2024年2月21日发(作者:祢若薇)
·774·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6):774-80网络出版时间:2021-5-2810:12 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20210527.1458.016.html长链非编码RNAKcnq1ot1对小鼠糖尿病心肌病的作用杨 帆1,王丽宏2(1.南京大学医学院附属鼓楼医院内分泌科,江苏南京 210008;2.哈尔滨医科大学附属第二医院内分泌科,黑龙江哈尔滨 150001)doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.06.008文献标志码:A文章编号:1001-1978(2021)06-0774-07中国图书分类号:R332;R32211;R3422;R5422;R5422025;R5872摘要:目的 研究长链非编码RNAKcnq1ot1在糖尿病心肌病中的作用及机制。方法 C57BL/6小鼠分为对照组和糖尿病(DM)组,注射链脲佐菌素建立DM模型后喂养8周建立糖尿病心肌病模型。DM组小鼠注射慢病毒干扰Kcnq1ot1表达。qRTPCR检测小鼠左心室Kcnq1ot1表达。超声心动图、HE和Masson染色评价小鼠左心室结构和功能,Westernblot检测collagenⅠ、GF1/Smads通路表达Ⅲ和Tβ水平。免疫组化、qRTPCR和Westernblot检测左心室NL、caspase1、IL1SDMDN表达。结果 与对照组RP3β和G相比,Kcnq1ot1在DM小鼠左心室中明显升高,注射Kcnq1ot1shRNA慢病毒后被抑制。DM组小鼠心脏收缩和舒张功能明显下降,出现心肌细胞肥大及纤维化;干扰Kcnq1ot1后DM小鼠心脏功能和结构明显改善。此外,干扰Kcnq1ot1后胶原表达下调,TGF1/Smads通路被抑制,焦亡β相关分子表达下调。结论 LncRNAKcnq1ot1在糖尿病心肌病小鼠中表达升高,干扰Kcnq1ot1能够通过抑制心肌焦亡,抑制TGF1/Smads通路,减轻糖尿病心肌间质纤维化,β改善心脏结构和功能。关键词:长链非编码RNA;Kcnq1ot1;糖尿病心肌病;焦亡;纤维化;NLRP3收稿日期:2021-03-03,修回日期:2021-04-02基金项目:国家自然科学基金资助项目(No81770809)1989-),女,博士,研究方向:糖尿病心血管并发作者简介:杨 帆(症,Email:yangfan_0210@126.com;王丽宏(1973-),女,博士,教授,博士生导师,研究方向:糖尿病心血管并发症,通讯作者,Email:nd6688@163.com开放科学(资源服务)标识码(OSID): 糖尿病已经成为危害公共健康的全球性问题,成为威胁人类健康的“第三大杀手”。流行病学调查显示,糖尿病患者发生心力衰竭的风险明显高于0%-80%糖尿病患者最终死于糖尿正常人,超过51]病的心血管并发症[。糖尿病心肌病(diabeticcar,DCM)是糖尿病的一个重要心血管并diomyopathy发症,是导致糖尿病患者出现心衰、恶性心律失常、CM的有猝死的重要原因之一。目前尚缺乏治疗D效办法,因此,积极探索DCM的发病机制、寻找新的治疗靶点,对DCM的防治无疑具有重要的科学意义。焦亡是与炎症相关的细胞程序性死亡,可触发细胞膜孔形成,促进胞质促炎因子的释放和细胞裂2]解[。焦亡过程中,核苷酸结合寡聚化结构域样受(nucleotidebindingoligomerizationdomain体蛋白3likereceptorprotein3,NLRP3)可募集并与含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(cysteinylaspartatespe,caspase1)的前体(procaspase1)cificproteinase1相互作用,形成NLRP3炎性体并促进procaspase1的自催化裂解,产生活化的caspase1,后者可将proIL1roIL18加工为成熟体IL1L18。β和pβ和I同时,活化的caspase1可以将消皮素D(gasderminD,GSDMD)切割成两个片段,产生的氨基末端片段3]通过其成孔作用破坏细胞膜,促进细胞焦亡[。以CM中激活,抑制焦亡后糖往的研究表明,焦亡在DbilitydecreasedandthecellapoptosisandautophagywereaggravatedaftertransfectingsiRZNRF2.Conclusions ZNRF2protectsPC12cellsfromtheinjurycausedbyOGD/Randitsmechanismmayberelatedtotheinhibitionofautophagy.Keywords:oxygenglucosedeprivation/reoxygenation;PC12cells;ZNRF2;autophagy;mTOR;apoptosisexpressionsofZNRF2mRNAandproteinweredownregulatedsignificantly.Simultaneously,theproteinsexpressionsofLC3IIandBeclin1increased,andtheexpressionofp62proteindecreasedinOGD/Rgroup.,thecellviabilitywasenComparedwithOGD/Rgrouphanced,thecellapoptosisandautophagyweredecreasedinLVZNRF2group.Incontrast,thecellvia
中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6)46]尿病动物模型心脏形态和功能明显改善[。值得·775·eica);高分辨率小动物超声成像系统(加机(德国L拿大VisualSonics);电子血糖仪及试纸(德国罗氏);台式低速冷冻离心机(中国奥盛仪器);转移电泳槽和电泳仪(美国BioRad)。1.4 动物模型的制备和分组 6-8周龄雄性C57BL/6小鼠,体质量(18-20)g,适应性喂养1周。1周后将小鼠随机分组,分别为正常组(control组)、糖尿病组(DM组)、糖尿病小鼠注射Kcnq1ot1shRNA慢病毒组(DM+Kcnq1ot1shRNA组)和糖尿crshRNA慢病毒组(DM+Scr病小鼠注射对照S注意的是,焦亡与心肌纤维化密切相关:IL1β和IL18激活可以促进氧化应激,导致成纤维细胞增殖和胶原的产生。然而,目前关于DCM心肌纤维化与焦亡的调控机制尚未完全阐明。NA(longnoncodingRNA,ln长链非编码RcRNA)是一种转录本长度>200个核苷酸的非编码RNA,不能编码蛋白质,但可以在表观遗传学、转录及转录后水平调控基因的表达,参与多种病理生ncRNAKcnq1ot1与多种心脏疾病密切相理过程。L关,包括急性心肌损伤和心律失常等[7-8]。然而,Kcnq1ot1在DCM中的作用及机制尚不清楚。