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编号:10271510
低氧致肺动脉平滑肌细胞增殖及其作用机制初探*
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 1999年第7期
     作者:黄群华 孙仁宇

    单位:黄群华 孙仁宇 中国医学科学院,中国协和医科大学 基础医学研究所(北京 100005)

    关键词:低氧;肺动脉;肌;平滑;细胞;血小板源生长因子

    中国病理生理杂志/990707 摘 要 目的和方法:实验采用PDGF生物活性检测法 ,流式细胞术,[3H]-TdR掺入以及细胞免疫组化等方法探讨了低氧状态下,血小板源 生 长因子(PDGF)及其受体与肺动脉平滑肌细胞(PASMC)增殖间的相互关系。结果:低氧可以增强PDGF的活性,上调PDGF受体促进PASMC增殖,以PDGF作为刺激剂可进一步 促进低氧的促增殖作用。结论:低氧状态下,PASMC的PDGF及其受体进一步 活化,从而增强了PDGF自分泌、旁分泌作用,由此推测生长因子PDGF是介导低氧致PASMC过 度增殖的重要发病学环节。
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    Proliferative effect of hypoxia on pulmonary artery smooth musc le cells

    and a preliminary study of its mechanism

    HUANG Qun-Hua, SUN Ren-Yu

    Institute of Basic Medical Sciences,CAMS & PUMC,Beijing(100005)

    Abstract AIM and METHODS:By detecting platelet-derived growt h factor(PDGF) activity,immunohisto chemistry staining,flow cytometry and [3 H]-TdR incorporation techniqu es,we've investigated the relationship between PDGF/its re ceptors and hypoxic pulmonary artery smooth muscle cells(PASMCs) proliferation.[ WTHZ]RESULTS:Hypoxia may increase the PDGF activity and upregulate PDGF re ceptor-α and β.Both hypoxia and PDGF could elevate the number of cells enterin g S phase from G0/G1.CONCLUSIONS:PDGF and its receptors acti v ation allows PASMCs to proliferate to hypoxia.PDGF from hypoxic PASMCs could pro mote growth in an autocrine and paracrine manner that results in PASMCs prolifer ative feedback loop and cellular adaptation which may play role in PASMCs over p roliferation.
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    MeSH Anoxia;Pulmonary artery;Muscle,smooth;Cells;Platelet-der ived growth factor

    细胞识别及细胞效应存在很强的组织特异性。基于整体动物实验的结 果 显示出低氧大鼠肺组织中血小板源生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)及其 受体表达增强主要定位于肺血管中内膜层[1],为进一步探讨低氧、PDGF及细胞增 殖间的相互关系,以探讨低氧状态下介导肺动脉平滑肌细胞(pulmonary artery sm ooth mus cle cells,PASMCs)增殖的机制,我们观察了PASMC群体的细胞分泌功能及增殖效应。

    材料与方法

    一、新生牛PASMC的原代和传代培养及低氧细胞模型的复制: 无菌操作取出新生牛(北郊农场)肺1~2级动脉,剪开并刮去血管内皮,将中膜肌 层切成小块,贴块法接种于培养瓶中,待贴壁后加入含10%小牛血清的DMEM培养基(Gibco), 置于细胞培养箱内培养10 d左右待80%融合度时,以0.25%胰酶(Gibco)消化传代培养,实 验用2~6代细胞。
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    将有进出气孔的自制低氧小室置于37℃恒温箱内,低氧时给小室内通入95%N2 -5%CO2混合气,置换出小室内空气,并控制混合气流量使培养基PO2达6.6kPa(相 当于给整体动物吸入10%O2时肺泡和血液中氧浓度)并维持该低氧条件。

    二、PASMC条件培养基(PASMC-CM)的制备[2]及PDGF生物活性的检测 [3]:

    将生长融合的PASMC用D-Hanks缓冲液洗3遍,每瓶加入5 mL无血清培养基,分别于常 氧和低氧条件下继续培养12 h、 24 h,分别收集常氧PASMC-CM及低氧12 h、 24 h的PASMC- CM。

