張志宇+許珂+王靜+許鵬
【摘要】 目的:研究p53在骨關(guān)節(jié)炎軟骨組織中的表達(dá)及與關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞自噬的關(guān)系。方法:對(duì)20例骨關(guān)節(jié)炎患者(OA組)及10例正常膝關(guān)節(jié)軟骨組織(對(duì)照組),用實(shí)時(shí)定量PCR(real-time PCR)、免疫組化等方法檢測(cè)p53及Beclin1在膝關(guān)節(jié)軟骨中的表達(dá)與分布,并對(duì)兩者進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果:p53在OA組的表達(dá)明顯高于正常對(duì)照組(P<0.05),OA組關(guān)節(jié)軟骨組織中Beclin1的表達(dá)量明顯低于正常對(duì)照組(P<0.01),p53與Beclin1在軟骨組織中表達(dá)呈負(fù)性相關(guān)(r=-0.629,P<0.05)。結(jié)論:骨關(guān)節(jié)炎中p53的高表達(dá)能夠抑制軟骨細(xì)胞自噬,從而減弱軟骨細(xì)胞對(duì)凋亡抵抗能力,促進(jìn)軟骨細(xì)胞凋亡。
【關(guān)鍵詞】 骨關(guān)節(jié)炎; 自噬; p53; Beclin1
骨性關(guān)節(jié)炎(Osteoarthritis,OA)是一種常見的慢性退行性關(guān)節(jié)病,其主要病理改變是關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞的減少和軟骨基質(zhì)的降解,是致殘致畸的主要原因之一[1]。OA軟骨細(xì)胞的減少主要由于軟骨細(xì)胞過度凋亡引起,引起OA軟骨細(xì)胞過度凋亡的原因一直是近年來的研究熱點(diǎn)。隨著自噬現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及其與凋亡關(guān)系研究的不斷深入,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)自噬在OA軟骨細(xì)胞中減弱,從而促進(jìn)凋亡,但OA軟骨細(xì)胞自噬減弱的原因并不清楚[2]。最新研究認(rèn)為,抑癌基因p53是調(diào)控細(xì)胞凋亡和自噬的重要因子[3]。因此,本研究通過檢測(cè)p53及自噬調(diào)節(jié)因子Beclin1在OA軟骨細(xì)胞中的表達(dá),探索OA軟骨細(xì)胞自噬減弱的原因,為OA的基礎(chǔ)及臨床研究提供新的方向及思路,現(xiàn)報(bào)告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料 從2012年11月-2013年4月在西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬紅會(huì)醫(yī)院住院預(yù)接受膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)治療患者中,根據(jù)根據(jù)美國風(fēng)濕病學(xué)會(huì)(ACR)2008年修訂的OA診斷標(biāo)準(zhǔn),通過病史、臨床檢查和X線平片等確診OA患者共20例作為OA組。其中男6例,女14例,平均年齡(71.3±8.9)歲。同時(shí)收集無關(guān)節(jié)疾病史及肉眼病變的因外傷截肢、交叉韌帶斷裂、半月板損傷等行手術(shù)治療的膝關(guān)節(jié)患者共10例作為對(duì)照組,其中男8例,女2例,平均年齡(42.4±6.7)歲,經(jīng)病理學(xué)診斷關(guān)節(jié)病變,作為正常對(duì)照組。受試者均知情同意參加本實(shí)驗(yàn)并經(jīng)過醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。兩組受試者一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。
1.2 主要試劑及方法
1.2.1 主要試劑 p53及Beclin1引物由南京金斯瑞公司合成,引物信息見表1;逆轉(zhuǎn)錄試劑盒購自加拿大Fermentas公司;SYBR? Premix Ex TaqTM Ⅱ購自日本Takara公司;p53及Beclin1多克隆抗體購自中國臺(tái)灣Abnova公司,即用SP免疫組化兩步法檢測(cè)試劑盒購自北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司。