本研究的主要目的是阐明lncRNAKcnq1ot1对DCM心肌焦亡、炎症和纤维化的调控作用,为DCM提供了新的思路和潜在的治疗靶点。1 材料与方法1.1 实验动物 C57BL/6小鼠(18-20)g,♂,购于哈尔滨医科大学实验动物中心,许可证号SCXK(黑)2019001,在哈尔滨医科大学北方医学转化中心动物饲养房喂养。专人饲养,自由进食、自由进水。动物饲养房在标准状态下,温度维持在(23±1)℃,湿度维持在(55±5)%,通风状态良好,每天光照12h、黑暗12h交替进行。实验过程严格遵守中国《实验动物福利伦理审查指南》和美国《实验动物饲养管理和使用指南》(第8版),并通过哈尔滨医科大学伦理委员会批准。1.2 试剂 链脲佐菌素(北京索来宝),货号:S8050;慢病毒(中国上海吉玛),货号:P4240100UG;TRIzol(美国Invitrogen),货号:15596026;ReverTraAceqPCRRTkit(日本Toyobo),货号:FSQ101;SYBRqPCRMix(日本Toyobo),货号:QPK201;RIPA裂解液(美国Thermo),货号:FNN0011;蛋白酶和磷酸酶抑制剂(瑞士Roche),货号:5892791001;蛋白Marker(美国Thermo),货号:J44908ML;ECL显色液(中国Tanon),货号:1805001;BCA试剂盒(中国碧云天),货号:P0009;PVDF膜(美国Millipore),货号:ISEQ00010;山羊抗兔、抗鼠IgG二抗(美国Invitrogen),货号:AAT16720;NLRP3、caspase1、IL1β、GSDMDN、collagenⅠ、collagenⅢ、TGFβ1、pSmad2/3、Smad2/3抗体(美国CST),货号:15101、2255、12703、3642、72026、30565S、3108、5336、9520、5339、9523;GAPDH抗体(中国ZSGBBIO),货号:TA08。1.3 仪器 7500Fast实时定量PCR仪(美国ABI);Odyssey成像系统(美国LICOR);冰冻切片shRNA组)。采用小剂量多次连续腹腔注射链脲佐菌素(streptozocin,STZ)方法建立糖尿病模型,STZ溶于柠檬酸盐缓冲液(pH42)中,50mg·kg-1·d-1连续腹腔内注射5d,正常对照组给予等体积的柠檬酸盐缓冲液注射,最后一次注射72h后,尾静脉采血检测空腹血糖>167mmol·L-1则糖尿病造模成功。随后,小鼠尾静脉注射Kcnq1ot1shRNA慢病毒,建立动物体内干扰Kcnq1ot1模型;DM+ScrshRNA组注射对照ScrshRNA慢病毒,control组和DM组注射等剂量的生理盐水。合成Kcnq1ot1shRNA慢病毒。1×1012TU·L-1慢病毒溶于50μL生理盐水,小鼠尾静脉注射[9]。Kcnq1ot1shRNA的序列为5′GGTAGAATAGTTCTGTCTT3′。经尾静脉给予小鼠上述药物后继续喂养8周,建立DCM模型。1.5 超声心动图检测 小鼠腹腔注射10%的水合氯醛进行麻醉,应用高清小动物超声成像系统Vevo1100留取左室长轴二维超声图像,计算左室射血分数(ejectionfraction,EF%)和短轴缩短率(fractionalshortening,FS%)。1.6 HE染色 制备石蜡切片。将石蜡切片脱蜡,蒸馏水洗涤,给予HE染色,流水冲洗30s,梯度乙醇及二甲苯浸泡,处理后封片、晾干,留取HE染色图像,观察心肌形态。1.7 Masson染色 石蜡切片脱蜡至水,洗涤后给予Masson染色剂染色,02%冰醋酸洗涤并用01%磷钨酸分化,亮绿染液染色,待纤维化病灶染至淡绿色用02%冰醋酸洗涤,梯度酒精脱水,处理后封片、晾干,留取Masson染色图像,观察心肌纤维化程度。1.8 RNA提取和实时定量PCR 取小鼠的左心室组织,TRIzol提取总RNA,测定RNA浓度和纯度,应用Toyobo逆转录试剂盒逆转录为cDNA,反应程序为37℃15min,98℃5min,4℃Holding。应用ToyoboSYBRqPCRMix试剂盒进行qRTPCR。以GAPDH为内参,采用2-ΔΔCt法计算目的基因相对含
··776中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6)量。主要引物序列如Tab1所示。Tab1 SpecificprimersequencesforqRTPCRGenePrimersequenceKcnq1ot1Forward5′GCACTCTGGGTCCTGTTCTC3′Reverse5′CACTTCCCTGCCTCCTACAC3′NLRP3Forward5′GTGGAGATCCTAGGTTTCTCTG3′Reverse5′CAGGATCTCATTCTCTTGGATC3′caspase1Forward5′ACACGTCTTGCCCTCATTATCT3′Reverse5′ATAACCTTGGGCTTGTCTTTCA3′IL1βForward5′CCCTGCAGCTGGAGAGTGTGG3′Reverse5′TGTGCTCTGCTTGAGAGGTGCT3′GAPDHForward5′ATCACTGCCACCCAGAAGAC3′Reverse5′TTTCTAGACGGCAGGTCAGG31.9 蛋白质印迹分析 用RIPA裂解液提取心脏组织蛋白,BCA法检测蛋白浓度,并上样、电泳、转膜,分别加入NLRP3(1∶800)、caspase1(1∶500)、IL1β(1∶800)、GSDMDN(1∶500)、collagenⅠ(1∶1000)、collagenⅢ(1∶1000)、TGFβ1(1∶800)、psmad2/3(1∶800)、smad2/3(1∶800)、GAPDH(1∶2000)一抗,4℃过夜,TBST洗膜加入辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG(1∶2500)二抗,37℃孵育1h,ECL显色,拍照。1.10 免疫组织化学染色 将小鼠左心室组织放入4%多聚甲醛中固定、包埋、冰冻,切成5μm的薄片置于载玻片,4%多聚甲醛固定20min,穿透液穿透1h。山羊血清封闭2h,加入NLRP3、caspase1、IL1β和GSDMDN一抗(1∶200),4℃过夜,二抗湿盒中常温孵育1h,加入DAPI,室温下静置30min,显微镜观察。1.11 统计学分析 采用GraphpadPrism60软件对实验数据进行统计。数值资料以珋x±s表示,两组间比较应用ttest,多组间比较应用单因素方差分析(ANOVA)。2 结果2.1 糖尿病小鼠干扰Kcnq1ot1的表达 本实验构建DCM的动物模型,通过对C57BL/6小鼠尾静脉病毒注射实现体内干扰Kcnq1ot,每组5只。qRTPCR检测发现,与对照组相比,Kcnq1ot1在糖尿病小鼠的心脏组织明显升高,给予Kcnq1ot1shRNA后被明显抑制(Fig1)。2.2 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏功能的影响 为了研究Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏功能的影响,将各组小鼠麻醉后进行超声心动图检测。