生長激素長期刺激導(dǎo)致肝臟生長激素不敏感效應(yīng)的研究
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【摘要】:研究背景生長激素(growth hormone,GH)是一種分子量22124D,含191個氨基酸殘基的單鏈多肽類激素,其由人第17號染色體q22-24節(jié)段的基因編碼,由垂體前葉的促生長激素細(xì)胞合成、貯存與分泌,在人體呈脈沖式分泌。生長激素是人體重要的激素,其主要作用為促進(jìn)兒童時期身高的增長。除可促進(jìn)人體的生長與發(fā)育,促進(jìn)骨骼鈣質(zhì)沉積外,還可調(diào)節(jié)脂肪與能量代謝,刺激免疫系統(tǒng)等,并能提高人體在應(yīng)激狀態(tài)下的血清葡萄糖與游離脂肪酸濃度。生長激素缺乏(growth hormone deficiency,GHD)可引起多種疾病,在兒童主要表現(xiàn)為發(fā)育障礙、身材矮小,在成人則表現(xiàn)為代謝紊亂、骨質(zhì)疏松甚至心理障礙等。目前治療生長激素缺乏的唯一方法為補(bǔ)充外源性生長激素。在應(yīng)用基因重組技術(shù)人工合成生長激素——重組人生長激素(recombinant human growth hormone,rhGH)之前,用于臨床治療的生長激素是從人類尸體的垂體中提取的,因而產(chǎn)量極低,使用極其嚴(yán)格,且難以滿足需求。直至1985年,垂體源性生長激素由于用藥安全問題被禁止使用,重組人生長激素獲得FDA批準(zhǔn)用于治療兒童生長激素缺乏,開始全面取代垂體源性生長激素。此后重組人生長激素的應(yīng)用范圍逐漸拓寬,不僅被用于治療由于生長激素缺乏而造成的兒童生長發(fā)育障礙如身材矮小、陰莖發(fā)育不良、骨骼生長緩慢等,還被用于治療成人生長激素缺乏造成的肌肉質(zhì)量減輕、骨質(zhì)疏松等,以及與生長激素缺乏無關(guān)的兒童生長發(fā)育障礙如特發(fā)性矮小、特納綜合征(Turner's syndrome,TS);另外由于重組人生長激素可以逆轉(zhuǎn)許多嚴(yán)重分解狀態(tài)下的營養(yǎng)與代謝障礙,尚被用于慢性腎衰、燒傷、重大外科手術(shù)、敗血癥以及HIV/AIDS的消耗狀態(tài)等的輔助治療。伴隨著重組人生長激素在臨床上的廣泛使用,出現(xiàn)了各種藥物不良反應(yīng),成為藥物使用安全性的一個重要問題。其不良反應(yīng)包括藥物過敏,營養(yǎng)與代謝紊亂,促進(jìn)肝纖維化,脊柱側(cè)彎,白血病風(fēng)險,胰島素抵抗(insulin resistance,IR),心肺意外甚至猝死。而對于這種由于應(yīng)用外源性生長激素而產(chǎn)生的諸多不良反應(yīng)的分子機(jī)制,尚有許多我們并不清楚,故而,研究生長激素作用于細(xì)胞的分子機(jī)制或許可以幫助我們理解外源性生長激素應(yīng)用導(dǎo)致的不良反應(yīng)可能的原因,進(jìn)而為解決這一問題提供幫助。生長激素促進(jìn)機(jī)體生長發(fā)育的機(jī)制主要有2種,均起始于與靶細(xì)胞細(xì)胞膜上的生長激素受體(growth hormone receptor,GHR)的結(jié)合,進(jìn)而激活不同的信號通路。其一為與GHR結(jié)合后激活MAPK/ERK信號通路,直接刺激軟骨細(xì)胞的分裂增殖;另一機(jī)制則是與GHR結(jié)合后激活JAK-STAT信號通路,刺激胰島素樣生長因子1(Insulin-like growth factor 1,IGF-1)的合成。IGF-1對多種組織均有刺激生長的作用,可同時刺激軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞生長。此外,生長激素與GHR的結(jié)合還能激活RAS-RAF-ERK通路,PI3K通路等多個信號通路。肝臟是生長激素在人體最重要的靶器官,并且是IGF-1主要的合成場所,而生長激素在肝臟細(xì)胞作用的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路以JAK-STAT信號通路為主,故本研究選擇以生長激素在肝臟內(nèi)的JAK-STAT通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為靶點,研究生長激素長期刺激對肝臟JAK-STAT信號通路的影響。