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内毒素诱导巨噬细胞HMGB1表达的实验研究

来源:世旅网
重庆医科大学学报2010年第35卷第7期(Journal of Chongqing Medical University 2010 Vo1.35 No.7) 一999一 基础研究文章编号:0253—3626(2010)07—0999—05 内毒素诱导巨噬细胞HMGB1表达的实验研究 冯华国-,孙航z,吴传新 ,郭 晖z,龚建平-,刘 杞z,李生伟 400010) (1.重庆医科大学附属第二医院肝胆外科;2.重庆医科大学病毒性肝炎研究所,重庆【摘要】目的:探讨内毒素(脂多糖,Lip叩lysaccharjde,LPS)刺激巨噬细胞后高迁移率族蛋白B1(High mobility group protein B1, HMGB1)的释放和表达水平。方法:用100 ng/inl的LPS刺激RAW264.7细胞,分别于刺激后0、6、12、18、24、30、36 h和48 h,用 Westem blot检测细胞培养上清、细胞浆和细胞核内HMGB1蛋白的含量;用RT—PCR检测细胞中HMGB1的mRNA表达情况; 用免疫细胞化学、激光共聚焦显微镜观察LPS刺激后细胞浆和胞核内HMGB1的含量变化。分别于LPS刺激后0、1、2、4 h和6 h,用酶联免疫吸附实验(Enzymelinked immunoassay,ELISA)测定细胞培养上清中TNF—ot、IL一6的含量。结果:LPS刺激后0~ 12 h细胞培养上清中无法检测到HMGB1蛋白,18 h后细胞培养上清中HMGB1蛋白的含量开始增加,于24 h达到高峰,以后 稳定维持在较高水平;LPS刺激前,HMGB1主要分布于细胞核内,胞核中HMGBI蛋白含量较高,胞浆中HMGB1蛋白含量少; LPS刺激后12~48 h细胞浆中HMGBI蛋白含量逐渐增加;而LPS刺激后12~24 h细胞核内HMGB1含量逐渐减少,30 h后细 胞核内HMGB1含量又逐渐增多。RT—PCR结果显示,LPS刺激后0~18 h,培养细胞中HMGB1的mRNA表达量无明显变化, 24 36 h培养细胞中HMGB1的mRNA表达量明显增加。ELISA结果显示,LPS刺激后1 h,细胞培养上清中TNF一 、IL一6的含 量明显增高,2 h达到高峰。结论:I Ps可诱导单核一巨噬细胞内HMGB1、TNF—ot、IL一6表达和释放增加,LPS诱导巨噬细胞释 放HMGB1的时间明显晚于TNF—ot、IL一6的释放时间;LPS诱导巨噬细胞内的HMGB1从细胞核向细胞浆转位,并释放到细胞 外;LPS诱导巨噬细胞HMGB1 mRNA基因表达上调的时间和蛋白合成的时间出现较晚。 【关键词】高迁移率族蛋白B1;脓毒症;内毒素 【中国图书分类法分类号】R631 _2 【文献标识码】A 【收稿日期】2009—08—31 The experimental study of HMGB1 expression in macrophage induced by LPS FENG Hua-guo,et all (Department ofHepatobiliary Surgery, Second Afilfiated Hospital,Chongqing Medical University) 【Abstract]Objective:To elucidate the release and expression of high mobility group protein B 1(HMGB 1)in macrophage induced by Lipoplysaccharide(I PS).Methods:The murine macrophage—like cell line RAW264.7 was stimulated by LPS.The contents of HMGB1 protein were detected by Western blot in cultured cells supernatant,cytoplasm and nucleus.The expression of