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      IL-22促進(jìn)滑膜細(xì)胞表達(dá)MMP3、VEGF而抑制MMP13的表達(dá)

      2017-08-07 02:30:01侯衛(wèi)坤
      關(guān)鍵詞:滑膜定量軟骨

      侯衛(wèi)坤,王 博,劉 林,許 鵬*

      (1西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部附屬紅會醫(yī)院關(guān)節(jié)病醫(yī)院骨壞死與關(guān)節(jié)重建病區(qū),西安 710054;2西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心;*通訊作者,E-mail:sousou369@163.com)

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      IL-22促進(jìn)滑膜細(xì)胞表達(dá)MMP3、VEGF而抑制MMP13的表達(dá)

      侯衛(wèi)坤1,王 博2,劉 林1,許 鵬1*

      (1西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部附屬紅會醫(yī)院關(guān)節(jié)病醫(yī)院骨壞死與關(guān)節(jié)重建病區(qū),西安 710054;2西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)中心;*通訊作者,E-mail:sousou369@163.com)

      目的 觀察IL-22在體外對滑膜成纖維細(xì)胞MMP3、MMP13及VEGF表達(dá)的影響。 方法 納入2012-03~2012-06在西安市紅會醫(yī)院接受全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者,分為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)及骨性關(guān)節(jié)炎(OA)兩組,每組各8例患者;用實時定量PCR檢測膝關(guān)節(jié)滑膜組織IL-17、IL-22、IL-17RA、IL-22R1、IL-22BP、AHR、MMP3及MMP13等基因mRNA水平的表達(dá)。體外培養(yǎng)滑膜細(xì)胞系HTB-93,分為對照組、IL-22組及IL-22+IL-22BP組,實時定量PCR檢測MMP3、MMP13及VEGF基因mRNA水平的表達(dá)變化。結(jié)果采用Mann-WhitneyU檢驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 結(jié)果 在OA滑膜組織中,IL-22、IL-22R1、AHR以及MMP13 mRNA表達(dá)水平較在RA滑膜組織中高(P<0.05),而IL-17RA及MMP3則相反,在RA滑膜組織中表達(dá)較高(P<0.05)。體外培養(yǎng)HTB-93滑膜細(xì)胞系上,與對照組相比,IL-22組MMP3和VEGF的mRNA表達(dá)上調(diào)(P<0.05),而MMP13的mRNA表達(dá)下調(diào)(P<0.05);與IL-22組相比,IL-22+IL-22BP組的MMP3和VEGF的mRNA表達(dá)有下調(diào)趨勢,而MMP13的mRNA表達(dá)有上調(diào)趨勢,兩組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。 結(jié)論 IL-22在OA滑膜組織中的表達(dá)較高,在體外可促進(jìn)滑膜細(xì)胞表達(dá)MMP3、VEGF而抑制MMP13的表達(dá)。

      骨性關(guān)節(jié)炎; 類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎; IL-22; 滑膜細(xì)胞; MMP; VEGF

      IL-22是Th22型細(xì)胞分泌的代表性細(xì)胞因子,其通過與特異性的IL-22R1結(jié)合發(fā)揮作用,在機(jī)體內(nèi)存在IL-22的可溶性受體IL-22BP,對IL-22的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)起抑制作用。IL-22在多種自身免疫性疾病中發(fā)揮作用,本課題的前期研究發(fā)現(xiàn)IL-22在關(guān)節(jié)炎的慢性期表達(dá)顯著增高(未發(fā)表),然而,其在滑膜炎發(fā)病中的作用尚不明確。

      類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(RA)和骨性關(guān)節(jié)炎(OA)是兩種不同類型的關(guān)節(jié)炎,均可表現(xiàn)出滑膜炎。RA為一種慢性免疫炎性疾病,滑膜炎是其主要病理改變,活化的T細(xì)胞在RA發(fā)病過程中起著重要作用[1,2]。OA的特征性病理改變是關(guān)節(jié)軟骨的進(jìn)行性退變和繼發(fā)性骨質(zhì)增生[3],關(guān)節(jié)滑膜也可出現(xiàn)一定的增生和淋巴細(xì)胞浸潤,是導(dǎo)致中老年人殘疾的主要疾病之一[4,5]。

