陳 琳周 知馬 寧周 璟
(海南省婦女兒童醫(yī)學(xué)中心生殖醫(yī)學(xué)中心,海口 570206)
胎盤的形成對于哺乳動(dòng)物懷孕至關(guān)重要,其形成需要對滋養(yǎng)細(xì)胞的精確調(diào)控[1]。 子宮內(nèi)膜中的滋養(yǎng)層細(xì)胞經(jīng)歷母體蛻膜和子宮螺旋動(dòng)脈的增殖,分化,凋亡和侵襲,從而參與血管重塑[2]。 滋養(yǎng)細(xì)胞功能異常與不良妊娠并發(fā)癥密切相關(guān),包括先兆子癇,其特征是出現(xiàn)高血壓,蛋白尿和水腫,這將會(huì)嚴(yán)重?fù)p害孕產(chǎn)婦的健康和胎兒的成長[3]。 因此,滋養(yǎng)細(xì)胞功能的精確調(diào)節(jié)對于維持正常胎盤至關(guān)重要。 有證據(jù)表明胎盤miRNA 的異常表達(dá)與先兆子癇相關(guān)[4]。 miRNA 是小的非編碼RNA,主要在轉(zhuǎn)錄后水平上對靶基因的表達(dá)產(chǎn)生負(fù)調(diào)控[5]。 miRNA在許多病理和生理過程(例如細(xì)胞生長和凋亡,器官發(fā)生和發(fā)育)中起重要作用[6]。 Pineles 等[7]發(fā)現(xiàn)子癇前期患者胎盤中miR-672-5p 表達(dá)異常。 但是miR-672-5p 的生理學(xué)功能仍然未知,其是否與細(xì)胞凋亡相關(guān)值得探索。 基于此,本研究使用大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞作為研究對象,旨在探討mmumiR-672-5p 調(diào)控大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制。
大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞購自procell(貨號:CP-R182;批號:OI2HO3)。
Lipofectamine 3000 購自北京科博晟創(chuàng)生物科技有限公司(貨號:L3000008;批號:367H-TCSE9P0);大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞完全培養(yǎng)基購自procell(貨號:CM-R182;批號:ZDJH23);pmir-glo utr1 質(zhì)粒購自廣州基旦生物科技有限公司(貨號:JD190929001M; 批 號: C6XHL7QALI); mmu-miR-672-5p inhibitor、mmu-miR-672-5p mimics 均購自北京 擎 科 合 成;Zfp229、Zfp503、Slc4a5、Stk24、Tmem106b、Bax、Adgrb3、Tmem63b、Pmp22、Mroh2a、Dsn1、Pramef25、Naaladl2、Clk2、Stx16、Usp28、Clint1、Jph4、Msl2、Krtap8-1、Pkp2、Mllt3、Rai14 的siRNA 均由吉?jiǎng)P基因合成;Bax 過表達(dá)質(zhì)粒通過大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的cDNA 克隆至pCDNA3.1 表達(dá)載體上。 逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購自昆明皇寶商貿(mào)有限公司(貨號:218161;批號:3YR6CWE7);2×SDS 蛋白電泳上樣緩沖液購自武漢潔洋盛科技有限公司(貨號:M337-5ML;批號:NH4KPG2DH6);雙熒光素酶報(bào)告基因試劑盒購自武漢純度生物科技有限公司(貨號:CDLG-4997;批號:UJV93S3Z27);熒光定量PCR 試劑盒購自上海兢蔚生物科技有限公司(貨號:BL705A;批號:1VG4GA2N);TRIzol 試劑購自四川愛奇生物科技有限公司(貨號:15596-026;批號:MA6-WP6CZCW8);Bax、GAPDH、CLEAVED-CAS3的抗體購自abcam(貨號:ab32503、ab9482、ab2302;批號:PNCER6SXJ5T58BC8、YN1J21A4YKBMXTO7、ODQ7K45DO3FMO7IC);二抗購自北京??气檮?chuàng)生物科技有限公司(貨號:Y2011);ECL 化學(xué)發(fā)光系統(tǒng)ChemiDocTMXRS + 購 自 Bio-rad 公 司( 型 號:1708265);CFX96 Touch 熒光定量PCR 檢測系統(tǒng)購自Bio-rad 公司(型號:1845096)。
1.3.1 細(xì)胞培養(yǎng)與轉(zhuǎn)染
使用大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞完全培養(yǎng)基在37°C,5% CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞。 每2 d 更換一次培養(yǎng)基。 將轉(zhuǎn)染試劑與 mmu-miR-672-5p inhibitor、 mmu-miR-672-5p mimics、Bax 質(zhì)粒、siRNA(Zfp229、Zfp503、Slc4a5、Stk24、Tmem106b、Bax、Adgrb3、Tmem63b、Pmp22、Mroh2a、Dsn1、Pramef25、Naaladl2、Clk2、Stx16、Usp28、Clint1、Jph4、Msl2、Krtap8 - 1、Pkp2、Mllt3、Rai14)混合后在室溫下孵育15 min 后,緩緩滴入大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞中。
