HIPK2基因對缺氧復氧誘導的NRK-52E腎小管上皮細胞活力和凋亡及JAK2/STAT3信號通路的影響*

朱彬蔚，卞蓉蓉，陳冬平，梅長林

(第二軍醫大學長征醫院腎內科， 上海 200001)

急性腎損傷是臨床上常見的一種綜合征，缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury，IRI)是引起該病的一個重要因素[1]。近些年來，在臨床上常采用導管術、溶栓療法和腎臟移植等新技術重新恢復缺血腎組織血流，但卻引起腎臟IRI的發生[2]。腎小管上皮細胞(renal tubular epithelial cells，RTEC)對膿毒血癥、中毒和缺血缺氧等損傷因素較敏感，缺氧損傷是引起各種腎臟疾病發生的重要原因，主要的病變是小管上皮細胞的凋亡和壞死，而小管上皮細胞的增殖、去分化及再分化是損傷后修復的基礎[3]。目前已發現在腎臟缺氧損傷后有多種熱點分子，如血管內皮生長因子、結締組織生長因子和細胞間黏附因子等參與了修復過程，但卻不是有效的治療手段[4]。因此，尋找有效的急性腎損傷治療靶點具有重要意義。同源結構域相互作用蛋白激酶2(homeo-domain-interacting protein kinase 2，HIPK2)是HIPK家族中的一員，是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，參與調控基因表達，受到信號誘導后激活，在細胞增殖和凋亡等信號轉導過程中有重要作用[5]。近些年的研究表明，HIPK2是一個腫瘤抑制基因，可影響肝癌和結直腸癌等多種腫瘤的生物學特性[6-7]；近期研究報道，HIPK2是腎臟纖維化過程中的一個關鍵調節因子，其高度活躍時可引起腎臟纖維化的發生[8]。而HIPK2在急性腎損傷中的作用還未清楚。因此，本研究通過將靶向HIPK2的小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)轉染大鼠腎近曲小管上皮細胞株NRK-52E，并進行缺氧復氧(hypoxia and reoxyge-nation，H/R)處理，檢測細胞增殖和凋亡情況，并研究其作用機制。

材 料 和 方 法

1 實驗材料

大鼠腎近曲小管上皮細胞株NRK-52E購自ATCC；胎牛血清和胰蛋白酶均購自Gibco； DMEM培養基購自HyClone； LipofectamineTM2000轉染試劑盒購自Invitrogen； CCK-8試劑盒購自碧云天生物技術研究所；Annexin V-FITC/碘化丙啶(propidium iodide，PI)細胞凋亡試劑盒購自南京凱基生物技術公司；二喹啉甲酸(bicinchoninic acid，BCA)試劑盒購自Nerck Millipore；Fluo-3/AM購自Biotium；兔抗人cleaved Caspase-3和caspase-12多抗、鼠抗人Bcl-2單抗、鼠抗人Bax單抗、兔抗人磷酸化Janus激酶2(phosphorylated Janus kinase 2，p-JAK2)單抗和兔抗人磷酸化信號轉導及轉錄激活因子3(phosphorylated signal transducer and activator of transcription 3，p-STAT3)單抗均購自Abcam；酶標儀購自Bio-Rad；流式細胞儀購自BD。

2 實驗方法

2.1細胞培養及分組 取出凍存在液氮罐中的NRK-52E細胞，37 ℃水浴快速溶解，溶解后細胞置于37 ℃、5% CO2及95% O2的培養箱中用含10%胎牛血清的DMEM培養液培養，換液去除未貼壁細胞，細胞生長融合至80%以上，用胰蛋白消化后進行傳代。細胞達80%融合后換成不含胎牛血清的高糖培養液同步化培養24 h，隨機分為正常對照組(control組)、陰性對照組(HIPK2-NC組)、H/R組和HIPK2-siRNA+H/R組。

