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编号:10270534
抗中性粒细胞胞浆抗体相关抗原诱导人胎肾内皮细胞凋亡的研究
http://www.100md.com 《中华风湿病学杂志》 2000年第6期
     作者:马宏 王翠玲 刘源

    单位:马宏(太原,山西医科大学第一医院儿科 030001);王翠玲(太原,山西医科大学第一医院儿科 030001);刘源(太原,山西医科大学第一医院儿科 030001)

    关键词:抗中性粒细胞胞浆抗体;肽肽水解酶类;红斑狼疮,系统性;肾小球;细胞凋亡

    中华风湿病学杂志000606 【摘 要】 目的 探讨抗中性粒细胞胞浆抗体(ANCA)相关抗原蛋白酶-3(PR-3)对体外培养人胎儿肾小球内皮细胞凋亡的影响及诱导机制。方法 采用ANCA阳性系统性红斑狼疮(SLE)患儿外周血中性粒细胞分离纯化其细胞质中PR-3,并用该蛋白酶诱导培养人胎肾内皮细胞发生凋亡。观察不同剂量PR-3于不同时间点对内皮细胞存活情况及其形态学变化的影响。用碘化丙啶染色DNA以评价凋亡的发生率,观察核染色质固缩及DNA片段的形成。用琼脂糖凝胶电泳确定凋亡小体的形成和凋亡梯形。结果 ANCA阳性SLE患儿中性粒细胞胞浆蛋白酶PR-3以剂量、时间依赖性形式诱导人胎肾内皮细胞发生凋亡[PR-3 10 μg.ml-1.24h-1细胞凋亡率为(75.5±26.5)%],与阴性对照组[(1.8±1.2)%]比较差异有显著性(P<0.01)。凋亡的内皮细胞与培养基分离、悬浮、呈碘化丙啶强染的大小不等的碎片,核染色体固缩。DNA电泳提示凋亡核小体形成,出现凋亡梯形。结论 中性粒细胞胞浆蛋白酶PR-3可诱导胎肾内皮细胞凋亡,在ANCA相关性血管炎性疾病的发生发展中可能具有重要的病理生理意义。
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    Apoptosis of human fetal glomerular endothelial cell induced by neutrophil proteinase-3 from ANCA positive children with SLE

    MA Hong WANG Cuiling LIU Yuan

    (Department of Pediatrics,First Hospital,Shanxi Medical University,Taiyuan 030001,China)

    【Abstract】 Objective To investigate whether the neutrophil serine proteinase-3 (PR-3),a specific autoantigen of C-ANCA,could induce human fetal glomerular endothelial cell apoptosis in vitro.Methods PR-3 was isolated from polymorphonuclear leukocytes obtained from C-ANCA-positive children with SLE.The cultured glomerular endothelial cells from human fetal kidneys were treated with PR-3 and apoptosis was assessed by different methods including the propidium iodide staining,DNA fragmentation analysis,and morphology observation.Results Percentage of apoptotic cells significantly increased (P<0.01) with 10 μg/ml PR-3 at hour 24 after treatment.Values at this time point were (75.5±26.5)% for PR-3 group and (1.8±1.2)% for negative control,demonstrating an increase of apoptosis in a dose- and time-dependent manner with the highest values achieved at hour 24.The apoptosis features appeared as nuclei condensation and DNA fragmentation,and typical DNA laddering was apparent in cells treated with PR-3 and in positive control cells treated with TNF-α.Conclusion The results suggest that PR-3 may directly induce glomerular endothelial cell apoptosis in vitro.This pathogenic role of PR-3 may be an important machanism of injury in anti-neutrophil cytoplasmic antibody (ANCA)-associated vasculitic diseases in children.
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    【Key words】 Antineutrophil cytoplasmic antibody; Peptide peptidohydrolases; Lupus erythematosus,systemic; Kidney glomerulus; Apoptosis

    抗中性粒细胞胞浆抗体(ANCA)已被作为血管炎相关疾病标记抗体用于临床诊断和疗效评价[1,2]。研究证实,在ANCA相关性血管炎病损过程中,被活化的中性粒细胞胞浆蛋白酶可致血管内皮损伤和细胞溶解[1,2],但有关机制尚不完全清楚。本文探讨ANCA阳性系统性红斑狼疮(SLE)患儿中性粒细胞胞浆蛋白酶-3(PR-3)对体外培养的人胎儿肾小球内皮细胞凋亡的影响。

    1 材料与方法

    1.1 PR-3的分离制备

    采集16例ANCA阳性的SLE患儿外周血,分离多核白细胞,-70 ℃保存。按Ewert等[3]方法从多核白细胞中空化沉淀中性粒细胞胞浆蛋白酶。参照Jia-Jin等[1]方法分离中性粒细胞胞浆蛋白酶-3,用抗PR-3 ELISA法识别。用SDS-PAGE分离纯化PR-3,并用ELISA法使PR-3与小鼠抗人单抗和兔抗人多抗发生反应,并识别酶活性[1]
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    1.2 人胎儿肾小球内皮细胞分离及培养