HMGB 1 mRNA in cultured cell was determined by RT-PCR.The HMGB 1 contents in cytoplasm and nucelus were observed using immunoeytoehemistry and laser confocal scanning microscopy(LCSM).Results:The contents of HMGB1 protein in supernatant could not be detected at 0~12 h,but increased gradually from 1 8h,reached a peak at 24 h and maintained stably at high level after the stimulation of LPS.The level of HMGB 1 protein in cytoplasm increased gradually rom 0 h tfo 48 h.The HMGB1 protein level in nucleus was higher at 0 h and decreased gradually at 12~24 h,hut increased gradually at 36~48h after LPS stimulated.The expression of HMGB1 mRNA was not signiicantfly changed at 0~1 8 h but enhanced significantly at 24~36 h after LPS stimulated.Conclusion:The release of HMGB 1.TNF—ot and IL一6 increased in macrophages induced by LPS.HMGB 1 was released later than that of TNF-ot and IL-6.The expression of HMGB 1 mRNA is delayed. HMGB I released to outside of the cells was come from the prior synthetic reservation in nucleus at early time.Lately new HMGB 1 protein was synthesized in nucleus and was transferred into cytoplasm,which led to the level of HMGB 1 in nucleus and in cytoplasm increased. 【Key words】High mobility group protein B 1;Sepsis;LPS 脓毒症是由细菌感染引起的一种致死性、全身性炎症反 作者介绍:冯华国(1982一),男,硕士, 研究方向:外科感染与信号转导。 通讯作者:吴传新,男,副教授,E—maihwuchuanxin@medmail.COil3.cn 基金资助:重庆市卫生局中医药科技项目(编号:2009—2—148);重庆 应,是临床危重患者主要的死亡原因之一Ⅲ。脓毒症发生发展 的根本原因在于机体过度释放细胞因子和炎性介质,导致炎 症反应失控和免疫功能紊乱。因此,细胞因子和炎性介质在 脓毒症的发生发展中起十分重要的作用。近年来发现,高迁 移率族蛋白B1(High mobility group protein BI,HMGB1)是一 市科委自然科学基金(编号:CSTC,2008BB5228) 重庆医科大学学报2010年第35卷第7期(Journal of Chongqing Medical University 2010.Vo1.35 No.7】 种重要的脓毒症“晚期炎性介质”,其出现时间晚,维持时间 长,在脓毒症的延迟性致死效应中发挥十分重要的作用,因 此可作为脓毒症防治研究中的一个潜在的分子靶点_2.,1。然 而,尽管目前对HMGB1在脓毒症所致的多器官功能衰竭中 的作用有了较多的认识和肯定,但脓毒症时HMGB1释放 的规律尚未完全阐明。