结果表明,与对照组相比,DM组小鼠左心室功能明显减退,表现为心脏收缩和舒张功能下降,EF和FS明显降低;体内干扰Kcnq1ot1后,糖尿病小鼠心脏功Fig1 SilencingKcnq1ot1invivo(珋x±s,n=5)TheexpressionofKcnq1ot1inleftventriclewasdetectedbyqRTPCR.1:Control;2:DM;3:DM+Kcnq1ot1shRNA;4:DM+ScrshRNA.P<005vscontrol,#P<005vsDM+ScrshRNA.能明显改善(Fig2A-C)。2.3 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏结构的影响 采用HE染色和Masson染色的方法评价各组小鼠的心脏形态学改变和纤维化程度。HE染色结果表明,与对照组相比,糖尿病小鼠左心室心肌细胞肥大,排列紊乱;干扰Kcnq1ot1后,心肌细胞肥大减轻(Fig3A)。Masson染色结果表明,糖尿病小鼠左心室胶原沉积增多,心肌纤维化加重;干扰Kcnq1ot1后,胶原沉积减少,纤维化改善(Fig3B)。2.4 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏胶原的影响 为进一步探讨lncRNAKcnq1ot1对糖尿病小鼠心肌纤维化的调控作用,应用Westernblot方法检测心脏胶原的表达情况。实验结果表明,DM组小鼠心脏组织collagenⅠ和collagenⅢ蛋白表达水平明显升高,DM+Kcnq1ot1shRNA组胶原表达减少(Fig4)。上述结果说明,干扰Kcnq1ot1可减少糖尿病小鼠心肌胶原沉积。2.5 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏TGFβ1/Smads通路的影响 我们进一步检测纤维化相关的TGFβl/Smads信号转导通路的表达情况。结果表明,与对照组相比,DM组小鼠心脏组织TGFβ1、pSmad2和pSmad3蛋白表达水平明显升高,DM+Kcnq1ot1shRNA组上述蛋白表达显著减少(Fig5)。这说明干扰Kcnq1ot1可抑制糖尿病小鼠TGFβl/Smads信号转导通路的激活,减少心肌胶原沉积。2.6 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏焦亡的影响 为研究Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心肌焦亡的影响,采用免疫组化、qRTPCR和Westernblot方法检测各组小鼠心脏组织中NLRP3、caspase1、IL1β和GSDMDN的表达水平。免疫组化分析表明,与对照组相比,DM组小鼠心脏组织NLRP3、caspase1和
中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6)··777珋Fig2 CardiacfunctionattenuatedbysilencingKcnq1ot1indiabeticmice(x±s,n=5)A:Mmodeechocardiogramsofleftventricle;B:EFineachgroup;C:FSineachgroup.1:Control;2:DM;3:DM+Kcnq1ot1shRNA;4:DM+ScrshRNA.P<005vscontrol,#P<005vsDM+ScrshRNA.Fig3 CardiacstructureattenuatedbysilencingKcnq1ot1indiabeticmice(n=5)A:HE;B:Masson’strichromestainingwereperformed.Scalebar,50μm.IL1DM+Kcnq1ot1shRNA组NLRP3、β表达提高,caspase1和IL1Fig6A)。同时,各组β表达减少(NLRP3、caspase1和IL1RNA和蛋白表达水β的m平也表现为相似的趋势(Fig6B-E)。此外,糖尿病小鼠心脏组织GSDMDN的蛋白表达明显增多,然cnq1ot1后,其表达下调(Fig6A、E)。这些而抑制K结果表明,干扰Kcnq1ot1可抑制糖尿病小鼠心脏焦亡的激活。3 讨论 DCM是DM的一种慢性进展性的心血管并发症,主要是由于DM引起心肌纤维化、心脏结构改10]变、舒张功能异常,进而引发收缩功能障碍[。LncRNA能够在表观遗传学、转录及转录后水平调控多种疾病。Kcnq1ot1是一种lncRNA,能够调控包括cnq1ot1在DCM心脏疾病在内的多种疾病,然而K的表达及调控机制尚不清楚。本研究发现,Kcnq1ot1在STZ诱导的C57BL/6小鼠左心室组织中表达明显增多。DM小鼠体内干扰Kcnq1ot1后能够
·780·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6)[J].JCellMolMed,thepathogenesisofdiabeticcardiomyopathy2019,23(9):5859-67.[12]LiX,WangH,YaoB,etal.lncRNAH19/miR675axisregulatescardiomyocyteapoptosisbytargetingVDAC1indiabeticcar[J].SciRep,2016,6:36340.diomyopathy[13]ZhouX,ZhangW,JinM,etal.lncRNAMIATfunctionsasacompetingendogenousRNAtoupregulateDAPK2byspongingmiR223pindiabeticcardiomyopathy[J].CellDeathDis,2017,8(7):e2929.[14]GaoX,GeJ,LiW,etal.LncRNAKCNQ1OT1amelioratesparticleinducedosteolysisthroughinducingmacrophagepolarization[J].BiolChem,2018,399(4):375-byinhibitingmiR21a5p86.[15]JinX,JinH,ShiY,etal.LongnoncodingRNAKCNQ1OT1promotescataractogenesisviamiR214andactivationoftheCaspase1pathway[J].CellPhysiolBiochem,2017,42(1):295-305.[16]RenK,XuR,HuangJ,etal.KnockdownoflongnoncodingRNAKCNQ1OT1depressedchemoresistancetopaclitaxelinlung[J].CancerChemotherPharmacol,2017,80adenocarcinoma(2):243-50.[17]JiaC,ChenH,ZhangJ,etal.Roleofpyroptosisincardiovasculardiseases[J].IntImmunopharmacol,2019,67:311-8.