ACE siRNA对人脐静脉内皮细胞ET1表达的影响
作者:杨勇,王玮,黄从新,周明,方志成,何朝荣 作者单位:1武汉大学人民医院心血管内科,湖北 武汉 430060;2郧阳医学院附属太和医院心血管内科,湖北 十堰 442000【摘要】 目的:观察小干扰RNA(siRNA)对人脐静脉内皮细胞CRL1730血管紧张素转换酶(ACE)mRNA与蛋白表达的作用及对内皮素1(ET1)表达的影响。方法:设计3条针对人ACE基因的siRNA,脂质体转染CRL1730细胞,RTPCR检测ACE mRNA的表达,ELISA法检测ACE蛋白含量;并比较ACE siRNA与卡托普利(Captopril)对血管紧张素II同步处理6、12、24 h 后CRL1730细胞ET1的表达。 结果:ACE siRNA能够抑制ACE mRNA及蛋白表达,以48 h为甚(mRNA水平下调71.01%;蛋白水平下调68.13%,均P<0.01)。ACE siRNA和Captopril均能抑制CRL1730细胞ET1表达(P<0.05),ACE siRNA抑制作用优于Captopril(P<0.05)。结论:ACE siRNA能有效下调ACE的表达,并抑制血管紧张素II诱导的ET1表达。
【关键词】 小干扰RNA 人脐静脉内皮细胞 血管紧张素转换酶 血管紧张素II 内皮素 1
Effects of ACE siRNA on the Expression of Endothelin1 in Human Umbilical Vein Endothelial Cells YANG Yong1,2,WANG Wei2,HUANG Congxin1*,ZHOU Ming2,FANG Zhicheng2,HE Chaorong2 (Department of Cardiology,1Renmin Hospital,Wuhan Unviersity,Wuhan,Hubei 430060;2Taihe Hospital,Yunyang Medical College,Shiyan,Hubei 442000,China)
Abstract:Objective To observe the effects of ACE siRNA on the expression of angiotensin converting enzyme mRNA in human umbilical vein endothelial cells CRL1730 and the expression of endothelin1.Methods Three siRNAs targeted against ACE gene were designed and synthesized,transfected into CRL1730 with liposome,the expression of ACE mRNA and protein was detected with RTPCR and ELISA, respectively.The expression of endothelin1 stimulated with angiotensin Ⅱand ACE siRNA or captopril at the time point of 6 h,12 h and 24 h were compared.Results The expression of ACE mRNA and protein could inhibited with ACE siRNA,and reached the peak at 48 h(mRNA decreased 71.01%,P<0.01;protein decreased 68.13%).ACE siRNA and captopril all could inhibit the expression of ET1 in CRL1730 cells(P<0.05),and the effect of ACE siRNA was better than that of captopril (P<0.05).Conclusion RNA interference could effectively downregulate the expression of ACE and inhibit the expression of ET1 induced with angiotensinⅡ.
Keywords:Small interfering RNA;Human umbilical vein endothelial cells;Angiotensin converting enzyme;Angiotensin II;Endothelin1
高血压基因治疗比传统药物能更持续的控制血压,显著改善高血压导致的靶器官损害,为高血压治疗开辟了新的研究领域[1]。RNA干扰(RNA interference,RNAi)是双链RNA介导的转录后基因沉默,其沉默效应及稳定性优于反义寡核苷酸,现已成为基因沉默技术的主要手段[2]。本研究观察小干扰RNA(small interfering RNA,siRNA)对血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme,ACE)基因与蛋白水平的调控作用以及对内皮细胞内皮素1(endothelin1,ET1)的影响,为RNAi技术在高血压基因治疗领域中的应用提供治疗靶点。