本研究拟采用LPS刺激巨噬细胞,观 察LPS刺激后HMGB1表达和释放的情况,试图阐明脓毒症 HMGB1表达和释放的规律,为临床治疗脓毒症提供实验依 据。 1材料和方法 1.1实验材料 1.1.1细胞株小鼠腹腔巨噬细胞株RAW264.7,购于中国 科学院上海细胞研究所,由重庆医科大学附属第二医院外科 实验室保存。 1.1.2主要试剂HMCB1抗体(兔多克隆抗体)购自BD Pharmingen公司;脂多糖LPS(Esche 0 coli,O111:B4)购自 美国Sigma公司;RNeasyMiniKit(RNA抽提)购自上海飞捷 生物技术有限公司;TaKaRa RNA PCR Kit(AMV)Ver.3.0购自 宝生物(大连)工程有限公司;细胞核蛋白与细胞浆蛋白抽提 试剂盒、Western blot及IP细胞裂解液购自碧云天生物技术 研究所;TNF一0【ELISA Kit、IL一6 ELISA Kit购自晶美生物工 程有限公司;FITC标记的羊抗兔IgG、FITC标记羊抗小鼠 IgG、辣根过氧化物酶标记羊抗兔IgG、辣根过氧化物酶标记 羊抗小鼠IgG购自北京中杉金桥生物技术有限公司;抗 B—aetin小鼠单抗购自武汉博士德生物工程有限公司; TNF一 ELISA试剂盒购自晶美生物工程有限公司;IL一6 ELISA试剂盒购自晶美生物工程有限公司。 1.2实验方法 1,2.1 细胞培养及处理将对数生长期的RAW264.7细胞 消化后,接种于培养瓶,用无血清的RPMI1640培养液在 37%,5%CO 孵箱内培养12 h,加入含100 ng/ml LPS的RP— MI1640培养液培养0、6、12、18、24、30、36、42 h和48 h,用 Western blot检测培养液中HMGB1蛋白含量;提取细胞总 RNA,用RT—PCR检测培养细胞HMGB1 mRNA水平;提取 培养细胞胞核蛋白和胞浆蛋白,用Western blot检测细胞核 和细胞浆HMGB1蛋白含量;用细胞免疫化学、共聚焦显微 镜观察细胞内HMGB1蛋白的表达和细胞内分布;加入含 100 ng/ml LPS的RPMI1640培养液培养0、1、2、4 h和6 h,按 ELISA检测试剂盒说明书测量细胞培养液中TNF— 、IL一6 的含量。 1.2.2 Western蛋白印迹分析(Western blot)采用BIO—RAD 垂直板电泳槽、转移电泳芯、电泳仪,按说明步骤进行。将处 理好的样品加入电泳槽,每孔l5 ml,12%的聚丙烯酰胺凝胶 电泳分离,电转至PVDF膜,在5%牛血清白蛋白的TBS缓冲 液中封闭1 h,加入兔抗HMGB1多克隆抗体(1:250),于 370C摇床上平缓摇动2 h,加入以1:l 000的HRP标记的羊 抗兔IgG,于37℃摇床上平缓摇动2 h,DAB(新鲜配制)显 色约5 arin,自来水终止后成像仪中曝光,存像。利用GENE GNOME凝胶成像分析系统进行成像和图形分析,测出各条 带的光密度值,对目的蛋白条带进行密度分析,结果以 HMGB1条带的光密度值(ROD)×面积(mm )表示,然后进行 统计分析。 1.2.3逆转录一多聚酶链聚合物反应(RT—PCR)按FAST GEN—RNA fast200(上海飞捷生物技术有限公司)总RNA提 取的说明步骤提取总RNA。根据参考文献【4】由Pfimier4.1软 件设计小鼠HMGB1和内参照B—aetin引物,由上海生工生 物工程技术有限公司合成。小鼠HMGB1引物:上游引物:5’ 一CCG AAT TCG C下T CTG TCA ACT TCT CAG AGT rrr CC 一3’;下游引物:5’一GCGTAATAC GACTCACTATAGGGC GAG GAT CCC GAA GGA GGC CTC TrG GGT GCA TrG一3’; 扩增产物大小为210 bp左右。小鼠¥一actin引物:上游引物: 5’一TCATGAAGTGTGACGTTGACATCCGT一3’;下游弓l 物:5’一CCT AGA AGC ATr TGC GGT GCA CGA TG一3’;扩 增产物大小为284 bp左右。 RT—PCR扩增:参照试剂盒操作说明书进行。