鈣信號調節(jié)物在胰腺腺泡細胞中的保護作用
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《暨南大學》 2013年
鈣信號調節(jié)物在胰腺腺泡細胞中的保護作用
彭爽
【摘要】:急性胰腺炎是威脅生命的一類急性消化系統(tǒng)性疾病,它的特點是消化酶過早的在胰腺腺泡細胞內被激活。這會導致腺泡細胞的壞死以及胰腺的自身消化。迄今為止,針對急性胰腺炎還沒有特異的有效治療方法。 胰腺是人類第二大腺體器官,它分為頭頸體尾四個部分。胰腺同時具有外分泌和內分泌的功能。外分泌功能通過胰腺腺泡細胞和胰導管實現(xiàn)。胰腺腺泡細胞分泌的胰液含有碳酸氫鈉,胰蛋白酶,脂肪酶,淀粉酶和其他消化酶。胰液經(jīng)由胰導管到達十二指腸。胰液中的消化酶可以幫助進一步分解的碳水化合物,蛋白質和脂類(脂肪)中的食糜。胰液的分泌主要是由體液調節(jié)控制,在較小程度上也受副交感神經(jīng)調控。胰腺腺泡細胞占整個胰腺細胞的82%,其他部分是管細胞,血管,內分泌細胞和細胞外基質。每個胰腺腺泡細胞有兩個明顯的極化區(qū)域:基底區(qū)和頂端區(qū)。它們被線粒體帶分隔開。線粒體帶能緩沖從頂端區(qū)到基底區(qū)的鈣離子;讌^(qū)(甚至占據(jù)高達90%的細胞容積)比頂端區(qū)大,同時大部分內質網(wǎng)也位于基底區(qū)。然而,內質網(wǎng)有時可以穿透線粒體帶到達頂端區(qū)。頂端區(qū)有大量存貯消化酶原的酶原顆粒。腺泡細胞的主要功能是分泌消化酶來消化食物。 腺泡細胞的生理功能主要是由鈣離子控制。不同模式的細胞內鈣離子反應可分為生理性和病理性兩種明顯不同反應。生理濃度的乙酰膽堿(ACh)和縮膽囊素(CCK)能激發(fā)細胞內鈣信號小幅度的振蕩。乙酰膽堿和縮膽囊素的受體位于腺泡細胞的基底區(qū)質膜上,它們接受刺激產(chǎn)生第二信使并觸發(fā)細胞內鈣庫釋放鈣離子。三磷酸肌醇受體(IP_3R_S)和ryanodine受體(RyRs)在腺泡細胞內內質網(wǎng)的不同部位表達。三磷酸肌醇受體主要位于頂端區(qū),而RyRs平均分布在基底區(qū)和頂端區(qū)的內質網(wǎng)膜上。早期的研究表明,內質網(wǎng)是主要的細胞內鈣庫,神經(jīng)性遞質乙酰膽堿和循環(huán)激素縮膽囊素都能引起內質網(wǎng)的鈣釋放。小幅度的細胞內鈣信號振蕩和全細胞鈣信號振蕩波是生理性的鈣信號。但是過量的乙酰膽堿和縮膽囊素以及甲萘醌(氧化應激誘導劑)能引起全細胞鈣離子超載,這最終能導致細胞死亡。急性胰腺炎的病理生理性過程在很大程度上受胰腺腺泡內該信號的調控。細胞內該信號不僅控制消化酶的表達和分泌,而且有助于胰蛋白酶原的激活。這種在腺泡細胞內的提前激活將會最終導致胰腺炎和胰腺組織的壞死。目前在急性胰腺炎啟動步驟達成的共識是鈣離子從細胞內鈣庫大量釋放隨之伴隨的鈣內流能引起蛋白酶原在腺泡細胞內的激活。 在胰腺腺泡細胞中存在主要兩種類型的細胞死亡形式:凋亡和壞死。凋亡由基因調控,它的發(fā)生通過依賴半胱天冬酶或者獨立的途徑發(fā)生;壞死很大程度上是非程序性死亡并且不受控制,目前這一觀點仍存在爭議。鈣信號與凋亡和壞死的發(fā)生有關,在胰腺腺泡細胞中,振蕩的全細胞鈣信號能引起凋亡,而持續(xù)上升的鈣超載則引起壞死。迄今為止,壞死被認為是急性胰腺炎發(fā)生時主要的細胞死亡形式。目前的證據(jù)表明,細胞凋亡和壞死之間的平衡可能會影響急性胰腺炎的嚴重程度。壞死發(fā)生時,細胞會腫脹甚至爆裂,溢出內容物影響鄰近的細胞,使得胰腺周圍組織發(fā)生炎癥性反應。激活和浸潤的中性粒細胞有助于細胞內消化酶的激活,從而加重急性胰腺炎的程度。相對壞死,凋亡則是細胞程序性死亡,這是迄今為止最常見的和理解最深的細胞死亡形式。