    用于检测PDGF生物活性的NIH3T3细胞(本所细胞室提供)分成4组:1%小牛血清标准对照 组、无血清培养基组、低氧12 h PASMC-CM组及低氧24 h PASMC-CM组。3T3细胞(×104) 接种于96孔细胞培养板中(100μL/孔),37℃培养8 h后,换无血清DMEM培养基(100μL/孔) , 静息24 h,再将以沸水变性15 min以去除其它蛋白和因子的SMC-CM加入培养板中(100μL/孔 ),培养48 h后弃上清,用结晶紫染色10 min,经流水冲洗干净后,加入1%SDS,震荡混匀后 用Bio-Tek酶标仪检测OD值,波长570 nm。以每100μL含1%小牛血清的DMEM液的促生长活 性为1单位(U)。
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    三、低氧的PASMC周期测定及[3H]-TdR掺入:

    将培养的PASMC分为3组:常氧组、单纯低氧12 h组及低氧12 h+PDGF(30ng/mL(4) )组。收集以上3组细胞(细胞数/组>1×106),以70%冷乙醇固定,离心沉淀去除固定 液后,加200μL 1mg/mL RNase A(Sigma)37℃ 处理30 min,再加入800μL碘化丙啶(Boehri ngermennheim)冰浴暗染30 min。PASMC悬液过滤后经FACS420流式细胞仪进行细胞周期分析 。

    将PASMC以1×104种于96孔板中,待生长基本融合后,以无血清的DMEM培养基静息细胞 72 h,实验同上分3组(n=6)。低氧前向每孔中加入100μL含3.7×104 Bq/mL [3 H]-TdR(北京原 子能研究所)的培养基,低氧完成后,弃去培养液,以0.25%胰酶消化细胞,使其脱落悬浮, 用多头细胞收集器收集细胞于玻璃纤维滤膜上,依次用PBS,三氯醋酸及无水乙醇冲洗后, 抽干,晾干滤膜,LS-9800型液闪计数仪计数(counts*min-1)。
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    四、PASMC PDGF-α及β受体的免疫组化分析:

    参照美国ZYMED公司SP试剂盒的说明进行。经丙酮固定后的PASMC以3%H2O2温育10 min 以除去内源性过氧化酶的活性,PBS冲洗后,10%山羊血清封闭10 min。适当稀释度的抗PDGF -α及β受体的抗体(中山生物公司)4℃过夜后,用PBS洗三次(5 min/次),再加生物素标记 的二抗,37℃孵育30 min,经辣根酶标记链霉卵白素结合后,DAB显色,封片后以计算机显 微图像处理系统对细胞的棕色阳性结果进行单位面积的灰度面积积分测定。实验分常氧对 照组及低氧12 h实验组两组进行PDGF-α及β两种受体的分析,数据测定选择20个细胞(n =20)。

    五、统计处理:

    细胞周期分析所得实验数据的统计学处理以X2检验进行。其余的实验结果均以均数 ±标准差(±s)表示,并用组间t检验进行统计学处理。
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    结 果

    一、低氧促进PASMC的PDGF生物活性增高:

    低氧12 h组PDGF活性显著高于常氧对照组,是对照组的1.38倍(P<0.01)。低氧24 h 组的PDGF活性也高于常氧对照组(P<0.05),但稍低于低氧12 h组。见表1。

    表1 PDGF的生物活性的测定

    Tab l The changes of PDGF activity in hypoxicPASMC-CM(±s,n=6)

    PDGF(U/mL)

    Normoxia
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    50.9±1.3

    Hypoxia 12h

    70.4±3.2**

    Hypoxia 24h

    59.1±8.6*

    *P<0.05,**P<0.01, vs normoxia

    二、低氧(12 h)及PDGF均可促PASMC增殖:

    细胞周期分析结果显示:常氧对照组G0/G1期细胞占群体总数的64%,低氧12 h组及低 氧12 h+PDGF组较常氧对照组低,分别是对照组的75.0%及46.9%,而S期细胞的百分数则分 别是对照组的157.7%(P<0.05)及242.3%(P<0.01),见表2。[3H]-TdR掺 入实验结果与以上结果基本一致。至低氧12 h,[3H]-TdR掺入量为(57 992±4 148) counts*min-1,显著高于常氧对照组的(24 269±3 692) (P<0.01)。低氧12 h+ PDGF组的 掺入量为(130 542±27 762),显著高于常氧对照组及单纯低氧组(均P<0.01)。见图1。
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    表2 低氧12h后PASMC周期的变化

    Tab 2 The changes of cell-cycle in hypoxic PASMC(%)

