强力骨透膜系风湿的的"杀星吧"?

膜系自动设计中的几种新型评价函数--《武汉理工大学学报(信息与管理工程版)》2002年05期
膜系自动设计中的几种新型评价函数
【摘要】:综述了不同膜系设计中特殊的建立评价函数的方法。阐明在用计算机进行自动膜系设计过程中 ,如何确定哪些指标参与薄膜性能的评价 ,用什么方式构成评价函数。并介绍了两种提高优化设计效率的评价函数构造方法
【作者单位】:
【关键词】:
【分类号】:O484.41【正文快照】:
1 前 言目前光学薄膜的膜系设计中已经普遍采用了计算机自动设计方法 ,采用自动设计可以让一个缺少膜系设计经验的人也能设计出较好的膜系。其设计思想就是先给定一个初始膜系 ,然后计算该膜系的反射率 ,再对理想状态的目标反射率求偏差。这个求偏差的问题实际上就是建立评
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京公网安备75号XBP1S在高糖引起肾脏系膜细胞功能紊乱中的作用及机制研究--《复旦大学》2013年博士论文
XBP1S在高糖引起肾脏系膜细胞功能紊乱中的作用及机制研究
【摘要】:糖尿病(Diabetic mellitus, DM)现已成为全球日益关注的公共健康问题。机体长期处于高血糖状态,可以引发各种糖尿病慢性并发症,如糖尿病视网膜病变、糖尿病神经病变以及糖尿病肾病(Diabetic nephropathy, DN)等。其中,DN是糖尿病最严重的并发症之一,也是临床终末期肾病(end-stage renal disease, ESRD)发病最主要的原因。DN早期特征性的病理学改变有肾小球肥大、细胞外基质(extracellular matrix, ECM)过度沉积,基底膜增厚等,晚期发展为肾小球硬化和肾小管间质弥漫性纤维化。DN的发病机制尚不清楚,目前认为是高血糖、糖基化终末产物形成与堆积、氧化应激、炎症、血流动力学异常以及遗传背景等各种因素共同参与和发展的结果。
内质网(endoplasmic reticulum, ER)是细胞胞浆中由膜构成的细胞器,位于细胞核附近。除原核细胞和哺乳动物成熟的红细胞外,ER普遍存在于所有真核细胞。正常情况下,ER具有非常强大的维持细胞内稳态功能,当某种原因(葡萄糖或营养物质的缺乏、脂质过度负荷、毒素或分泌蛋白合成过多、Ca2+代谢失衡、缺血再灌注与氧化应激等)打破了细胞稳态,使细胞内蛋白质合成速度过快,超过了ER折叠能力,导致ER处于一种生理功能紊乱的状态,即形成内质网应激(endoplasmic reticulum stress, ERS)。最近几年研究发现,ERS与糖尿病及其并发症的发生与发展密切相关。ERS由ER膜上的三条跨膜蛋白介导,包括肌醇需要酶1(inositol requiring enzyme1,IRE1)、蛋白激酶受体样内质网激酶(protein kinase receptor-like ER kinase,PERK)和激活转录因子6(activating transcription factor6,ATF6)。其中IRE激活后,剪接下游的X盒结合蛋白(X-box binding protein1,XBP1),XBP1经剪接后翻译成为有转录调节活性的XBP1S。IREl/XBP1是在内质网应激中最保守最重要的一条信号通路。XBP1广泛存在于内分泌、消化以及生殖等系统的各组织器官。XBP1S是ER应激的关键转录调节因子,既往研究证实XBP1S与细胞的分化、血浆蛋白的分泌、以及细胞的生存与凋亡密切相关,在大多数生理状态下对细胞起保护作用。近年来许多研究证实,XBP1S与糖尿病发展也密切相关,参与了胰岛素抵抗,糖代谢异常,糖尿病视网膜病变,糖尿病中枢系统损伤以及DN等病理过程。
大量的在体与离体实验研究证实,肾脏组织活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)生成增多是导致糖尿病肾损害的重要原因。糖尿病早期,高血糖环境刺激增加细胞NADPH氧化酶的活性,引起ROS明显升高。ROS的过度生成参与了细胞的肥大、增殖与凋亡等病理过程。肾实质细胞的丢失是DN病理特征之一,无论是动物还是DN病人,实质细胞的丢失会加速病情的恶化,并加剧蛋白尿的生成。肾脏系膜细胞(Mesangial cells, MCs)是肾小球重要的固有细胞,无论在糖尿病病人还是糖尿病动物模型上,都能观察到MCs凋亡的发生。ROS是导致凋亡的重要原因之一,ROS亦是引起ER应激的病因之一,两者相互作用,共同参与了DN的过程。