[18]ArtlettCM.TheroleoftheNLRP3inflammasomeinfibrosis[J].OpenRheumatolJ,2012,6:80-6.[5] YangF,QinY,WangY,etal.MetformininhibitstheNLRP3inflammasomeviaAMPK/mTORdependenteffectsindiabeticcar[J].IntJBiolSci,2019,15(5):1010-9.diomyopathy[6] ShiH,ZhenZ,WangX,etal.InhibitionofautophagyinduceseleasefromARPE19cellsviaROSmediatedNLRP3inIL1βrflammasomeactivationunderhighglucosestress[J].BiochemBiophysResCommun,2015,463(4):1071-6.[7] ChenY,ZhangZ,ZhuD,etal.KnockdownofKCNQ1OT1attenuatescardiachypertrophythroughmodulationofthemiR2054/AKT3axis[J].JThoracDis,2020,12(9):4771-80.[8] CotoE,CalvoD,RegueroJR,etal.DifferentialmethylationoflncRNAKCNQ1OT1promoterpolymorphismwasassociatedwith[J].Epigenomics,2017,9(8):symptomaticcardiaclongQT1049-57.[9] JiangYN,DuWJ,ChuQ,etal.DownregulationoflongnoncodingRNAKcnq1ot1:animportantmechanismofarsenictriox[J].CellPhysiolBiochem,2018,ideinducedlongQTsyndrome45(1):192-202.[10]邱晓霞,李逸朗,梁关凤,等.经典Wnt/atenin/TCF7L2信βcJ].中国药理学通报,号通路在1型糖尿病心肌病中的作用[2019,35(8):1104-9.[10]QiuXX,LiYL,LiangGF,etal.EffectofactivatedcanonicalWnt/catenin/TCF7L2signalingpathwayintype1diabeticcarβdiomyopathy[J].ChinPharmacolBull,2019,35(8):1104-9.[11]ZhangW,XuW,FengY,etal.NoncodingRNAinvolvementinRoleoflongnoncodingRNAKcnq1ot1inmicewithdiabeticcardiomyopathy12YANGFan,WANGLihong(1.DeptofEndocrinology,DrumTowerHospitalAffiliatedtoNanjingUniversityMedicalSchool,Nanjing 210008,China;2.DeptofEndocrinology,theSecondAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin 150001,China)Abstract:Aim ToinvestigatetheroleoflongnoncodingRNAKcnq1ot1inmicewithdiabeticcardiomyopathy(DCM)anditsmechanism.Methods C57BL/6miceweredividedintocontrolgroupanddiabeticgroup(DM).DMmodelwasestablishedbyintraperitonealinjectionofstreptozocin.TheDCMmodelwasestablishedbyfeedingforeightweeks.Kcnq1ot1shRNAlentiviruswasinjectedtoinhibitKcnq1ot1.TheexpressionlevelsofKcnq1ot1intheleftventricleofmiceineachgroupweredetectedbyqRTPCR.Thefunctionandstructureoftheleftventricularwereevaluatedusingechocardiography,HEandMassonstaining.TheexpressionlevelsofcollagenⅠ,collagenⅢandTGF1/Smadssignalingpathwayweredetectedbyβ,Westernblot.TheexpressionlevelsofNLRP3caspase1,IL1ndGSDMDNintheleftventricularβa,tissueofmiceweredetectedbyimmunohistochemistryqRTPCRandWesternblot.Results qRTPCRshowedthattheexpressionofKcnq1ot1intheleftventriculartissuesofdiabeticmicesignificantlyincreased,andwassignificantlycomparedwiththecontrolgroupinhibitedbyKcnq1ot1shRNA.Thesystolicanddiastolicfunctionsofdiabeticheartssignificantlyde,andcardiomyocytehypertrophyandmyocardicreasedalfibrosisappearedaswell.Thecardiacfunctionandstructureofthediabeticmiceweresignificantlyim,collagenexpressionlevelsweredownregulatedproved1/SmadspathwayswereinhibitedafterandtheTGFβsilencingKcnq1ot1.TheexpressionlevelsofthepyroptosisrelatedfactorsweredownregulatedintheDM+Kcnq1ot1shRNAgroup.Conclusions TheexpressionlevelsoflncRNAKcnq1ot1increaseintheSTZinduceddiabeticmice.SilencingKcnq1ot1canallevi1/SmadspathatethepyroptosisandinhibittheTGFβway,thusamelioratingmyocardialfibrosis.Keywords:longnoncodingRNA;Kcnq1ot1;diabetescardiomyopathy;pyroptosis;fibrosis;NLRP3