逆转录反 应体系l0 1,逆转录反应条件:30%10 min、50oC30 min、 99%5 min、5℃5 arin;PCR扩增反应体系50 l,PCR扩增反 应条件:94 ̄C AMV RT灭活和RNA/cDNA/引物变性2 arin、 94℃变性30 s、6O℃退火30 s、72℃延伸20 s、35个cycles; 72℃延伸7 rain、4℃soak。反应结束后,取PCR扩增产物5 ml,在1.5%的琼脂糖凝胶上点样,90 V电压电泳20 min,紫外 灯下观察结果。利用凝胶成像分析系统进行紫外光成像和图 形分析,测出各条带的光密度值,结果以HMGB1条带的光 密度值/B—aetin条带的光密度值表示。 1.2.4细胞核蛋白与细胞浆蛋白提取按试剂盒说明书进 行。具体步骤如下:收集细胞沉淀,每20 ml细胞沉淀中加入 200 ml添加了PMSF的细胞浆蛋白抽提试剂A,最高速剧烈 Vo ̄ex 5 s,冰浴10~15 min;加入细胞浆蛋白抽提试剂B 10 ml,最高速剧烈Vo ̄ex 5 s,冰浴1 min,最高速剧烈Vo ̄ex 5 s, 4℃、12 000~16 000 g离心5 min,立即吸取上清至一预冷的塑 料管中,即为细胞浆蛋白;于沉淀中加入50ml添加了PMSF 的细胞核蛋白抽提试剂,最高速剧烈Vo ̄ex 15—30 s,放回冰 浴中,每隔1~2 min再高速剧烈Vo ̄ex 15~30 s,共30 arin, 4℃、12 000~16 000 g离心10 min,立即吸取上清至一预冷的 塑料管中,即为细胞核蛋白。 1.2.5细胞免疫化学、共聚焦显微镜观察将对数生长期的 RAW264.7细胞在载有血盖片的24孔培养板中(1 X 106个/ 孔)中培养12 h后,加入含100 ng/ml LPS的RPMI1640培养 液培养0、6、12、18、24、30、36、42 h和48 h,用0.01 mol/L PBS 漂洗,4%多聚甲醛室温下固定30 min,3%H:02封闭30 min, 加正常封闭血清室温下孵10 min,加入兔抗HMGB1多克隆 抗体(1:250),置湿盒内4 ̄C过夜;加二抗(FITC标记的二 重庆医科大学学报2010年第35卷第7期(Journal of Chongqing Medical University 2010.Vo1.35 No.7) 一1 001一 抗),置湿盒内置湿盒内4 过夜;加50 mg/ml Pl,室温孵育 l0 30 min;50%的甘油封片;激光共聚焦显微镜观察,成像。 1.2.6 ELISA检测方法盒说明书进行。 显示,LPS刺激后0~12 h,细胞培养液中HMGB1的含量较 低,几乎无法检测出;LPS刺激后18 h开始,细胞培养液中 HMGBl的含量明显增加,并一直持续到36 h,与LPS刺激后 按双抗体夹心法ELISA检测试剂 0 12 h相比,有显著性差异( 0.01)(图3,图4)。 所有数据均以 ±s表示。两组间比较 2.3 LPS刺激后RAW264.7细胞培养液中TNF— 、IL一6的 水平 1.2.7统计学处理用t检验,P<0.05有统计学差异,P<0.O1有显著性差异。所 有数据应用SPSS12.0统计软件进行数据分析。 用双抗体夹心法检测细胞培养液中TNF— 、IL一6的含 量,结果显示,细胞培养液中TNF—d、IL一6的含量在LPS刺 激后1 h开始增高,2 h达到高峰,与0 h相比,有显著性差异 (P<0.0l,图5)。 2.4 LPS刺激后RAW264.7细胞浆和细胞核内HMGBl蛋 白含量 2结果 2.1 LPS刺激后RAW264.7细胞HMGB1 mRNA的表达 用100 ng/ml的LPS刺激RAW264.7细胞,提取每一时 相点细胞总RNA,行RT—PCR扩增,1.5%的琼脂糖凝胶电 泳,结果显示:在210 bp左右的位置处有一条明显的DNA条 带,与HMGB1的编码基因大小一致;在284 bp左右有一条 明显的DNA带,与B—actin的编码基因大小一致,无非特异 性电泳带。以13一actin的DNA条带作为内参,LPS刺激后 0~18 h RAW264.7细胞内HMGB1 mRNA基因表达无明显变 化.24、30 h和36 h RAW264.7细胞内HMGBl mRNA基因表 达明显增高,与0~18 h相比,有显著性差异(P<0.01)(图l, 图2)。 