2.2HIPK2-siRNA轉染NRK-52E細胞效率的檢測 HIPK2-siRNA轉染NRK-52E細胞參照LipofectamineTM2000說明書。取轉染48 h的細胞，加入細胞裂解液提取細胞中蛋白，BCA試劑盒定量蛋白，制備5%的濃縮膠和12%的分離膠，取40 μg蛋白樣品與上樣緩沖液充分混勻，100 ℃煮沸變性5 min，行SDS-PAGE分離(濃縮膠電壓為80～100V，電泳約30 min;分離膠電壓120 V，電泳約1.5 h)，電泳結束后轉PVDF膜，5%脫脂奶粉封閉， I 抗孵育(HIPK2和內參照GAPDH皆按照1∶1 000稀釋)，4 ℃孵育過夜，洗膜，加入HRP標記的羊抗兔抗體 II 抗(1∶2 000稀釋)，洗膜，加入配置好的化學發光試劑，室溫孵育2 min，曝光、顯影、定影。Quantity One軟件對蛋白灰度值進行分析。

2.3缺氧復氧細胞模型的制備 取轉染48 h后的細胞，缺氧制備前將培養液換成磷酸鹽緩沖液溶液，置于含有體積分數為1% O2、4% CO2及95% N2混合氣體缺氧的37 ℃培養箱中培養，1 h后，換為正常培養基培養，置于5% CO2及95% O2的培養箱內2 h，收集細胞。

2.4CCK-8法檢測細胞活力 各組細胞活力采用CCK-8法檢測。每孔加入CCK-8液10 μL，37 ℃孵育4 h，酶標儀以波長490 nm測定各孔的吸光度(A)值。實驗重復3次。以吸光度值反映細胞活力。

2.5流式細胞術檢測細胞凋亡 采用Annexin V-FITC/PI雙染法檢測各組細胞凋亡情況。將5×105個NRK-52E細胞接種于6孔板中，按照前面分組處理后，胰蛋白酶消化收集細胞，離心，棄掉上清，預冷的磷酸鹽緩沖液洗滌細胞，離心，棄上清，加入結合緩沖液500 μL重懸細胞，加入Annexin V-FITC 5 μL，充分混勻后，置于4 ℃避光環境中孵育15 min，再加入PI 5 μL，置于室溫避光環境中5～15 min，1 h內上流式細胞儀檢測各組細胞的凋亡情況。實驗重復3次。

2.6Ca2+熒光強度檢測 采用流式細胞儀檢測游離的Ca2+熒光強度。胰蛋白酶消化后收集細胞，離心，磷酸鹽緩沖液洗滌2遍，細胞中加入1 μmol/L的鈣敏感熒光探針Fluo-3/AM，充分振蕩混合均勻，置于37 ℃避光條件下孵育45 min，磷酸鹽緩沖液洗滌除去沒有結合的燃料，繼續15 min孵育后送檢(1 000個細胞)。Fluo-3/AM的發射波長及激發波長分別為526 nm和488 nm。細胞內游離Ca2+濃度通過熒光強度反映。實驗重復3次。

2.7Western blotting檢測蛋白水平 細胞內增殖相關蛋白Ki67、凋亡相關蛋白cleaved caspase-3、 caspase-12、Bcl-2、Bax及JAK2/STAT3信號通路p-JAK2和p-STAT3蛋白水平的檢測參照方法2.2進行。

3 統計學處理

所有實驗數據采用SPSS 21.0軟件進行分析，計量資料用均數±標準差(mean±SD)表示，多組差異比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用Bonferroni校正的t檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 HIPK2-siRNA轉染NRK-52E細胞效果

HIPK2-siRNA組HIPK2的蛋白表達顯著低于control組(P<0.05)，而在HIPK2-NC組HIPK2的蛋白表達與control組差異無統計學顯著性，見圖1。這說明轉染HIPK2-siRNA可顯著降低HIPK2的表達。