2024年2月21日发(作者:祢若薇)
·774·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6):774-80网络出版时间:2021-5-2810:12 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20210527.1458.016.html长链非编码RNAKcnq1ot1对小鼠糖尿病心肌病的作用杨 帆1,王丽宏2(1.南京大学医学院附属鼓楼医院内分泌科,江苏南京 210008;2.哈尔滨医科大学附属第二医院内分泌科,黑龙江哈尔滨 150001)doi:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.06.008文献标志码:A文章编号:1001-1978(2021)06-0774-07中国图书分类号:R332;R32211;R3422;R5422;R5422025;R5872摘要:目的 研究长链非编码RNAKcnq1ot1在糖尿病心肌病中的作用及机制。方法 C57BL/6小鼠分为对照组和糖尿病(DM)组,注射链脲佐菌素建立DM模型后喂养8周建立糖尿病心肌病模型。DM组小鼠注射慢病毒干扰Kcnq1ot1表达。qRTPCR检测小鼠左心室Kcnq1ot1表达。超声心动图、HE和Masson染色评价小鼠左心室结构和功能,Westernblot检测collagenⅠ、GF1/Smads通路表达Ⅲ和Tβ水平。免疫组化、qRTPCR和Westernblot检测左心室NL、caspase1、IL1SDMDN表达。结果 与对照组RP3β和G相比,Kcnq1ot1在DM小鼠左心室中明显升高,注射Kcnq1ot1shRNA慢病毒后被抑制。DM组小鼠心脏收缩和舒张功能明显下降,出现心肌细胞肥大及纤维化;干扰Kcnq1ot1后DM小鼠心脏功能和结构明显改善。此外,干扰Kcnq1ot1后胶原表达下调,TGF1/Smads通路被抑制,焦亡β相关分子表达下调。结论 LncRNAKcnq1ot1在糖尿病心肌病小鼠中表达升高,干扰Kcnq1ot1能够通过抑制心肌焦亡,抑制TGF1/Smads通路,减轻糖尿病心肌间质纤维化,β改善心脏结构和功能。关键词:长链非编码RNA;Kcnq1ot1;糖尿病心肌病;焦亡;纤维化;NLRP3收稿日期:2021-03-03,修回日期:2021-04-02基金项目:国家自然科学基金资助项目(No81770809)1989-),女,博士,研究方向:糖尿病心血管并发作者简介:杨 帆(症,Email:yangfan_0210@126.com;王丽宏(1973-),女,博士,教授,博士生导师,研究方向:糖尿病心血管并发症,通讯作者,Email:nd6688@163.com开放科学(资源服务)标识码(OSID): 糖尿病已经成为危害公共健康的全球性问题,成为威胁人类健康的“第三大杀手”。流行病学调查显示,糖尿病患者发生心力衰竭的风险明显高于0%-80%糖尿病患者最终死于糖尿正常人,超过51]病的心血管并发症[。糖尿病心肌病(diabeticcar,DCM)是糖尿病的一个重要心血管并diomyopathy发症,是导致糖尿病患者出现心衰、恶性心律失常、CM的有猝死的重要原因之一。目前尚缺乏治疗D效办法,因此,积极探索DCM的发病机制、寻找新的治疗靶点,对DCM的防治无疑具有重要的科学意义。焦亡是与炎症相关的细胞程序性死亡,可触发细胞膜孔形成,促进胞质促炎因子的释放和细胞裂2]解[。焦亡过程中,核苷酸结合寡聚化结构域样受(nucleotidebindingoligomerizationdomain体蛋白3likereceptorprotein3,NLRP3)可募集并与含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(cysteinylaspartatespe,caspase1)的前体(procaspase1)cificproteinase1相互作用,形成NLRP3炎性体并促进procaspase1的自催化裂解,产生活化的caspase1,后者可将proIL1roIL18加工为成熟体IL1L18。β和pβ和I同时,活化的caspase1可以将消皮素D(gasderminD,GSDMD)切割成两个片段,产生的氨基末端片段3]通过其成孔作用破坏细胞膜,促进细胞焦亡[。以CM中激活,抑制焦亡后糖往的研究表明,焦亡在DbilitydecreasedandthecellapoptosisandautophagywereaggravatedaftertransfectingsiRZNRF2.Conclusions ZNRF2protectsPC12cellsfromtheinjurycausedbyOGD/Randitsmechanismmayberelatedtotheinhibitionofautophagy.Keywords:oxygenglucosedeprivation/reoxygenation;PC12cells;ZNRF2;autophagy;mTOR;apoptosisexpressionsofZNRF2mRNAandproteinweredownregulatedsignificantly.Simultaneously,theproteinsexpressionsofLC3IIandBeclin1increased,andtheexpressionofp62proteindecreasedinOGD/Rgroup.,thecellviabilitywasenComparedwithOGD/Rgrouphanced,thecellapoptosisandautophagyweredecreasedinLVZNRF2group.Incontrast,thecellvia
中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6)46]尿病动物模型心脏形态和功能明显改善[。值得·775·eica);高分辨率小动物超声成像系统(加机(德国L拿大VisualSonics);电子血糖仪及试纸(德国罗氏);台式低速冷冻离心机(中国奥盛仪器);转移电泳槽和电泳仪(美国BioRad)。1.4 动物模型的制备和分组 6-8周龄雄性C57BL/6小鼠,体质量(18-20)g,适应性喂养1周。1周后将小鼠随机分组,分别为正常组(control组)、糖尿病组(DM组)、糖尿病小鼠注射Kcnq1ot1shRNA慢病毒组(DM+Kcnq1ot1shRNA组)和糖尿crshRNA慢病毒组(DM+Scr病小鼠注射对照S注意的是,焦亡与心肌纤维化密切相关:IL1β和IL18激活可以促进氧化应激,导致成纤维细胞增殖和胶原的产生。然而,目前关于DCM心肌纤维化与焦亡的调控机制尚未完全阐明。NA(longnoncodingRNA,ln长链非编码RcRNA)是一种转录本长度>200个核苷酸的非编码RNA,不能编码蛋白质,但可以在表观遗传学、转录及转录后水平调控基因的表达,参与多种病理生ncRNAKcnq1ot1与多种心脏疾病密切相理过程。L关,包括急性心肌损伤和心律失常等[7-8]。然而,Kcnq1ot1在DCM中的作用及机制尚不清楚。