高糖培養人腎小球系膜細胞對JAK2／STAT1信號蛋白活化的影響

陳紅敏 李 競 高 凌 洪 練

高糖培養人腎小球系膜細胞對JAK2／STAT1信號蛋白活化的影響

陳紅敏 李 競 高 凌 洪 練

本文2011—02—14收到，2011—03—02修回，2011—03—04接受

糖尿病腎病（Diabetic Nephropathy，DN）是糖尿病常見微血管病變，已成為導致慢性腎衰的主要原因，其發生發展機制尚未完全明確。近年來有研究提示，Janus激酶／信號轉導子與轉錄激活子（Janus Activated Kinase-Signal Transducer and Activator of Trancriptions，JAK／STAT）信號通路與系膜細胞的增殖、肥大及細胞外基質（Extra-cellular Matrix，ECM）分泌有關，但具體機制尚未十分清楚。本研究通過觀察高糖培養人腎小球系膜細胞（HMCs）對JAK2、STATl的激活，以及對轉化生 長 因 子 β1（Transforming Growth Factorβ1，TGF-β1）和纖維連接蛋白（Fibronectin，FN）mRNA表達和蛋白分泌的影響，探討高糖如何通過HMCs的JAK2／STAT 1信號途徑促進TGF-β1和FN的合成，從而加速腎臟纖維化。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

兔抗人p-JAK2和p-STAT1單克隆抗體（購于美國 Cell Signaling Technology公司）、β-actin兔抗人多克隆抗體由美國Santa Cruz提供；辣根過氧化物酶（HRP）標記羊抗兔二抗，NC膜、RIPA裂解液、PMSF、凝膠試劑盒、BCA蛋白定量試劑盒、封閉液、一抗和二抗稀釋液、ECL Plus化學發光試劑盒均購于碧云天公司；TGF-β1、FN、GAPDH 引物由上海生工合成。TGF-β1、FN ELISA試劑盒購于博士德公司。

1.2 HMCs培養和分組

HMCs購于中南大學湘雅醫學院細胞庫，保存于液氮中。復蘇HMCs，于15%胎牛血清、1%雙抗（青霉素和鏈霉素）DMEM培養基中培養，在5%CO2、37℃恒溫培養箱內孵育，待細胞生長至亞融合狀態時，更換為無血清DMEM 低糖培養基（5.6mmol／L）使細胞同步化24 h，設為低糖對照組。然后換用30mmol／L的葡萄糖培養細胞，分別于6h、12h、24h、48h（分別為高糖培養6h組、12h組、24h組和48h組）提取蛋白、RNA和收集上清液，保存于—70℃。每次檢測重復3次。

1.3 RT-PCR檢測 TGF—β1、FN mRNA表達

用RNA提取試劑（Trizo1）提取 HMCs總RNA，用紫外可見分光光度儀測定其純度和含量；于反轉錄酶（AMV）催化下合成c DNA后進行PCR擴增；TGF-β1上下游引物分別為：5’-GGT GGA AAC CCA CAAC GAA-3’和 3’-CTA AGG CGA AAG CCC TCA AT-5’，擴增片段為321 bp；FN上下游引物分別為：5’-TAG CCC TGT CCA GGA GTT CA-3’和 3’-CTG CAA GCC TTC AAT AGT CA-5’，擴增片段為346 bp；三磷酸甘油醛脫氫酶（GAPDH）上下游引物分別為：5’-ACC ACA GTC CAT GCC ATC AC-3’和3’-TCC ACC ACC CTG TTG CTG TA-5’，擴增片段為452 bp。TGF-β1擴增條件為：94℃30 s，58℃30 s，72℃50 s，循環35次；FN 擴增條件為：94℃ 30 s，60℃ 30 s，72℃50 s循環40次。PCR產物于1.5%瓊脂糖凝膠電泳，紫外燈下凝膠成像系統成像，用UVI圖像分析處理系統進行吸光度掃描，以目的基因片段／GAP-DH片段的條帶灰度值比值來表示其相對含量。