肝細(xì)胞中JAK-STAT通路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)開始于生長激素與生長激素受體二聚體的結(jié)合。生長激素的蛋白結(jié)構(gòu)中有4個可與GHR結(jié)合的單環(huán)結(jié)構(gòu),GHR以二聚體形式與之結(jié)合后,GHR的胞內(nèi)段接著與2分子Janus激酶2(Janus kinase2, JAK2)結(jié)合,結(jié)合于GHR的JAK2可激活自身與GHR的磷酸化,磷酸化的GHR又可激活JAK2的磷酸化,兩者形成交叉磷酸化,與生長激素一起,三者結(jié)合形成GH-GHR-JAK2多聚體,該多聚體可為下游的信號分子提供結(jié)合位點。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducers and activators of transcription, STATs)家族中的STAT1、STAT3和STAT5均可在JAK-STAT通路中被激活,但STAT5被認(rèn)為是其中關(guān)鍵的信號分子。[18]STAT5有兩個同源異構(gòu)體——STAT5a和STAT5b,分別由鼠11號染色體和人17號染色體的一對等位基因編碼。[19]GH-GHR-JAK2多聚體形成后,STAT5即與多聚體的信號分子結(jié)合位點結(jié)合,被磷酸化激活形成P-STAT5,隨后P-STAT5聚合形成二聚體轉(zhuǎn)入細(xì)胞核,結(jié)合于DNA上特定的反應(yīng)元件(常為一個反向重復(fù)的TTCN3GAA序列),調(diào)控靶基因如SOCS-2 (Suppressor of cytokine signaling 2)及IGF-1基因的轉(zhuǎn)錄。本課題選擇同時從細(xì)胞水平和在體水平研究長期應(yīng)用外源性生長激素對肝臟JAK-STAT信號通路的影響。[研究目的]生長激素在人體最重要的靶器官是肝臟,其在肝臟中主要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是JAK-STAT通路,而STAT5是該信號通路最主要的效應(yīng)信號因子,本研究將同時從細(xì)胞水平與在體水平,檢測生長激素長期刺激下肝臟STAT5磷酸化水平的變化,進(jìn)而探究生長激素長期刺激對肝臟JAK-STAT信號通路的影響。[研究方法]1.細(xì)胞實驗部分:本課題選擇人肝癌細(xì)胞系Hep G2,以含10%(體積分?jǐn)?shù))胎牛血清的DMEM高糖培養(yǎng)基于37℃恒溫CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。1.1 Hep G2對數(shù)生長期細(xì)胞均勻傳代至12孔細(xì)胞培養(yǎng)板的8個孔,以含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng),待細(xì)胞密度增長至90%左右時將培養(yǎng)基換為不含血清的DMEM進(jìn)行9小時血清饑餓,然后將細(xì)胞分為4組:Omin rhGH組,1Omin rhGH組,30min rhGH組與50min rhGH組,每組2孔。按分組情況予各組工作濃度3000ng/ml的重組人生長激素分別刺激50分鐘、30分鐘、10分鐘、0分鐘,每組添加刺激時其余各組予等體積無血清DMEM。刺激結(jié)束后以RIPA裂解液冰上裂解細(xì)胞,提取細(xì)胞總蛋白檢測P-STAT5水平。1.212孔細(xì)胞培養(yǎng)板中放置清潔光滑的無菌蓋玻片,HepG2對數(shù)生長期細(xì)胞均勻傳代接種6個孔,控制細(xì)胞密度在30%左右,以含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng),待細(xì)胞貼壁牢固后立即將培養(yǎng)基換為不含血清的DMEM進(jìn)行9小時血清饑餓,然后將細(xì)胞分為3組:Omin rhGH組,20min rhGH組,60min rhGH組,每組2孔。按分組情況予各組工作濃度3000ng/ml的重組人生長激素分別刺激60分鐘、20分鐘、0分鐘,每組添加刺激時其余各組予等體積無血清DMEM。