2 HIPK2-siRNA轉染可促進H/R誘導的NRK-52E細胞活力

H/R組的細胞活力顯著低于control組(P<0.05)，而HIPK2-siRNA+H/R組細胞活力顯著高于H/R組(P<0.05)，見圖2。

3 HIPK2-siRNA轉染可抑制H/R誘導的NRK-52E細胞凋亡

H/R組細胞凋亡率顯著高于control組(P<0.05)，而HIPK2-siRNA+H/R組細胞凋亡率顯著低于H/R組(P<0.05)，見圖3。

4 HIPK2-siRNA轉染可降低H/R誘導的NRK-52E細胞的Ca2+熒光強度

H/R組Ca2+熒光強度值顯著高于control組(P<0.05)，而HIPK2-siRNA+H/R組Ca2+熒光強度值顯著低于H/R組(P<0.05)，見圖4。

Figure 1. The protein expression of HIPK2 after HIPK2-siRNA was transfected into NRK-52E cells. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group.

圖1HIPK2-siRNA轉染NRK-52E細胞后HIPK2的蛋白表達

Figure 2. The effect of HIPK2-siRNA transfection on the viability of NRK-52E cells induced by H/R. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsH/R group.

圖2HIPK2-siRNA轉染對H/R誘導的NRK-52E細胞活力的影響

5 HIPK2-siRNA轉染對H/R誘導的NRK-52E細胞增殖及凋亡相關蛋白表達的影響

H/R組的Ki67和Bcl-2蛋白表達顯著低于control組(P<0.05)，cleaved caspase-3、 caspase-12和Bax的蛋白表達顯著高于control組(P<0.05)；而HIPK2-siRNA+H/R組Ki67和Bcl-2蛋白表達顯著高于H/R組(P<0.05)，cleaved caspase-3、caspase-12和Bax的蛋白表達顯著低于H/R組(P<0.05),見圖5。

6 HIPK2-siRNA轉染可下調H/R誘導的NRK-52E細胞JAK2/STAT3信號通路蛋白的磷酸化水平

H/R組的p-JAK2和p-STAT3蛋白表達均顯著高于control組(P<0.05)，而HIPK2-siRNA+H/R組的p-JAK2和p-STAT3蛋白水平顯著低于H/R組(P<0.05),見圖6。

Figure 3. The effect of HIPK2-siRNA transfection on the apoptosis of NRK-52E cells induced by H/R. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsH/R group.

圖3HIPK2-siRNA轉染對H/R誘導的NRK-52E細胞凋亡的影響

Figure 4. The effect of HIPK2-siRNA transfection on Ca2+fluorescence intensity of NRK-52E cells induced by H/R. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsH/R group.

圖4HIPK2-siRNA轉染對H/R誘導的NRK-52E細胞Ca2+熒光強度的影響

討 論

腎IRI是引起缺血性腎衰竭的一個主要原因，如何有效防治腎IRI是國內外學者關注的熱點[9]。腎IRI的發生機制較為復雜，RTEC凋亡是其發生的一個重要機制，主要與鈣超載、氧自由基增多和能量代謝障礙等因素有密切聯系[10]，因此研究有效的腎臟損傷治療方法尤為重要。HIPKs家族分為HIPK1、HIPK2和HIPK3。小鼠HIPK2基因定位于6B染色體上，人類HIPK2基因定位于7q32～34，是一種細胞核內的絲蘇氨酸蛋白激酶。近些年的研究發現，HIPK2是一個有多種功能潛在的腫瘤抑制因子，可通過調控腫瘤細胞中一些關鍵分子通路，而抑制腫瘤生長及使藥物敏感性增強[11-12]。隨著對HIPK2研究的深入，其在腎臟中的作用受到廣泛關注。研究發現，HIPK2可通過調節Notch、p53和Smad3等通路在腎臟中發揮促炎和纖維化作用[13-14]。最新研究發現，HIPK2表達的抑制可減緩腎臟纖維化的進程，可作為腎臟纖維化治療的靶點[15]。但關于HIPK2在腎損傷中的研究不多。

Figure 5. The effect of HIPK2-siRNA transfection on the expression of proliferation-and apoptosis-related proteins in the NRK-52E cells induced by H/R. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsH/R group.