1.2.2 方法 30例新鮮標(biāo)分為兩部分:一部分立即放入4%多聚甲醛中固定,10%EDTA脫鈣6、7周,常規(guī)脫水,石蠟包埋,以4~5 μm厚度連續(xù)切片。行常規(guī)HE染色外,按試劑盒內(nèi)說明分別行p53及Beclin1免疫組織化學(xué)染色,用已知的陽性切片作為陽性對(duì)照,以PBS代替一抗作為陰性對(duì)照,經(jīng)染色后,陽性信號(hào)呈黃褐色。每張切片隨機(jī)選取5個(gè)高倍視野(×200),計(jì)算陽性染色細(xì)胞所占細(xì)胞總數(shù)的百分比;另一部分放入1‰DEPC水處理過的凍存管中浸液氮24 h后,轉(zhuǎn)移到-80 ℃凍存,Trizol法提取軟骨組織總RNA,經(jīng)微量核酸/蛋白定量儀鑒定并定量后,根據(jù)Fermentas公司提供說明書進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄,對(duì)逆轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物進(jìn)行擴(kuò)增,反應(yīng)結(jié)束后,立即進(jìn)行熔解曲線分析,用于判定PCR反應(yīng)的特異性,是否有非特異性擴(kuò)增產(chǎn)物;瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)擴(kuò)增產(chǎn)物條帶是否單一;內(nèi)參照為β-actin,基因表達(dá)量采用ΔΔCt法進(jìn)行計(jì)算。
1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 13.0軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差齊性及正態(tài)性檢驗(yàn)后,根據(jù)情況,兩組間均數(shù)的比較用Mann-Whitney U檢驗(yàn)或t檢驗(yàn);OA軟骨細(xì)胞中p53與Beclin1基因水平表達(dá)量用Pearson或Spearman檢驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)性分析以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2 結(jié)果
2.1 HE及免疫組織化學(xué)染色結(jié)果 20例OA組與10例對(duì)照組的膝關(guān)節(jié)軟骨組織經(jīng)HE染色后比較軟骨組織的厚度、形態(tài)及軟骨細(xì)胞的數(shù)量可見:OA軟骨變薄、缺損,軟骨表面毛糙,軟骨細(xì)胞數(shù)量減少,呈簇狀生長(見圖1A、B)。OA關(guān)節(jié)軟骨中p53陽性細(xì)胞主要分布于表層和中層,細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞核均有表達(dá);對(duì)照組關(guān)節(jié)軟骨陽性細(xì)胞分布部位與OA相似,但數(shù)量少,陽性細(xì)胞數(shù)低,兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見圖1C、D、圖2。OA關(guān)節(jié)軟骨四層結(jié)構(gòu)中均可見到Beclin1陽性細(xì)胞分布,主要表達(dá)于細(xì)胞質(zhì);對(duì)照組關(guān)節(jié)軟骨陽性細(xì)胞分布部位與OA相似,但數(shù)量較多,陽性細(xì)胞數(shù)高,兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01),見圖1E、F、圖2。
2.2 real time PCR結(jié)果 用realtime qPCR的方法檢測(cè)p53及Beclin1的表達(dá),β-actin作為內(nèi)參照。結(jié)果顯示p53在OA患者的關(guān)節(jié)軟骨組織中表達(dá)顯著高于對(duì)照組(P<0.01),而Beclin1在OA患者的關(guān)節(jié)軟骨組織中表達(dá)顯著低于對(duì)照組(P<0.01),見圖3。
2.3 相關(guān)性分析結(jié)果 OA患者20例關(guān)節(jié)軟骨組織中p53及Beclin1基因的表達(dá)進(jìn)行相關(guān)性分析,得出r=-0.629(P<0.05),故認(rèn)為OA組織中p53及Beclin1基因的表達(dá)之間具有相關(guān)性,且呈負(fù)相關(guān),見圖4。
3 討論