    5个月引产人胎儿,分离摘取肾脏,剪切肾皮质成小碎块,于250、106 μm不锈钢筛网中轻研肾皮质,于75 μm筛网收集纯净肾小球,离心,用Ⅴ型胶原酶消化离散细胞,用10%FCS及RPMI 1640液终止。将上清液再离心,收集沉淀物并加入内皮细胞培养液[4],于25 cm2培养瓶中,37 ℃,5% CO2孵育箱中孵育72 h,观察细胞生长情况,于10 d时传代,用第4~5代培养内皮细胞进行实验,每瓶加8 ml基质,2×106细胞量,分别移入48孔细胞培养盘中,每孔细胞密度为2×104、基质0.5 ml,并孵育使细胞融合24 h,用无血清RPMI 1640使细胞同步12 h[1,2,4]。培养内皮细胞随机分组,分别用1、5、10 μg/ml的PR-3处理并与 细胞共同培养6、12、24 h,同时设阳性对照组:用20 ng/ml重组TNF-α(处理6、12、24 h),阴性对照组用PBS处理。并于各时间点观察各组细胞生存情况,比较各组凋亡的百分率。
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    1.3 人胎肾小球内皮细胞凋亡的测定

    1.3.1 用琼脂糖凝胶电泳确定DNA片段:参照文献[1-3]方法,裂解内皮细胞,用酚∶氯仿(1∶1)及氯仿分别抽提DNA溶液,用酒精沉淀,双蒸水溶解,用10 μg/ml DNA酶消化6 h。加样DNA为6 μg/每泳道于1.5%琼脂糖凝胶中,于含1 μg/ml溴化乙啶的TBE缓冲液中,100 V电泳40 min分离DNA片段。紫外线显影DNA片段,用单克隆抗DNA-过氧化酶作偶联液与DNA片段样品液反应,在405 nm处读出光密度值。

    1.3.2 用碘化丙啶染色评价肾小球内皮细胞凋亡:收集经PR-3、TNF-α及PBS处理的培养内皮细胞,甲醇固定,用碘化丙啶(50 μg/ml)加入RNase-A(10 mg/ml),于37 ℃孵育1 h,取样并于荧光镜下观察[1-3],从细胞形态学上识别凋亡细胞。

    1.4 统计学处理
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    采用SDAS,Sigma-plot统计程序检验数据。

    2 结 果

    2.1 PR-3诱导人胎儿肾小球内皮细胞凋亡率:经PR-3处理的胎儿肾小球内皮细胞经DNA特异性染色,显示有明显的细胞凋亡,凋亡细胞特征为核染色体固缩、核碎裂和核酸片段形成(见图1a)。TNF-α处理组有类似现象,而PBS组凋亡不明显(见图1b)。且PR-3以剂量、时间依赖性形式引起内皮细胞发生凋亡。在剂量达10 μg/ml于24 h后凋亡细胞的百分率为(75.5±5.6)%;TNF-α处理组细胞凋亡率为(54.6±23.3)%;PBS处理组则为(1.8±1.2)%,PR-3处理组与PBS组比较差异具有显著性(P<0.01)(见图2)。

    图2a PR-3不同剂量处理6 h内皮细胞凋亡
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    呈剂量依赖性

    图2b PR-3 (10 μg/ml) 24 h内皮细胞凋亡

    呈时间依赖性

    2.2 核酸片段凝胶电泳观察凋亡梯形:经琼脂糖凝胶电泳分析提示,PR-3所引起的凋亡细胞其DNA片段约为220 bp的整倍数片段,于电泳条带上呈现出典型的凋亡梯形。TNF-α组有类似特征,而PBS组则无凋亡梯形出现(见图3)。

    图3 凋亡内皮细胞DNA电泳呈现凋亡梯形

    2.3 PR-3处理组胎肾内皮细胞光镜下细胞形态变化:分别于实验0、6、12、24 h在相差显微镜下对比观察各处理组细胞形态学变化,提示PR-3处理组于实验6 h,即有细胞与培养基分离脱壁、细胞裂解、悬浮而使折光度增强,随酶的剂量增加和时间的延长,这种形态学的变化趋于明显。而PBS组未见类似的变化。
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    3 讨 论