本研究的主要目的是阐明lncRNAKcnq1ot1对DCM心肌焦亡、炎症和纤维化的调控作用,为DCM提供了新的思路和潜在的治疗靶点。1 材料与方法1.1 实验动物 C57BL/6小鼠(18-20)g,♂,购于哈尔滨医科大学实验动物中心,许可证号SCXK(黑)2019001,在哈尔滨医科大学北方医学转化中心动物饲养房喂养。专人饲养,自由进食、自由进水。动物饲养房在标准状态下,温度维持在(23±1)℃,湿度维持在(55±5)%,通风状态良好,每天光照12h、黑暗12h交替进行。实验过程严格遵守中国《实验动物福利伦理审查指南》和美国《实验动物饲养管理和使用指南》(第8版),并通过哈尔滨医科大学伦理委员会批准。1.2 试剂 链脲佐菌素(北京索来宝),货号:S8050;慢病毒(中国上海吉玛),货号:P4240100UG;TRIzol(美国Invitrogen),货号:15596026;ReverTraAceqPCRRTkit(日本Toyobo),货号:FSQ101;SYBRqPCRMix(日本Toyobo),货号:QPK201;RIPA裂解液(美国Thermo),货号:FNN0011;蛋白酶和磷酸酶抑制剂(瑞士Roche),货号:5892791001;蛋白Marker(美国Thermo),货号:J44908ML;ECL显色液(中国Tanon),货号:1805001;BCA试剂盒(中国碧云天),货号:P0009;PVDF膜(美国Millipore),货号:ISEQ00010;山羊抗兔、抗鼠IgG二抗(美国Invitrogen),货号:AAT16720;NLRP3、caspase1、IL1β、GSDMDN、collagenⅠ、collagenⅢ、TGFβ1、pSmad2/3、Smad2/3抗体(美国CST),货号:15101、2255、12703、3642、72026、30565S、3108、5336、9520、5339、9523;GAPDH抗体(中国ZSGBBIO),货号:TA08。1.3 仪器 7500Fast实时定量PCR仪(美国ABI);Odyssey成像系统(美国LICOR);冰冻切片shRNA组)。采用小剂量多次连续腹腔注射链脲佐菌素(streptozocin,STZ)方法建立糖尿病模型,STZ溶于柠檬酸盐缓冲液(pH42)中,50mg·kg-1·d-1连续腹腔内注射5d,正常对照组给予等体积的柠檬酸盐缓冲液注射,最后一次注射72h后,尾静脉采血检测空腹血糖>167mmol·L-1则糖尿病造模成功。随后,小鼠尾静脉注射Kcnq1ot1shRNA慢病毒,建立动物体内干扰Kcnq1ot1模型;DM+ScrshRNA组注射对照ScrshRNA慢病毒,control组和DM组注射等剂量的生理盐水。合成Kcnq1ot1shRNA慢病毒。1×1012TU·L-1慢病毒溶于50μL生理盐水,小鼠尾静脉注射[9]。Kcnq1ot1shRNA的序列为5′GGTAGAATAGTTCTGTCTT3′。经尾静脉给予小鼠上述药物后继续喂养8周,建立DCM模型。1.5 超声心动图检测 小鼠腹腔注射10%的水合氯醛进行麻醉,应用高清小动物超声成像系统Vevo1100留取左室长轴二维超声图像,计算左室射血分数(ejectionfraction,EF%)和短轴缩短率(fractionalshortening,FS%)。1.6 HE染色 制备石蜡切片。将石蜡切片脱蜡,蒸馏水洗涤,给予HE染色,流水冲洗30s,梯度乙醇及二甲苯浸泡,处理后封片、晾干,留取HE染色图像,观察心肌形态。1.7 Masson染色 石蜡切片脱蜡至水,洗涤后给予Masson染色剂染色,02%冰醋酸洗涤并用01%磷钨酸分化,亮绿染液染色,待纤维化病灶染至淡绿色用02%冰醋酸洗涤,梯度酒精脱水,处理后封片、晾干,留取Masson染色图像,观察心肌纤维化程度。1.8 RNA提取和实时定量PCR 取小鼠的左心室组织,TRIzol提取总RNA,测定RNA浓度和纯度,应用Toyobo逆转录试剂盒逆转录为cDNA,反应程序为37℃15min,98℃5min,4℃Holding。应用ToyoboSYBRqPCRMix试剂盒进行qRTPCR。以GAPDH为内参,采用2-ΔΔCt法计算目的基因相对含
··776中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6)量。主要引物序列如Tab1所示。Tab1 SpecificprimersequencesforqRTPCRGenePrimersequenceKcnq1ot1Forward5′GCACTCTGGGTCCTGTTCTC3′Reverse5′CACTTCCCTGCCTCCTACAC3′NLRP3Forward5′GTGGAGATCCTAGGTTTCTCTG3′Reverse5′CAGGATCTCATTCTCTTGGATC3′caspase1Forward5′ACACGTCTTGCCCTCATTATCT3′Reverse5′ATAACCTTGGGCTTGTCTTTCA3′IL1βForward5′CCCTGCAGCTGGAGAGTGTGG3′Reverse5′TGTGCTCTGCTTGAGAGGTGCT3′GAPDHForward5′ATCACTGCCACCCAGAAGAC3′Reverse5′TTTCTAGACGGCAGGTCAGG31.9 蛋白质印迹分析 用RIPA裂解液提取心脏组织蛋白,BCA法检测蛋白浓度,并上样、电泳、转膜,分别加入NLRP3(1∶800)、caspase1(1∶500)、IL1β(1∶800)、GSDMDN(1∶500)、collagenⅠ(1∶1000)、collagenⅢ(1∶1000)、TGFβ1(1∶800)、psmad2/3(1∶800)、smad2/3(1∶800)、GAPDH(1∶2000)一抗,4℃过夜,TBST洗膜加入辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgG(1∶2500)二抗,37℃孵育1h,ECL显色,拍照。1.10 免疫组织化学染色 将小鼠左心室组织放入4%多聚甲醛中固定、包埋、冰冻,切成5μm的薄片置于载玻片,4%多聚甲醛固定20min,穿透液穿透1h。山羊血清封闭2h,加入NLRP3、caspase1、IL1β和GSDMDN一抗(1∶200),4℃过夜,二抗湿盒中常温孵育1h,加入DAPI,室温下静置30min,显微镜观察。1.11 统计学分析 采用GraphpadPrism60软件对实验数据进行统计。数值资料以珋x±s表示,两组间比较应用ttest,多组间比较应用单因素方差分析(ANOVA)。2 结果2.1 糖尿病小鼠干扰Kcnq1ot1的表达 本实验构建DCM的动物模型,通过对C57BL/6小鼠尾静脉病毒注射实现体内干扰Kcnq1ot,每组5只。qRTPCR检测发现,与对照组相比,Kcnq1ot1在糖尿病小鼠的心脏组织明显升高,给予Kcnq1ot1shRNA后被明显抑制(Fig1)。2.2 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏功能的影响 为了研究Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏功能的影响,将各组小鼠麻醉后进行超声心动图检测。