OA軟骨細(xì)胞的減少主要由于軟骨細(xì)胞過度凋亡引起[4]。Gobbi等[5]發(fā)現(xiàn)在OA膝關(guān)節(jié)軟骨的表層和中層有過度的細(xì)胞凋亡。應(yīng)用TUNEL法和熒光標(biāo)記的鈣依賴性的磷脂結(jié)合蛋白V法檢測(cè)正常組和OA組的髖關(guān)節(jié)軟骨發(fā)現(xiàn),在OA的關(guān)節(jié)軟骨中有18%~21%的軟骨細(xì)胞出現(xiàn)凋亡的特征,而只有2%~5%有凋亡特征的軟骨細(xì)胞出現(xiàn)在正常組關(guān)節(jié)軟骨中[6]。
OA軟骨細(xì)胞過度凋亡與凋亡基因過度表達(dá)有關(guān)[7]。p53是重要的抑癌基因,在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)促凋亡基因如Bax、PUMA和NOXA,下調(diào)凋亡抑制基因如Bcl-2的表達(dá)[8]。細(xì)胞質(zhì)中的p53使 Bax誘導(dǎo)的MOMP增加[9]。NO表達(dá)增加、細(xì)胞外基質(zhì)降解可以增加軟骨細(xì)胞中p53的表達(dá),進(jìn)而誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡[10]。本研究也證實(shí)OA中p53無論在基因水平及蛋白表達(dá)水平均高于正常對(duì)照組,且主要分布在表層和中層,細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核均有表達(dá)。
研究發(fā)現(xiàn),自噬參與了OA軟骨細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)。自噬通過降解蛋白及殘余細(xì)胞器為細(xì)胞節(jié)約并提供能量,清除某些有害的蛋白來防止或減少由這些聚集蛋白所引起的細(xì)胞毒性,中和細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)[11]。Beclin1是重要的自噬調(diào)節(jié)基因,它與Vps34形成的復(fù)合物可使磷脂酰肌醇磷酸化形成PI3P。PI3P招募并引導(dǎo)自噬相關(guān)蛋白定位,進(jìn)而介導(dǎo)自噬體的成核[12]。在OA大鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)自噬標(biāo)記物L(fēng)C3Ⅱ與Caspase3表達(dá)分布相反[13]。在OA患者的軟骨組織中研究發(fā)現(xiàn),隨著疾病嚴(yán)重程度的增加Beclin1介導(dǎo)的自吞噬途徑逐漸減弱,且與軟骨細(xì)胞凋亡呈負(fù)相關(guān)[2]。自噬是保證關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞獲取ATP、中和應(yīng)激的重要手段,因此自噬被抑制使得軟骨細(xì)胞抵抗凋亡刺激的能力下降。
近年研究發(fā)現(xiàn),p53不僅可以促進(jìn)凋亡,也能調(diào)節(jié)自噬。腫瘤自噬的研究中發(fā)現(xiàn),細(xì)胞質(zhì)中的p53可抑制Beclin1介導(dǎo)的自噬,因此當(dāng)物質(zhì)和能量缺乏時(shí),雖然p53表達(dá)降低,但細(xì)胞為維持ATP水平自噬不僅沒有減弱反而增強(qiáng)[3]。本研究在OA軟骨細(xì)胞中也證實(shí)p53與Beclin1基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān),說明關(guān)節(jié)軟骨中p53可能抑制了Beclin1介導(dǎo)的自噬反應(yīng),進(jìn)而使得OA軟骨細(xì)胞更易發(fā)生凋亡。
綜上所述,由于OA中由于NO表達(dá)增加、細(xì)胞外基質(zhì)降解等損傷因子增加,導(dǎo)致OA軟骨細(xì)胞p53表達(dá)增加,除了直接誘導(dǎo)凋亡外,還可使Beclin1介導(dǎo)的自噬水平降低,從而削弱自噬對(duì)軟骨細(xì)胞保護(hù)作用(如提供ATP、中和應(yīng)激反應(yīng)等),進(jìn)一步加劇OA軟骨細(xì)胞的凋亡。中止或者減弱這一過程,可能對(duì)減少OA細(xì)胞凋亡,甚至延緩OA軟骨退變的進(jìn)展,具有一定積極的意義。但OA軟骨細(xì)胞中p53抑制Beclin1的具體機(jī)制還須進(jìn)一步在細(xì)胞水平及分子水平進(jìn)行研究。
參考文獻(xiàn)
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[12] Vergne I,Deretic V.The role of PI3P phosphatases in the regulation of autophagy[J].Febs Lett,2010,584(7):1313-1318.