在凋亡中,細胞死亡被稱為“自殺”,細胞通過激活細胞內死亡性程序以可控的方式自我死亡。在細胞經(jīng)歷凋亡的過程中會發(fā)生特定的形態(tài)學變化,包括細胞皺縮、細胞骨架坍塌、核膜拆卸以及核染色質凝結并分解成小片段等。發(fā)生典型的細胞凋亡時,磷脂酰絲氨酸從質膜內翻到質膜外,在膜聯(lián)蛋白(Annexin V)的染色下可通過熒光顯微鏡檢測到。當?shù)蛲霭l(fā)生時,,細胞膜會腫脹起泡,細胞被分解成由膜包裹的碎片或小體,這種碎片稱為凋亡小體。在這種情況下,因為凋亡細胞或者凋亡小體的表面發(fā)生了化學改變,所以鄰近的細胞或者巨噬細胞可以在凋亡細胞釋放內容物之前快速的吞噬它們,避免損傷性的炎癥反應的發(fā)生。 B淋巴細胞瘤-2基因(Bcl-2)家族蛋白通過調節(jié)線粒體外膜通透性釋放細胞色素C以及調節(jié)線粒體膜間蛋白進入細胞質來調控內源性的凋亡途徑,通過這兩種途徑可進一步激活下游的半胱天冬酶級聯(lián)反應,并且這個過程對細胞死亡來說是不可逆的。根據(jù)其在凋亡中的作用以及同源結構域,可將Bcl-2家族蛋白分為三組:(1)抗凋亡蛋白:包括Bcl-2、Bcl-xL、 Bcl-w、 Mcl-1和A1,它們均擁有四組同源結構域(BH1-4);(2)促凋亡蛋白:包括Bax、Bak和Bok,它們擁有三組同源同源結構域(BH1-3);(3)只擁有一個同源結構域(BH3)的蛋白,包括Bad、 Bid、Bik、 Bim、Puma、Noxa和Hrk等?沟蛲鯞cl-2蛋白主要位于線粒體外膜、內質網(wǎng)和核膜上。它們保持這些細胞器質膜的完整性以防止膜間蛋白的釋放。有研究表明Bcl-2蛋白參與調控細胞內鈣穩(wěn)態(tài)。 本研究的目的之一是探討胰腺腺泡細胞抗凋亡蛋白Bcl-2對鈣離子跨膜外排的影響,及其在調控鈣泵和鈣通道以及細胞內鈣庫的鈣離子釋放中的潛在作用。研究Bcl-2蛋白調節(jié)的鈣信號轉導通路可能進一步揭示胰腺腺泡細胞的生理和病理過程,有助于研發(fā)治療胰腺癌和胰腺炎的新方法。本研究的另外一個目的是探討鈣調蛋白激活劑(鈣樣肽)在胰腺腺泡細胞中的保護作用。鈣樣肽有可能通過特異性預活化鈣調蛋白,進而減輕酒精和氧化劑甲萘醌對胰腺腺泡細胞的毒性作用,從而成為治療急性胰腺炎的潛在藥物。 從野生型小鼠(C57BL6/J)和Bcl-2基因敲除型小鼠身上急性分離胰腺腺泡細胞,然后加入鈣離子熒光探針Fluo-4,AM。半小時后用10μM毒胡蘿卜素(Thapsigargin)加10μM乙酰膽堿的無鈣離子細胞外灌流液灌流這兩種細胞。毒胡蘿卜素是特異性的內質網(wǎng)Ca~(2+)-ATPase(SERCA)抑制劑,SERCA能利用ATP水解的能量轉運胞質中的鈣離子回內質網(wǎng)中。在這種情況下,鈣離子很快就從內質網(wǎng)中耗空,同時通過細胞膜主動外排(泵出)成為清除胞質鈣離子的唯一途徑。結果顯示在缺乏Bcl-2的腺泡細胞中鈣離子的泵出速率比在野生型的腺泡細胞中要快。 為了進一步探討鈣離子的跨膜泵出情況,首先用不含鈣離子的2μM毒胡蘿卜素溶液對野生型腺泡細胞和Bcl-2基因敲除型腺泡細胞分別進行灌流。因為SERCA被毒胡蘿卜素封閉,鈣離子不能被泵回內質網(wǎng),這使得內質網(wǎng)的鈣離子被耗空。在鈣信號曲線回落到基線水平后,用10mM的氯化鈣溶液對細胞進行灌流,當鈣信號曲線達到頂峰后,移除細胞外的氯化鈣灌流液。因為SERCA仍然被毒胡蘿卜素封閉,細胞內鈣離子只能通過細胞膜上的鈣泵被泵出,最后胞質中鈣離子恢復靜息水平狀態(tài)。比較野生型和Bcl-2基因敲除型的起始水平的鈣離子濃度,結果顯示Bcl-2基因敲除型細胞低于野生型細胞.表明跨膜鈣通量(離子流)的平衡發(fā)生了改變。比較移除10mM的氯化鈣細胞外灌流液時的兩種細胞內鈣離子濃度的從波峰到靜息水平的恢復速率,結果顯示野生型腺泡細胞在移除10mM氯化鈣溶液后,其恢復到靜息水平所需時間的一半(τ1/2)較Bcl-2基因敲除型要慢。 