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目的(1)检测硫酸镉(Cd SO4)处理人肾小管上皮细胞(HK-2)后,HK-2细胞的存活、凋亡以及氧化损伤情况;(2)了解N6-甲基腺苷(m6A)甲基转移酶、去甲基化酶和甲基结合蛋白在Cd SO4处理HK-2细胞过程中的变化情况,明确m6A调控蛋白是否参与镉致HK-2细胞损伤的过程;(3)分析核转录因子NF-E2相关因子(Nrf2)和m6A相关酶(甲基转移酶、去甲基化酶)在Cd SO4诱导HK-2细胞损伤过程中的相关性;(4)从RNA表观遗传学角度阐述镉致肾损伤的分子机制,为镉相关疾病的预防和诊疗提供理论依据。方法以HK-2细胞为受试对象,使用不同浓度Cd SO4对细胞染毒24h后,开展如下实验:(1)利用CCK-8法检测细胞存活率;(2)利用Hoechst染色法,通过荧光显微镜观察细胞凋亡情况,镜下随机选取视野拍照,计数200个细胞,计算细胞凋亡率;(3)利用荧光探针法,通过荧光显微镜观察镜下荧光强度,镜下随机选取视野拍照,通过Image J软件对图片结果进行定量分析,计算细胞中活性氧(ROS)水平;(4)利用WST-8法检测细胞中超氧化物歧化酶(SOD)活性,通过测定NADPH的减少量间接获得谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活性,利用硫代巴比妥酸比色法检测丙二醛(MDA)含量;(5)利用荧光定量PCR(RT-PCR)技术检测以下指标的m RNA水平:Nrf2,血红素氧合酶(HO-1);m6A甲基转移酶:甲基转移酶样3(METTL3)、甲基转移酶样14(METTL14)、甲基转移酶样16(METTL16)、肾母细胞瘤关联蛋白1(WTAP);m6A去甲基化酶:脂肪量与肥胖相关蛋白(FTO)、Fe(II)和α-KG依赖的双加氧酶Alk B家族成员5(ALKBH5);m6A甲基结合蛋白:YTH蛋白家族成员(YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1、YTHDC2);(6)利用蛋白免疫印迹法(Western-Blot)检测Nrf2、METTL3和FTO的蛋白表达水平,以GAPDH作为内参校正目的条带蛋白灰度值,计算各蛋白的相对表达水平。结果(1)细胞存活率和凋亡:镜下观察,无Cd SO4作用的细胞形态完整,4μM Cd SO4作用的细胞形态变化不明显,8和16μM Cd SO4作用的细胞逐渐失去贴壁能力并漂浮在培养液中。CCK-8实验结果显示,HK-2细胞经0、1、2、4、8、16、32和64μM Cd SO4染毒24h后,存活率依次是100%、103.01%、105.58%、114.55%、93.36%、65.48%、35.73%和25.03%,细胞存活率呈现先上升后下降的趋势(H=22.479,P=0.002);对细胞凋亡率进行测定,在Cd SO4浓度为0、4、8和16μM时,细胞凋亡率依次是6.83%、5.17%、21.17%、35.8%,8和16μM组的细胞凋亡率高于“0”组水平(P<0.01);(2)Nrf2信号通路相关指标:荧光定量PCR法对Nrf2和HO-1的m RNA水平进行测定的结果显示,在Cd SO4浓度为8和16μM时,Nrf2的m RNA水平分别升高至“0”组的3.40和2.92倍(P<0.05),蛋白免疫印迹结果显示4和8μM组Nrf2的蛋白表达水平分别是“0”组的1.13和1.26倍,差异具有统计学意义(P=0.006;P<0.01);HO-1的m RNA水平在4、8和16μM浓度时分别升高至“0”组的1.41、4.90和5.94倍(P<0.05);(3)氧化应激相关指标:荧光探针法检测细胞ROS含量的结果显示,在Cd SO4浓度为16μM时,ROS含量是“0”组的1.59倍,与“0”组相比,ROS含量增加(P=0.015);Cd SO4浓度为0、4、8和16μM时,SOD活性依次是18.58±2.34、14.44±1.91、13.99±0.98和11.75±0.90 U/mg protein,与“0”组相比,各组SOD活性均降低(P=0.038;P=0.023;P=0.003);在Cd SO4浓度为8μM时,GSH-PX活性显著降低,为8.74±3.91 m U/mg protein,而在8和16μM Cd SO4作用时,脂质过氧化产物MDA含量显著增加,分别是94.30±14.33和96.76±6.08 nmol/mg protein,与“0”组相比,差异均具有统计学意义(P=0.013;P=0.008);(4)m6A相关酶:相较于“0”组,各组METTL3的m RNA水平均有上升(P<0.05),且各组METTL3的蛋白表达水平均高于“0”组(P=0.005;P=0.001;P<0.01),各组METTL16的m RNA水平均高于“0”组(P=0.004;P=0.032;P=0.046),METTL14和WTAP的m RNA水平在Cd SO4浓度为8μM时高于“0”组(P=0.024;P<0.05);在Cd SO4浓度为8和16μM时,FTO的m RNA水平高于“0”组(P=0.037;P=0.008),蛋白表达水平低于“0”组(P=0.013;P=0.003);与“0”组相比,ALKBH5的m RNA水平在4、8和16μM Cd SO4作用时,差异均无统计学意义(F=1.811,P=0.223);(5)m6A甲基结合蛋白:在Cd SO4浓度为4μM时,YTHDF1的m RNA水平高于“0”组(P=0.009);在Cd SO4浓度为4和8μM时,YTHDF2的m RNA水平高于“0”组(P<0.05);YTHDF3的m RNA水平在4和16μM Cd SO4作用时高于“0”组(P=0.013;P=0.045),YTHDC1的m RNA水平在4和16μM Cd SO4作用时也高于“0”组(P=0.025;P=0.003);与“0”组相比,YTHDC2的m RNA水平在4、8和16μM Cd SO4作用时,差异均无统计学意义(H=6.787,P=0.079);(6)m6A相关酶和Nrf2的相关性分析:Nrf2与m6A甲基转移酶(METTL3、METTL14、METTL16和WTAP)的m RNA变化水平均呈正相关,相关系数分别是0.3931、0.9398、0.3691和0.2430;Nrf2与m6A去甲基化酶(FTO和ALKBH5)的m RNA变化水平也呈正相关,相关系数分别是0.6112和0.1283。结论(1)Nrf2信号通路在Cd SO4刺激下被激活,继而促使抗氧化酶发挥抗氧化能力,随着Cd SO4浓度增加,Nrf2信号通路介导的抗氧化酶(SOD、GSH-PX)持续耗竭,细胞内氧化损伤水平增加,造成细胞凋亡;(2)Cd SO4暴露改变了m6A调控蛋白(METTL3、METTL14、METTL16、WTAP、FTO、YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3、YTHDC1)的m RNA水平以及m6A相关酶(METTL3、FTO)的蛋白表达水平,表明m6A调控蛋白可能参与了镉致HK-2细胞的损伤过程;(3)Cd SO4作用HK-2细胞时,Nrf2与m6A相关酶的m RNA水平均呈正相关关系,提示m6A相关酶水平的改变可能影响了Nrf2 m RNA上m6A的修饰水平,进而影响镉诱导的肾细胞增殖和凋亡。