刺激結(jié)束后常溫下移出細(xì)胞玻片,以4%多聚甲醛固定后檢測P-STAT5水平。1.3 Hep G2對數(shù)生長期細(xì)胞均勻傳代至12孔細(xì)胞培養(yǎng)板的4個孔,以含10%胎牛血清的DMEM培養(yǎng)基培養(yǎng),控制細(xì)胞牢固貼壁時細(xì)胞密度在40-50%左右,之后將培養(yǎng)基換為含2%胎牛血清的DMEM,并將細(xì)胞分為生長激素長期刺激組與對照組,每組2孔。GH長期刺激組每日予工作濃度3000ng/ml的重組人生長激素刺激共3天,對照組每日予等體積無血清DMEM,控制末次添加刺激后24小時細(xì)胞密度增長至90%左右,之后將培養(yǎng)基換為不含血清的DMEM進(jìn)行9小時血清饑餓,最后再予每組添加一次單劑量重組人生長激素(工作濃度3000ng/ml)作為閾上刺激,刺激30分鐘后將細(xì)胞置于冰上以RIPA裂解液裂解,提取細(xì)胞總蛋白檢測P-STAT5水平。2.動物實驗部分:本課題選擇6-8周齡的健康BALB/c雄性小鼠12只隨機(jī)分為生長激素長期刺激組與對照組,每組6只。GH長期刺激組按1ug/g體重/次的劑量予每日1次腹腔注射重組人生長激素,對照組注射等體積生理鹽水,共3周。末次注射后16小時于次日上午8:00處死。處死前30分鐘每組隨機(jī)選出3只予腹腔注射1次單劑量重組人生長激素(1ug/g體重),其余6只注射等體積生理鹽水。12只小鼠最終分為4組:對照組,GH單劑量刺激組,GH長期刺激組,GH長期+單劑量刺激組。全部刺激完成后,所有小鼠以水合氯醛充分麻醉,迅速摘取小鼠肝臟存于液氮中,之后移至-80℃超低溫冰箱保存?zhèn)溆。冰上研磨小鼠肝臟組織,以RIPA裂解液冰上裂解細(xì)胞,提取組織蛋白檢測P-STAT5水平。實驗過程中,確保每日腹腔注射的時間一致,小鼠處死的時間點相同。每次注射兩組交叉進(jìn)行。3.蛋白信號分子的測定3.1實驗1.1與實驗1.3中提取的Hep G2細(xì)胞總蛋白,及實驗2中提取的小鼠肝臟組織蛋白,應(yīng)用蛋白免疫印跡法(Western Blot,WB)檢測P-STAT5水平。3.2 Hep G2細(xì)胞爬片,應(yīng)用細(xì)胞免疫熒光法(Immunofluorescence)染色后于熒光顯微鏡下觀察P-STAT5蛋白信號的熒光強(qiáng)度,檢測P-STAT5水平。4.統(tǒng)計分析全部實驗數(shù)據(jù)采用WPS Excel 2015記錄,并使用SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。實驗結(jié)果以“算術(shù)平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(arithmetic mean±standard deviation, M±SD) "表示。兩組間比較采用兩獨立樣本t檢驗(Independent Samples T Test)或Satterthwaite近似t檢驗(滿足或不滿足方差齊性)。以P值0.05為存在顯著性差異,有統(tǒng)計學(xué)意義。[研究結(jié)果]1.體外研究(細(xì)胞培養(yǎng)試驗)中生長激素長期刺激對HepG2細(xì)胞P-STAT5水平的影響1.1實驗結(jié)果顯示,50min rhGH組的HepG2細(xì)胞P-STAT5水平(灰度值:0.55±0.18)顯著低于1Omin rhGH組與30min rhGH組的Hep G2細(xì)胞(灰度值分別為1.45±0.39,1.49±0.22),(P值=0.023 vs. 1Omin rhGH組,P值=0.005 vs.30min rhGH組);而1OminrhGH組與30min rhGH組的HepG2的P-STAT5水平則無顯著差異(P值=0.879)。1.2實驗結(jié)果顯示,60min rhGH組的HepG2細(xì)胞的P-STAT5蛋白信號熒光強(qiáng)度明顯弱于20min rhGH組的HepG2細(xì)胞。1.3實驗結(jié)果顯示,與對照組(灰度值:1.41±0.41)相比,GH長期刺激組Hep G2細(xì)胞的P-STAT5水平(灰度值:0.76±0.31)顯著下降(P值=0.026)。2.