為了證明鈉鈣交換體(Na~+-Ca~(2+)exchanger)在胰腺腺泡細胞中不是主要的鈣離子轉運體,而質膜鈣激活的Ca~(2+)-ATPase(plasma membrane calcium-activated ATPase)是主要的鈣泵,采用了兩種實驗方案。在第一個實驗方案中,比較野生型腺泡細胞和Bcl-2基因敲除型細胞在移除細胞外氯化鈣灌流液后細胞內鈣離子濃度向靜息水平恢復時的半數(shù)恢復時間(τ1/2)。為了不直接抑制鈉鈣交換體,N-甲基-D-葡糖胺(NMDG)被用來取代鈉離子。這種情況下細胞失去鈉離子電化學梯度,鈉鈣交換體就會被沉默。首先灌流2μM毒胡蘿卜素耗空野生型和BCl-2基因敲除型腺泡細胞內質網(wǎng)中的鈣離子,直到細胞內鈣離子濃度恢復到靜息水平后再在灌流液中加入5μM的氯化鈣溶液,等到細胞內鈣離子濃度達到波峰隨即移去細胞外氯化鈣灌流液。重復多次試驗后計算每條鈣信號曲線在移除氯化鈣后細胞內鈣離子濃度向靜息水平恢復時的半數(shù)恢復時間(τ1/2)。結果表明,在兩種細胞的對照組與NMDG替換組之間鈣離子濃度半數(shù)恢復時間(τ1/2)無明顯差異。但野生型組與Bcl-2基因敲除組相比,鈣離子被泵出的速率在野生型腺泡細胞中明顯慢于Bcl-2基因敲除的腺泡細胞。這些結果證實胰腺腺泡細胞中的鈉鈣交換體不是主要的鈣離子轉運體,而Bcl-2對鈣離子泵出速率的影響必定與質膜Ca~(2+)-ATPase有關聯(lián)。 為了進一步探討B(tài)cl-2是如何影響鈣離子的泵出,在第二個實驗方案中,用人類Bcl-2轉染至胰腺癌AR42J細胞株中,并讓它穩(wěn)定的過度表達。采取與第一實驗方案相同的實驗步驟進行實驗。野生型AR42J細胞與過度表達Bcl-2的AR42J細胞首先加載鈣探針Fura-2,AM。45分鐘后用含10μM環(huán)匹阿尼酸(cyclopiazonic acid,CPA)的無鈣NaHEPES溶液灌流兩種細胞。環(huán)匹阿尼酸和毒胡蘿卜素相似,也是內質網(wǎng)鈣泵SERCA的抑制劑。等到細胞內鈣離子水平回落至靜息水平后,先用NMDG-HEPES對細胞緩沖50秒,然后用10mM的氯化鈣溶液對細胞進行灌流,等到鈣信號曲線達到波峰后移除細胞外的氯化鈣溶液。對移除細胞外氯化鈣溶液后的鈣信號下降曲線進行計算,結果顯示野生型AR42J細胞下降一半所需的時間明顯快于Bcl-2過度表達的AR42J細胞。 為了探討質膜Ca~(2+)-ATPase在胰腺腺泡細胞跨膜轉運鈣中的作用,我們觀察了特異性質膜Ca~(2+)-ATPase阻斷劑caloxin3A1對跨細胞膜鈣離子轉運的影響。在野生型胰腺腺泡細胞中用1mM caloxin3A1孵育5分鐘,然后在灌流NaHEPES100秒后加入1mM caloxin3A1灌流細胞,結果顯示細胞內鈣離子濃度明顯增高。使用10μM乙酰膽堿和10μM毒胡蘿卜素的實驗方案,對比對照組和caloxin3A1組,對照組腺泡細胞對鈣離子的跨膜轉運率幾乎是caloxin3A1組的兩倍。使用氧化劑甲萘醌聯(lián)合caloxin3A1能明顯增加胰腺腺泡的壞死程度,但caloxin3A1本身不引起腺泡細胞的壞死。 鈣樣肽(Calcium-like peptide)是細胞滲透性的鈣調蛋白激活劑,它能與鈣調蛋白的EF手形結構的鈣結合點結合從而激活鈣調蛋白。為了研究鈣樣肽預激活鈣調蛋白對胰腺腺泡細胞鈣信號的影響,從野生型C57BL6小鼠身上急性分離的胰腺腺泡細胞加載鈣離子探針Fura-2,AM。在所有實驗組,在200秒時用鈣樣肽灌流細胞,400秒時加入生理劑量的乙酰膽堿50nM。正常情況下,50nM的乙酰膽堿能誘導全細胞的鈣信號振蕩。在所有實驗組,鈣樣肽均未影響乙酰膽堿誘導的鈣信號振蕩。