1.3.2 免疫印跡
通過蛋白質(zhì)印跡檢測BAX 和CLEAVED-CAS3的豐度。 使用放射免疫沉淀測定(RIPA)緩沖液裂解細(xì)胞。 用SDS-PAGE 分離總蛋白(30 μg),然后轉(zhuǎn)移到聚偏二氟乙烯膜上。 將膜與抗BAX(1 ∶1000稀釋),抗CLEAVED-CAS3(1 ∶1000 稀 釋) 或 抗GAPDH(1 ∶1000 稀釋)在4°C 孵育過夜。 然后將膜用TBST 洗滌3 次,并與辣根過氧化物酶偶聯(lián)的二抗(1 ∶5000 稀釋)孵育1 h。 使用增強(qiáng)的化學(xué)發(fā)光(ECL)試劑可視化蛋白質(zhì)豐度。
1.3.3 熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)
將Bax 的3 端非編碼區(qū)克隆至pmir-glo utr1 載體上,作為pmir-glo utr1-Bax-WT。 將Bax 的3’端非編碼區(qū)做G→C 突變后,克隆至pmir-glo utr1 載體上,作為pmir-glo utr1-Bax-MT。 將大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞與pmir-glo utr1-Bax-MT(800 ng)、pmirglo utr1-Bax-WT(800 ng)、對照載體(800 ng)、TK Renilla 報(bào)告基因(8 ng)根據(jù)試劑盒說明,使用Lipofectamine 3000 進(jìn)行轉(zhuǎn)染。 轉(zhuǎn)染48 h 后,裂解了總細(xì)胞蛋白,并使用雙重?zé)晒馑孛笢y定系統(tǒng)檢測了熒光素酶活性(螢火蟲和海腎)。
1.3.4 Annexin-V 染色
經(jīng)過不同處理后,收集在6 孔板上生長的漂浮大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞和胰蛋白酶分離的細(xì)胞,并用4℃預(yù)冷的1×PBS 洗滌。 然后將細(xì)胞沉淀物用結(jié)合緩沖液重懸,并根據(jù)試劑盒方案用Annexin-V 染色。 熒光顯微鏡觀察。 將實(shí)驗(yàn)組中凋亡細(xì)胞的百分比與對照轉(zhuǎn)染組進(jìn)行比較。 所有樣品一式三份測量。
1.3.5 RNA-Seq
分別敲低和過表達(dá)mmu-miR-672-5p 后,抽取大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的總RNA。 RNA 樣品被送到北京基因組研究所(中國深圳)進(jìn)行商業(yè)性RNA-Seq 服務(wù)和數(shù)據(jù)分析。 使用SOAPaligner/SOAP2 不匹配,將干凈的讀段映射到mouse 數(shù)據(jù)庫。 計(jì)算每個(gè)基因的純凈讀數(shù)數(shù),然后將其標(biāo)準(zhǔn)化為每百萬分之一讀數(shù)(kbKM),該讀數(shù)將讀數(shù)數(shù)與基因表達(dá)水平相關(guān)。 利用log2 比率來確定基因調(diào)控。 選擇log2 比率為-1 或log2 比率為1 的免疫基因進(jìn)行進(jìn)一步分析。
1.3.6 RNA 抽取與實(shí)時(shí)熒光定量PCR
使用逆轉(zhuǎn)錄定量PCR 對mmu-miR-672-5p 和Bax 的mRNA 豐度進(jìn)行定量。 根據(jù)生產(chǎn)商的說明,使用總RNA 分離試劑從大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞中分離總RNA。 使用Prime Script RT Master Mix在20 μL 反應(yīng)中將1 μg 總RNA 反轉(zhuǎn)錄為cDNA。根據(jù)制造商的說明,使用cDNA 作為模板和StepOne Plus 進(jìn)行定量PCR。 使用針對mmu-miR-672-5p 和Bax 設(shè)計(jì)的引物擴(kuò)增10 μL 反應(yīng)體積中的1 μL cDNA。 所有mRNA 反應(yīng)的PCR 條件是:在95°C 初始變性30 s、在95°C 進(jìn)行5 s、在62°C 進(jìn)行30 s 和40 個(gè)循環(huán)。 擴(kuò)增方案后進(jìn)行熔解曲線分析。 將每個(gè)mRNA 的豐度相對于每個(gè)樣品中的GAPDH 標(biāo)準(zhǔn)化。
所有統(tǒng)計(jì)分析均使用SPSS 軟件20.0,數(shù)據(jù)以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示。 采用單因素組間比較采用單因素方差分析,方差齊者采用LSD 法比較,方差不齊者采用Tamhane′T2 法比較,以P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
