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运用双向荧光差异凝胶电泳分析VLDL致THP-1来源泡沫细胞的形成

来源:伴沃教育
50・ 检验医学2012年1月第27卷第1 文章编号:1673-864O(2012)01-o05O-o7 中图分类号:Q513 文献标志码:A 运用双向荧光差异凝胶电泳分析VLDL致 THP・1来源泡沫细胞的形成 鲁艳军 , 田俊 , 狄勇 , 宗义强 (1.华中科技大学同济医学院附属同济医院检验科,湖北武汉430030; 2.华中科技大学同济医学院生物化学与分子生物学系,湖北武汉430030) 摘要:目的运用双向荧光差异凝胶电泳结合质谱技术寻找极低密度脂蛋白(VLDL)致诱导分化的THP.1 THP一1细胞经佛波醇脂(PMA)诱导 细胞形成泡沫细胞中的关键蛋白质,以期揭示其致泡沫细胞的机制。方法分化为巨噬细胞,以磷酸盐缓冲液(PBS)孵育为空白对照组、VLDL孵育为实验组。提取细胞总蛋白后分别用荧 光染料CY3和CY5标记,以所有样本等量混合作为“内标”,用CY2标记,然后将实验组、空白对照组及内标混 合后进行二维电泳,扫描图像后经分析的差异蛋白做基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI—T0F—MS)。 采用逆转录一聚合酶链反应(RT—CPR)分析3种蛋白质(脂肪分化相关蛋白、烯醇化酶1、磷酸甘油酸变位酶1) mRNA的变化。结果实验组与空白对照组比较,表达量上调蛋白点在1.2倍以上有34个,表达量下调1.2倍 以上有48个。通过软件筛选其中14个有差异的蛋白点做MALDI—TOF—MS,其中脂肪分化相关蛋白、热休克蛋白 27、人电子转移味蛋白三维结构一链A、slO0钙结合蛋白、人过氧化物酶。3.异构体C、辅酶.细胞色素C还原酶核心 蛋白I、过氧化物酶烯酰辅酶A水合酶样蛋白、富马酸合酶一异构体d表达增高,烯醇化酶1、磷酸甘油酸变位酶 1、环孢素A结合双肽甘氨酸一脯氨酸复合物、DMGDH蛋白、核内不均一核糖核蛋白L一异构体a、果糖胺3激酶一异 构体b表达降低。脂肪分化相关蛋白mRNA表达明显上调,烯醇化酶1、磷酸甘油酸变位酶1 mRNA表达明显下 调,与蛋白水平变化一致。结论成泡沫细胞的机制奠定了基础。 关键词:极低密度脂蛋白;双向荧光差异凝胶电泳;泡沫细胞;蛋白质组 荧光差异凝胶电泳能在整体上揭示VLDL在致泡沫细胞形成过程中蛋白质水 平的变化,经鉴定的蛋白质可能在VLDL致泡沫细胞的形成中发挥重要的作用,为阐明VLDL作用巨噬细胞形 Two—dimensional fluorescence diference gel electrophoresis analysis for VLDL・induced THP-1 foam cell formation LU Yanjun ,TIAN Jun ,DI Yong2,ZONG Yiqiang2. (1.Department of Clinical Laboratory,Tongii Hospital,Ton ̄ii Medical College,Huazhong University of Science and Technology,Hubei Wuhan 430030,China;2. Department of Biochemistry and Molecular Biology,Tongfi Medical College,Huazhong Unwe ̄ity of Science and Technology,Hubei Wuhan 430030,China) Abstract:0bjective To search for the key protein in the process of THP一1 foam cell formation induced by very low density lipoprotein(VLDL)through using two—dimensional fluorescence difference gel electrophoresis(DIGE) analysis and analyze the mechanism of oam celf1.Methods The macrophage differentiation from THP一1 cells induced by phorbol ester(PMA),incubated with phosphate buffer(PBS)as control group and incubated with VLDL as experimental group,respectively.After the extraction of totl celalular protein labeled with fluorescent dye CY3 and CY5, the mixture of all samples were equalled as an”internal standard”。