用Western blot检测细胞核和细胞浆HMGB1蛋白含量, 结果显示,LPS刺激后0、6 h,培养细胞胞浆中HMGB1蛋白 含量少,12~48 h细胞浆中HMGB1蛋白含量逐渐增加,与0 h相比有显著性差异(P<0.O1 o LPS刺激后0 h,胞核中HMGB1 蛋白含量较高,l2—24 h细胞核内HMGB1含量逐渐减少, l l l l 1 0 O 0 O 8 6 4 2 0 8 6 4 2 O 与0h相比有显著性差异(P<0.O1);30—48 h细胞核内HMGB1 含量又逐渐增多,与12~24h相比有显著性差异(P<0.O1)(图 6、图7)。 2.5 LPS刺激后RAW264.7细胞内HMGB1蛋白的分布 2.2 LPS刺激后RAW264.7细胞培养液中HMGB1蛋白含量 用Western blot检测培养液中HMGB1蛋白水平,结果 Marker 0 6 8 l2 l8 24 3O 细胞免疫化学、共聚焦显微镜观察结果显示,LPS刺激后 0 h,细胞浆呈弱的绿色荧光染色,6 h后细胞浆中荧光染色开 36(h) 600 bp 500 bp 400 bn 300 bp 200 bp 100 bp 图1 1 00 ng/ml LPS刺激后RAW264.7 细胞HMGB1 mRNA的表达 0 l8 24 30 36 时间(h) 与0 h相比:P<O.Ol 图2 100 ng,mI LPS刺激后RAW264.7细 胞HMGB1 mRNA的表达 HMGB1 O.9 图3 100 ng/mI LPS刺激后RAW264.7细胞培 养液HMGB1蛋白水平 800 700 600 500 400 300 200 l00 0 一。 TNF—d IL一6 0.8 O.7 O.6 0.5 O.4 0_3 0-2 0.1 0 0 18 24 3O 36 与0 h相比,P<0.0l 图4 1O0 ng/ml LPS刺激后RAW264.7细胞培 养液HMGB1蛋白水平 0 、l 2 4 6 ‘与0 h相比:P<O.01 图5 1O0 ng/ml LPS刺激后RAW264.7细胞培养液中 TNF—a、IL一6的含量(pg/m1) 一1 002一 重庆医科大学学报2010年第35卷第7期(Journal of Chongqing Medical University 2010.Vo1.35 No.7 HM( B1 B—actin HMGBl J 一 刚 0 12 24 36 48 nuclear 时间(h) 图6 100 ng/ml LPS刺激后RAW264.7细胞胞浆和胞核内 HMGB1蛋白水平 与0 h相比,P<0.01; 与0 h相比,P<O.Ol 图7 1 0O ng/mI LPS刺激后RAW264.7细胞胞浆和 胞核内HMGB1蛋白的表达 厂—— ——_j I『 孝 j簪 1 A 9l 0 O 0 0 O O 0 O0 O  8 7 6 5 4 3 2 I B 一 D E }・—■ ■— —]。  I l 。| r- } 枣 。 II 一i.I I 。 姆 :  .Il 璺 A.100.g/r ̄LPS刺激后0 h;B.100ng/n ̄LPS刺激后12 h;C.100n ̄Jm]LPS劂擞后24h;D.100 n ̄'ml LPS刺激后36h;E.tO0 ng/mlLPS刺激后48 h 图8 1 O0 ng/ml LPS刺激后RAW264.7细胞内HMGB1免疫荧光染色 始增强,12—48 h培养细胞的细胞浆内呈强的绿色荧光染色。 LPS刺激后0 h,荧光染色主要集中在培养细胞的细胞核,细 胞核呈强的绿色荧光染色;6 b后培养细胞的细胞核内荧光染 色逐渐减弱,到24 h培养细胞的细胞核内呈弱的绿色荧光染 律仍然未完全阐明。 目前关于LPS刺激后巨噬细胞内HMGB1 mRNA基因表 达有无变化以及如何变化尚有争议。文献报道用LPS刺激臣 噬细胞后24 h以内细胞内HMGB1 mRNA基因表达无明显表 色;30~48 h细胞核内荧光染色又逐渐增强(图8 o 化 ,而LPS刺激24 h以上细胞内HMGB1 mRNA基因表达 情况未见报道。