结果表明,与对照组相比,DM组小鼠左心室功能明显减退,表现为心脏收缩和舒张功能下降,EF和FS明显降低;体内干扰Kcnq1ot1后,糖尿病小鼠心脏功Fig1 SilencingKcnq1ot1invivo(珋x±s,n=5)TheexpressionofKcnq1ot1inleftventriclewasdetectedbyqRTPCR.1:Control;2:DM;3:DM+Kcnq1ot1shRNA;4:DM+ScrshRNA.P<005vscontrol,#P<005vsDM+ScrshRNA.能明显改善(Fig2A-C)。2.3 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏结构的影响 采用HE染色和Masson染色的方法评价各组小鼠的心脏形态学改变和纤维化程度。HE染色结果表明,与对照组相比,糖尿病小鼠左心室心肌细胞肥大,排列紊乱;干扰Kcnq1ot1后,心肌细胞肥大减轻(Fig3A)。Masson染色结果表明,糖尿病小鼠左心室胶原沉积增多,心肌纤维化加重;干扰Kcnq1ot1后,胶原沉积减少,纤维化改善(Fig3B)。2.4 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏胶原的影响 为进一步探讨lncRNAKcnq1ot1对糖尿病小鼠心肌纤维化的调控作用,应用Westernblot方法检测心脏胶原的表达情况。实验结果表明,DM组小鼠心脏组织collagenⅠ和collagenⅢ蛋白表达水平明显升高,DM+Kcnq1ot1shRNA组胶原表达减少(Fig4)。上述结果说明,干扰Kcnq1ot1可减少糖尿病小鼠心肌胶原沉积。2.5 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏TGFβ1/Smads通路的影响 我们进一步检测纤维化相关的TGFβl/Smads信号转导通路的表达情况。结果表明,与对照组相比,DM组小鼠心脏组织TGFβ1、pSmad2和pSmad3蛋白表达水平明显升高,DM+Kcnq1ot1shRNA组上述蛋白表达显著减少(Fig5)。这说明干扰Kcnq1ot1可抑制糖尿病小鼠TGFβl/Smads信号转导通路的激活,减少心肌胶原沉积。2.6 干扰Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心脏焦亡的影响 为研究Kcnq1ot1对糖尿病小鼠心肌焦亡的影响,采用免疫组化、qRTPCR和Westernblot方法检测各组小鼠心脏组织中NLRP3、caspase1、IL1β和GSDMDN的表达水平。免疫组化分析表明,与对照组相比,DM组小鼠心脏组织NLRP3、caspase1和
中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6)··777珋Fig2 CardiacfunctionattenuatedbysilencingKcnq1ot1indiabeticmice(x±s,n=5)A:Mmodeechocardiogramsofleftventricle;B:EFineachgroup;C:FSineachgroup.1:Control;2:DM;3:DM+Kcnq1ot1shRNA;4:DM+ScrshRNA.P<005vscontrol,#P<005vsDM+ScrshRNA.Fig3 CardiacstructureattenuatedbysilencingKcnq1ot1indiabeticmice(n=5)A:HE;B:Masson’strichromestainingwereperformed.Scalebar,50μm.IL1DM+Kcnq1ot1shRNA组NLRP3、β表达提高,caspase1和IL1Fig6A)。同时,各组β表达减少(NLRP3、caspase1和IL1RNA和蛋白表达水β的m平也表现为相似的趋势(Fig6B-E)。此外,糖尿病小鼠心脏组织GSDMDN的蛋白表达明显增多,然cnq1ot1后,其表达下调(Fig6A、E)。这些而抑制K结果表明,干扰Kcnq1ot1可抑制糖尿病小鼠心脏焦亡的激活。3 讨论 DCM是DM的一种慢性进展性的心血管并发症,主要是由于DM引起心肌纤维化、心脏结构改10]变、舒张功能异常,进而引发收缩功能障碍[。LncRNA能够在表观遗传学、转录及转录后水平调控多种疾病。Kcnq1ot1是一种lncRNA,能够调控包括cnq1ot1在DCM心脏疾病在内的多种疾病,然而K的表达及调控机制尚不清楚。本研究发现,Kcnq1ot1在STZ诱导的C57BL/6小鼠左心室组织中表达明显增多。DM小鼠体内干扰Kcnq1ot1后能够
·780·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2021Jun;37(6)[J].JCellMolMed,thepathogenesisofdiabeticcardiomyopathy2019,23(9):5859-67.[12]LiX,WangH,YaoB,etal.lncRNAH19/miR675axisregulatescardiomyocyteapoptosisbytargetingVDAC1indiabeticcar[J].SciRep,2016,6:36340.diomyopathy[13]ZhouX,ZhangW,JinM,etal.lncRNAMIATfunctionsasacompetingendogenousRNAtoupregulateDAPK2byspongingmiR223pindiabeticcardiomyopathy[J].CellDeathDis,2017,8(7):e2929.[14]GaoX,GeJ,LiW,etal.LncRNAKCNQ1OT1amelioratesparticleinducedosteolysisthroughinducingmacrophagepolarization[J].BiolChem,2018,399(4):375-byinhibitingmiR21a5p86.[15]JinX,JinH,ShiY,etal.LongnoncodingRNAKCNQ1OT1promotescataractogenesisviamiR214andactivationoftheCaspase1pathway[J].CellPhysiolBiochem,2017,42(1):295-305.[16]RenK,XuR,HuangJ,etal.KnockdownoflongnoncodingRNAKCNQ1OT1depressedchemoresistancetopaclitaxelinlung[J].CancerChemotherPharmacol,2017,80adenocarcinoma(2):243-50.[17]JiaC,ChenH,ZhangJ,etal.Roleofpyroptosisincardiovasculardiseases[J].IntImmunopharmacol,2019,67:311-8.