labeled with CY2.The mixture of experimentl agroup,control group and the internal standard was analyzed by DIGE and matrix—assisted laser desorption ionization time of lfight mass spectromety(MALDIr.TOF.MS).The 3 protein(adipose differentiation—related protein,enolase 1 and phosphoglycerate mutase 1、mRNA changes were analyzed with reverse transcription—polymerase chain reaction(RT— PCR .Results Compared the experimental group with control group,there were 34 protein spots up regulated>1・2 times,and 48 protein spors down regulated>1.2 times.A total of 14 protein spots defined as”signiifcant spots”were identi矗ed bv MALDI.TOF—MS.The expressions of adipose differentiation—related protein,heat shock 27kDa protein 1, 作者简介:鲁艳军,男,1981年生,博士,住院医师,主要从事动脉粥样硬化的蛋白组学研究。 检验医学2012年1月第27卷第l期Laboratory Medicine,Jan ! , !:N0 three-dimensional structure of human electron transfer flavoprotein to 2.1 A resolution—Chain A,S100 calcium binding protein Al l,peroxiredoxin 3-isofonn CRAc,ubiquinol—cytochrome C reductase core protein I,peroxisomal enoyl— ——ncreased.The expressions of enolase l, eoenzyme A hydratase—like protein and fumarate hydratase—isoform CRAd were iphosphoglycerate mutase 1,cyclophilin A complexed with dipeptide Gly—Pro,DMGDH protein,heterogeneous nuclear ructosamine 3 kinase—isoform CRAb were decreased.The mRNA expression of ribonucleopr0tein L—isoform CRAa and f——adipose differentiation—related protein was increased,and the mRNA expressions of enolase 1 and phosphoglycerate mutase 1 were decreased obviously with the levels of proteins.Conclusions DIGE has reveNed a whole change in the process of VLDL—induced foam cell formation,and the protein identiied may play an ifmportant role in the