圖5HIPK2-siRNA轉染對H/R誘導的NRK-52E細胞增殖及凋亡蛋白表達的影響

本研究將靶向HIPK2的siRNA轉染NRK-52E細胞，細胞中HIPK2的表達明顯降低，說明轉染后可明顯抑制HIPK2表達。細胞經過H/R處理，通過CCK-8法及流式細胞術分別檢測細胞活力及凋亡情況，發現H/R處理細胞活力明顯降低，凋亡率增加，而HIPK2-siRNA+H/R處理可改善這一現象。這提示沉默HIPK2對急性腎損傷的腎小管起到保護作用。Ki67是一種與增殖細胞相關的核抗原，是檢測細胞增殖活性比較準確、理想、可靠的抗原，已在多種疾病的研究和探討中得到廣泛的應用[16-18]。細胞凋亡信號有線粒體和死亡受體途徑2條經典的傳導通路。近些年的研究發現，過度的內質網應激(endoplasmic reticulum stress，ERS)可引起細胞凋亡啟動，是一條新的引起細胞凋亡的信號傳導通路，可特異性使caspase-12激活，而caspase-12可裂解caspase-3等一些下游效應蛋白酶，最終引起細胞凋亡[19-20]。研究發現，H/R刺激腎上皮細胞可觸發ERS，引起caspase-12的激活[21]。Ca2+可參與多種細胞功能的調節，是細胞內正常生理功能維持的重要物質基礎，研究發現，I/R損傷可增加細胞內Ca2+，活化caspase-12，從而誘導細胞凋亡[22]。Bcl-2和Bax是Bcl-2家族的2個重要蛋白，Bcl-2/Bax的比例是引起細胞凋亡啟動的關鍵因素，Bcl-2/Bax比率上調可使細胞凋亡抑制，Bcl-2/Bax比率下調可導致細胞凋亡增多[23]。研究發現，在腎臟疾病中Bcl-2和Bax發揮至關重要的作用[24]。本實驗結果顯示，沉默HIPK2促進H/R處理的NRK-52E細胞增殖的機制是上調Ki67，抑制凋亡的機制是上調Bcl-2表達，下調caspase-12、cleaved caspase-3和Bax表達。

Figure 6. The effect of HIPK2-siRNA transfection on JAK2/STAT3 signaling in NRK-52E cells induced by H/R. Mean±SD.n=3.*P<0.05vscontrol group;#P<0.05vsH/R group.

圖6HIPK2-siRNA轉染對H/R誘導的NRK-52E細胞JAK2/STAT3信號的影響

JAK2/STAT3信號通路參與細胞的增殖、凋亡、分化、免疫調節和遷移等生理過程，正常RTEC有低水平活化，主要介導修復和增生[25-26]。近些年在腎臟疾病中的調控作用受到廣泛關注，已被證實其與足細胞、腎小管上皮細胞、系膜細胞等有密切關系[27]。JAK2/STAT3信號通路的激活可引起RTEC凋亡，可能參與乙肝病毒對腎組織直接損傷的致病機制[28]；抑制JAK2/STAT3信號可降低RTEC的轉分化[29]；H/R條件可激活JAK2/STAT3，而抑制其活性后對RTEC起保護作用[30]。本研究結果顯示，HIPK2表達的抑制可下調NRK-52E細胞JAK2/STAT3信號表達，這與前人在腎臟中的作用研究是一致的。

綜上所述，抑制HIPK2基因可促進缺氧復氧誘導的NRK-52E腎小管上皮細胞生長，下調JAK2/STAT3信號通路，降低凋亡率，上調Ki67，從而上調Bcl-2表達，同時下調caspase-12、caspase-3和Bax表達。HIPK2基因可能是急性腎損傷治療的一個新的靶點。但本研究還未進行體內實驗研究，存在一定的局限性，這也是我們后期實驗研究的重點。

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