1 材料与方法
1.1 材料
人脐静脉内皮细胞株(ATCC编号:CRL1730)购于武汉大学中国典型培养物保藏中心。siRNA由广州市锐博生物科技有限公司设计合成。LipofectamineTM 2000、Trizol试剂(美国Invitrogen公司);逆转录试剂盒(立陶宛Fermentas公司);ACE ELISA Kit、ET1 ELISA Kit(美国R&D Systems公司);血管紧张素II(Angiotensin II,AngII;Sigma公司)。卡托普利标准品(Captopril,石家庄岩峰医药科技有限公司);细胞裂解液(含50 mmol/L Tris·HCl,0.15 mmol/L NaCl,1% Triton X100,1% CHAPS,用前加入PMSF)。
1.2 方法
1.2.1 siRNA靶点序列和PCR引物序列:根据siRNA设计原则[3],针对人ACE mRNA序列(Genbank编号:NM-000789.2),设计三条siRNA,siRNA1针对于2739~2757位点:5′CCACAGAGGCTATGCTAAA3′,siRNA2针对于3261~3279位点:5′GCATCACCAAGGAGAACTA3′,siRNA3针对于2083~2101位点:5′GCAG AAGAACATGCAAATA3′,同时合成阴性对照序列(NC control)并于5′端加FAM荧光基团;经BLAST工具分析这些序列与人其他基因无明显同源性。内参GAPDH引物序列:上游5′ CAAGGTCATCCATGACAACTTTG3′,下游5′GTCCACCACCCTGTTGCTGTAG3′,扩增片段为496 bp。ACE引物序列:上游5′GTTTGTGGAGGAATATGACCG3′,下游5′CCTTCTTTATGATCCGCTT G3′,扩增片段为218 bp。
1.2.2 转染效率测定:3.0×105个/mL密度接种细胞于6孔板,用不含抗生素的10%胎牛血清DMEM培养液培养12 h,细胞融合至30%~50%进行转染。每孔加入6.0 μL NC control(总量120 pmol,培养液终浓度60 nmol/L)与4.0 μL LipofectamineTM2000,按照LipofectamineTM 2000说明书操作进行转染。转染后12 h于荧光显微镜下蓝光480 nm波长激发荧光,计算3个不同视野下绿色荧光细胞数与自然光下总细胞数的百分比,取其平均值为转染效率。
1.2.3 ACEsiRNA筛选和ACE mRNA、ACE蛋白表达检测:分为5组,每组复3孔;分别为siRNA1组,siRNA2组,siRNA3组、阴性对照组(NC control)与空白对照组(control)。接种细胞后,前4组使用与1.2.2相同的剂量与方法转染入相应siRNA,空白对照组不作处理,转染后48 h与72 h RTPCR法检测ACE mRNA表达,ELISA法检测ACE蛋白的表达。
Trizol法提取细胞总RNA,取1 μg按照试剂盒说明书合成cDNA并作为模板行PCR扩增,以GAPDH为内参。PCR 反应条件: 94 ℃变性3 min,94 ℃退火30 s,58 ℃(GAPDH退火温度) 30 s,72 ℃延伸1 min,循环 32次,最后72 ℃ 延伸10 min。ACE退火温度为 53 ℃,循环35次,余条件相同。产物进行1.5%琼脂糖凝胶电泳,凝胶成像分析系统摄像分析。用ACE的条带灰度值与GAPDH的条带灰度值之比代表ACE相对含量。细胞裂解液提取各组细胞总蛋白,按照ELISA试剂盒说明书操作检测ACE蛋白。
1.2.4 ACEsiRNA对内皮素1表达影响:使用1.2.3筛选的有效siRNA进行实验。细胞分为4组,每组复6孔:分别为空脂质体对照组(control),AngⅡ组,siRNA组,captopril组。4组均加入2.0 μL/孔 LipofectamineTM 2000,siRNA组同时加入3 μL siRNA(培养液终浓度60 nmol/L)进行转染操作。转染完成后培养至24 h,除control组外,其余3组换用含10-7mol/L AngⅡ的DMEM高糖培养液,captopril组同时加入captopril至终浓度为10-7mol/L。换液前及换液加药处理后6、12、24 h取各孔培养液上清100 μL,按ELISA试剂盒操作说明检测ET1含量。
1.3 统计学处理
数据采用均数±标准差(x±s)表示,多组间比较采用单因素方差分析,组内前后比较采用配对t检验,以双侧P<0.05为有统计学差异,用SPSS 13.0统计软件包对数据进行分析。
2 结果
2.1 荧光转染效率测定
图2 RTPCR产物凝胶电泳图
注:M:DNA Marker,C:control,S1:siRNA1组,S2:siRNA2组,S3:siRNA3组NC:NC control 组。218 bp处为ACE条带,496 bp处为GAPDH条带。
荧光显微镜下可见被转染入FAM荧光的细胞呈点状分布(图1),转染效率为65.97%。