如圖1 所示,轉(zhuǎn)染mmu-miR-672-5p mimics 過表達(dá)mmu-miR-672-5p 后,發(fā)現(xiàn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平下降(P<0.05);轉(zhuǎn)染mmu-miR-672-5p inhibitor 敲低mmu-miR-672-5p 后,發(fā)現(xiàn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平上升(P<0.05)。
如圖2 所示,分別敲低和過表達(dá)mmu-miR-672-5p 后,通過高通量測序發(fā)現(xiàn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞中多種基因的表達(dá)被調(diào)節(jié),以mmu-miR-672-5p inhibitor/mmu-miR-672-5p mimics Ratio 等于2 為閾值,大于閾值的基因有23 個(gè),分別為Zfp229、Zfp503、Slc4a5、Stk24、Tmem106b、Bax、Adgrb3、Tmem63b、Pmp22、Mroh2a、Dsn1、Pramef25、Naaladl2、Clk2、Stx16、Usp28、Clint1、Jph4、Msl2、Krtap8-1、Pkp2、Mllt3、Rai14。
通過siRNA 敲低上述23 個(gè)基因,發(fā)現(xiàn)當(dāng)敲低Zfp229、Zfp503、Slc4a5、Stk24、Tmem106b、Bax、Adgrb3、Tmem63b、Pmp22、Mroh2a、Dsn1、Pramef25、Naaladl2、Clk2、Stx16、Usp28、Clint1、Jph4、Msl2、Krtap8-1、Pkp2、Mllt3、Rai14 時(shí),大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平差異無顯著性(P>0.05);當(dāng)敲低Bax 時(shí),大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平下降(P<0.05),見圖3。 通過轉(zhuǎn)染Bax 質(zhì)粒過表達(dá)Bax,發(fā)現(xiàn)CLEAVED-CAS3 的表達(dá)水平上升(圖4),大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平上升(P<0.05)(圖4)。
轉(zhuǎn)染mmu-miR-672-5p mimics 過表達(dá)mmu-miR-672-5p 后,發(fā)現(xiàn)Bax 的mRNA 和蛋白水平均下降(P<0.05);轉(zhuǎn)染mmu-miR-672-5p inhibitor 敲低mmumiR-672-5p 后,發(fā)現(xiàn)Bax 的mRNA 和蛋白水平均上升(P<0.05),見圖5。 通過熒光素酶報(bào)告系統(tǒng),發(fā)現(xiàn)mmu-miR-672-5p 靶向Bax 的3 端非編碼區(qū)(P<0.05),見圖5。
同時(shí)過表達(dá)mmu-miR-672-5p 和Bax 后,發(fā)現(xiàn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平無顯著變化(P>0.05),見圖6;同時(shí)敲低mmu-miR-672-5p 和Bax 后,發(fā)現(xiàn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平無顯著變化(P>0.05),見圖6。
注:綠色染料:Annexin-V 陽性細(xì)胞的凋亡細(xì)胞;藍(lán)色染料:dsDNA 陽性的細(xì)胞;mmu-miR-672-5p mimics 組與Control 組比較,#P<0.05;mmu-miR-672-5p inhibitor 組與Control 組比較,*P<0.05。圖1 mmu-miR-672-5p 促進(jìn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡Note. Green dye, Annexin-V positive apoptotic cells. Blue dye, dsDNA cells. Comparison between the mmu-miR-672-5p Mimics group and the control group, #P<0.05. Comparison of mmu-miR-672-5p inhibitor group and control group, *P<0.05.Figure 1 mmu-miR-672-5p promotes apoptosis of placental trophoblast cells in rats
本研究通過過表達(dá)或敲低mmu-miR-672-5p 體外培養(yǎng)的大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)mmumiR-672-5p 抑制大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡。并通過RNA-seq 和RNAi 的方法發(fā)現(xiàn)mmu-miR-672-5p 靶向Bax 的3’端非編碼區(qū)后,抑制了大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡。 本研究發(fā)現(xiàn)了大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡的新機(jī)制,為治療子癇前期患者提供了理論基礎(chǔ)。