本研究采用LPS刺激巨噬细胞,检测细胞内 3讨论HMGBlmRNA的表达水平,结果显示,LPS刺激后0~18 h RAW264.7细胞内HMGB1 mRNA基因表达无明显变化,24 h HMGB1是近年研究发现的一种重要的脓毒症“晚期炎 性介质”,是脓毒症促炎细胞因子反应网络的中心环节,是 人们长期寻找的危险信号分子。与其他的核蛋白不同, HMGBI可释放到细胞外,作为细胞因子,发挥着促炎、调节 神经细胞轴突生长、肿瘤转移以及动脉粥样硬化和血管损伤 后再狭窄等多种病理生理效应_5lq。近年研究发现,细胞外的 后RAW264・7细胞内HMGB1 mRNA基因表达明显增强。提 示LPS刺激后细胞内HMGB1 mRNA基因表达上调出现时间 晚,在刺激24 h以后出现,其具体机制尚需进一步研究。 尽管目前对脓毒症时HMGB1的释放有较多的研究,但 脓毒症时巨噬细胞内HMGB1的含量变化情况尚缺乏深入 的研究。文献报道用LPS刺激巨噬细胞,刺激后12~24 h细 HMGB1可能作为潜在的“晚期”炎症介质参与脓毒症的发病 过程,并作为脓毒症前炎性细胞因子反应网络的中心环节, 胞浆中HMGB1蛋白含量逐渐增加,细胞核内HMGBI含量 逐渐减少17,11-13]而LPS刺激24 h以上细胞中HMGB1的变 在脓毒症的发生发展中起着十分重要的作用f7_ 。尽管目前 对HMGB1在脓毒症发生发展及引起多器官功能衰竭中的作用有了较多的认识和肯定,但脓毒症时HMGB1释放的规化情况罕见报道。本研究采用LPS刺激巨噬细胞,检测 HMGB1蛋白的释放和在细胞内含量变化情况,结果显示, LPS刺激后18 h开始,细胞培养液中HMGB1的含量明显增 重庆医科大学学报2010年第35卷第7期(Journal of Chongqing Medical University 2010.Vo1.35 No.7) 1003一 加,并一直持续到36 h。用Western blot和细胞免疫化学检测 LPS刺激后细胞浆和细胞核内HMGBl蛋白的含量变化,结 果显示,刺激前HMGB1蛋白主要分布在细胞核内,胞浆中 含量少,刺激后12~24 h细胞浆中HMGB1蛋白含量逐渐增 加,细胞核内HMGB1含量逐渐减少;LPS刺激后30~48 h 细胞浆中HMGB1蛋白含量维持在较高水平,而细胞核内 HMGB1含量又逐渐增加;核内HMGB1蛋白含量的增加与 HMGB1 mRNA基因表达上调一致,表明LPS刺激后30~48 h巨噬细胞核内有新的HMGB1蛋白合成,新合成的HMGB1 补充细胞核内减少的HMGB1蛋白,并进一步从细胞核转位 到细胞浆,再释放到细胞外。以上结果表明LPS刺激后0~ 24 h巨噬细胞内HMGB1的释放来自先期合成的储备,LPS 刺激后早期细胞核内先期合成的HMGB1逐渐由细胞核转 位到细胞浆,并释放到细胞外,导致LPS刺激后0~24 h细 胞核内HMGB1含量逐渐减少,细胞浆中HMGB1蛋白含量 逐渐增加;24 h后细胞内HMGB1 mRNA基因表达上调,开始 新合成HMGB1蛋白,细胞内出现新合成的HMGB1,以补充 细胞核和细胞浆内因释放到细胞外而减少的HMGB1,引起 胞浆和胞核内HMGB1蛋白含量增加。 本实验检测了LPS刺激后巨噬细胞养液中TNF- 、 IL一6的含量,结果显示,细胞培养液中TNF一仅、IL一6的含量 在LPS刺激后1 h开始增高,2 h达到高峰,而LPS刺激后细 胞培养液中HMGB1的含量增加出现在刺激后18 h,表明 LPS刺激后HMGB1释放的时间明显晚于TNF— 、IL一6释 放时间,充分证明HMGB1是一种脓毒症“晚期炎l}生介质”。 参考文献 [1]Angus D C,Linde-Zwirbte W T,Lidicker J,et a1.Epidemiology of severe sepsis in the United States:analysis of incidence,outcome,and as— sociated costs ofcare[J].CritCareMed,2001,29(7):1303-1310. 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