XBP1S在不同的细胞凋亡发生中的调节作用截然不同,可以发挥促凋亡或抗凋亡的截然相反的作用:此外,亦有文献报道,XBP1具有抗氧化应激的作用。然而,在DN情况下,XBP1S与ROS以及凋亡之间的关系仍不是很清楚,如果XBP1S对系膜细胞具有抗氧化与抗凋亡的作用,那么其作用的分子机制如何?CCAAT增强子结合蛋白同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)是ERS中与细胞凋亡调节密切的相关的基因,既往的大部分观点认为其具有促凋亡作用,且启动子区域含有XBP1的结合位点。据报道:在肝癌细胞,XBP1S通过反向调节CHOP促进细胞的存活。
为此,在本研究中,我们观察了在离体培养的大鼠肾脏系膜细胞上,给予高浓度葡萄糖刺激后,观察ROS变化、XBP1S表达的改变以及系膜细胞凋亡的变化;并探讨了XBP1S的改变与高糖导致MCs氧化应激发生以及凋亡的关系,及其可能作用的分子机制。通过上述研究,试图阐明XBP1S在DN中作用以及机制。实验共分为四个部分:一、XBP1S在高糖激活MCs氧化应激中的作用及机制研究
1.首先,在离体培养的大鼠肾脏MCs上,观察了高糖刺激(HG,30mmol/L D-葡萄糖)对细胞中ROS生成的影响。系膜细胞给予高糖刺激(12h,24h和48h)后,ROS出现明显升高。用NADPH氧化酶抑制剂DPI (Diphenylene-chloride iodonium,10-6mol/L)可以抑制高糖引起的ROS升高。Western blot结果显示,在高糖刺激后,NADPH氧化酶中p47phox亚单位的蛋白水平明显升高。
2. Western blot结果显示,在原代培养的大鼠MCs以及大鼠MCs系中,高糖引起XBP1S蛋白水平的明显降低,而XBP1U的蛋白水平在高糖刺激前后并未出现明显的变化;RT-PCR与qPCR技术进一步证实了XBP1S的mRNA水平在高糖刺激后有显著降低。
3.在离体培养的大鼠肾脏MCs上,用腺病毒表达载体构建技术转染过表达XBP1S后,观察到与表达绿色荧光蛋白的细胞相比较,过表达XBP1S可以明显降低高糖引起的ROS升高以及p47phox蛋白水平的升高。
4.MCs转染siRNA (50nM)抑制XBP1S表达后,观察到细胞中ROS水平升高以及p47phox蛋白水平的升高。
这部分的实验结果说明高糖情况下,ROS的过度生成可能主要来源于NADPH氧化酶途径。XBP1S在高糖条件下表达降低可能与ROS生成增加有关,XBP1S具有抑制氧化应激发生的功能,XBP1S的抗氧化作用与降低NADPH氧化酶的胞浆亚单位p47phox表达,从而降低NADPH氧化酶活性有关。
二、XBP1S在高糖导致MCs凋亡中的作用
1.在离体培养的大鼠肾脏MCs中,用流式细胞术观察了高糖对凋亡的影响。细胞给予高糖刺激后,Annexin-V标记的凋亡细胞数明显增加。使用Western blot技术观察到,给予细胞高糖刺激后,细胞中与前凋亡相关的基因Bax与Bcl2的比率明显升高,凋亡的执行基因caspase3的前体与剪切体蛋白水平在高糖刺激下也明显升高。
2.在正常培养的MCs中,与表达绿色荧光蛋白的细胞组比较,Western blot结果显示,过表达XBP1S既可以降低Bax与Bcl2的比率,又明显降低caspase3的前体与剪切型蛋白的水平。
3.在高糖培养的MCs中,Western blot结果显示,过表达XBP1S可以降低高糖引起的Bax与Bcl2的比率升高以及caspase3前体与剪切型蛋白水平的升高。
4.在正常培养的MCs中,MCs转染siRNA (50nM)抑制XBP1S表达后,Western blot结果显示,caspase3的前体与剪切体蛋白水平的升高。
5.NADPH氧化酶抑制剂DPI(10-6mol/L)处理48h可以抑制高糖引起的Bax与Bcl2的比率升高以及caspase3的前体与剪切体蛋白水平的升高。6.MCs给予H2O2(1×10-4uM)刺激4h后,Western blot显示caspase3的前体与剪切体的蛋白水平的增加。
该部分实验结果说明,高糖引起MCs凋亡增加,ROS升高是导致凋亡的原因之一;XBP1S具有抗凋亡作用,其抗凋亡作用与Bax/Bcl2以及caspase3等基因有关。
三、XBP1S在高糖导致MCs凋亡中的机制研究
1.在离体培养的大鼠肾脏MCs观察了高糖对CHOP的影响。我们使用Western blot技术观察到,高糖刺激条件下,CHOP的蛋白水平明显降低;qPCR技术也证实了CHOP的mRNA水平明显降低。
2.使用染色质免疫共沉淀方法观察到XBP1结合于CHOP的启动子区域;过表达XBP1S增加CHOP的蛋白水平。