子癇前期是一種主要針對孕婦的主要高血壓疾病,是全球孕產(chǎn)婦發(fā)病的主要原因[8]。 它的特征是新發(fā)高血壓,以及妊娠20 周后的蛋白尿[9]。 該病的原因可能與母親、胎盤和/或胎兒相關(guān),并且可能包括許多因素,例如免疫調(diào)節(jié)異常,內(nèi)皮細(xì)胞損傷,遺傳因素和營養(yǎng)因素[10]。 然而,沒有任何一個(gè)因素可以令人滿意地解釋其原因和機(jī)制子癇前期。 一些研究報(bào)道[11],滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡發(fā)生在子癇前期中,并可能在疾病過程中起關(guān)鍵作用。 提示人體內(nèi)mmu-miR-672-5p 的同源miR-672-5p 可能在子癇前期中表達(dá)失調(diào),并且在子癇前期的發(fā)生發(fā)展中起重要作用,但這需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。 然而,miRNA 在子癇前期患者的滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡是否發(fā)揮主要的作用仍然值得進(jìn)一步探究。
miRNA 是小的非編碼RNA 分子(19 ~22 nt),參與靶標(biāo)mRNA 的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[12]。 先前的研究表明[13],miRNA 與許多生物學(xué)和病理學(xué)過程密切相關(guān),包括細(xì)胞增殖,凋亡,腫瘤發(fā)生,以及多種疾病。越來越多的證據(jù)表明[14],有許多miRNA 參與了子癇前期。 目前[15],已知至少有500 種不同的miRNA在胎盤滋養(yǎng)細(xì)胞中表達(dá)。 越來越多的證據(jù)表明[16],miRNA 在子癇前胎盤中表達(dá)異常,并與子癇前期密切相關(guān)。 在這項(xiàng)研究中,過表達(dá)mmu-miR-672-5p后,大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平下降(P<0.05);敲低mmu-miR-672-5p 后,大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平上升(P<0.05)。 Pineles等[7]發(fā)現(xiàn)子癇前期患者胎盤中miR-672-5p 表達(dá)異常。 因此,mmu-miR-672-5p 同源miRNA miR-672-5p 的異常表達(dá)可能是使子癇前期滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵分子。 分別敲低和過表達(dá)mmu-miR-672-5p后,高通量測序發(fā)現(xiàn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞中多種基因的表達(dá)被調(diào)節(jié),包括Zfp229、Zfp503、Slc4a5、Stk24、Tmem106b、Bax、Adgrb3、Tmem63b、Pmp22、Mroh2a、Dsn1、Pramef25、Naaladl2、Clk2、Stx16、Usp28、Clint1、Jph4、Msl2、Krtap8 - 1、Pkp2、Mllt3、Rai14。 敲低上述基因后,發(fā)現(xiàn)僅在敲低Bax時(shí),大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平下降(P<0.05)。 但是,除了Bax 基因,其他潛在受mmumiR-672-5p 調(diào)控的基因是否在子癇前期發(fā)生進(jìn)展中發(fā)揮其他的作用仍值得進(jìn)一步探究,包括細(xì)胞生長、器官發(fā)生和發(fā)育。 同時(shí),本研究只選取了mmumiR-672-5p inhibitor/mmu-miR-672-5p mimics Ratio大于2 的基因來進(jìn)行凋亡相關(guān)作用的研究,至于其他被Ratio 的基因是否在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮作用值得進(jìn)一步探討。 此外,mmu-miR-672-5p 靶向Bax 的3端非編碼區(qū)(P<0.05)。 過表達(dá)mmu-miR-672-5p后,Bax 的mRNA 和蛋白水平均下降(P<0.05);敲低mmu-miR-672-5p 后,Bax 的mRNA 和蛋白水平均上升(P<0.05)。 因此,mmu-miR-672-5p 通過與Bax的mRNA 形成雙鏈RNA 后,Bax 的mRNA 被降解,隨后Bax 蛋白的表達(dá)水平下降。
