STIM1/Orai1介导的Ca2+内流参与气道平滑肌细胞增殖

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目的:哮喘是临床常见的慢性气道炎症性疾病,其主要特征是气道慢性炎症,气道高反应性和可逆性气道阻塞,并且进展出现气道壁的结构重建和进行性肺功能下降。气道平滑肌细胞(airway smooth muscle cells, ASMCs)增生是慢性哮喘患者的一个特征性病理变化,但是触发这一病理过程的机制尚未明确。细胞内Ca2+浓度在气道平滑肌收缩舒张和增殖等多种功能调控中发挥关键作用。细胞内肌浆网或内质网(sarcoplasma reticulum/endoplasmic reticulum, ER/SR)内的储存钙清空可以开放细胞膜上的SOC (Store-operated Ca2+, SOC)通道产生细胞外Ca2+内流,称为SOCE (Store-operated Ca2+ entry, SOCE)。SOCE在维持细胞内钙稳态,调节气道平滑肌细胞钙信号和细胞生理反应过程中发挥了重要作用。研究已发现并证实STIM1 (Stromal interaction molecules 1)是ER/SR中的钙离子浓度感受器,当ER/SR内储存钙清空时,STIM1转位到细胞膜下内质网并与SOC通道组成蛋白Orai1相互作用开放SOC通道产生SOCE。研究也证实了STIM1和Orai1能介导气道平滑肌SOCE。但是目前还没有研究证实SOCE与气道平滑肌细胞增殖之间的关系。本研究将探讨STIM1和Orai1介导的SOCE是否参与了大鼠气道平滑肌细胞增殖。方法:将雄性SD大鼠支气管平滑肌组织在解剖显微镜下分离,消化酶消化,然后加入含10%胎牛血清的DMEM培养基置于培养瓶中进行体外原代细胞培养,3-6代细胞用于实验研究。采用Fluo-3/AM荧光染料进行胞浆内钙离子染色,然后用激光共聚焦系统观察胞浆内荧光强度实时变化,测定细胞内钙浓度变化情况。TRIzol法提取细胞总RNA,采用实时定量逆转录PCR方法检测目的基因mRNA相对定量表达。蛋白裂解液提取总蛋白后采用考马斯亮蓝法测定蛋白浓度,然后用Western-blooting方法检测目的基因蛋白水平表达。AlamarBlue还原法和台盼蓝细胞计数法同时用于检测细胞增殖速率。特异性shRNA的用于目的基因mRNA干扰沉寂,红色荧光蛋白作为转染标记蛋白,接有红色荧光蛋白的质粒作为shRNA载体,通过Lipfectamine 2000转染入细胞。转染后的细胞经流式细胞仪分选,回收发红色荧光的成功转染细胞进行下一步检测。结果:研究发现(1)血清刺激的增殖期气道平滑肌细胞与无血清刺激的静止期细胞相比,毒胡萝卜素(Tapsigargin, TPG)激发的SOCE明显增强,并且同时伴有STIM1 mRNA表达轻度上调和Orai1 mRNA表达明显上调。(2)SOC通道阻断剂SKF-96365可以呈剂量依赖性的抑制TPG激发的气道平滑肌细胞SOCE与血清诱导的细胞增殖。SKF-96365 (10μM), Ni2+(100μM)和BTP-2 (100nM)可以部分抑制血清诱导的气道平滑肌细胞增殖。(3)特异性shRNA进行RNA干扰可以特异性抑制STIM1和Orai1 mRNA水平和蛋白水平表达。(4)STIM1或Orai1基因沉寂后,血清诱导的增殖期气道平滑肌细胞SOCE下降,并且血清或PDGF-BB诱导的细胞增殖速率也下降。沉寂STIM1和Orai1 mRNA后,SOC通道阻断剂SKF-96365对血清或PDGF-BB诱导的气道平滑肌细胞增殖不再有抑制作用。结论:STIM1/Orai1参与了气道平滑细胞SOCE的产生和调控,SOCE参与了气道平滑肌细胞钙稳态的调控,并在气道平滑肌细胞增殖过程中发挥重要作用。
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