補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱酵ㄟ^(guò)調(diào)控細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶信號(hào)通路阻抑人腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的機(jī)制研究

袁雅琪 朱曉琳 殷立平 尹文雁 凌淑洵 高雪琴 李 立

（南京中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，江蘇南京210017）

慢性腎臟病（CKD）是全世界范圍內(nèi)嚴(yán)重威脅人類健康的公共衛(wèi)生難題。引起CKD的多種因素會(huì)誘導(dǎo)致纖維化因子和致炎因子產(chǎn)生增加，進(jìn)而通過(guò)多種途徑引起腎臟組織結(jié)構(gòu)變化，表現(xiàn)為細(xì)胞極性消失、骨架重塑、遷移和侵襲性增強(qiáng)，上皮組織消失，成纖維細(xì)胞、炎癥細(xì)胞聚集，細(xì)胞外基質(zhì)沉積，發(fā)生纖維化，最終造成腎功能進(jìn)行性喪失[1]。大量研究表明，在腎臟纖維化的發(fā)生發(fā)展中，腎小管上皮細(xì)胞的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）扮演著極其重要的角色，即使在CKD早期也可檢測(cè)到上皮、間質(zhì)標(biāo)志物的相互轉(zhuǎn)變[2-3]。

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）被公認(rèn)為最重要的EMT正向調(diào)節(jié)因子，在誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞EMT中扮演了極其重要的角色[4]。Smad信號(hào)能夠介導(dǎo)一系列的分子事件，而這些事件是EMT進(jìn)程所必需的。TGF-β/Smad通路是誘導(dǎo)EMT的經(jīng)典信號(hào)通路[5]，而Wnt、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK）等多種信號(hào)通路常常與其發(fā)生交叉對(duì)話。補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱绞悄暇┲嗅t(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院腎臟科在長(zhǎng)期臨床用藥過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)方，對(duì)緩解CKD的進(jìn)展具有較好的臨床療效。本研究擬探討補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱皆谌四I小管上皮細(xì)胞（HK-2）EMT中的作用及其干預(yù)機(jī)制，為其臨床使用提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 實(shí)驗(yàn)細(xì)胞HK-2細(xì)胞株購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會(huì)細(xì)胞庫(kù)。

1.2 藥物與試劑補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱剿幬锝M成：生黃芪30 g，黨參15 g，蒼術(shù)15 g，生地黃15 g，土茯苓30 g，丹參15 g，桃仁10 g，水蛭3 g，虎杖15 g，白花蛇舌草15 g，生大黃10 g。中藥按處方量173 g加水500 mL，煎煮2次，濾過(guò)除去雜質(zhì)，進(jìn)一步水煎濃縮，濾過(guò)除菌備用。TGF-β1購(gòu)自美國(guó)R&D公司；胎牛血清、DMEM培養(yǎng)基購(gòu)自美國(guó)Gibco公司；E-鈣黏蛋白（E-cadherin，批號(hào)：3195）、α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA，批號(hào)：19245）、波形蛋白（Vimentin，批號(hào)：5741）、β-肌動(dòng)蛋白（β-actin，批號(hào)：4970）、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK，批號(hào)：4695）、磷酸化細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（p-ERK，批號(hào)：4370）、Smad2/3（批號(hào)：8685）、p-Smad2/3（批號(hào)：18338）多克隆抗體，免疫球蛋白G（IgG）二抗（批號(hào)：7074），購(gòu)自美國(guó)CST公司；絲裂原活化蛋白激酶激酶（MEK）抑制劑（PD98059，批號(hào)：MP23）購(gòu)自上海愛(ài)必信生物科技有限公司；RIPA細(xì)胞裂解液（P0013B）購(gòu)自上海碧云天公司；BCA蛋白定量試劑盒購(gòu)自美國(guó)Thermo公司；RT-PCR逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、Real-time PCR試劑盒購(gòu)自日本TaKaRa公司；超敏ECL發(fā)光液購(gòu)自美國(guó)Millipore公司。