體內(nèi)研究(動物實驗)中生長激素長期刺激對小鼠肝臟P-STAT5水平的影響2.1實驗結(jié)果顯示,與對照組(灰度值:1.47±0.45)相比,GH長期刺激組的小鼠肝臟P-STAT5水平(灰度值:0.42±0.06)顯著降低。(P值=0.016)2.2實驗結(jié)果顯示,GH長期+單劑量刺激組小鼠肝臟P-STAT5水平(灰度值:2.05±0.33)顯著高于GH長期刺激組的小鼠(灰度值:0.17±0.03)。(P值=0.01)2.3實驗結(jié)果顯示,GH長期+單劑量刺激組小鼠肝臟的P-STAT5水平(灰度值:1.29±0.34)顯著低于GH單劑量刺激組(灰度值:3.48±0.88)。(P值=0.036)[研究結(jié)論]1.在細(xì)胞培養(yǎng)水平,生長激素長期刺激可抑制STAT5磷酸化,抑制JAK-STAT信號通路。2.在健康小鼠模型中,生長激素長期刺激可抑制STAT5磷酸化,抑制JAK-STAT信號通路,并可致小鼠肝臟對生長激素的敏感性降低。3.結(jié)合本研究前期實驗結(jié)果推論,長期的生長激素刺激可能導(dǎo)致肝臟SOCS-3基因轉(zhuǎn)錄水平增高,并由此抑制了STAT5的磷酸化水平,從而抑制了JAK-STAT信號通路,降低肝臟對生長激素刺激的敏感性。
【關(guān)鍵詞】:生長激素 肝臟 STAT5 磷酸化
【學(xué)位授予單位】:南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號】:R363
【目錄】:
- 摘要3-9
- ABSTRACT9-19
- 第一章 前言19-24
- 第二章 材料與方法24-50
- 一、細(xì)胞實驗部分24-38
- 1. 實驗細(xì)胞株24
- 2. 主要實驗試劑24-25
- 3. 實驗中使用的抗體25-26
- 4. 主要溶液的配制26-28
- 5. 主要儀器、設(shè)備和器材28-30
- 6. 分組干預(yù)方案30-32
- 7. 提取細(xì)胞總蛋白32-33
- 8. 檢測樣品蛋白濃度33-34
- 9. Western blot操作步驟34-37
- 10. 免疫熒光染色步驟37-38
- 11. 統(tǒng)計學(xué)分析38
- 二、動物實驗部分38-50
- 1. 實驗動物38
- 2. 主要實驗試劑38-40
- 3. 試驗中使用的抗體40
- 4. 主要溶液的配制40-42
- 5. 主要器材、儀器和設(shè)備42-43
- 6. 分組干預(yù)方案43-45
- 7. 檢測樣品蛋白濃度45-46
- 8. Western blot操作步驟46-49
- 9. 統(tǒng)計學(xué)分析49-50
- 第三章 結(jié)果50-70
- 一、細(xì)胞實驗部分50-58
- 二、動物實驗部分58-70
- 第四章 討論70-73
- 第五章 小結(jié)73-75
- 參考文獻(xiàn)75-78
- 中英文縮略詞對照表78-79
- 在讀期間已經(jīng)發(fā)表和將要發(fā)表的論文79-80
- 致謝80-84
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4 鄭祿祿;番茄紅素對轉(zhuǎn)染SOD1-G93A的PC12細(xì)胞線粒體的保護(hù)作用[D];河北醫(yī)科大學(xué);2015年
5 宋晨源;氯化銨對人正常肝細(xì)胞系changliver中二氫乳清酸脫氫酶表達(dá)的影響[D];鄭州大學(xué);2015年
6 張莉;白藜蘆醇體外抑制腸道病毒71型的作用機(jī)制研究[D];蘇州大學(xué);2015年
7 高華武;富硒芪云抗腫瘤作用及其機(jī)制的實驗研究[D];安徽中醫(yī)藥大學(xué);2015年
8 宋加奎;丹參對人胃癌SGC-7901細(xì)胞化療敏感性的影響[D];安徽中醫(yī)藥大學(xué);2015年
9 許雅鑫;尼古丁對NCI-H1975和NCI-H460細(xì)胞促進(jìn)增殖作用及對PI3K/Akt通路的影響研究[D];山西醫(yī)科大學(xué);2015年
10 高娜;加減駐景方含藥血清對二氯化鈷誘導(dǎo)后ARPE-19細(xì)胞表達(dá)VEGF及HIF-1α的影響[D];青海大學(xué);2015年
,本文編號:734006
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