3-4]。因此,探索调控肾小管上皮细胞EMT发生的核心靶分子,对于防治慢性肾脏病,延缓肾纤维化进展具有重要临床意义。

既往研究证实,Notch信号通路参与IgA肾病、糖尿病肾病、高血压肾病的肾纤维化进程,而HES5作为Notch通路下游的靶基因是否参与肾纤维化尚无定论[13, 18-19]。本研究首先借助基因的差异性和UUO模型分析得出:HES5的表达在CKD和小鼠纤维化肾组织中均显著上调,这与以往研究结论相似[8-9]。接着,研究发现TGF-β1以剂量依赖性和时间依赖性的方式上调HES5的蛋白表达,HES5表达的增加伴随着FN、Collagen Ⅰ、Vimentin等促纤维化指标的表达增加,故本研究通过建立过表达或敲低HES5的细胞模型来进一步探讨HES5在肾小管EMT中的作用。研究发现,HES5过表达可以促进肾小管上皮细胞EMT的进展,体现在与野生型HK-2细胞相比,质粒组的HK-2细胞中FN、Collagen Ⅰ、Vimentin表达较高。此外,敲低HES5显著抑制TGF-β1诱导HK-2细胞发生EMT,降低了FN、Collagen Ⅰ、Vimentin的表达。这些结果进一步支持HES5参与了EMT的发生发展且可以独立于TGF-β1发挥作用。

除此,HES5已被报道参与多种细胞的凋亡过程,如精原细胞、肝细胞、肠上皮细胞、神经元等[20-22]。有研究表明,在非酒精性脂肪性肝病中HES5抑制的LIGHT转录可能有助于肝细胞凋亡[20];而在高同型半胱氨酸血症中可以通过下调HES1和HES5表达来诱导嗅球神经元的凋亡[21]。本研究利用基因转染技术调控HES5的表达,借助Western blot、TUNEL及流式细胞术等实验技术探究HES5对肾小管上皮细胞凋亡的调控作用。实验发现质粒组的HK-2细胞中Bax蛋白增加和Bcl2蛋白减少;流式细胞术结果提示敲低HES5表达降低了TGF-β1诱导HK-2细胞凋亡率。肾间质炎症反应、肾小管上皮细胞凋亡和进行性纤维化是慢性肾损伤的主要表现,其中细胞凋亡与肾纤维化关系密切[23]。大量研究证实,抑制或逆转细胞凋亡可延缓肾纤维化的进程,改善CKD患者的预后,提示细胞凋亡在肾纤维化的演变过程中扮演着重要的角色[24-25]。本研究揭示HES5是肾细胞调控凋亡的重要分子,并且敲低HES5有可能通过减少细胞凋亡来参与阻止肾纤维化的进展。

肾小管上皮细胞被认为是EMT的参与者,也是受害者,其失去自身的细胞特性而获得肌成纤维细胞特性的过程在各类CKD发生肾纤维化中起重要作用[12, 26]。既往研究证实,PI3K的激活触发其下游的关键激酶AKT的活化,从而促进肾小管上皮细胞发生EMT[14-16]。PI3K/AKT信号通路的激活可以对肾组织产生不同的生物学效应,包括细胞凋亡、脂质代谢和EMT等。有研究发现,抑制Notch途经可以通过下调PI3K/AKT途径来减轻高糖诱导的足细胞凋亡,从而对糖尿病肾病起保护作用[27];槲皮素通过靶向抑制PI3K/AKT途径可能最大限度地减轻大鼠的肾纤维化和细胞凋亡[28]。本研究结果显示TGF-β1会诱导HK-2细胞中PI3K/AKT通路表达上调,而敲低HES5可抑制TGF-β1诱导的PI3K/AKT通路的激活。通过使用PI3K抑制剂处理过表达HES5组后,Vimentin表达的促进作用被减弱。以上研究结果表明,敲低HES5有可能通过降低PI3K/AKT的活化程度发挥其抗纤维化的作用。

综上所述,本研究发现HES5可能在肾小管上皮细胞的EMT进程中扮演关键的角色。敲低HES5的表达可抑制肾小管上皮细胞转分化和凋亡,这可能与PI3K/AKT信号通路活性降低有关。在一定程度上,有望为慢性肾脏病患者抗纤维化治疗提供新思路和有效靶点,但具体机制还有待进一步探讨。

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经国家新闻出版署批准,《第三军医大学学报》于2022年第1期更名为《陆军军医大学学报》。国内统一刊号CN50-1223/R,ISSN 2097-0927。主管单位为陆军军医大学,主办单位为陆军军医大学教研保障中心。

文章信息

张羽寒, 衡雪, 朱琳, 谢攀, 许桂莲, 彭侃夫
ZHANG Yuhan, HENG Xue, ZHU Lin, XIE Pan, XU Guilian, PENG Kanfu
HES5对肾小管上皮细胞转分化和凋亡的影响及其机制研究
Effect of HES5 on transdifferentiation and apoptosis of renal tubular epithelial cells and its underlying mechanism
陆军军医大学学报, 2024, 46(11): 1214-1225
Journal of Army Medical University, 2024, 46(11): 1214-1225
http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202310103

文章历史

收稿: 2023-10-26
修回: 2023-11-24

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