1.4 ELISA 檢測上清液中 TGF—βl、FN 蛋白含量

取HMCs培養的上清液，按照ELISA試劑盒說明書進行TGF—βl、FN濃度測定。

1.5 Western blotting檢測p-JAK2、p-STAT1蛋白的表達

（1）RIPA裂解液冰上裂解細胞，取上清；（2）BCA法測定上清蛋白濃度；（3）取細胞裂解蛋白50 μɡ，經8%十二烷基硫酸鈉—聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-PAGE）后電轉移至硝酸纖維素膜（NC膜），封閉液封膜2h，加兔抗人 p-JAK2、p-STAT1抗體（1∶800稀釋），4℃過夜，TBST洗膜后加 HRP標記的羊抗兔抗體（1∶5000稀釋）孵育1h、TBST洗膜后加ECL試劑，將NC膜壓片、顯影、定影。用美國UVP公司abworks 4.5分析系統軟件對電泳條帶進行定量分析，測定雜交條帶的吸光度（A）值。

1.6 統計學處理

2 結 果

2.1 高糖培養HMCs不同時間對TGF-β1 mRNA表達的影響（圖1、表1）

與低糖對照組比較，高糖各組TGF-β1 mRNA表達上調，除6h外，12h、24h、48h差異均有顯著性意義（P＜0.01）；并隨作用時間延長，其表達逐漸增加。

注：與低糖對照組比較，△P＜0.01圖1 高糖培養HMCs不同時間對TGF-β1 mRNA的影響

2.2 高糖培養HMCs不同時間對FN mRNA表達的影響（表1、圖2）

與低糖對照組比較，高糖各組FN m RNA表達上調，除6h和12h外，24h和48 h與其差異均有顯著性意義（P＜0.01）。

表1 高糖培養HMCs不同時間對TGF—β1、FN mRNA的影響（灰度比值，±s，n＝3）

表1 高糖培養HMCs不同時間對TGF—β1、FN mRNA的影響（灰度比值，±s，n＝3）

注：與低糖對照組比較，1）P＜0.01

組 別 T G F-β 1 0.3 7±0.0 1 0.4 0±0.0 6培養6 h組 0.4 0±0.0 4 0.4 9±0.0 4培養1 2 h組 0.5 3±0.0 2 1） 0.5 1±0.0 3培養2 4 h組 0.6 4±0.0 2 1） 0.7 6±0.1 2 1）培養4 8 h組 0.6 7±0.0 1 1） 0.8 2±0.1 5 1）低糖對照組F N

圖2 高糖培養HMCs不同時間對FN mRNA的影響

2.3 高糖培養HMCs不同時間對上清液中TGF-β1、FN蛋白含量的影響（表2）

與低糖對照組比較，高糖各組上清液中TGF-β1、FN含量增高，除6h和12h外，其余各組差異均具有顯著性統計學意義（P＜0.01），隨時間延長，其表達逐漸增加，48h達到高峰。其中，TGF-β1在24h和48h之間無顯著性差異，而FN在24h和48h之間差異具有統計學意義（P＜0.01）。

表2 高糖培養HMCs不同時間對TGF—β1、FN蛋白含量的影響（±s，n＝3）

表2 高糖培養HMCs不同時間對TGF—β1、FN蛋白含量的影響（±s，n＝3）

組 別 TGF-β1（pg／ml） FN（ng／ml）274.48±10.28 44.13±2.29培養6h組 284.07±13.06 47.98±4.81培養12h組 294.65±13.11 58.31±6.40培養24h組 316.07±27.201） 95.57±10.911）培養48h組 324.40±16.691） 166.74±16.351）2）低糖對照組