    G0/G1

    S

    G2+M

    Normoxia

    64

    26

    10

    Hypoxia 12h

    48*
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    41*

    11

    Hypoxia 12+PDGF

    30* *

    63* *

    7

    * P<0.05,* *P<0.01, vs normoxia

    Fig 1 Effects of hypoxia and PDGF on 3 H-TdR incorporation in PASMCs(±s,n=6)
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    ***P<0.01, vs normoxia

    图1 低氧和PDGF对肺动脉平滑肌[3H]-TdR掺入量的影响

    三、低氧(12 h)促PDGF-α、 β受体表达增强(图2):

    Fig 2 Immunohistochemical staining with anti-PDGF-α and β receptor antibodies for PASMCs

    图2 肺动脉平滑肌细胞PDGF-α及β受体的免疫组化结果

    低氧12 h PASMC的PDGF-α受体的表达量是常氧对照组的1.08倍,β受体的表达 量为常氧对照组的1.88倍,均显著高于常氧对照组。见表3。
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    表3 低氧促PASMC PDGF-α、β受体表达增强

    Tab 3 Hypoxia increase PDGF-α and β receptors expression in PASMCs (±s,n=20) Group

    α Receptor

    β Recept or

    Normoxia

    14.20±1.39

    10.75±1.21

    Hypoxia 12h

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    20.25±1.21

    *P<0.05, **P<0.01, vs normoxia

    讨 论

    血管平滑肌细胞表型的转变往往是血管结构和功能发生生理和病理性改变的物质 基础。许多理化因素均可致血管SMC增殖、肥大,分泌细胞外基质增多,从而造成血管壁增 厚,血管顺应性下降。PASMC由收缩型向合成型发生的表型转变为平滑肌细胞增殖的重要前 提之一,亦为肺血管结构重建发生的结构基础。

    我们以往的工作发现,低氧可促进肺血管内皮细胞及平滑肌细胞PDGF-A及B链mRNA表达增强 [5],以及培养的PASMC于低氧6 h时,进入DNA合成期的细胞所占百分比数开始增 加,至低氧12 h时达高峰[6]。由此,我们选择低氧12 h作为主要观察时间点,初 步探讨低氧致PASMC增殖的作用机理。
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    单纯低氧可促进培养的PASMC由静止期进入DNA合成期细胞数增多,同[3H]-TdR掺入量 的变化相一致,均显著高于常氧对照组。提示低氧确能促进PASMC增殖。

    低氧通过什么途径促进细胞增殖,目前尚无定论。已知PDGF是强烈促细胞增殖的刺激剂。本 实验观察到,低氧可增强PASMC培养介质中的PDGF活性,免疫组化分析证实PASMC的PDGF-α 及β受体表达增强。由于配体与受体的变化相匹配,经二者结合作用并传导促 增殖信息至胞核 ,从而促使PASMC增殖。提示低氧致PASMC自分泌PDGF增多及PDGF受体上调可能是促增殖作用 的重要途径。

    * 国家自然科学基金资助(No.39470301)

    参考文献

    1 Katayose D,Ohe M,Yamauchi K, et al.Increased expression of PDGF-A and B gene in rat lungs with hypoxic pulmonary hypertension.Am J Physiol, 1993,264:L100.
, 百拇医药
    2 Noriyuki Koyama,Tomoko Koshikawa,Nobuhiro Morisaki,et al.Secretion of a potent new migration factor for smooth muscle cells by cultured SMC.Atherioscl erosis,1991,86:219.

    3 陈佰义,姜莉,赵洪文,等.肺动脉纤维化大鼠肺泡计数巨噬细胞释放肿瘤坏死 因子-α和血小板源生长因子的研究.中华结核与呼吸杂志,1996,19:209.

    4 Castellot JJ,Pukac LA,Caleb BL,et al.Heparin selectively inhibits a PK C-dependent mechanism of Cell cycle progression in calf aortic smooth muscle cel ls.J Cell Biol,1989,109:3147.

    5 黄群华,孙仁宇.低氧大鼠肺组织中血小板源生长因子A,B链基因表达的变化. 中国循环杂志,1997,12:311.

    6 黄群华,孙仁宇.血小板源生长因子在低氧性肺动脉平滑肌细胞增殖中的作用. 基础医学与临床.1998,18:113.

    (1998年3月25日收稿,1998年9月21日修回), 百拇医药