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编号:10253335
白细胞介素-1β及其受体拮抗剂对系膜细胞增殖及产生一氧化氮的影响
http://www.100md.com 《肾脏病与透析肾移植杂志》 1999年第2期
     作者:张敬京 杨霁云 丁 洁 张 英

    单位:北京医科大学第一医院儿科(北京,100034)

    关键词:一氧化氮(NO);白细胞介素1受体拮抗剂;系膜细胞

    肾脏病与透析肾移植杂志990203 摘 要 目的:探讨白细胞介素1β(IL-1β)及其受体拮抗剂(IL-1ra)对系膜细胞增殖及产生NO的影响。 方法:培养的第10~12代SD大鼠肾小球系膜细胞(GMC)用于实验,分别加入IL-1β或IL-1β加IL-1ra,12h后用化学方法测定培养上清中亚硝酸盐的含量,用3H-TDR掺入率测定GMC的增殖,狭缝和Northern杂交测定细胞iNOS mRNA表达。 结果:IL-1β组GMC出现iNOS mRNA表达及亚硝酸盐增多(0.53±0.13vs0.18±0.07nmol/104细胞),但无明显细胞增殖(4046.06±191.26vs3977.9±280.41);IL-1β加IL-1ra组,无iNOS mRNA表达,上清亚硝酸盐含量更高(0.94±0.15nmol/104细胞),GMC增殖被抑制(3115.5±313.98)。结论:IL-1β能刺激GMC的iNOS mRNA表达和产生亚硝酸盐,IL-1ra虽抑制GMC的iNOS mRNA表达,但没能减少其亚硝酸盐的产生。
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    EFFECTS OF INTERLEUKIN-1 AND INTERLEUKIN-1 RECEPTOR ANTAGONIST ON PROLIFERATION AND NITRIC OXIDE SYNTHESIS OF MESANGIAL CELLS

    Zhang Jingjing,Yang Jiyun,Ding Jie,Zhang Ying

    Department of Pediatrics,the First Hospital,Beijing Medical University,Beijing 100034

    OBJECTIVE To investigate the effects of interleukin-1 β(IL-1 β)and interleukin 1 receptor antagonist(IL-1ra)on mesangial cells proliferation and synthesis of nitric oxide.
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    METHODOLOGY Glomerular mesangial cells form SD rats were cultured.The 10th-12th passages were used for the experiment.IL-1 β or IL-1 β and IL-1ra were added in cell cultures separately.By using chemical method the nitrite in supernatants was measured,3H-TDR incorporation was determined to evaluate the GMC proliferation,and Northen and spot hybridization were performed to detect the expression of iNOS mRNA.

    RESULTS There were expression of iNOS mRNA and enhanced production of nitrite(0.53±0.13 vs 0.18±0.07nmol/104cell)in GMC of Group IL-1 β,but no GMC proliferation(4046.06±191.26 vs 3977.9±280.41)GMC in Group IL-1 β and IL-1ra showed no expression of iNOS mRNA,more production of nitrite(0.94±0.15 nmol/104 cell)and decreased proliferation of GMC(3115.5±3139.77).
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    CONCLUSION IL-1 β could activate the GMC to express iNOS mRNA and to produce more nitrite,and IL-1ra could block the effects of IL-1β on the expression of iNOS mRNA in GMC,but not on the production of nitrite.There was no correlation between NO production and GMC proliferation.

    Key words inducible nitric oxide synthase nitric oxide IL-1β

    一氧化氮(NO)是由一个氧原子和一个氮原子组成的无色的气体。体内在一氧化氮合酶(NOS)的作用下,由L-精氨酸生成NO。文献中已有报告系膜增生性肾小球肾炎动物模型中肾小球局部有NO改变[1]。培养的肾小球系膜细胞(GMC)被细胞因子刺激后可有诱生型NOS(iNOS)mRNA的表达,同时培养上清中的NO亦有增多[2]。本文旨在观察培养的大鼠系膜细胞经IL-1 β刺激以及加入IL-1受体拮抗剂(IL-1ra)后,GMC中iNOS mRNA的表达、GMC增殖状态以及上清中亚硝酸盐(NO-2)的变化,以探讨IL-1β及IL-1ra对系膜细胞产生NO的影响。
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    1 材料和方法

    1.1 实验试剂 ①iNOS cDNA:小鼠肝细胞克隆的cDNA片段,长3934 bp,经HincⅡ和SspⅠ两个酶切位点连接于pUC19质粒(美国CORNELL大学Carl Nathan和谢巧文教授馈赠)。②随机引物标记盒购于美国Promega公司,用于标记[α-32P]dCTP。③IL-1β购于美国R&D公司(纯度>97%,ED50-10ng/L)。④IL-1受体拮抗剂(IL-1ra)购于北京医科大学免疫学中心(纯度>95%)。⑤胎牛血清及培养基购于美国Gibco公司。⑥3H-TDR购于北京原子能研究所。⑦其它化学试剂购于北京化学试剂公司。