3.MCs转染siRNA(50nM)抑制CHOP表达后,Western blot结果显示Bax/Bcl2以及caspase3的前体与剪切体蛋白水平未发生变化。4.MCs转染siRNA(50nM)抑制CHOP表达后,较对照组,Western blot结果显示:凋亡性坏死相关蛋白BNIP3的蛋白水平明显增加;流式细胞检测技术结果显示,PI标记的坏死细胞数明显增加。
5.利用流式细胞术观察到,高糖刺激下,PI标记的坏死细胞数明显增加。其次Western blot结果观察到,高糖刺激条件下,BNIP3的蛋白水平明显增加;过表达XBP1S48h后可明显降低高糖引起的BNIP3的蛋白水平升高。
该部分实验结果说明,XBP1可直接调控CHOP的表达,而且对CHOP是正向调控;XBP1通过CHOP调控高糖引起的细胞坏死,但XBP1S对凋亡的作用无CHOP无关。
四、XBP1S在高糖导致肾脏纤维化中的影响
1.在离体培养的大鼠肾脏MCs中,观察了高糖对细胞外基质分泌的影响。细胞分别在高糖环境中培养24h、48h与72h,收集细胞的培养液,Western blot结果显示细胞外基质蛋白Fibronectin与Collagen IV的蛋白水平增加。
2.过表达XBP1S后,再给予高糖刺激48h,收集细胞培养液,Western blot结果显示过表达XBP1S可明显降低高糖引起的Fibronectin与Collagen IV的蛋白水平增加。
3.给予大鼠腹腔注射STZ建立Ⅰ型糖尿病动物模型,8周后,收集大鼠肾皮质组织并提取蛋白,Western blot结果显示,相比较于正常对照组动物,糖尿病组大鼠肾脏皮质组织中Fibronectin与Collagen IV的蛋白水平明显增加,p47phox蛋白水平明显升高;
4.相较于正常对照组动物,糖尿病组大鼠肾脏皮质组织中XBP1S与CHOP的蛋白水平降低,caspase3的前体与剪切体与BNIP3蛋白水平明显增加。
该部分实验结果说明,MCs及肾脏组织中细胞外基质蛋白生成增加,细胞外基质蛋白合成增加,可导致纤维化的发生。XBP1S过表达可明显减轻高糖刺激引起的细胞外基质蛋白合成增加;在糖尿病动物模型中,观察到肾脏组织氧化应激的发生,并伴有细胞外机制蛋白合成增加,以及XBP1S与CHOP的蛋白水平降低,而凋亡与坏死的蛋白水平升高。
综上所述,本课题研究结果表明XBP1S在高糖环境中表达降低,XBP1S水平降低与高糖引起的MCs氧化应激与凋亡有关:XBP1S的降低导致了ROS的过度生成以及后续的细胞凋亡,其调节细胞ROS水平的机制可能与调节p47phox表达有关;高糖可以引起MCs的凋亡与坏死,XBP1S具有抗凋亡与抗坏死作用,其抗凋亡作用可能与调节Bax, Bcl2以及caspase3等基因表达有关;XBP1可直接调控CHOP, XBP1S的抗凋亡作用与CHOP无关,XBP1S的抗坏死作用可能与调控CHOP有关。本课题研究结果为认识XBP1S在高糖环境中的改变,及在糖尿病肾脏损害中的作用,糖尿病致肾脏损害发生机制提供了新的实验依据。
【关键词】:
【学位授予单位】:复旦大学【学位级别】:博士【学位授予年份】:2013【分类号】:R587.2【目录】:
英文缩略词表3-7摘要7-11Abstract11-16前言16-19第一部分:XBP1S在高糖诱导系膜细胞ROS过度生成中的作用及机制研究19-55 前言19 材料和方法19-36 实验结果36-50
第一节 高糖对大鼠肾脏系膜细胞ROS生成及XBP1S表达的作用36-42
第二节 大鼠XBP1S腺病毒表达载体的构建及在系膜细胞中的表达42-45
第三节 过表达外源性XBP1S对ROS的影响45-48
第四节 抑制内源性XBP1S表达对细胞ROS生成的影响48-50 讨论50-55第二部分 XBP1S在高糖引起系膜细胞凋亡中的作用55-65 前言55-56 材料与方法56-57 实验结果57-63 讨论63-65第三部分 XBP1S在高糖引起系膜细胞功能紊乱中的分子机制65-77 前言65 材料与方法65-68 实验结果68-73 讨论73-77第四部分 XBP1S对高糖引起系膜细胞细胞外基质蛋白合成的影响77-83 前言77 材料与方法77-78 实验结果78-82 讨论82-83全文结论83-84参考文献84-92综述92-101 参考文献97-101研究生期间已发表和待发表的文章101-102致谢102-103
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