注：與低糖對照組比較，1）P＜0.01；與培養24h組相比，2）P＜0.01

2.4 高糖培養HMCs不同時間對p-JAK2蛋白表達的影響（圖3）

與低糖對照組比較，高糖各組p-JAK2表達增高，24h時達到高峰，48h有所回落。

圖3 高糖培養HMCs不同時間對p-JAK2蛋白的影響

2.5 高糖培養HMCs不同時間對p-STAT1蛋白表達的影響（圖4）

與低糖對照組比較，高糖各組p-STAT1表達增高，并隨著時間延長，其表達水平逐漸增加，48h達到高峰。

圖4 高糖培養HMCs不同時間對p-STAT1蛋白的影響

3 討 論

DN是糖尿病常見微血管病變，是導致慢性腎衰的主要病因之一。DN的發病機制尚不十分清楚，ECM的累積和腎臟纖維化是其主要病理改變［1］，而 細 胞 因 子 TGF-β1、結 締 組 織 生 長 因 子（Connective Tissue Growth Factor，CTGF）等在ECM累積和腎臟纖維化過程中發揮著不可忽視的作用［2］。

TGF-β1是調節系膜細胞ECM積聚的重要細胞因子。一方面，TGF-β1可以刺激ECM蛋白成分（FN、膠原蛋白）的產生；另一方面，它能抑制蛋白酶的分泌，減少ECM蛋白的降解。在糖尿病患者和動物模型中，腎小球中TGF—β1 mRNA水平和基質成分較正常者顯著增高，如腎小球基底膜增厚和系膜外基質的擴增［3］，高糖體外培養 HMCs，TGF-β1和FN表達顯著增加［4］等。本實驗結果顯示：與低糖對照組比較，高糖培養人腎小球系膜細胞，TGF-β1、FN mRNA和蛋白水平顯著增高，在培養48h左右達到高峰。高糖環境中系膜細胞TGF-β1和FN的合成增多，可能與高糖活化蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）的一個或多個亞型有關［5］。

JAK／STAT途徑是近年來新發現的一條信號轉導途徑，可以發揮信號轉導和基因轉錄活化子蛋白的雙重作用，介導多種細胞因子和生長因子細胞內信號轉導過程，并活化相應靶基因，從而發揮生物學效應。近年來研究發現JAK／STAT信號通路的激活可以刺激腎小球系膜細胞過度增殖和增生，導致DN［6］。在 DN 患者腎小球和腎小管中，JAK／STAT通路顯著上調，其中JAK1、JAK2、JAK3、STAT1、STAT3的表達較正常患者明顯增高［7］。在NRK-49F細胞中，糖基化終末產物可以促進JAK2的磷酸化，進而激活STAT1、STAT3；加入JAK2特異抑制劑AG-490，STAT1和STAT3的活性減低，膠原蛋白的合成減少，從而減少ECM累積［8］。Wang等［9］研究表明：高糖可激活腎小球系膜細胞JAK2、STAT1、STAT3、STAT5活性，但其可能是通過激活JAK2／STAT1信號蛋白刺激TGF-β1和FN合成，導致ECM的累積和腎臟纖維化，而非JAK2／STAT3、STAT5信號通路。本實驗觀察JAK2／STAT1信號蛋白途徑在ECM聚集的作用，結果表明：高糖培養時，HMCs的JAK2、STAT1磷酸化蛋白水平較低糖對照組顯著增加，并分別在高糖作用24h和48h達到較高水平。對JAK2的這種活化效果，有研究認為其可能與高糖促進活性氧（Reactive Oxygen Species，ROS）的產生有關［10，11］。

JAK2／STAT1通路影響 TGF-β1合成的機制尚不十分清楚。有文獻提示，JAK2／STAT1信號通路活化后可能通過促進核因子（c-jun、c-fos）基因的表達來增加TGF-β1和FN的合成［6］。jun、fos基因分別編碼的Jun和Fos蛋白嵌合成二聚體復合物活化蛋白1（Activator Protein-1，AP-1），而 TGF-β受體的基因啟動子含有AP-1的結合位點［12］。由此推測，HMCs經高糖促進ROS的合成而激活JAK2／STAT1通路，進而促進相關核轉錄因子（如AP-1）活化、TGF-β1基因轉錄等一系列變化，最終引起ECM的大量聚集，加速腎臟纖維化。

