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编号:10281777
多重耐药基因在睫状体上皮细胞容积调节中的作用
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 1999年第4期
     作者:陈丽新 王立伟 Tim Jacob

    单位:英国卡的夫大学生物学院生理系

    关键词:寡核苷酸类;反义;抗药性;上皮样细胞

    中国病理生理杂志990424 摘 要 目的:研究多重耐药(MDR1)基因与细胞容积调节的关系。方法:用反义寡核苷酸阻抑牛眼睫状体非色素上皮细胞MDR1基因表达,在激光共聚焦显微镜下检测MDR1基因反义寡核苷酸(MDR-anti)的导入,用反射/散射技术测量由低渗液引起的细胞容积变化。结果:阳离子脂质体促进MDR-anti导入细胞,MDR-anti导入量与剂量呈依赖性增强关系(r=0.97,P<0.01)。人MDR-anti使低渗液引起的细胞调节性容积减小反应延迟、缓慢,容积恢复不完全(60%),而鼠DMR-anti没有此作用。结论:人MDR-anti抑制细胞调节性容积减小,提示MDR1基因参与细胞容积调节。
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    The role of the multiple drug resistance gene in

    the volume regulation of ciliary epithelial cells


    CHEN Li-Xin, WANG Li-Wei, Tim Jacob

    Physiological Unit, Cardiff School of Biosciences, Cardiff University, Cardiff CF1 3US, UK

    Abstract AIM:The relationship between multiple drug resistance (MDR1) gene and the volume regulation was investigated.METHODS:Antisense “knock-down” approach was used to inhibit MDR1 gene expression in bovine nonpigmented ciliary epithelial cells. The uptake of MDR1 antisense oligonucleotides (MDR-anti) was detected by a confocal microscopy. Volume changes following exposure to hypotonic solution were measured using a light reflection/scattering technique. RESULTS:The transfection reagent lipofectin facilitated the uptake of MDR-anti. The uptake of hmuan MDR-anti was directly proportional to the external concentration of antisense. There was a linear relationship between them (r=0.97, P<0.01). The regulatory volume decrease (RVD) induced by hypotonic solution was delayed and slowed down by incubating the cells with human MDR-anti. The volume of the cells only partially recovered (60%). There was no effect of mouse MDR-anti on the volume regulation. CONCLUSION:The specific MDR-anti inhibited the RVD and this suggests that MDR1 gene be involved in the volume regulation of cells.
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    MeSH Oligonucleotides, antisense; Drug resistance; Epithelioid cells

    细胞容积调节是细胞基本功能之一,一旦这种调节失控将导致细胞死亡。渗透性细胞肿胀会引起细胞调节性容积减少(regulatory volume decrease, RVD),使细胞容积恢复正常。有关RVD机制目前尚不清楚,有多因素参与[1~3]。多重耐药(multiple drug resistance, MDR)基因在其中所起的作用有许多争论[4,5]。本文应用基因表达反义技术,抑制MDR基因表达,以阐明MDR基因与细胞容积调节的关系。

    材料与方法

    (一)MDR1反义寡核苷酸:本实验所用两种反义寡核苷酸(antisense oligonucleotide, 简称anti)由15个碱基组成(Severn Biotech Ltd, UK)。一种与人类MDR1基因mRNA起始码区(第416~430碱基)互补(5′ATC CAT CCC GAC CTC 3′),简称人MDR1-anti。另一种与小鼠MDR1基因mRNA起始码区(第101~115碱基)互补(5′CTC CAT CAC CAC CTC 3′),简称鼠MDR1-anti。为了测量上述两种反义寡核苷酸的导入量,用荧光标记人MDR1-anti第4,11碱基和鼠MDR1-anti第1,15碱基。
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    (二)细胞分离和培养:牛眼睫状体上皮细胞按Jacob[6]描述的方法分离和培养。用E199(含10%小牛血清)培养液孵育14~18 h,更换培养液,按不同组别分别处理。