1.3 主要儀器倒置相差顯微鏡；多功能酶標(biāo)儀（PerkinElmer）；熒光定量PCR循環(huán)儀；垂直電泳儀、轉(zhuǎn)膜槽（BIO-RAD）。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 細(xì)胞培養(yǎng)將HK-2以貼壁方式培養(yǎng)，培養(yǎng)基為含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)液（含青霉素100 U/mL+鏈霉素100 μg/mL），放置于37 ℃含95%空氣、5%CO2、飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，于細(xì)胞對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 細(xì)胞活力檢測(cè)待HK-2生長(zhǎng)至80%～90%時(shí)，將其消化重懸接種于96孔板內(nèi)培養(yǎng)，待細(xì)胞貼壁后進(jìn)行分組與干預(yù)。設(shè)空白組和補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱讲煌瑒┝浚?、2、5、10 ng/mL）組，每組設(shè)5個(gè)復(fù)孔。培養(yǎng)24 h后每孔加入10 μL CCK-8試劑，孵育4 h后，測(cè)定波長(zhǎng)450 nm處各孔OD值，取平均值進(jìn)行分析。

2.3 細(xì)胞形態(tài)學(xué)觀察細(xì)胞分組同步化培養(yǎng)，待生長(zhǎng)至70%左右融合后，空白組仍于正常培養(yǎng)液中培養(yǎng)，模型組于正常培養(yǎng)液加TGF-β1 5 ng/mL[6]，中藥低、中、高劑量組在模型組的基礎(chǔ)上加入低、中、高劑量（1、2、5 ng/mL）補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱剿鍎└深A(yù)，孵育48 h后，倒置顯微鏡下（×40）觀察細(xì)胞形態(tài)。

2.4 Western blot檢測(cè)相關(guān)蛋白表達(dá)細(xì)胞同步化培養(yǎng)后分為空白組、模型組（TGF-β1 5 ng/mL）、PD98059干 預(yù) 組（TGF-β1 5 ng/mL+PD98059 10 μmol/L）和中藥低、中、高劑量組（TGF-β1 5 ng/mL+補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱剿鍎?、2、5 ng/mL），干預(yù)24 h，收集細(xì)胞。采用RIPA裂解液（含蛋白酶抑制劑、磷酸酶抑制劑、EDTA）抽提總蛋白，BCA法進(jìn)行蛋白定量，蛋白樣品20 μg每泳道加入到8%SDS-PAGE凝膠中進(jìn)行電泳分離，將蛋白電轉(zhuǎn)至PDVF膜上，5%脫脂奶粉封閉液封閉1 h，一抗4 ℃過(guò)夜，TBST漂洗3次后加入辣根堿過(guò)氧化物酶標(biāo)記的二抗室溫孵育1 h，TBST漂洗3次后，于PVDF膜上滴加ECL顯影液，凝膠成像系統(tǒng)掃描并分析條帶。

2.5 Real-time PCR檢測(cè)相關(guān)基因mRNA的表達(dá)細(xì)胞同步化培養(yǎng)后分為空白組、模型組（TGF-β1 5 ng/mL）和中藥低、中、高劑量組（TGF-β1 5 ng/mL+補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱剿鍎?、2、5 ng/mL），干預(yù)24 h后采用TRIzol裂解細(xì)胞，室溫靜置5 min，加入氯仿充分振蕩15 s，室溫靜置3 min，12 000×g、4 ℃離心15 min后提取上清，加入異丙醇，輕輕混勻后室溫靜置10 min，12 000×g、4 ℃離心10 min，棄上清，加入75%乙醇輕輕洗滌，7500×g、4 ℃離心5 min，棄上清，室溫干燥沉淀后采用適量DEPC水溶解總RNA。測(cè)定總RNA濃度及純度后，采用500 ng RNA進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄，根據(jù)說(shuō)明書(shū)，加入Master Mix和RNase-free dH2O，在37℃ 15 min，85 ℃ 5 s，4 ℃條件下合成cDNA。根據(jù)Real-time PCR說(shuō)明書(shū)，在PCR反應(yīng)板中加入SYBR Premi×E×TaqⅡ、cDNA及目的基因引物，在50 ℃ 20 s、95 ℃ 10 min、95 ℃ 15 s、60 ℃ 15 s、72 ℃ 40 s條件下采用熒光定量PCR循環(huán)儀擴(kuò)增40個(gè)循環(huán)，相對(duì)定量法（2-△△Ct）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)Gen Bank E-cadherin、α-SMA、Vimentin及β-actin基因全長(zhǎng)序列，利用引物設(shè)計(jì)軟件Primer 5.0設(shè)計(jì)E-cadherin、α-SMA、Vimentin及β-actin的引物。引物由生工生物工程（上海）股份有限公司合成。