      為進(jìn)一步明確IL-22對滑膜炎的作用,本研究比較兩種疾病滑膜組織中IL-22相關(guān)基因表達(dá)譜的改變,進(jìn)一步在體外觀察IL-22對滑膜細(xì)胞的功能影響。

      1 材料與方法

      1.1 RA和OA患者滑膜標(biāo)本收集

      本實驗研究對象RA和OA患者各8例,為2012-03~2012-06西安市紅會醫(yī)院住院接受全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者。根據(jù)病史、查體和X線片等資料,參照美國風(fēng)濕病學(xué)會(1986)推薦的膝關(guān)節(jié)RA和OA診斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行診斷[6]。排除標(biāo)準(zhǔn)為合并嚴(yán)重心肺功能不良、肺炎、泌尿系感染,術(shù)前服用激素、免疫抑制劑等。在進(jìn)行膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)時,切下的滑膜先除凈附著的脂肪組織后轉(zhuǎn)移到-80 ℃低溫冰箱凍存。所有研究對象填寫了書面知情同意書。本研究經(jīng)西安市紅會醫(yī)院倫理委員會審查通過。

      1.2 細(xì)胞株、主要試劑和儀器

      HTB-93(滑膜細(xì)胞株)購自美國ATCC細(xì)胞庫,IL-22(美國Peprotech公司),IL-22BP(美國R&D Sytems公司),Trizol(美國Invitrogen公司),反轉(zhuǎn)錄試劑盒(加拿大Fermentas公司),SYBR green熒光定量PCR試劑盒(日本Takara公司),PCR引物合成(上海生工),DMEM培養(yǎng)基(美國Gibco),胎牛血清(杭州四季青),微量核酸/蛋白定量儀(Cecil儀器公司,型號CE 2301),實時定量PCR儀(iQ5,美國Bio-Rad公司),全波長酶標(biāo)儀(美國Thermo公司)。

      1.3 研究方法

      將患者滑膜組織中的RNA提取,采用實時定量PCR檢測IL-17、IL-22、IL-17RA、IL-22R1、IL-22BP、AHR、MMP3及MMP13等基因mRNA的表達(dá);進(jìn)行HTB-93細(xì)胞培養(yǎng),觀察IL-22對滑膜細(xì)胞增殖的影響,再用實時定量PCR檢測MMP3、MMP13及VEGF等基因mRNA的表達(dá)。

      1.4 RNA提取、定量和鑒定、逆轉(zhuǎn)錄cDNA及實時定量PCR

      滑膜組織及細(xì)胞的總RNA采用Trizol的方法提取。將得到總RNA在微量核酸/蛋白定量儀上定量,測OD260/OD280比值在1.8-2.0之間??俁NA采過瓊脂糖凝膠電泳的方法進(jìn)行鑒定,觀察28S、18S條帶清晰完整,兩個條帶灰度的比值是否接近2 ∶1,提取RNA的質(zhì)量良好。按照生廠商(加拿大Fermentas公司)的說明書,mRNA首先逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA第一鏈。先用純水將cDNA稀釋8倍;在200 μl的PCR 8連管中加入4 μl cDNA模板、5 μl 2×SYBR Green Ⅱ Supermix以及上下游引物各0.5 μl;混勻、離心;在實時定量PCR儀上檢測IL-17、IL-22、IL-22R1、IL-22BP、AHR、MMP3、MMP13及VEGF等基因mRNA水平的表達(dá)。反應(yīng)條件如下:95 ℃ 3 min;95 ℃ 10 s,退火溫度20 s,72 ℃ 20 s,40個循環(huán)。所用引物和退火溫度見表1,內(nèi)參照選用β-actin,基因表達(dá)量采用2-ΔΔCt法進(jìn)行計算。

      1.5 細(xì)胞培養(yǎng)及實驗分組

      體外培養(yǎng)HTB-93細(xì)胞,培養(yǎng)基為DMEM高糖培養(yǎng)基+10%胎牛血清,在37 ℃ 5% CO2培養(yǎng)箱培養(yǎng)。在6孔板中接種細(xì)胞的數(shù)量為每孔30×104個細(xì)胞;接種后24 h進(jìn)行干預(yù)實驗。實驗分組為:對照組(每孔加入2 ml PBS),IL-22組(每孔加入2 ml含10 ng/ml IL-22的培養(yǎng)基),IL-22+IL-22BP組(每孔加入2 ml含10 ng/ml IL-22及10 ng/ml IL-22BP的培養(yǎng)基),每組均有3個復(fù)孔;培養(yǎng)48 h收獲細(xì)胞。