[18]ArtlettCM.TheroleoftheNLRP3inflammasomeinfibrosis[J].OpenRheumatolJ,2012,6:80-6.[5] YangF,QinY,WangY,etal.MetformininhibitstheNLRP3inflammasomeviaAMPK/mTORdependenteffectsindiabeticcar[J].IntJBiolSci,2019,15(5):1010-9.diomyopathy[6] ShiH,ZhenZ,WangX,etal.InhibitionofautophagyinduceseleasefromARPE19cellsviaROSmediatedNLRP3inIL1βrflammasomeactivationunderhighglucosestress[J].BiochemBiophysResCommun,2015,463(4):1071-6.[7] ChenY,ZhangZ,ZhuD,etal.KnockdownofKCNQ1OT1attenuatescardiachypertrophythroughmodulationofthemiR2054/AKT3axis[J].JThoracDis,2020,12(9):4771-80.[8] CotoE,CalvoD,RegueroJR,etal.DifferentialmethylationoflncRNAKCNQ1OT1promoterpolymorphismwasassociatedwith[J].Epigenomics,2017,9(8):symptomaticcardiaclongQT1049-57.[9] JiangYN,DuWJ,ChuQ,etal.DownregulationoflongnoncodingRNAKcnq1ot1:animportantmechanismofarsenictriox[J].CellPhysiolBiochem,2018,ideinducedlongQTsyndrome45(1):192-202.[10]邱晓霞,李逸朗,梁关凤,等.经典Wnt/atenin/TCF7L2信βcJ].中国药理学通报,号通路在1型糖尿病心肌病中的作用[2019,35(8):1104-9.[10]QiuXX,LiYL,LiangGF,etal.EffectofactivatedcanonicalWnt/catenin/TCF7L2signalingpathwayintype1diabeticcarβdiomyopathy[J].ChinPharmacolBull,2019,35(8):1104-9.[11]ZhangW,XuW,FengY,etal.NoncodingRNAinvolvementinRoleoflongnoncodingRNAKcnq1ot1inmicewithdiabeticcardiomyopathy12YANGFan,WANGLihong(1.DeptofEndocrinology,DrumTowerHospitalAffiliatedtoNanjingUniversityMedicalSchool,Nanjing 210008,China;2.DeptofEndocrinology,theSecondAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin 150001,China)Abstract:Aim ToinvestigatetheroleoflongnoncodingRNAKcnq1ot1inmicewithdiabeticcardiomyopathy(DCM)anditsmechanism.Methods C57BL/6miceweredividedintocontrolgroupanddiabeticgroup(DM).DMmodelwasestablishedbyintraperitonealinjectionofstreptozocin.TheDCMmodelwasestablishedbyfeedingforeightweeks.Kcnq1ot1shRNAlentiviruswasinjectedtoinhibitKcnq1ot1.TheexpressionlevelsofKcnq1ot1intheleftventricleofmiceineachgroupweredetectedbyqRTPCR.Thefunctionandstructureoftheleftventricularwereevaluatedusingechocardiography,HEandMassonstaining.TheexpressionlevelsofcollagenⅠ,collagenⅢandTGF1/Smadssignalingpathwayweredetectedbyβ,Westernblot.TheexpressionlevelsofNLRP3caspase1,IL1ndGSDMDNintheleftventricularβa,tissueofmiceweredetectedbyimmunohistochemistryqRTPCRandWesternblot.Results qRTPCRshowedthattheexpressionofKcnq1ot1intheleftventriculartissuesofdiabeticmicesignificantlyincreased,andwassignificantlycomparedwiththecontrolgroupinhibitedbyKcnq1ot1shRNA.Thesystolicanddiastolicfunctionsofdiabeticheartssignificantlyde,andcardiomyocytehypertrophyandmyocardicreasedalfibrosisappearedaswell.Thecardiacfunctionandstructureofthediabeticmiceweresignificantlyim,collagenexpressionlevelsweredownregulatedproved1/SmadspathwayswereinhibitedafterandtheTGFβsilencingKcnq1ot1.TheexpressionlevelsofthepyroptosisrelatedfactorsweredownregulatedintheDM+Kcnq1ot1shRNAgroup.Conclusions TheexpressionlevelsoflncRNAKcnq1ot1increaseintheSTZinduceddiabeticmice.SilencingKcnq1ot1canallevi1/SmadspathatethepyroptosisandinhibittheTGFβway,thusamelioratingmyocardialfibrosis.Keywords:longnoncodingRNA;Kcnq1ot1;diabetescardiomyopathy;pyroptosis;fibrosis;NLRP3