2.2 ACEsiRNA对ACE mRNA表达的作用
与control组对比,siRNA2组48 h和72 h ACE mRNA的表达均下调(P<0.01),以48 h为甚(P<0.05),下调比例达到71.01%;siRNA1组与siRNA3组转染后72 h ACE mRNA 表达无统计学差异(P>0.05);阴性对照组均未见明显抑制作用(P>0.05),见图2。
2.3 ACE siRNA对ACE蛋白表达影响
与control组对比,siRNA2组48 h及72 h ACE蛋白表达均显著下调(P<0.01),以48 h最为明显(P<0.05),下调比例达到68.13%;siRNA1组仅48 h有抑制作用(P<0.05)。siRNA3组与NC control组均无明显抑制作用(P>0.05),见图3。
2.4 ACE siRNA对CRL1730细胞ET1表达的影响
从6 h起,Ang II能促进CRL1730细胞ET1表达,12 h达高峰(P<0.01);6 h至12 h,ACE siRNA和captopril 均能抑制ET1表达(P<0.05);ACE siRNA抑制作用优于captopril,从12 h一直持续到24 h(P<0.05),见表1。 注:与空白对照组比较#P<0.01,▲P<0.05,表1 ACE siRNA对CRL1730细胞ET1表达的影响注:AngII组组内比较:与加药前与加药12 h比较▲P<0.01,与加药后24 h比较△P<0.05;siRNA组与AngII组比较,※P<0.05;#P<0.01,captopril组与Ang II组比较,●P<0.05,*P>0.05;captopril组与siRNA组比较,☆P>0.05,★P<0.05
3 讨论
RNAi技术已广泛用于高血压病、高脂血症、动脉粥样硬化、缺血再灌注损伤、心肌病等多个领域,显示出其在心血管疾病基因治疗中的巨大潜力[4]。高血压患者血浆及组织ACE的活性增强,促进Ang I分解成为Ang II,降解缓激肽、Ang(17)肽等可拮抗Ang II作用的细胞因子,诱导内皮细胞ET1表达增加,维持血压的持续升高,导致血管内膜增殖与动脉粥样硬化斑块形成,在高血压的病理生理过程有着重要作用[5]。利用RNAi技术可沉默ACE,进而可能控制血压及改善高血压导致的靶器官损害。
siRNA 作用于mRNA 的不同区域产生的沉默效能并不相同,因此在进行RNAi研究时必须设计多个序列进行筛选[6]。采用化学合成的siRNA进行RNAi研究,相对于构建质粒及病毒载体而言具有合成简便、费用相对低廉的优点,适合于快速筛选有效序列。本研究采用脂质体转染方法,将携带FAM荧光的siRNA成功转染CRL1730细胞,效率可达65.97%;且人ACE mRNA 3 2613 279位点的siRNA能够在培养液终浓度为60 nmol/L的条件下显著抑制细胞ACE mRNA与蛋白的表达。而Morishita等[7]使用脂质体转染的方法,需要3 μmol/L的反义寡核苷酸才能够有效抑制ACE的活性;Miyagishi等[8]研究也发现针对相同的基因进行沉默时,siRNA达到半数抑制率所需要的浓度比反义寡核苷酸的浓度要低100~10 000倍。
RNAi诱导基因沉默时,首先将双链RNA分解成为21~23 nt长度的siRNA;siRNA的反义链与核酸内切酶Dicer酶、反式RNA结合蛋白结合,形成具有剪切靶mRNA作用的诱导沉默复合体,进而特异性降解靶mRNA,减少转录后mRNA向蛋白的翻译[2]。本研究发现化学合成的ACE siRNA能够诱导ACE mRNA的降解,ACE蛋白的表达也随之降低;且在48 h能够达到最大的沉默效果,72 h则有所下降,与Chiu等[9]的研究结果相似。可能与哺乳动物细胞缺乏RNA诱导的RNA聚合酶,RNAi在细胞间不能传递与放大有关,也可能与siRNA经过细胞分裂及内源性核酸酶降解后被稀释有关。
本研究观察到Ang II能够增强CRL1730细胞ET1的表达,与Ang II增强ET1前体原mRNA 转录与表达、提高内皮素转化酶活性,刺激ET1合成有关[10]。Captopril和siRNA均能够抑制由Ang II诱导的ET1表达;captopril与ACE蛋白活性中心结合抑制其活性,siRNA则通过降解ACE mRNA直接下调ACE蛋白的表达。两者均能够减少由ACE分解Ang I产生的Ang II,促进血管紧张素转换酶2将Ang II降解成为Ang (1-7)肽,拮抗Ang II的作用[11];同时减少缓激肽降解,与内皮细胞的缓激肽β2受体作用减少ET1的表达;还能够降低内皮细胞氧自由基的活性,增加NO合成,减少ET1的释放[12]。进一步研究发现,siRNA能够持续抑制ET1表达,抑制作用比卡托普利强,其机制可能为卡托普利具有抑制ACE活性作用的巯基极易发生氧化,有效作用浓度不断降低;而导入细胞内的siRNA对ACE蛋白表达的下调作用相对稳定。利用ACE siRNA能够有效稳定的下调内皮细胞ACE的表达,以调节Ang II诱导的内皮细胞ET1的表达,可作为研究高血压基因治疗的工具进行深入研究。
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