      表1 實時定量PCR引物信息

      Table 1 Sequences of real time PCR primers

      引物序列(5'-3')擴(kuò)增長度(bp)退火溫度(℃)hIL-17Sense:GACTCCTGGGAAGACCTCATTGGAntisense:CTTGTCCTCAGAATTTGGGCATCC11554hIL-22Sense:CCTATATCACCAACCGCACCTTCAntisense:AGATTGAGGGAACAGCACTTCTTC17653hIL-17RASense:GTGAGCACGCCAGGATGAAGAntisense:TTGGATCGCTGGTGGAACTC23158hIL-22R1Sense:TCCAGCCTCACCACTCACAAGAntisense:TTCATTTCATCTTCACCACAACTCC13061hIL-22BPSense:CAGTGGGTAGCAGGAGAAGGACAntisense:GGAGAGGCAGTGAGCAGGAG19753hAHRSense:CTAACAGATGAGGAAGGAACAGAGCAntisense:AGAGTGGATGTGGTAGCAGAGTC18264hMMP3Sense:AACAATGGACAAAGGATACAACAGGAntisense:CATCTTGAGACAGGCGGAACC16264hMMP13Sense:CAGTGGTGGTGATGAAGATGATTTGAntisense:TCTAAGGTGTTATCGTCAAGTTTGC19764hVEGFSense:CTACCTCCACCATGCCAAGTAntisense:TCTCTCCTATGTGCTGGCCT31158hβ-actinSense:ATCGTGCGTGACATTAAGGAGAAG17961

      1.6 細(xì)胞增殖檢測

      MTT法通過讀取OD490值而反映細(xì)胞活力,而細(xì)胞活力與細(xì)胞數(shù)呈正相關(guān),本研究通過MTT法檢測IL-22對滑膜細(xì)胞增殖的影響,按照加入IL-22的不同濃度進(jìn)行分組。96孔板中每孔接種2×104個MTB-93細(xì)胞;接種第2天細(xì)胞完全貼壁后,每孔加入含不同濃度IL-22(5,10,20,40 ng/ml)的培養(yǎng)基200 μl,每個濃度都有6個復(fù)孔;24 h或48 h再加入MTT 20 μl(5 mg/ml),繼續(xù)在37 ℃ 5% CO2培養(yǎng)箱孵育4 h;小心棄去培養(yǎng)基,再加入150 μl DMSO,在微量振蕩器上充分振蕩10 min,使結(jié)晶物完全溶解;在全波長酶標(biāo)儀上讀取OD490值。

      1.7 統(tǒng)計學(xué)分析

      所有的實驗數(shù)據(jù)均采用SPSS15.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行統(tǒng)計,數(shù)據(jù)分布不符合正態(tài)分布,采用Mann-WhitneyU非參數(shù)檢驗統(tǒng)計;P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

      2 結(jié)果

      2.1 RA與OA滑膜組織中細(xì)胞因子mRNA的表達(dá)

      在OA滑膜組織中,IL-22、AHR以及MMP13 mRNA表達(dá)水平較在RA滑膜組織中高(P<0.05),而IL-17RA及MMP3則相反,在RA滑膜組織中表達(dá)較高(P<0.05)。IL-22R1在OA滑膜組織的表達(dá)水平較在RA滑膜組織中的表達(dá)水平有增高的趨勢,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),而IL-22BP相反,在RA滑膜組織中的表達(dá)水平有增高趨勢,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),二者的比值IL-22R1/IL-22BP在OA中顯著高于RA滑膜組織中(P<0.05)。IL-17在兩組之間的表達(dá)無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05,見圖1)。

      2.2 IL-22對滑膜細(xì)胞表達(dá)MMP3、MMP13及VEGF的影響

      體外培養(yǎng)滑膜細(xì)胞系HTB-93,觀察不同濃度IL-22分別刺激24 h 或48 h對細(xì)胞增殖的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)5,10,20,40 ng/ml濃度都對HTB-93細(xì)胞的增殖無明顯影響(P>0.05,見圖2A,2B)。在滑膜細(xì)胞系HTB-93上,與對照組相比,IL-22組MMP3和VEGF的mRNA表達(dá)上調(diào)(P<0.05),而MMP13的mRNA表達(dá)下調(diào)(P<0.05);同IL-22組相比,IL-22+IL-22BP組的MMP3和VEGF的mRNA表達(dá)有下調(diào)趨勢,而MMP13的mRNA表達(dá)有上調(diào)趨勢,但差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見圖2C-E)。

