低氧后处理诱导的低氧诱导因子-1α表达上调减轻H9c2心肌细胞低氧/复氧损伤北大核心CSCD

本文旨在探讨低氧后处理(hypoxic postconditioning)对低氧/复氧(hypoxia/reoxygenation,H/R)所致的心肌细胞损伤以及低氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)表达的影响,并分析二者之间可能的关系。利用H9c2心肌细胞株建立低氧/复氧和低氧后处理模型,通过测定细胞存活率、细胞培养液中乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase,LDH)的活性及caspase-3活性来观察低氧/复氧造成的H9c2细胞的损伤,用Westernblot检测H9c2细胞内HIF-1α的蛋白水平,用real-timePCR检测细胞内HIF-1α的mRNA水平。结果显示,低氧后处理提高了低氧/复氧H9c2细胞的存活率,降低了LDH及caspase-3活性。同时,低氧后处理增加了H9c2细胞内HIF-1α的蛋白水平。预先利用HIF-1α脯氨酸羟化酶抑制剂DMOG上调HIF-1α的蛋白水平后,由低氧/复氧导致的H9c2细胞的损伤明显减轻,其效应与低氧后处理完全一致。对H9c2细胞内HIF-1α蛋白水平与细胞存活率进行相关性分析,结果显示二者呈显著正相关(r=0.743,P<0.01);而运用siRNA方法抑制细胞内HIF-1α基因表达后,显著削弱了低氧后处理减轻低氧/复氧细胞损伤的效应。以上结果提示,HIF-1α表达上调是低氧后处理减轻细胞低氧/复氧损伤的机制之一。     

低氧诱导因子-1α在低氧促成肌细胞增殖中的作用

目的:探讨低氧对大鼠骨骼肌成肌细胞(SkMs)增殖的影响及低氧诱导因子(HIF-1α)在低氧促成肌细胞增殖中的相关机制。方法:采用流式细胞仪观察了3、10%O2对SkMs细胞数量和增殖指数的影响;用RT-PCR方法检测了HIF-1αmRNA的表达,用Western blot方法检测了SkMs胞浆、胞核及总HIF-1α蛋白的水平。结果:低氧组较常氧组细胞数量和增殖指数增加(P0.05);HIF-1αmRNA、总蛋白水平在常氧组和低氧组中没有明显差异,常氧下胞浆中HIF-1α蛋白水平高于胞核内,低氧下HIF-1α蛋白水平在胞核内高于胞浆。结论:低氧能够促进SkMs增殖,HIF-1α可能是通过氧浓度调控的核转位的方式参与了低氧促SkMs的增殖。     

急性低氧和间断低氧习服对HepG2细胞内血管内皮细胞生长因子基因表达的影响

目的:观察急性低氧和间断低氧习服对人HepG2细胞内血管内皮细胞生长因子(VEGF)及转录因子低氧诱导因子-1α(HIF-1α)的mRNA和蛋白含量的影响及其可能的生物学意义.方法:HepG2细胞随机分为常氧对照组,急性低氧组和间断低氧习服组.采用Northern blot和Western blot分别检测不同组别HepG2细胞内VEGF和HIF-1α mRNA表达和蛋白含量的变化.结果:急性低氧诱导HepG2细胞内VEGF和HIF-1α基因的转录,增加两种蛋白在细胞内的含量.间断低氧习服组的细胞内VEGF和HIF-1α的mRNA含量分别为常氧对照组细胞的(108.6±17.7)%和(116.74±19.8)%,与常氧对照组相比无显著差异(P＞0.05);而其蛋白表达的含量分别为对照组细胞的1.4和2.7倍,都明显低于急性低氧组细胞内两种蛋白的含量(P＜0.05).结论:HepG2细胞达到低氧习服状态后,抑制急性低氧对HepG2细胞内VEGF基因表达的促进作用,其中HIF-1α可能起着重要的调节作用.     