    在ANCA相关性血管炎中,中性粒细胞可介导血管内皮细胞损伤[1-3]。其一为ANCA可激活中性粒细胞,使其释放细胞质中的蛋白酶造成内皮损伤,另可介导自由基产生而损伤血管内皮[1,5]。再者中性粒细胞胞浆中蛋白酶均具有直接的细胞毒性作用,可诱使多种细胞损伤、坏死或凋亡[1,2,6,7]。在ANCA相关性肾小球肾炎病人,中性粒细胞胞浆蛋白酶-3可直接损伤肾血管内皮细胞而导致严重蛋白尿和进行性肾功能损害[1,3,8]。本文采用ANCA阳性的SLE患儿外周血,分离纯化中性粒细胞胞浆蛋白酶PR-3,对培养人胎肾小球内皮细胞进行处理,发现PR-3对胎肾内皮细胞有直接的细胞毒性作用,可诱导肾小球内皮细胞发生凋亡[1,9],即:①用PR-3处理的内皮细胞DNA片段明显增加;②PR-3处理组内皮细胞死亡趋势与蛋白酶呈剂量和时间依赖性关系;③DNA特异性染色提示,PR-3处理组内皮细胞所含固缩染色体和碎裂核酸片段显著高于对照组(P<0.01);④凝胶电泳提示,PR-3处理组出现凋亡梯形带。上述变化与阴性对照组比较差异有显著性(P<0.01)。有关PR-3介导内皮细胞凋亡的机制尚不完全清楚,有学者认为丝氨酸蛋白酶在细胞凋亡过程中具有核酸内切酶的作用,可降解细胞外基质成分,增加细胞的通透性,影响细胞的有丝分裂,激活受体或刺激靶细胞摄取细胞因子,或促使细胞凋亡抑制因子降解,从而引起细胞凋亡的发生[1-3,6-8]。本研究发现,PR-3诱导肾小球内皮细胞一旦发生凋亡,这些凋亡细胞将从培养瓶壁脱落悬浮于培养液中,故观察细胞与瓶壁分离的百分率可间接反映凋亡细胞的百分比。并观察到细胞凋亡与PR-3间呈时间、剂量依赖性关系[1,7]。培养内皮细胞的存活、增生和分裂的必要条件之一是细胞与细胞外基质蛋白黏附[9,10],否则将影响细胞代谢、DNA转录与合成、激活膜离子通道、发生Ca2+内流增加等,从而启动细胞的程序性死亡过程[9,10],出现具有凋亡形态学和生化特征的细胞死亡[1,9,10]。PR-3能降解细胞外基质成分,从而可致肾小球与基质分离出现细胞结构和功能损伤[1,7,9]。并提示ANCA阳性结缔组织病急性期肾损害可能与ANCA激活中性粒细胞,使胞浆蛋白酶释放而介导肾小球细胞外基质降解导致基底膜、内皮细胞损伤的机制有关[1,3]。本文提示,ANCA相关特异性靶抗原PR-3诱导培养的胎肾内皮细胞发生凋亡,此类作用在有中性粒细胞被激活的急性炎症、急性血管炎性疾病的发生发展过程中具有重要的病理生理学意义[2,3,5-10]。但有关ANCA阴性者粒细胞PR-3在肾小球内皮损伤中的作用尚待进一步研究。
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    图1a PR3诱导人胎肾小球内皮细胞凋亡 碘化丙啶×400

    图1b PBS诱志人胎肾小球内皮细胞凋亡 碘化丙啶×400

    基金项目:山西省科委基金资助项目(9821)

    参 考 文 献

    1,Jia-Jin Y,Kettriez R,Falk RJ,et al.Apoptosis of endothelial cells induced by the neutrophil serine proteinase 3 and elastase.Am J Pathol,1996,149:1617-1626.

    2,Jennette JC,Wilkman AS,Falk RJ,et al.Antineutrophil ctyoplasmic autoantibody associated glomerulonephritis and vasculitis.Am J Pathol,1989,135:921-930.
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    3,Ewert BH,Jennette JC,Falk RJ,et al.Anti-myeloperoxidase antibodies stimulate neutrophils to damage human endothelial cells.Kidney Int,1992,41:375-383.

    4,陈香美,于力方,陈中华,等.肾小球内皮细胞培养及产生细胞外基质的实验研究.中华医学杂志,1995,75:25-27.

    5,Kallenberg CGM,Brouwer E,Mulder AHL,et al.ANCA-pathophysiology revisited.Clin Exp Immunol,1995,100:1-3.

    6,Smyth MJ,Trapani JA.Exogenous proteinases that induce target cell apoptosis.Immunol Today,1995,16:202-208.
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    7,Marthinuss J,Andrade GP,Seiberg M,et al.A secreted serine protease can induce apoptosis in pam 212 keratinocytes.Cell Growth Differ,1995,6:807-816.

    8,Westlin WF,Ryan US,Ward PA,et al.Neutrophil mediated damage to human vascular endothelium:role of cytokinr activation.Am J Pathol,1993,142:117-128.

    9,Meredith JE,Fazeli BJ,Shwarty MA,et al.The extrocellular matrix as a cell survival factor.Mol Biol Cell,1993,4:953-961.

    10,Re F,Zahetti A,Sironi M,et al.Inhibition of anchorage dependent cell spreaging triggers apoptosis in cultured human Ecs.J Cell Biol,1994,127:537-546.

    收稿日期:1999-10-28, http://www.100md.com