2.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。數(shù)據(jù)以（±s）表示，2組間比較采用獨(dú)立樣本 t 檢驗(yàn)，3組及以上各組間的比較采用ANOVA單因素方差分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱綄?duì)HK-2細(xì)胞活力的影響與空白組比較，1、2、5 ng/mL補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱剿鍎└深A(yù)對(duì)HK-2細(xì)胞活力無(wú)影響，但當(dāng)劑量達(dá)到10 ng/mL時(shí)，細(xì)胞活力有所下降（P＜0.05），考慮可能為細(xì)胞毒性作用，故后續(xù)實(shí)驗(yàn)選用濃度1、2、5 ng/mL的補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱剿鍎?。?jiàn)圖1。

圖1 不同劑量補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱阶饔?4 h后HK-2細(xì)胞活力比較（±s，n=3）

3.2 補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱綄?duì)TGF-β1誘導(dǎo)HK-2 EMT細(xì)胞形態(tài)學(xué)的影響空白組HK-2細(xì)胞呈“鵝卵石樣”外觀；模型組少見(jiàn)鵝卵石樣細(xì)胞，多見(jiàn)EMT特有的“紡錘形”結(jié)構(gòu)，細(xì)胞變瘦長(zhǎng)，呈梭形，似成纖維細(xì)胞樣；經(jīng)低、中、高劑量補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱剿鍎└深A(yù)后上述改變得到一定程度的抑制，部分細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為鵝卵石樣，并以高劑量組作用最為明顯。見(jiàn)圖2。

3.3 補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱綄?duì)TGF-β1誘導(dǎo)HK-2 EMT標(biāo)記物的影響中藥各劑量組α-SMA、Vimentin蛋白、mRNA表達(dá)較模型組明顯下降（P＜0.05），E-cadherin蛋白、mRNA表達(dá)較模型組明顯上升（P＜0.05），見(jiàn)圖3、圖4。以上變化以高劑量組最為明顯。

3.4 補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱綄?duì)TGF-β1誘導(dǎo)HK-2 ERK及Smad2/3 的影響與空白組比較，模型組HK-2細(xì)胞經(jīng)TGF-β1刺激后，磷酸化ERK、磷酸化Smad2/3蛋白水平顯著升高（P＜0.05）。與模型組比較，低、中、高劑量補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱骄苡行б种艵RK及Smad2/3蛋白高磷酸化水平（P＜0.05），以高劑量影響最為明顯。此外，TGF-β1和補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱綄?duì)ERK及Smad2/3總蛋白的表達(dá)無(wú)明顯影響。見(jiàn)圖5。

3.5 補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱綄?duì)比ERK通路抑制劑對(duì)TGF-β1誘導(dǎo)HK-2 EMT及Smad2/3的影響結(jié)果顯示：與模型組比較，PD98059干預(yù)組、中藥高劑量組α-SMA、Vimentin、磷酸化Smad2/3蛋白表達(dá)水平均明顯降低（P＜0.05）；Smad2/3總蛋白的表達(dá)無(wú)明顯差異。見(jiàn)圖6。

4 討論

腎臟纖維化是各種CKD發(fā)展到最后的共同病理過(guò)程，是導(dǎo)致腎功能損傷的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，人們?cè)谀I臟纖維化的分子和細(xì)胞調(diào)控因子方面做了大量研究。研究證明EMT是腎臟纖維化的一個(gè)重要進(jìn)程，抑制EMT成為預(yù)防腎臟纖維化發(fā)生和發(fā)展的有效手段[7]。通常，在腎臟纖維化EMT過(guò)程中，腎小管上皮細(xì)胞失去上皮細(xì)胞標(biāo)記物，如黏附蛋白E-cadherin表達(dá)下調(diào)；獲得間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記物，表 現(xiàn) 為Vimentin、α-SMA、Snail表達(dá)上調(diào)[8]。TGF-β1作為最重要的促纖維化因子，在腎臟纖維化中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用[9]。研究表明，TGF-β1可以通過(guò)Smad依賴性和Smad非依賴性通路發(fā)揮生物學(xué)功能[10]，TGF-β1下游信號(hào)包括了細(xì)胞質(zhì)中Smad2/3 蛋白磷酸化，磷酸化Smad2/3與Smad4 形成復(fù)合物，隨之轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，激活纖維化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子[11]。此外，TGF-β1/Smad信號(hào)通路與ERK信號(hào)通路之間的交互關(guān)系在腎臟纖維化中也已經(jīng)被證實(shí)[12]。