      與OA比較,*P<0.05圖1 OA與RA患者膝關(guān)節(jié)滑膜組織中相關(guān)基因的mRNA表達(dá)Figure 1 Comparison of related gene mRNA expression in synovial tissues between OA and RA patients

      A,B.MTT法檢測不同濃度IL-22對HTB-93細(xì)胞增殖的影響,分別觀察了作用24 h(A)和48 h(B)兩個時間點(diǎn);C-E.10 ng/ml IL-22單獨(dú)刺激或者10 ng/ml IL-22+10 ng/ml IL-22BP聯(lián)合作用于HTB-93細(xì)胞系48 h后MMP3(C)、MMP13(D)以及VEGF(E)mRNA的表達(dá)改變;與對照組(Ctrl)比較,*P<0.05圖2 IL-22對滑膜增殖及表達(dá)MMP3、MMP13和VEGF的影響Figure 2 Effect of IL-22 on synovial proliferation and expression of MMP3,MMP13 and VEGF

      3 討論

      IL-22與RA發(fā)病關(guān)系尚不明確。在RA患者血漿中IL-22表達(dá)水平較正常高,的滑膜組織中IL-22及IL-22R1的mRNA均顯著上調(diào),而IL-22陽性細(xì)胞既有A型滑膜細(xì)胞,也有B型滑膜細(xì)胞;IL-22R1主要表達(dá)在B型滑膜細(xì)胞上[7]。在CIA小鼠模型上,也發(fā)現(xiàn)血清中IL-22的表達(dá)較正常對照組顯著升高,而IL-22-/-小鼠CIA的發(fā)病率及發(fā)病程度均顯著下降,其滑膜組織中的促炎因子(IL-1β、IL-6及TNF-α)和MMP9的mRNA表達(dá)也下降[8]。

      MMP是一大類降解細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白酶,它們在組織降解、修復(fù)等過程中起著重要作用。MMP3又叫間質(zhì)溶解素1,可降解纖連蛋白、層粘連蛋白、Ⅲ、Ⅳ、Ⅸ、Ⅹ型膠原以及軟骨蛋白聚糖;MMP13也稱為膠原酶Ⅲ,可特異性的降解CⅡ、也可降解Ⅰ和Ⅲ型膠原,在關(guān)節(jié)軟骨轉(zhuǎn)換和OA的病理改變中其重要作用。MMP3與局部細(xì)胞的遷移有關(guān),而MMP13可能與軟骨內(nèi)成骨過程相關(guān)[9]。

      在皮膚損傷修復(fù)的研究中發(fā)現(xiàn),IL-22可刺激角質(zhì)形成細(xì)胞分泌MMP3,并且使角質(zhì)形成細(xì)胞的遷移性增加,從而加速組織愈合[10,11]。本研究結(jié)果顯示IL-22可促進(jìn)滑膜細(xì)胞表達(dá)MMP3,與皮膚組織中的研究結(jié)果一致,提示IL-22可能在關(guān)節(jié)滑膜組織的修復(fù)過程中起作用。然而,本研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)IL-22抑制MMP13的表達(dá)??赡艿脑蛉缦拢菏紫?,MMP3和MMP13的調(diào)節(jié)方式不盡相同。MMP3和MMP13的啟動子區(qū)均有AP-1的結(jié)合位點(diǎn),因此,IL-1和TNF-α通過激活MAPK通路調(diào)節(jié)AP-1的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)MMP3和MMP13的表達(dá);激活MMP3的另一途徑是NF-κB,在MMP3的啟動子區(qū)有它的結(jié)合區(qū)域,而MMP13的啟動子區(qū)則無[12]。已有資料表明,STAT通路也參與MMPs基因的表達(dá),在皮膚損傷修復(fù)以及腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移中起著調(diào)節(jié)作用[13,14]。由于IL-22主要激活JAK-STAT,因此,IL-22對MMP3和MMP13的調(diào)節(jié)作用不同可能是由此造成的。然而在RA和OA患者滑膜中的檢測結(jié)果為IL-22與MMP13的表達(dá)呈正相關(guān),而與MMP3負(fù)相關(guān)。提示,體內(nèi)除了IL-22以外,還有其他因素參與了MMPs的調(diào)節(jié)。其次,在正常關(guān)節(jié)組織,MMP3主要表達(dá)于滑膜細(xì)胞,而MMP13主要在軟骨細(xì)胞高表達(dá)。因此,IL-22對MMP13的作用還需要進(jìn)一步在軟骨細(xì)胞上核實。IL-22可能通過調(diào)節(jié)滑膜細(xì)胞分泌MMP3而降解基質(zhì)。