PHD2基因在鲸类低氧信号通路中的功能

为研究鲸类低氧适应的分子机制,文章克隆了不同低氧耐受能力的3个鲸类物种,抹香鲸(Physeter macrocephalus)、白鲸(Delphinapterus leucas)和长江江豚(Neophocaena phocaenoids asiaeorientalis)的脯氨酸羟化酶2(PHD2)。通过对其序列进行分析,发现3个物种PHD2的氨基酸序列非常保守。通过对这3个物种的PHD2的功能进行探究发现:3个物种的PHD2在常氧情况下均可以降解3个物种的HIF-α(包括HIF-1α和HIF-2α)蛋白,而在低氧(O₂浓度小于2%)情况下,PHD2则无法明显降解HIF-α蛋白。在常氧下,鲸类的PHD2降解HIF-α是依赖于识别鲸类的HIF-1α上LTLLAP和LEMLAP,HIF-2α的LAQLAP和LETLAP氨基酸片段,推测PHD2是通过对HIF-α序列中的脯氨酸位点进行羟基化修饰后,被VHL-E3泛素连接酶复合体所识别,发生泛素化降解。而在低氧条件下,PHD2的活性受到抑制HIF-α不能被VHL-E3泛素连接酶复合体识别,发生降解。研究对3种不同低氧耐受能力...     

低氧、低氧诱导因子-1和白血病细胞分化

低氧诱导因子-1(HIF-1)是细胞适应低氧反应的主要转录因子,由氧敏感的HIF-1α和组成性表达的HIF-1β组成.系列研究表明,低氧是肿瘤的重要微环境.相应地,HIF-1在实体瘤的发展和转移过程中发挥重要作用.本实验室研究显示,低氧通过HIF-1的转录非依赖功能,即与造血细胞分化相关的转录因子C/EBPα和Runx1/AML1等相互作用,并增加其转录活性,诱导急性髓细胞性白血病细胞分化.本文就低氧和HIF-1在白血病细胞分化中的作用作一综述.     

白藜芦醇通过调控HIF-1α/NOX4/ROS通路抑制低氧诱导的大鼠肺动脉平滑肌细胞氧化应激与增殖

本文旨在明确白藜芦醇对低氧诱导的肺动脉平滑肌细胞(pulmonary artery smooth muscle cells, PASMCs)氧化应激与增殖的作用及分子机制。体外分离培养原代大鼠PASMCs,采用不同浓度的白藜芦醇(10、20和40μmol/L)或NADPH氧化酶(NADPH oxidases, NOXs)抑制剂VAS2870 (10μmol/L)预处理0.5 h,然后将细胞置于常氧(21%O_2, 5%CO_2)或低氧(2%O_2, 5%CO_2)中培养24h。采用CCK-8法和增殖细胞核抗原(proliferatingcellnuclearantigen,PCNA)的表达水平检测细胞增殖,用DCFH-DA测定细胞内活性氧(reactive oxygen species, ROS)的生成,用real-time RT-PCR和Western blot检测NOX1、NOX4和低氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor 1α, HIF-1α)的表达水平,通过小干扰RNAs (small interference RNAs, siRNAs)特异性沉默Hif-1α和Nox4后确定相关信号通路。结果显示,白藜芦醇和VAS2870均能显著抑制低氧诱导的大鼠PASMCs细胞增殖和ROS生成,同时白藜芦醇还能有效阻止低氧诱导的HIF-1α蛋白的聚集和NOX4的表达上调,而对NOX1没有明显的影响。沉默Hif-1α或Nox4后,低氧诱导的大鼠PASMCs细胞增殖和ROS累积均显著降低,且能被白藜芦醇进一步抑制。上述结果提示,白藜芦醇可能通过阻断HIF-1α/NOX4/ROS信号通路抑制低氧诱导的大鼠PASMCs氧化应激和增殖。     

藏红花素抗心肌细胞低氧损伤作用及其机制研究

目的:探讨藏红花素(Crocin)对低氧心肌细胞的保护作用以及低氧诱导因子-1(HIF-1)和脯氨酰羟化酶(PHDs)的调控机制。方法:采用氯化钴(CoCl2)方法建立心肌细胞低氧损伤实验模型。应用Western blot方法检测心肌细胞HIF-1α、血管内皮生长因子(VEGF)、诱导型NO合酶(iNOS)以及PHD1、2、3蛋白表达的变化。结果:与CoCl2低氧组比较,Crocin可显著提高低氧心肌细胞活力。Crocin可进一步促使心肌细胞HIF-1α、及其下游靶基因VEGF、iNOS蛋白表达增强。Crocin可促使心肌细胞PHD2蛋白表达明显增加,PHD3蛋白表达则明显减少。结论:Crocin对低氧心肌细胞具有明显的保护作用,其作用机制与Crocin激活HIF-1介导的低氧反应通路有关,PHDs参与了该反应的病理生理调控过程。     