process,which as the ground work for clarifying the mechanism of VLDL—induced foam cell formation. Key words:Very low density lipoprotein;Two—dimensional fluorescence difference gel electrophoresis;Foam cell; Prote.omics 有研究 表明,在高甘油三酯(TG)血症的人 群中,动脉粥样硬化的发生与血浆中增高的极低 密度脂蛋白(VLDL)及VLDL来源的残余脂质颗 粒成正相关。VLDL能够进入血管内皮下导致细 泡沫细胞过程中某些关键蛋白表达的改变,以探 讨对泡沫细胞形成的作用影响。 材料和方法 一胞内脂质的堆积 』,体外实验也表明VLDL能诱 导泡沫细胞形成 J。然而,富含TG的VLDL与 、VLDL的制备 取100 mL人新鲜血浆,18 000×g离 t ̄,40 min 富含胆固醇的低密度脂蛋白(LDL)在致泡沫细胞 形成乃至动脉粥样硬化的机制不尽相同。LDL经 修饰后主要通过CD36介导的胞吞作用而引起脂 去除乳糜微粒,然后按每毫升血浆加0.226 g溴化 钠(NaBr)调整血浆密度至1.2#mL。于离心管中 依次加入密度为1.006 g/mL的氯化钠(NaC1)、 1.063 g/mL的NaBr和1.2 g/HlL的血浆。采用 L8—80型超速低温离心机(美国贝克曼公司)以 300 000×g超速离心5 h。取离心管中顶层VLDL 液体(密度<1.006 g/mE),经PBS透析后于4℃避 质堆积,而富含TG的VLDL导致胞内脂质的堆积 有2种方式。一种是与细胞表面的脂肪酶(LPL) 作用,经LPL的脂解,生成的游离脂肪酸直接进 入胞内酯化为TG储存起来。另一种方式是经过 极低密度脂蛋白受体(VLDLR)介导的胞吞作 用 J。2种脂蛋白进入细胞后激活不同的核受体 而影响胞内脂质堆积,氧化的LDL主要通过激活 光保存,保存不超过2周。 二、细胞培养 THP—l细胞[购自美国模式培养物集存库 (ATCC)]用含10%胎牛血清的1640培养基在 过氧化物酶体增殖物激活受体^y(PPAR.^y)而调 节ATP结合盒转运子A1(ABCA1)及清道夫受体 (SR)等来改变脂质对细胞的堆积,而VLDL主要 激活氧化物酶体增殖物激活受体8(PPAR.6),上 调肉碱脂酰转移酶-1(CPT一1),而影响胞内脂质 37 c【=、5%CO 的环境中培养,待细胞密度达1× 10。/mL,加入200 nmol/L PMA诱导24 h后更换 不含血清的1640培养基培养24 h,然后加入 50 p.g/mL VLDL孵育48 h。 堆积 J。目前关于富含胆固醇的脂蛋白LDL、氧 化低密度脂蛋白(OX—LDL)作用的巨噬细胞形成 三、细胞总蛋白的提取 将孵育后的细胞经PBS洗涤去除培养基,然 后用细胞刮刮下细胞,加200 IxL细胞裂解液 [30 mmol/L TrisC、7 mol/L尿素,2 mol/L硫脲、 泡沫细胞机制比较深入,但由富含TG的脂蛋白 VLDL作用而形成泡沫细胞的机制还鲜见报道。 我们拟通过双向荧光差异凝胶电泳(2D. DIGE)得到VLDL孵育的经佛波醇酯(PMA)诱导 4%3-(3-胆胺丙基)二甲氨基.1.丙磺酸 (CHAPS),pH值8.5]冰浴30 min,期间不停震 荡。然后用超声细胞破碎仪冰浴中每次超声 10 s,共5次。以5 000×g离心70 min,收集上清 后用2-DQuantKit试剂盒进行蛋白定量。 四、荧光染料标记 的THP一1细胞与经磷酸盐缓冲液(PBS)孵育的空 白对照细胞的蛋白质图谱,并用相应的软件分析 其差异,以探讨VLDL致泡沫细胞形成过程中特 定蛋白表达量发生的变化。初步观察VLDL在致 检验医学2012年1月第27卷第1期Laboratory Medicine,January 2012,Vol 27.No 1 制备的样本经精确定量后按50 g蛋白样 本/400 pmol荧光染料(Cy3或Cy5)(购自美国通 用电气医疗集团)冰上避光反应30 min,然后加 入10 mmol/L赖氨酸1 终止反应。将Cy3标 记的样本、Cy5标记的样本以及Cy2标记的内标 混合后,加等体积2×sample buffer[7 mol/L尿 素、2 mol/L硫脲,20 mg/mL二硫苏糖醇(DTY)、 4%CHAPS]混匀,冰上静置10 min,用水化液 (8 molfL尿素、4%CHAPS,0.5%IPG3.10 buffer、 10 mg/mL Drrr)补至350 L,准备双向电泳。 