[13] Almonte-Becerril M,Navarro-Garcia F,Gonzalez-Robles A,et al.Cell death of chondrocytes is a combination between apoptosis and autophagy during the pathogenesis of osteoarthritis within an experimental model[J].Apoptosis,2010,15(5):631-638.
(收稿日期:2014-03-17) (本文編輯:歐麗)
OA軟骨細(xì)胞過度凋亡與凋亡基因過度表達(dá)有關(guān)[7]。p53是重要的抑癌基因,在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)促凋亡基因如Bax、PUMA和NOXA,下調(diào)凋亡抑制基因如Bcl-2的表達(dá)[8]。細(xì)胞質(zhì)中的p53使 Bax誘導(dǎo)的MOMP增加[9]。NO表達(dá)增加、細(xì)胞外基質(zhì)降解可以增加軟骨細(xì)胞中p53的表達(dá),進(jìn)而誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡[10]。本研究也證實(shí)OA中p53無論在基因水平及蛋白表達(dá)水平均高于正常對(duì)照組,且主要分布在表層和中層,細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核均有表達(dá)。
研究發(fā)現(xiàn),自噬參與了OA軟骨細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)。自噬通過降解蛋白及殘余細(xì)胞器為細(xì)胞節(jié)約并提供能量,清除某些有害的蛋白來防止或減少由這些聚集蛋白所引起的細(xì)胞毒性,中和細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)[11]。Beclin1是重要的自噬調(diào)節(jié)基因,它與Vps34形成的復(fù)合物可使磷脂酰肌醇磷酸化形成PI3P。PI3P招募并引導(dǎo)自噬相關(guān)蛋白定位,進(jìn)而介導(dǎo)自噬體的成核[12]。在OA大鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)自噬標(biāo)記物L(fēng)C3Ⅱ與Caspase3表達(dá)分布相反[13]。在OA患者的軟骨組織中研究發(fā)現(xiàn),隨著疾病嚴(yán)重程度的增加Beclin1介導(dǎo)的自吞噬途徑逐漸減弱,且與軟骨細(xì)胞凋亡呈負(fù)相關(guān)[2]。自噬是保證關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞獲取ATP、中和應(yīng)激的重要手段,因此自噬被抑制使得軟骨細(xì)胞抵抗凋亡刺激的能力下降。
近年研究發(fā)現(xiàn),p53不僅可以促進(jìn)凋亡,也能調(diào)節(jié)自噬。腫瘤自噬的研究中發(fā)現(xiàn),細(xì)胞質(zhì)中的p53可抑制Beclin1介導(dǎo)的自噬,因此當(dāng)物質(zhì)和能量缺乏時(shí),雖然p53表達(dá)降低,但細(xì)胞為維持ATP水平自噬不僅沒有減弱反而增強(qiáng)[3]。本研究在OA軟骨細(xì)胞中也證實(shí)p53與Beclin1基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān),說明關(guān)節(jié)軟骨中p53可能抑制了Beclin1介導(dǎo)的自噬反應(yīng),進(jìn)而使得OA軟骨細(xì)胞更易發(fā)生凋亡。
綜上所述,由于OA中由于NO表達(dá)增加、細(xì)胞外基質(zhì)降解等損傷因子增加,導(dǎo)致OA軟骨細(xì)胞p53表達(dá)增加,除了直接誘導(dǎo)凋亡外,還可使Beclin1介導(dǎo)的自噬水平降低,從而削弱自噬對(duì)軟骨細(xì)胞保護(hù)作用(如提供ATP、中和應(yīng)激反應(yīng)等),進(jìn)一步加劇OA軟骨細(xì)胞的凋亡。中止或者減弱這一過程,可能對(duì)減少OA細(xì)胞凋亡,甚至延緩OA軟骨退變的進(jìn)展,具有一定積極的意義。但OA軟骨細(xì)胞中p53抑制Beclin1的具體機(jī)制還須進(jìn)一步在細(xì)胞水平及分子水平進(jìn)行研究。
