NLRP3炎症小体的激活在糖尿病性视网膜病变中的作用及干预研究

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目的:鞫明NLRP3(NOD-like receptor family, pyrin domain containing3)炎症小体在糖尿病性视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)中的作用及其机制,以NLRP3为靶点进行干预,探讨二甲胺四环素对DR是否有保护作用。  方法:(1)原代培养人视网膜微血管内皮细胞(human retina microvascularendothelial cells,HRMECs),分别在正常浓度葡萄糖(5 mM)、高浓度葡萄糖(30 mM)、高浓度葡萄糖联合NLRP3-shRNA慢病毒、高浓度葡萄糖联合二甲胺四环素(10mM)的M199培养基中培养48小时。(2)链脲酶素(streptozotocin,STZ)腹腔注射60mg/kg建立大鼠糖尿病模型,1个月后随机选择部分糖尿病大鼠进行玻璃体腔注射NLRP3-shRNA慢病毒干预,或者是二甲胺四环素(5 mg/kg,腹腔注射)干预1个月,并设立对照。(3)运用Real time PCR检测以上培养的各组细胞中以及各组大鼠视网膜中的NLRP3、ASC(apoptosis-associatedspeck-like protein containing a CARD)、Procaspase-1和硫氧还蛋白相互作用蛋白(thioredoxin interacting protein,TXNIP)的mRNA(4) western blot分另检测以上培养的各组细胞中以及各组大鼠视网膜中的NLRP3、ASC、Procaspase-1、TXNIP、天胱蛋白酶1(Caspase-1),白细胞介素1β(Interleukin-1 beta,IL-1β),白细胞介素-18(Interleukin-18,IL-18),白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6),肿瘤坏死因子α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α),血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和细胞间粘附分子1(intercellular celladhesion molecule-1,ICAM-1)等蛋白的表达。检测以上培养的各组细胞的核蛋白中的核转录因子κB(Nuclear factor kappa B,NF-κB) p65亚单位以及总蛋白中的磷酸化-丝裂原活化蛋白激酶p38(Phospho-p38 mitogen-activated proteinkinase,p-p38 MAPK)及丝裂原活化蛋白激酶p38(p38 mitogen-activated protein kinase,p38 MAPK)。分别用NF-κB的特异性抑制剂BAY11-7082(20umol/L),p38 MAPK通路的特异性抑制剂SB20358(20umol/L)以及两种抑制剂的联合应用来干预高糖孵育的细胞,western blot检测干预后的NLRP3、ASC、Procaspase-1、IL-1β、IL-18等蛋白的表达量。分别再用TXNIP-shRNA慢病毒感染细胞后进行高糖孵育、加入N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl cysteine,NAC)(10mM,为ROS的清除剂)干预高糖孵育的细胞、加入双氧水(H2O2)(500mol/l)干预正常糖孵育的细胞,western blot检测干预后的IL-1β和IL-18蛋白的表达量。(5)应用Hoechst33342/PI染色法检测细胞凋亡率。(6)用Evans blue检测大鼠视网膜的血管通透性,检测视网膜蛋白中的天胱蛋白酶3(caspase-3)活性来反应凋亡。(7)DHE检测细胞中的活性氧(reactive oxygen species,ROS)生成量。  结果:(1)高糖孵育组的NLRP3、ASC和Procaspase-1的mRNA和蛋白表达都显著高于正常糖孵育组,而二甲胺四环素的干预抑制这种升高。同对照组相比,高糖诱导HRMECs凋亡显著增加(p<0.01),糖尿病大鼠视网膜血管通透性显著升高(p<0.01)以及视网膜中caspase-3活性显著增强(p<0.01),而NLRP3基因沉默以及二甲胺四环素的干预显著抑制这些变化(p<0.01)。高糖诱导HRMECs中以及糖尿病大鼠视网膜中的Caspase-1,IL-1β,IL-18,IL-6,TNF-α,VEGF和ICAM-1等蛋白的表达量较对照组显著升高(p<0.01),NLRP3基因沉默以及二甲胺四环素的干预显著抑制这些炎症因子的升高。(2)高糖孵育后的HRMECs以及糖尿病大鼠的视网膜中NF-κB和p38 MAPK通路被激活,用特异性抑制剂抑制这两个通路的激活后NLRP3炎性小体组成蛋白NLRP3、ASC和Procaspase-1表达下降,同时其激活产物IL-1β,IL-18也随着表达下降。(3)高糖孵育后的HRMECs以及糖尿病大鼠的视网膜中ROS生成增多,TXNIP的mRNA和蛋白表达量升高。细胞感染TXNIP-shRNA慢病毒或者用NAC干预可以抑制高糖诱导的IL-1β,IL-18的表达升高。二甲胺四环素可以抑制NF-κB和p38MAPK通路的激活,也减少ROS的生成以及TXNIP的表达,最终抑制NLRP3炎症小体激活。  结论:(1)高糖孵育的HRMECs以及糖尿病大鼠视网膜中NLRP3炎症小体激活。抑制NLRP3以及二甲胺四环素可显著下调IL-6,TNF-α,VEGF和ICAM-1等炎症因子表达,减少高糖诱导的细胞凋亡,抑制糖尿病大鼠视网膜病变的发生(2) NF-κB和p38 MAPK通路可上调NLRP3蛋白表达,二甲胺四环素可以抑制NF-κB和p38 MAPK通路激活,进而减少NLRP3蛋白表达。(3)ROS/TXNIP可调控NLRP3炎症小体的活化。NLRP3炎症小体是DR干预的一个新靶点,二甲胺四环素有潜在的临床应用前景。
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