      在RA發(fā)病過程中,血管翳的生成是引起關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨破壞、關(guān)節(jié)粘連及后期的關(guān)節(jié)強(qiáng)直的最關(guān)鍵因素。由于血管翳可釋放出一些水解酶和細(xì)胞因子,加劇膠原基質(zhì)的降解,最終逐步侵蝕關(guān)節(jié)軟骨和軟骨下骨,導(dǎo)致關(guān)節(jié)重塑。而VEGF是在血管生成過程中其重要作用的因子。本研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)正?;ぜ?xì)胞不表達(dá)VEGF,而IL-22可刺激滑膜細(xì)胞產(chǎn)生VEGF,并且其作用可被IL-22BP抑制。該結(jié)果提示,IL-22可能也參與了血管生成的調(diào)節(jié)過程。

      總之,IL-22使關(guān)節(jié)滑膜細(xì)胞分泌MMPs,從而促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨及細(xì)胞外基質(zhì)的降解;也可促使滑膜細(xì)胞表達(dá)VEGF,參與血管生成的調(diào)節(jié)。

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      IL-22 promotes MMP3 and VEGF and suppresses the expression of MMP13 in synovial cells

      HOU Weikun1,WANG Bo2,LIU Lin1,XU Peng1*

      (1OsteonecrosisandJointReconstructionWard,DepartmentofJointSurgery,HonghuiHospital,Xi’anJiaotongUniversityHealthScienceCenter,Xi’an710054,China;2CenterforTranslationalMedicine,F(xiàn)irstAffiliatedHospitalofXi’anJiaotongUniversity;*Correspondingauthor,E-mail:sousou369@163.com)

      ObjectiveTo explore the influence of IL-22 on expression of MMP3,MMP13 and VEGF gene in synovial cellsinvitro.MethodsFrom March 2012 to June 2012,16 patients undergoing total knee arthroplasty in Xi’an Honghui Hospital,8 patients with OA and 8 patients with RA,were recruited.Real-time quantitative PCR was used to detect mRNA expression levels of IL-17,IL-22,IL-17RA,IL-22R1,IL-22BP,AHR,MMP3 and MMP13 in synovial tissues.The synovitial cell line HTB-93 wereinvitrocultured,and divided into control group,IL-22 group and IL-22+IL-22BP group.Then mRNA expression levels of MMP3,MMP13 and VEGF were detected by real-time quantitative PCR.Mann-WhitneyUtest was used to analyze the data.ResultsThe mRNA expression levels of IL-22,IL-22R1,AHR and MMP13 were higher in synovial tissues of OA patients than those of RA(P<0.05),while the expression of IL-17RA and MMP3 was lower(P<0.05).Invitro,the mRNA expression levels of MMP3 and VEGF were higher in IL-22 group than in control group(P<0.05),while the expression of MMP13 was lower(P<0.05).Compared with IL-22 group,the mRNA expression levels of MMP3 and VEGF decreased while the expression of MMP13 increased in IL-22+IL-22BP group,but there was no statistical significance(P>0.05).ConclusionThe mRNA expression of IL-22 is higher in synovial tissues of OA patients than that of RA patients.IL-22 may promote the expression of MMP3 and VEGF,and suppress the expression of MMP13 in synovial cells in vitro.

      osteoarthritis; rheumatoid arthritis; IL-22; synovial cells; MMP; VEGF

      國家自然科學(xué)青年基金資助項目(81201373);陜西省博士后科研基金資助項目(2016BSHEDZZ93)

      侯衛(wèi)坤,男,1983-07生,博士,主治醫(yī)師,E-mail:weikunhou@163.com

      2016-06-03

      R684.3

      A

      1007-6611(2017)04-0343-05

      10.13753/j.issn.1007-6611.2017.04.009

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