五、双向电泳及图象扫描 将含有样本的水化液均匀涂布在胶条槽两电 极之间,将IPG干胶条(pH值3~l0,18 cm)胶面 向下,覆盖一层IPG strip cover fluid,盖上胶条槽 盖,设置等点聚焦电泳(IEF)程序为:30 V 12 h、 200 V 1 h、500 V 1 h、1 000 V 1 h、8 000 V 50 000 vhs。IEF结束后的胶条放在10 mL含l% DT/'的十二烷基磺酸钠(SDS)平衡液中平衡 15 min,然后放在10 mL含4%碘代乙酰胺的平衡 液中平衡15 min,平衡后置于胶浓度为12.5%的 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS.PAGE)胶中,放人 Ettan DALT six垂直电泳系统中电泳,电泳参数为 2 W/胶、1 hE胶、15W/胶,直至溴芬蓝跑至胶底 缘。电泳结束后置Typhoon9410多功能扫描成像 系统上扫描,扫描参数为cy2 emission filter/laser, 波长比为520/488 nm、Cy3为580/532 nm、Cy5为 670/633 nm。扫描后获取图像。所使用仪器及试 剂均购自美国通用电气医疗集团。 六、二维电泳胶染色、结果分析 电泳结束后,将制备胶放在含0.1%R一350、 10%冰乙酸、10%甲醇的染色液过夜,用含10%冰乙 酸、10%甲醇的脱色液脱色,直至背景干净。将胶放 在Imageseaner扫描仪(美国通用电气医疗集团)上 扫描,扫描参数为300 dpi、blankfiher、transmissive。 七、质谱鉴定 在制备胶上挖取差异蛋白点经胶内胰酶酶解 20 h,然后抽提酶解肽段,经微量层析柱(ZipTip) 脱盐、基质辅助激光解吸电离飞行时间(MALDI_ TOF)/MALDI.TOF/TOF质谱(MALDI—TOF—MS) 和软件分析数据鉴定蛋白质。 八、逆转录.聚合酶链反应(RT-PCR)分析 孵育后的细胞经PBS洗涤去除培养基后,通 过Trizol提取液提取总RNA,定量后取8 g RNA 作逆转录合成cDNA,进行PCR。脂肪分化相关蛋 白上游引物:5 .AGGGoCTAGACAGG 岍GAGGA. 3 ,下游引物:5 .TITFCTACGCCACTGCTCACG.3 ; 烯醇化酶上游引物:5 .CGCA1TrGGAGCAGAGG rrITAC-3 ,下游引物:5 一GCAGTFGCAGGACTI'C TCG,IT-3 ;磷酸甘油酸变位酶1上游引物:5 . GAGCCCGACCATCCTI ̄CTACA-3 ,下游引物: CAGTCGGCAGG1-rCAGC..3。B.actin上游引物:5 . TGAGACCTrCAACACCCCAG--3,下游引物:5 . GCCATCTC1TI’GCTCGAAGTC--3。扩增条件如下: 95℃5 min,95 oC 45 S,55 cc 45 s,72℃45 S,共 30个循环。PCR产物经含溴化乙锭的2%琼脂糖 胶电泳,并在紫外灯下成像。试剂购自美国伯乐生 命医学产品有限公司。 结 果 一、油红染色观察泡沫细胞的形成 为了观察VLDL孵育THP.1源性巨噬细胞后 是否形成泡沫细胞,通过油红O染色比较VLDL 孵育的细胞(实验组)和PBS孵育的细胞(空白对 照组)。THP一1源性巨噬细胞经PMA诱导24 h 后加脂蛋白孵育48 h,用0.3%油红O染色,光镜 下观察。结果显示相对于空白对照组,实验组孵 育的细胞胞内脂质明显增多。见图1。 二、2D—DIGE的图谱 孵育后的细胞提取细胞总蛋白,按50 g蛋 白样Yqk/400 pmol荧光染料(Cy3或Cy5)标记,所 有样本混合用Cy2标记,将不同染料标记的样本 混合后于同一胶上做二维电泳,电泳结束后,置 Typhoon9410多功能扫描成像系统上扫描捕获图 像。图2中的4幅图是一块胶扫描所得,每块胶 有3种样本,分别为空白对照、实验组及内标,每 种样本为50 g,由3种不同的荧光染料标记,内 标始终为Cy2标记。 三、MALDI.TOF.MS鉴定差异蛋白 每张胶上平均有2 400个蛋白点。实验组与 空白对照组比较,表达量上调蛋白点在1.2倍以 上有34个,表达量下调1.2倍以上有48个。通 过软件分析筛选其中14个蛋白点作MALDI-TOF。 MS。见图3、表1。 