綜上，高糖作用下 HMCs中 TGF-β1、FN mR-NA和蛋白水平的升高與JAK2／STAT1磷酸化密切相關。更進一步說明JAK／STAT信號途徑可能在DN發病過程中發揮重要作用，進而為DN的預防和治療提供又一個靶點。

本文第一作者簡介：

陳紅敏（1985～），女，漢族，碩士研究生，研究方向：糖尿病腎病的發病機制

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高糖培養人腎小球系膜細胞對JAK2／STAT1信號蛋白活化的影響

陳紅敏，李 競，高 凌，等／武漢大學人民醫院內分泌科，武漢430060

目的：觀察高糖對人腎小球系膜細胞（HMCs）Janus酪氨酸激酶2（JAK2）、信號轉導和轉錄活化因子1（STAT1）以及轉化生長因子—β1（TGF-β1）和纖維連接蛋白（FN）表達的影響。方法：將HMCs于高糖（30mmol／L）環境下培養不同時間后，Western blotting檢測磷酸化JAK2、STAT1（p-JAK2、p-STAT1）水平；RT-PCR 檢測TGF-β1和FN mRNA的表達；ELISA測定上清液中 TGF-β1和FN的含量，同時以低糖組作為對照。結果：與低糖對照組比較，高糖培養 H MCs p-JAK2、p—STAT1蛋白明顯上調，TGF-β1和FN mRNA表達和蛋白水平顯著增加（P＜0.01）。結論：高糖能通過激活HMCs中JAK2／STAT1信號途徑，促進TGF—β1和細胞外基質分泌。

糖尿病腎病 細胞外基質 Janus酪氨酸激酶／信號轉導和轉錄活化因子

人腎小球系膜細胞 高糖

Effect of High Concentration of Glucose on the Activation of Janus Kinase 2／Signal Transducers and Activators of Transcription 1（JAK2／STAT1）in Human Glomerular Me-sangial Cells

Chen Hongmin，Li Jing，Gao Ling，et al／Department of Endocrinology，Renmin Hospital of Wu-han Universty，Wuhan 430060

Objective：To investigate the effect of high concentration of glucose on the activation of janus kinase 2（JAK2）signal transducers and activa-tors of transcription 1（STAT1）and on the expression of transforming growth factor-β1（TGF-β1）and fibronectin （FN）in human glomerular mesangial cells（H MCs）.Method：HMCs were treated with high glucose（30mmol／L glucose）for different time respectively.Tyrosine phosphoryl-ation of JAK2（p-JAK2）and STAT1（p-ATAT1）protein were detected by Western blotting.TGF-β1and FN mRNA was assessed by semi-quantita-tive reverse transcription and polymerase chain reaction（RT-PCR）.The protein synthesis of TGF-β1 and FN in the supernatants were determined by enzyme-linked immunoadsorbent assay（ELISA）low glucose as control group.Results：Compared with control group，the expression of p-JAK2，p-STAT1，TGF-β1mRNA，FN mRNA and the protein level of TGF-β1，FN were significantly incresed in HMCs under high concentration of glu-cose.Conclusion：Under high concentration of glucose，the overproduction of TGF-β1and FN in HMCs partly be attributable to the phosphorylation of JAK2／STAT1.

Diabetic nephropathy；Extracellular matrix；Janus ki-nase／signal transducers and activators of transcrip—tion；Human glomerular mesangial cell；High glucose

R587.2

A

1005—1740（2011）02—0023—04

武漢大學人民醫院內分泌科，郵政編碼 武漢430060； 通訊作者：李 競，E-mail：lijing7823＠hotmail.com

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