    (三)实验分组:分别在各处理组培养液中加入不同成份、不同浓度的药物,再培养24或48 h。测量MDR-anti的导入量和细胞在低渗液刺激下的容积变化。(1)空白对照组;(2)Lip组:阳离子脂质体-lipofectin (Lip) 20 μg/mL;(3)M-A 5组:鼠MDR1-anti 5 μg/mL;(4)M-A 10组:鼠MDR1-anti 10 μg/mL;(5)A-Hypo组:230 mOsm/L低渗液(含鼠MDR1-anti 10 μg/mL)浸浴40 min,更换为E199培养液(含鼠MDR1-anti 10 μg/mL);(6)M-LA5组:鼠MDR-anti 5 μg/mL;(7)M-LA 10组:鼠MDR-anti 10 μg/mL;(8)M-LA 200组:鼠MDR-anti 200 μg/mL;(9)H-LA 50组:人MDR-anti 50 μg/mL;(10)H-LA 100组:人MDR-anti 100 μg/mL;(11)H-LA 200组:人MDR-anti 200 μg/mL。 6~10各组分别用Lip 20 μg/mL与MDR-anti混合后再处理细胞。
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    (四)灌流液:等渗灌流液渗透压300 mOsm/L,内含(mmol/L):105 NaCl,0.5 MgCl2,2 CaCl2,10 HEPES, 70 D~甘露醇,用蔗糖调至300 mOsm/L;低渗灌流液渗透压230 mOsm/L,除不含甘露醇和蔗糖外,其他成分和浓度与等渗液相同。2种灌流液用Tris调至pH7.4。

    (五)MDR-anti荧光测量:各组荧光标记细胞如上述分别处理24 h或48 h后,在激光共聚焦显微镜(Noran Instruments, Middleton, WI, USA)下拍摄图像,检测细胞内anti的荧光,获取图像用Metamorph图像分析系统(Universal Imaging Corporation, USA)分析,荧光(灰度): 0=黑,255=白。

    (六)细胞容积测量:用LS50B发光分光计(Perkin-Elmer, UK)连续测量和记录处理48 h后H-L A 200组、M-LA 200组和空白对照组在低渗液中细胞容积变化。当细胞在低渗液中肿胀时,光度下降。而细胞通过RVD使其容积减少,趋向恢复正常时,光度回升,用配套软件对所测光度值进行标准化处理分析。
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    (七)统计方法:本文数据以均数±标准差(±s)表示,均数差异显著性检验用t检验。图中圆括号内数据是观察例数。

    结果

    一、MDR-anti的荧光标记图像:

    图1分别是空白对照组、M-LA 10组、H-LA 200组处理48 h后普通光学图像(上行a、b、c)和相应激光共聚焦扫描荧光图像(下行d、e、f)。左列是对照组,中列是M-LA 10组,右列是H-LA 200组。从图1可见,在Lip和MDR-anti处理48 h后,细胞内有较强的MDR-anti荧光。
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    Fig 1 Uptake of fluorescently labelled MDR-antisense

    图1 荧光标记的MDR-antisense的摄取

    二、鼠MDR-anti的导入:

    在没有Lip存在时,MDR-anti导入量很少,低渗液也不能提高MDR-anti导入。然而,在Lip作用下,MDR-anti导入量明显增加,与对照组比有显著差异(P<0.01)(图2)。

    Fig 2 Uptake of fluorescently labelled mouse MDR-antisense under different conditions**P<0.01,vs control (±s)(n)
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    图2 不同条件下荧光标记的鼠MDR-antisense的导入

    三、细胞对人MDR-anti的剂量依赖性摄取:

    Lip成功介导人MDR-anti进入细胞,H-LA 50、100、200组与对照组比有显著差异(P<0.01)。随着培养液荧光标记的人MDR-anti浓度提高,MDR-anti荧光值增加,二者呈显著直线相关(r=0.97,P<0.01),即MDR-anti导入量与剂量呈依赖性增强关系(见图3)。

    Fig 3 Dose dependent uptake of fluorescently labelled human MDR-antisense **P<0.01, vs control (±s)(n)
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    图3 荧光标记的人MDR-antisense的剂量依赖性摄取

    四、MDR-anti对RVD的影响:

    图4(数据已标准化处理)所示是灌流过程的光度变化(容积变化)。低渗液灌流约20 s时对照组(n=10)光度开始下降(细胞开始肿胀),约50 s光度下降到最低值(97.8±0.6),随后由于RVD,光度回升,约300 s完全恢复正常对照水平。M-LA 200组(n=8)与对照组相似(P>0.05)。H-LA 200组细胞容积变化与对照组显著不同的是容积恢复反应延迟、缓慢,约450 s时光度才回升至99.2±0.3,与对照组比仍有显著差异(P<0.01)。并一直维持在此水平,不能恢复正常。图5是RVD过程中光度恢复(容积恢复)百分率。各组均以各自光度最低值(此时容积最大)为恢复起始点。容积恢复百分率计算公式:对照组和M-LA 200组容积恢复斜率相似,分别为0.36和0.34,在低渗液持续作用期间,细胞通过RVD可使其容积完全恢复正常。而H-LA 200组容积恢复斜率0.12,与对照组比有显著差异(P<0.01),且细胞容积只能恢复至对照值的60%。
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    Fig 4 Effects of MDR-antisense on the regulatory volume decrease of cells