為了探討鈣樣肽CALP-1在細胞死亡中的保護作用,甲萘醌(menadione)被應用在試驗中。甲萘醌可引起氧化應激反應和細胞內鈣離子濃度的持續(xù)升高,這有助于誘導細胞死亡。急性分離的小鼠胰腺腺泡細胞被分為三組:對照組,CALP-1加甲萘醌組,甲萘醌組。100μM CALP-1首先孵育15分鐘,然后加入30μM甲萘醌。甲萘醌組單獨孵育30分鐘,濃度同樣為30μM。各組孵育結束后加入5μLAnnexin-V-FITC再孵育15分鐘,之后加入10μL碘化丙啶。對照組未加任何處理單獨孵育30分鐘。所有組的樣本在激光共聚焦下可見三種形態(tài)的細胞:存活,凋亡與壞死。合并所有實驗的結果,結果顯示,CALP-1能有效保護胰腺腺泡細胞,防止其壞死(P 0.001)。壞死細胞的水平幾乎能下降到對照組的壞死水平,同時凋亡細胞的數(shù)目增加(P=0.004)。 小結:本論文探討了抗凋亡Bcl-2蛋白在胰腺腺泡細胞中調控鈣離子跨膜泵出中的新作用以及鈣調蛋白激活劑對病理性鈣信號和胰腺腺泡細胞壞死的抑制作用。我們發(fā)現(xiàn)Bcl-2通過質膜Ca~(2+)-ATPase調控鈣離子的跨膜外排。敲除Bcl-2可減輕高濃度鈣離子對胰腺腺泡細胞的影響,防止氧化劑甲萘醌誘導的腺泡細胞壞死,同時促進腺泡細胞的凋亡。鈣調蛋白激活劑-鈣樣肽能減少病理性的鈣信號,同時大大減少氧化劑甲萘醌誘導的腺泡細胞的壞死以及促進腺泡細胞的凋亡。本研究提示Bcl-2和鈣調蛋白有可能成為研發(fā)治療急性胰腺炎藥物的潛在新靶點。
【關鍵詞】:
【學位授予單位】:暨南大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2013
【分類號】:R576
【目錄】:
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9 程銳;長鏈Omega-3多不飽和脂肪酸對重癥急性胰腺炎的調節(jié)作用及其機制的實驗研究[D];華中科技大學;2010年
10 楊淑麗;自噬在大鼠急性壞死性胰腺炎中的作用及調控機制研究[D];蘇州大學;2012年
中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條
1 彭爽;鈣信號調節(jié)物在胰腺腺泡細胞中的保護作用[D];暨南大學;2013年
2 葛全興;一種簡便高效的大鼠胰腺腺泡細胞的體外分離培養(yǎng)方法及其對細胞功能的影響[D];廣東藥學院;2010年
3 陳婧華;促紅細胞生成素對大鼠胰腺腺泡細胞和肺組織的保護作用[D];廣東藥學院;2011年
4 黃剛;生長抑素對急性胰腺炎治療機制的初步研究[D];重慶醫(yī)科大學;2010年
5 王俊;HMGB1對急性重癥胰腺炎大鼠胰腺腺泡細胞死亡方式影響的研究[D];遵義醫(yī)學院;2011年
6 白亮;大鼠胰腺腺泡細胞TAP與HMGB1表達的相關性[D];遵義醫(yī)學院;2010年
7 王國良;HMGB1誘導大鼠胰腺腺泡細胞JAK2/STAT3信號通路活化的研究[D];遵義醫(yī)學院;2013年
8 湯茂春;塞來昔布對大鼠胰腺腺泡細胞炎癥損傷的影響[D];上海交通大學;2008年
9 付蘭英;H_2S通過PI_3K/AKT-NF-κB通路調節(jié)離體大鼠胰腺腺泡細胞TNF-α、IL-1β、IL-10的表達[D];第三軍醫(yī)大學;2013年
10 王文;亞低溫對雨蛙肽致大鼠胰腺腺泡細胞損傷的保護作用[D];蘇州大學;2008年
本文關鍵詞:鈣信號調節(jié)物在胰腺腺泡細胞中的保護作用,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
本文編號:179895
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