检验医学2012年1月第27卷第1期Laboratory Medicine,January 2012,Vol 27.J l 空白对照组实验组 酶被鉴定在VLDL致泡沫细胞的过程中下调。磷 l—l|_脂肪分化相关蛋白 B.actin 酸甘油酸变位酶催化3-磷酸甘油酸转变为2一磷酸 甘油酸,烯醇化酶催化2.磷酸甘油酸转变为磷酸烯 醇式丙酮酸。虽然并未发现糖酵解的关键激酶,但 这些酶的表达下调从机体代谢角度提示胞内糖的 利用减少。Sukhano等 的研究显示在氧化LDL 孵育的人主动脉平滑肌细胞内糖利用率减少 中表达下调 。可见胞内糖的利用与脂质含量密 烯醇化酶 B—aetin 虽= 磷酸甘油酸变位酶1 65%,且这2种酶在高脂喂食的鼠的白色脂肪组织 切相关,而已知细胞内游离脂肪酸通过线粒体代谢 B-adin 图4 RT—PCR分析3种鉴定蛋白mRNA水平的变化 讨 论 目前已有大量实验表明富含TG的VLDL在 动脉粥样硬化形成中发挥作用。VLDL可以引起 巨噬细胞脂质堆积形成泡沫细胞,而泡沫细胞形 成已被视为动脉粥样硬化形成早期的重要事件。 与LDL相比,VLDL中的载脂蛋白主要是载脂蛋 白E(apo E),主要脂质成分是TG。因而VLDL 在致泡沫细胞的形成过程是否存在独特的机制? 目前鲜有报道。2D—DIGE是二维电泳(2-DE)的 新方法,其灵敏度更高(pg)、所需上样量更少 (50 g)、得到的结果更稳定可靠(线性范围在5 个数量级)。由于将不同样本在同一胶上分离, 所需胶的数量更少,重复性更好。本研究运用 2D—DIGE结合质谱技术,发现数种可能在VLDL 致泡沫细胞形成中的发挥较重要作用的相关蛋 白,如脂肪分化相关蛋白、糖酵解磷酸甘油酸变位 酶1、烯醇化酶等。 脂肪分化相关蛋白早期被发现参与脂肪细胞 的分化,近来发现其与细胞内脂滴的形成密切相 关。脂肪分化相关蛋白的过量表达可以增加长链 脂肪酸的吸收 。有研究显示脂肪分化相关蛋 白在动脉粥样硬化斑块中的表达比同一血管正常 部位高,脂肪分化相关蛋白的高表达可能是引起 巨噬细胞脂质堆积的重要因素 。另有报道 显示这种蛋白的升高可以抑制TG经线粒体氧化 途径而促进脂质在细胞内的沉积,因而其升高与 TG代谢密切相关。而VLDL可以通过激活 PPAR一8来上调其表达,且这种上调发生在转录 水平 。 参与糖酵解的磷酸甘油酸变位酶1和烯醇化 的中间产物抑制糖酵解。因而这2种酶的改变可 能通过影响糖代谢而促进脂质负荷的细胞泡沫化。 辅酶.细胞色素C还原酶核心蛋白I和人电 子转移味蛋白三维结构.链A这2种蛋白属于线 粒体电子传递链的一部分,其上调反映细胞线粒 体能量代谢活跃。然而线粒体是超氧阴离子产生 的重要场所,而活性氧的增加及随后产生的氧化 应激已被视为动脉粥样硬化的危险因素¨¨。另 本研究发现位于线粒体膜上的人过氧化物酶一3一 异构体C也表达上调。人过氧化物酶.3一异构体C 的主要功能是阻止线粒体活性氧的产生。因而推 测VLDL致泡沫细胞形成过程中胞内由线粒体生 成的活性氧增多,且主要由于VLDL中大量TG所 致。而Aroni等 已经报道经TG处理过的 J774.2巨噬细胞其胞内活性氧显著升高,且主要 通过线粒体复合物1的电子转移链,这进一步支 持本研究的推测。 VLDL致泡沫细胞中筛选的蛋白质多与脂肪 酸代谢相关,而文献 报道OX—LDL致泡沫细胞 中信号分子丝裂素活化蛋白激酶(MAPK)、电压 依赖性阴离子通道1(VDAC1)及抗氧化酶(过氧 化氢酶、前列腺素氧化环化酶)表达改变。另本 研究仅筛选出热休克蛋白27的表达上调,而Yu 等_l 通过二维电泳发现OX—LDL孵育的巨噬细胞 U937中多种热休克蛋白(热休克蛋白27、60、70) 表达上调。推测上述差异是由2种脂蛋白的组成 不同而引起胞内信号途径变化所致。本研究鉴定 与TG代谢密切相关的蛋白,进一步将从动脉粥 样斑块组织验证是否也有类似变化,以期为动脉 粥样硬化形成提供新的可能标志物。 参考文献 [1]Hokanson JE,Austin MA.Plasma triglyceride leve1 检验医学2012年1月第27卷第1期is a risk factor for cardiovascular disease independent of high—density lipoprotein cholesterol level:a meta— Laborato lⅥ! ici !{ ! !! !: [8] Larigauderie G,Cuaz—P ̄rolin C,Younes AB,et a1. 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