圖2 mmu-miR-672-5p 在大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞調(diào)控多種基于表達(dá)Figure 2 Expression based regulation of mmu-miR-672-5p in rat placental chorionic trophoblasts
注:siBax 組與siGFP 比較,*P<0.05。圖3 敲低相關(guān)基因后,大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平Note. Comparison between siBax group and siGFP group, *P<0.05.Figure 3 apoptosis level of trophoblast cells in placenta of rats after knockdown of related genes
注:Bax 組與Vector 組比較,*P<0.05。圖4 Bax 促進(jìn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡Note. Comparison between Bax group and Vector group, *P<0.05.Figure 4 Bax promotes apoptosis of trophoblast cells in placenta of rats
注:mmu-miR-672-5p mimics 組與control 組比較,#P<0.05;mmu-miR-672-5p inhibitor 組與control 組比較,*P<0.05;Bax-3’UTR-WT 組與control 組比較,*P<0.05。圖5 mmu-miR-672-5p 靶向Bax 的3 端非編碼區(qū)Note. Comparison between the mmu-miR-672-5p Mimics group and the control group, #P <0.05. Comparison between mmu-miR-672-5p inhibitor group and control group, *P<0.05. Comparison between Bax-3 ′UTR-WT group and control group, *P<0.05.Figure 5 3-terminal noncoding region of mmu-miR-672-5p targeting Bax
注:mmu-miR-672-5p mimics 組與control 組比較,*P<0.05;mmu-miR-672-5p inhibitor 組與control 組比較,*P<0.05。圖6 同時(shí)過表達(dá)Bax 和mmu-miR-672-5p 后大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平Note. Comparison between the mmu-miR-672-5p mimics group and the control group, *P<0.05. Comparison between mmu-miR-672-5p inhibitor group and control group, *P<0.05.Figure 6 Apoptosis level of placental trophoblast cells in rats after simultaneous overexpression of Bax and mmu-miR-672-5p
Bax 編碼的蛋白質(zhì)屬于BCL2 蛋白質(zhì)家族[17]。BCL2 家族成員形成異二聚體或同二聚體,并作為抗凋亡或促凋亡調(diào)節(jié)劑,參與多種細(xì)胞活動(dòng)[18]。Bax 與BCL2 形成異二聚體,并起凋亡激活劑的作用[19]。 過表達(dá)Bax 后,CLEAVED-CAS3 的表達(dá)水平上升,大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平上升(P<0.05)。 BAX 與BCL2 的關(guān)聯(lián)和比例也決定了細(xì)胞凋亡后細(xì)胞的存活或死亡[20]。 據(jù)報(bào)道[21],Bax與線粒體電壓依賴性陰離子通道(VDAC)相互作用并增加其開放性,從而導(dǎo)致膜電位的喪失和細(xì)胞色素c 的釋放。 同時(shí),caspase3 被切割形成CLEAVEDCAS3,隨后引起細(xì)胞的凋亡。 同時(shí)過表達(dá)mmumiR-672-5p 和Bax 后,大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平無顯著變化(P>0.05);同時(shí)敲低mmumiR-672-5p 和Bax 后,發(fā)現(xiàn)大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡水平無顯著變化(P>0.05)。 因此,mmu-miR-672-5p 是Bax 引起凋亡的上游,并且Bax是miR-672-5p 下游中引起大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵分子。
綜上所述,mmu-miR-672-5p 通過靶向Bax 的3端非編碼區(qū),降低了Bax 的表達(dá)水平,隨后抑制了大鼠胎盤絨毛膜滋養(yǎng)層細(xì)胞的凋亡。