实验研究
热休克转录因子1对视网膜色素上皮细胞抗氧化和抗衰老的调控作用
中华实验眼科杂志, 2024,42(5) : 417-427. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20230905-00093
摘要
目的

探讨热休克转录因子1(HSF1)对人视网膜色素上皮细胞(ARPE-19)抗氧化和抗衰老的作用。

方法

利用成簇规律间隔短回文重复序列及相关蛋白9(CRISPR/Cas9)基因编辑技术敲除人ARPE-19细胞系中HSF1基因,构建并获得2种HSF1缺失ARPE细胞株(ARPE/Hsf1-/-),分别命名为H8、H9细胞株。取野生型、H8和H9细胞株,应用DHE探针染色结合流式分析技术测定细胞内活性氧簇(ROS)含量,应用流式细胞分析方法测定细胞周期;采用细胞计数试剂盒-8(CCK-8)法测定不同培养时间点细胞活力值;采用结晶紫染色实验测定细胞相对存活率;采用β-半乳糖苷酶(SA-β-gal)染色实验检测衰老细胞比率;采用Western blot法检测各细胞株中热休克蛋白(HSP)70、HSP27、聚集素(CLU)、p53、p21和白细胞介素(IL)-1β蛋白表达水平;采用实时荧光定量PCR法测定各细胞株中p53、p21、IL-6、IL-8、IL-1β、单核细胞趋化蛋白1(MCP1)mRNA表达水平。比较各细胞株在不同热休克处理条件下和HSP90抑制剂IPI504处理下热休克反应相关蛋白相对表达量,比较各细胞株不同浓度H2O2处理后相对存活率,比较各细胞株经或未经ROS清除剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)处理后p21蛋白相对表达量。

结果

基因测序显示H8和H9细胞株成功携带突变基因,Western blot检测结果显示H8、H9细胞株不表达HSF1蛋白,HSF1在ARPE-19细胞中被成功敲除。与野生型细胞株相比,H8、H9细胞株中的HSP70、HSP27、CLU蛋白相对表达水平显著降低,差异均有统计学意义(均P<0.05);各细胞株HSP90蛋白相对表达水平总体比较,差异无统计学意义(F=0.29,P>0.05)。在不同热休克刺激和IPI504诱导下野生型细胞株中HSP70、HSP27、CLU蛋白相对表达水平显著升高,差异均有统计学意义(均P<0.05);与野生型细胞株相比,H8和H9细胞株的HSP70、HSP27、CLU蛋白相对表达水平显著低于相应处理的野生型细胞,差异均有统计学意义(均P<0.05)。与野生型细胞株相比,H8和H9细胞株培养24、48、72和96 h的细胞活力均显著降低,差异均有统计学意义(均P<0.05)。与野生型细胞株比较,H8和H9细胞株G1期细胞百分比显著升高,细胞周期抑制因子p53、p21的mRNA和蛋白相对表达水平显著升高,差异均有统计学意义(均P<0.05),SA-β-gal染色阳性细胞比率显著增加,差异均有统计学意义(均P<0.001);衰老相关炎症因子IL-6、IL-8、IL-1β、MCP1 mRNA相对表达量显著下降,差异均有统计学意义(均P<0.001)。H8和H9细胞株ROS含量明显高于野生型细胞株,差异均有统计学意义(均P<0.001);H8和H9细胞株经NAC处理后p21蛋白相对表达量较未经NAC处理明显降低,差异均有统计学意义(P<0.05)。H8和H9细胞株200、400、600、800 μmol/L H2O2处理条件下细胞相对存活率明显低于野生型细胞,差异均有统计学意义(均P<0.05)。

结论

敲除HSF1可下调HSP的表达,激活ROS/P53/P21通路,诱导RPE细胞衰老,并增加RPE对氧化应激刺激的敏感性。HSF1在RPE细胞中可能具有抗衰老和抗氧化调控作用。

引用本文: 蒋明君, 尚国辉, 张凤妍, 等.  热休克转录因子1对视网膜色素上皮细胞抗氧化和抗衰老的调控作用 [J] . 中华实验眼科杂志, 2024, 42(5) : 417-427. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20230905-00093.
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年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)是55岁以上老年人中枢性视力丧失的主要原因。其中85%的患者为干性AMD,主要病理变化为视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium,RPE)细胞退化和色素异常,以及由慢性氧化应激、蛋白聚集和炎症引起的溶酶体脂褐素和细胞外玻璃膜疣的形成。目前,干性AMD尚无合适的预防或治疗药物靶点。现有研究表明RPE细胞衰老和相关功能障碍是AMD关键的早期病变。衰老RPE细胞可分泌高水平的细胞因子,如γ干扰素、白细胞介素(interleukin,IL)1β和肿瘤坏死因子α。在老年人供体分离出的RPE细胞中,p16、p21和p53蛋白表达增加。衰老的RPE细胞经历氧化应激、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸耗竭以及显著的DNA损伤。研究表明RPE细胞中活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)生成增加,通过激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路加速RPE衰老。因此,RPE的抗衰老调控在干性AMD药物防治研究中具有重要作用。

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