    图4 MDR-antisense对细胞调节性容积减小的影响

    Fig 5 The recovery (%) of cell volume during RVD

    图5 RVD过程中细胞容积恢复百分率

    讨论

    反义寡核苷酸是人工合成的短链核苷酸,它可与相应的靶mRNA结合,占据相应的mRNA空间,阻抑该mRNA表达,妨碍该基因产物蛋白质的翻译,结果导致相应蛋白质减少而不影响其他基因的表达。但是,它不容易进入细胞。正如本文结果所示,睫状体上皮细胞只能摄取少量寡核苷酸,用低渗液使细胞膨胀以促进寡核苷酸导入的方法也不能奏效。核酸转染剂-阳离子脂质体lipofectin可与寡核苷酸形成脂质体-寡核苷酸复合物,被表面带负电荷的细胞膜吸附,促进细胞对它们的摄取,但并非对所有细胞都有此作用[7]。本实验结果显示,在Lip作用下,细胞内MDR-anti荧光明显增加,表明Lip可显著促进寡核苷酸导入睫状体上皮细胞。
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    本实验设计的鼠MDR-anti在1、8、10位置上3个碱基与人MDR-anti不相同,虽然它可被细胞摄取,但不能特异性阻断NPE细胞MDR基因的表达,对RVD也没有影响。而人MDR-anti被细胞摄取后,由低渗液引起的光度值恢复延迟、缓慢,斜率小,且恢复率仅60%,表明人MDR-anti可特异性阻断NPE细胞MDR基因的表达,抑制RVD,使细胞容积恢复不完全。

    容积激活性氯电流在RVD过程中起重要作用,细胞容积调节机制之一是渗透性肿胀激活细胞膜容积调节性氯通道,Cl-外流,水伴随外流而导致RVD。但容积调节性氯通道的分子本质目前还不清楚。MDR基因产物P-gp蛋白(P-glycoprotein)[4]、pICln[2]、ClC-3[1]等是这种通道候选分子。文献报道P-gp抗体抑制容积激活性Cl电流[8],但MDR基因转染而过度表达MDR基因时,MDR基因表达与Cl电流水平却不相关[9],虽然人们已做了大量研究,但MDR是否与容积激活性Cl电流及RVD有关还未明确。本实验用反义阻抑技术抑制天然细胞内生性MDR基因表达,导致RVD减弱,表明MDR基因参与细胞容积调节。但MDR-anti并不能完全抑制RVD,提示RVD过程还有其它因素参与。MDR基因被阻抑后容积激活性Cl-电流的变化如何,这些问题有待进一步研究。
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    目前认为睫状体上皮细胞容积调节与房水分泌密切相关。在房水分泌过程中,大量离子和水通过色素上皮细胞进入非色素上皮细胞,引起细胞肿胀,激活细胞容积调节机制,细胞膜K+、Cl-通道开放,K+、Cl-和水外流形成房水,同时细胞容积恢复正常。因此,深入研究睫状体上皮细胞容积调节,对进一步阐明房水分泌机制,寻找抗青光眼的基因疗法有着重要意义。

    参考文献

    1Coca-Prados M, Sanches-Torres J, Peterson-Yantorno K, et al. Association of ClC-3 channel with Cl- transport by human nonpigmented ciliary epithelial cells. J Membr Biol, 1996, 150:197.
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    2 Coca-Prados M, Anguita J, Chalfant M, et al. PKC-sensitive Cl- channels associated with ciliary epithelial homologue of pICln. Am J Physiol, 1995, 268:C572.

    3 Duan D, Winter C, Cowly S, et al. Molecular identification of a volume-regulated chloride channel. Nature, 1997, 390:417.

    4 Higgins CF. Volume-activated chloride currents associated with multidrug resistance P-glycoprotein. J Physiol,1995, 482:31.
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    5 Nilius B, Eggermont J, Voets T, et al. Volume-activated Cl- channels. Gen Pharmacol, 1996, 27:1131.

    6 Jacob TJC. The identification of a low-threshold, T-type calcium channel in bovine ciliary epithelial cells. Am J Physiol, 1991,261:C808.

    7 Bennett CF,Chiang MY, Chan H, et al. Cationic lipids enhance cellular uptake and activity of phosphorothioate antisense oligonucleotides. Mol Pharmacol, 1992, 41:1023.
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    8 Jianqun Wu, Jin Jun Zhang, Koppel H, et al. P-glycoprotein regulates a volume-activated chloride current in ovine non-pigmented ciliary epithelial cells. J Physiol, 1996, 491:743.

    9 Ehring GR, Ospichuk Y V, Cahalan M D. Swelling-activated chloride channels in multidrug-sensitive and-resistance cells. J Gen Physiol, 1994, 104:1129.

    1998年6月15日收稿,1999年1月4日修回, http://www.100md.com