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(收稿日期:2014-03-17) (本文編輯:歐麗)
OA軟骨細(xì)胞過度凋亡與凋亡基因過度表達(dá)有關(guān)[7]。p53是重要的抑癌基因,在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)促凋亡基因如Bax、PUMA和NOXA,下調(diào)凋亡抑制基因如Bcl-2的表達(dá)[8]。細(xì)胞質(zhì)中的p53使 Bax誘導(dǎo)的MOMP增加[9]。NO表達(dá)增加、細(xì)胞外基質(zhì)降解可以增加軟骨細(xì)胞中p53的表達(dá),進(jìn)而誘導(dǎo)軟骨細(xì)胞凋亡[10]。本研究也證實(shí)OA中p53無論在基因水平及蛋白表達(dá)水平均高于正常對(duì)照組,且主要分布在表層和中層,細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核均有表達(dá)。
研究發(fā)現(xiàn),自噬參與了OA軟骨細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)。自噬通過降解蛋白及殘余細(xì)胞器為細(xì)胞節(jié)約并提供能量,清除某些有害的蛋白來防止或減少由這些聚集蛋白所引起的細(xì)胞毒性,中和細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)[11]。Beclin1是重要的自噬調(diào)節(jié)基因,它與Vps34形成的復(fù)合物可使磷脂酰肌醇磷酸化形成PI3P。PI3P招募并引導(dǎo)自噬相關(guān)蛋白定位,進(jìn)而介導(dǎo)自噬體的成核[12]。在OA大鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)自噬標(biāo)記物L(fēng)C3Ⅱ與Caspase3表達(dá)分布相反[13]。在OA患者的軟骨組織中研究發(fā)現(xiàn),隨著疾病嚴(yán)重程度的增加Beclin1介導(dǎo)的自吞噬途徑逐漸減弱,且與軟骨細(xì)胞凋亡呈負(fù)相關(guān)[2]。自噬是保證關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞獲取ATP、中和應(yīng)激的重要手段,因此自噬被抑制使得軟骨細(xì)胞抵抗凋亡刺激的能力下降。
近年研究發(fā)現(xiàn),p53不僅可以促進(jìn)凋亡,也能調(diào)節(jié)自噬。腫瘤自噬的研究中發(fā)現(xiàn),細(xì)胞質(zhì)中的p53可抑制Beclin1介導(dǎo)的自噬,因此當(dāng)物質(zhì)和能量缺乏時(shí),雖然p53表達(dá)降低,但細(xì)胞為維持ATP水平自噬不僅沒有減弱反而增強(qiáng)[3]。本研究在OA軟骨細(xì)胞中也證實(shí)p53與Beclin1基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān),說明關(guān)節(jié)軟骨中p53可能抑制了Beclin1介導(dǎo)的自噬反應(yīng),進(jìn)而使得OA軟骨細(xì)胞更易發(fā)生凋亡。
綜上所述,由于OA中由于NO表達(dá)增加、細(xì)胞外基質(zhì)降解等損傷因子增加,導(dǎo)致OA軟骨細(xì)胞p53表達(dá)增加,除了直接誘導(dǎo)凋亡外,還可使Beclin1介導(dǎo)的自噬水平降低,從而削弱自噬對(duì)軟骨細(xì)胞保護(hù)作用(如提供ATP、中和應(yīng)激反應(yīng)等),進(jìn)一步加劇OA軟骨細(xì)胞的凋亡。中止或者減弱這一過程,可能對(duì)減少OA細(xì)胞凋亡,甚至延緩OA軟骨退變的進(jìn)展,具有一定積極的意義。但OA軟骨細(xì)胞中p53抑制Beclin1的具體機(jī)制還須進(jìn)一步在細(xì)胞水平及分子水平進(jìn)行研究。
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(收稿日期:2014-03-17) (本文編輯:歐麗)