    1.2 系膜细胞培养及实验分组 取体重120~150g正常Sprague-Dawley大鼠,按我们以往报道的实验方法[3]进行系膜细胞培养。14~21天后进行传代。取10~12代的细胞用于实验。实验中,用含0.5%胎牛血清RPMI1640孵育24h后,将细胞分为三组:组1为空白对照组,加入等体积RPMI 1640;组2加入IL-1β(1nmol/L);组3加入IL-1β(1nmol/L)和IL-1ra(10μg/L),且IL-1ra先于IL-1β15min加入,12h后分别收集细胞进行iNOS mRNA表达和3H-TDR掺入的检测及培养上清中亚硝酸盐的测定。
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    1.3 亚硝酸盐(NO-2)测定 亚硝酸盐的测定方法基于经典的Griess反应[4]。待测样本的亚硝酸盐浓度为测得值减去空白RPMI 1640的测定值。然后以nmol/104细胞表示。

    1.4 系膜细胞中iNOS mRNA表达 ①细胞总RNA的提取:采用了异硫氢酸胍-酚-氯仿一步法[3]。②狭缝杂交和Northern杂交:分别取各组总RNA 5μg加样。③狭缝和Northern杂交的探针为iNOS cDNA,用随机引物标记法以[α-32P]dCTP标记iNOS探针,并以β-actin作为内参照。

    1.5 统计学分析 结果以均数±标准差表示。各组结果之间以单因素方差分析进行比较。当方差不齐时,使用秩和检验。以P<0.05判定显著性差异。

    2 结 果
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    见附表

    附表 白细胞介素-1及其受体拮抗剂对系膜细胞增生及其产生NO的影响

    NO2

    (nmol/104细胞)

    3H-TDR

    (min-1值)

    iNOS mRNA

    组1(对照组)

    0.18±0.07

    3977.90±191.26
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    -

    组2(IL-1β组)

    0.53±0.13*

    4046.06±280.41

    +

    组3(IL-1β+IL-1ra组)

    0.94±0.15*

    3115.50±313.98

    -

    *P<0.05,与对照组相比

    2.1 GMC上清中NO的产生 测定的细胞上清中亚硝酸盐含量,组2(0.53±0.13 nmol/104细胞,n=7)比对照组(0.18±0.07nmol/104细胞,n=7)明显增高。但同时加入IL-1β加IL-1ra后的组3,亚硝酸盐含量为0.94±0.15nmol/104细胞,(n=7),比组2更高,亦比对照组高。
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    2.2 GMC的3H-TDR掺入 3H-TDR掺入值组2与对照组相比虽然略增高,但没有显著区别(4046.06±191.26vs3977.9±280.41)。组3系膜细胞的3H-TDR掺入受到抑制(3115.5±313.98),与对照组及组2差异显著。

    2.3 GMC iNOS mRNA的表达 以iNOS cDNA作Northern杂交,仅组2的RNA于4.5kb处可见一条单一的杂交带,其大小符合报道的iNOS mRNA分子大小,表明检测到的iNOS mRNA是特异的。

    狭缝杂交定量分析GMC iNOS mRNA,结果也显示对照组GMC没有iNOS mRNA的表达,组2 iNOS mRNA为阳性表达,组3则没有iNOS的mRNA的表达(见附图)。
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    附图 狭缝杂交定量分析iNOS mRNA的表达

    3 讨 论

    系膜细胞增生是人类许多肾小球疾病最常出现的改变之一,因而受到临床重视。如前所述近十年来人们认识到NO是一种活性时间短暂的生物调节因子,在肾脏生理和病理过程中起着重要的作用。此外一些能增加或减低NO的物质(前者如L-精氨酸、NO气体,后者如L-NMMA)已被应用于临床某些领域,以期干预某些病理生理过程。