圖2 各組HK-2 EMT細(xì)胞形態(tài)學(xué)比較（×40）

圖4 各組TGF-β1誘導(dǎo)HK-2 EMT標(biāo)記物mRNA表達(dá)比較（±s，n=3）

圖5 各組TGF-β1誘導(dǎo)HK-2 ERK及Smad2/3 蛋白表達(dá)比較（±s，n=3）

圖6 各組TGF-β1誘導(dǎo)HK-2 EMT及Smad2/3 蛋白表達(dá)比較（±s，n=3）

本研究采用TGF-β1刺激HK-2誘導(dǎo)EMT，觀察發(fā)現(xiàn)HK-2細(xì)胞形態(tài)出現(xiàn)了明顯改變，且EMT標(biāo)記物E-cadherin蛋白及mRNA表達(dá)水平明顯下降，Vimentin、α-SMA蛋白及mRNA表達(dá)水平明顯上調(diào)，以上結(jié)果均提示HK-2細(xì)胞EMT體外模型構(gòu)建成功。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)經(jīng)TGF-β1刺激后，ERK及Smad2/3蛋白磷酸化水平顯著升高；但使用ERK通路抑制劑預(yù)處理，再給予TGF-β1干預(yù)后，HK-2 EMT標(biāo)記物Vimentin、α-SMA蛋白表達(dá)下降，同時(shí)Smad2/3磷酸化水平也有所下降。這些現(xiàn)象反映出：ERK信號(hào)通路參與了TGF-β1誘導(dǎo)的HK-2細(xì)胞EMT，并且Smad2/3蛋白可能是ERK信號(hào)通路的下游信號(hào)分子。

CKD可歸屬于中醫(yī)學(xué)“水腫”“關(guān)格”“虛勞”“水毒癥”等范疇，乃本虛標(biāo)實(shí)證，本虛可為氣、血、陰、陽(yáng)虧虛，標(biāo)實(shí)以水濕、濕毒、血瘀多見(jiàn)，病位在腎，可累及多臟。補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱交米阅I氣丸合桃紅四物湯，可補(bǔ)虛祛邪。方中黃芪益氣固表、利水載毒而出，黨參健脾益腎、益氣行水，蒼術(shù)利水解表、托毒外出，生地黃清熱涼血，土茯苓、虎杖、白花蛇舌草清利濕熱，丹參、桃仁活血化瘀，水蛭補(bǔ)肝腎、活血化瘀，大黃瀉下通便排毒兼活血化瘀。諸藥合用，共奏補(bǔ)腎益氣、活血化瘀、泄?jié)崤哦局π?。本研究將此中藥?fù)方制成不同劑量水煎劑干預(yù)HK-2，結(jié)果表明：補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱侥茉谝欢ǔ潭壬铣蕜┝恳蕾囆缘啬孓D(zhuǎn)TGF-β1誘導(dǎo)的EMT標(biāo)記物E-cadherin、Vimentin、α-SMA蛋白及mRNA的表達(dá)；同時(shí)，與模型組比較，補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱礁鲃┝拷MERK磷酸化及Smad2/3磷酸化水平均有一定程度的下調(diào)，且以5 ng/mL效果最佳。這表明補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱皆谧枰諬K-2 EMT的同時(shí)還抑制了ERK及Smad2/3蛋白活性。在與ERK通路抑制劑PD98059干預(yù)組比較后，我們發(fā)現(xiàn)補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱秸{(diào)控EMT標(biāo)記物及Smad2/3的作用與ERK通路抑制劑的效果類似，表明補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱骄徑釫MT的作用很有可能與ERK通路有關(guān)。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)腎化瘀泄?jié)岱胶芸赡芡ㄟ^(guò)調(diào)控ERK信號(hào)通路，抑制Smad2/3蛋白磷酸化，從而實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)HK-2 EMT的作用。但本研究只觀察了TGF-β1/Smad信號(hào)通路與ERK信號(hào)通路之間的交互關(guān)系，而中藥復(fù)方發(fā)揮療效是多成分多靶點(diǎn)共同作用的結(jié)果，是否存在調(diào)節(jié)其他信號(hào)通路的功能，將是我們下一步研究的方向。