    NO主要由NOS催化L-精氨酸而产生。许多作者报告了GMC在一些细胞因子(IL-1β、TNFα等)和细菌内毒素(LPS)的刺激下可以表达三种NOS中的一种,即诱生型NOS(iNOS)。我们的实验亦证实经IL-1β刺激后,GMC出现iNOS mRNA的表达,同时上清中的NO-2相应增加。这一结果与Pfeilshifter等[5]的报道相同。由于iNOS mRNA表达与NO-2增加同步出现,因此我们认为本实验中IL-1β刺激GMC产生NO,是通过iNOS合成增多、活性增加而催化NO生成的途径。
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    在我们的实验条件下(IL-1β1nmol/L,血清浓度0.5%),以3H-TDR掺入反映GMC的增殖情况。虽然多数学者报告IL-1β能刺激系膜细胞增生,但我们的实验中,GMC经IL-1β刺激增殖没有增加,但GMC产生iNOS mRNA的表达和NO代谢产物确有增加,这种NO的产生增加和GMC的增殖无明显变化的现象也见于Mohaup[6]和陈敏怡等[7]的实验结果。我们认为GMC没有增殖可能与以下二点有关:①由于iNOS活化后产生的NO对GMC增殖有抑制作用:因文献报告无论结合和(或)游离形式的NO,对系膜细胞都是抗分化和抗增殖的常用介质[8]。②供细胞增殖的原料减少;L-精氨酸不仅是NOS合成NO的底物,而且还能在精氨酸酶作用下被转换为L-鸟氨酸,又被进一步合成聚胺和L-脯氨酸,后二者是细胞增殖的必要物质。所以当NO合成增多时,细胞增殖的原料减少,导致细胞未出现明显增殖。另外,本研究结果也提示GMC产生NO可以不伴有GMC增殖,或者说,GMC不通过细胞增殖也可生成更多的NO。由此进一步提示我们即使某些药物可能影响NO的产生,但还需探讨该药是否可抑制GMC的增殖。
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    IL-1ra是IL-1家庭中的一员,与IL-1竞争表面受体,从而直接拮抗IL-1的多种生物学效应。很少有关于IL-1ra对IL-1β诱导NOS及NO的效应的报道,仅在1995年Geller[9]报道在肝细胞中IL-1ra不仅可拮抗由IL-1β引发的iNOS mRNA的表达,同时拮抗了NO的产生。但未见IL-1ra对GMC中iNOS表达和NO产生的作用的报告。我们的结果表明IL-1ra确实可以消除IL-1β促使GMC产生iNOS mRNA的作用,但IL-1ra的加入并未阻止GMC培养上清中NO-2的产生。对于这一尚未见报道而又经我们反复实验证实的现象,给我们以启示:①在某些病理生理情况下,NO与NOS的表达可不平行。②虽然IL-1ra可拮抗IL-1β刺激GMC表达iNOS mRNA,但同时可能尚存在或启动了其它途径而增加了亚硝酸盐的产生,即GMC内是否可能有cNOS存在,这样IL-1ra虽然能抑制iNOS,但可能同时激活cNOS,使NO产生增多。因为Springall[10]曾报告培养的大鼠系膜细胞cNOS染色为阳性,提示系膜细胞能表达cNOS。③有作者报道经LPS刺激,GMC最早可在4h出现iNOS mRNA的表达,8h达高峰[11],而我们的实验测定GMC iNOS mRNA是在12h,因此可能已超过其表达的高峰。④作为肽类物质的IL-1ra是否可能非特异性刺激GMC产生NO,结果IL-1β加IL-1ra共同作用使NO-2产生明显增加。总之这一饶有兴趣的现象的发现,仍待进一步研究其病理生理意义和机制。
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    小结 ①培养的GMC经IL-1β刺激后可诱导iNOS mRNA的表达及亚硝酸盐增多,同时未能显示刺激系膜细胞增生。②IL-1ra虽然拮抗了iNOS mRNA的表达,却没能减少培养上清中亚硝酸盐的产生。

    参考文献

    1 Goto S,Yamamoto T,Feng L et al.Expression and localization of inducible nitric oxide synthase in anti-Thy-1 glomerulonephritis.Am J Pathol,1995,147:1133

    2 Shultz PJ,Archer SL,Rosenberg ME.Inducible nitric oxide synthase mRNA and activity in glomerular mesangil cells.Kidey Int,1994,46:683
, 百拇医药
    3 于 力,杨霁云,丁 洁.地塞米松对肾小球系膜细胞中细胞因子产生与基因表达的影响.中华肾脏病杂志,1997,13(1):14

    4 Green LC,Wagner DA,Glogowski J et al. Analysis of nitrate,nitrite,and 15N nitrate in biological fluids.Anal Biochem,1982,126:131

    5 Kunz D,Mahl H,Pfeilschifter J et al.Two distinct signaling pathways trigger the expressionof inducible nitricoxide synthase in rat renal mesangial cells.Proc Natl Acad Sci USA,1994,91:5387

, http://www.100md.com     6 Mohaupt M,Schoecklmann HO,Eckhard SL et al.Aotered nitric oxide production and exogenous nitric oxide do not affect the proliferation of rat mesangial cells.J Hyperten,1994,12:401

    7 陈敏怡,何威逊,蒋更如等.一氧化氮在介导细菌脂多糖及白细胞介素-1β刺激系膜细胞增殖中的作用.中华肾脏病杂志,1998,14:254

    8 Garg UC,Hassid A.Inhibition of rat mesangial cell mitogenesis by nitric oxide-generating vasodilatiors.Am J Physiol,1989,257:F60

    9 Geller DA,Vera ME,Russell DA et al.A Central Role for IL-1β in the in vitro and in vivo regulation of hepatic inducible nitric oxide synthase.JImmunol,1995,155:4890
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    10 Springall D,Unwin R,Ganz M et al.Rat mesangial cells(MC)in culture how immunostaining for nitric oxide synthase(NOS)(Abstract).J Am Soc Nephrol,1991,2:512

    11 Saura M,Lopez S,Puyol MR et al.Regulation of inducible nitric oxide synthase expression in rat mesangial cells and isolated glomeruli.Kidney Int,1995,47:500

    (1999-01-22收稿,1999-03-11修回), 百拇医药