缺氧对大鼠脑微血管内皮细胞增殖和凋亡的影响及其机制研究

目的:探讨缺氧对大鼠脑微血管内皮细胞增殖和凋亡的影响及其可能的分子机制。方法:从2周龄的SD大鼠中提取脑微血管内皮细胞。体外模拟脑缺氧微环境,将体外培养的脑微血管内皮细胞分别置于常氧(21%O_2)和低氧环境(1%O_2)下处理6、12和24小时,采用四甲基偶氮唑盐(MTT)法观测不同时间点细胞增殖能力的变化;用AnnexinV-FITC/PI双标流式细胞术观察不同时间点细胞凋亡情况;Real time-PCR和Western blot法检测细胞中(Hypoxia-inducible factor-1α) HIF-1αm RNA和蛋白的表达。进一步使用HIF-1αsi RNA靶向沉默HIF-1α基因,再检测低氧环境下HIF-1αm RNA和蛋白表达、细胞增殖以及凋亡水平的变化。结果:随着低氧处理时间的延长,大鼠脑微血管内皮细胞的增殖能力被显著抑制,同时凋亡水平显著增加,HIF-1αm RNA和蛋白表达水平显著升高。使用HIF-1αsi RNA特异性阻断HIF-1α表达后,低氧环境下HIF-1αm RNA和蛋白表达明显降低,同时细胞活性增加,细胞凋亡率显著下降。结论:缺氧微环境能够通过上调HIF-1α的表达抑制大鼠脑微血管内皮细胞增殖并促进其凋亡。     

RNA干扰沉默低氧诱导因子-1α对低氧下大鼠肺动脉平滑肌细胞增殖的影响

本研究应用基因克隆技术,将合成的发卡样特异性低氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1alpha,HIF-1α）干扰寡核苷酸（siRNA）序列插入真核表达载体中,构建出特异性HIF-1α基因RNA干扰（RNAi）真核表达载体。采用组织块种植法,原代培养大鼠肺动脉平滑肌细胞（pulmonary artery smooth muscle cells,PASMCs）,将构建出的特异性HIF-1αRNAi真核表达载体转染到PASMCs;分别在常氧和低氧下进行细胞培养,采用RT-PCR检测PASMCsHIF-1αmRNA表达水平,用MTT和流式细胞仪检测细胞增殖水平,探讨低氧条件下HIF-1αRNAi真核表达载体对PASMCs增殖的影响。结果表明,低氧培养48h后,正常PASMCs和转染了HIF-1αsiRNA阴性表达载体的细胞增殖显著,HIF-1αmRNA表达水平也显著升高;而转染了HIF-1αsiRNA阳性表达质粒的细胞增殖不显著,HIF-1αmRNA表达水平较低。结果提示：HIF-1αRNAi真核表达载体能显著干扰培养的PASMCsHIF-1αmRNA表达,同时抑制低氧环境下PASMCs的增殖。     

高原鼠兔低氧诱导因子-1α蛋白的原核表达及多克隆抗体的制备

高原鼠兔生活在青藏高原海拔3 000～5 000 m的区域,具有极强的低温、低氧耐受能力.低氧诱导因子-1(HIF-1)是一种由HIF-1α和HIF-1β组成的异源二聚体转录因子,在生物体的低氧适应性调节中起着关键作用.低氧主要通过调节HIF-1α蛋白水平来影响HIF-1α的转录活性.本研究用DNA重组技术将高原鼠兔HIF-1α(pHIF-1α)(538/822)编码基因序列亚克隆至原核表达载体PGEX- 4T-1中,并在大肠杆菌BL21菌株中进行高效诱导表达,获得可溶性表达产物.将纯化后的GST-pHIF-1α(538/822)融合蛋白作为免疫原免疫家兔制备多克隆抗体.免疫印迹结果表明,制备的抗体能够识别高原鼠兔HIF-1α蛋白.进一步利用亲和纯化的方法对此多克隆抗体进行了纯化.免疫印迹和免疫染色的结果表明,纯化的抗体可以用于检测外源以及内源的高原鼠兔HIF-1α蛋白的表达和定位,为后续的研究提供了重要的实验材料.     

藏羚羊和藏系绵羊血液内分泌激素水平的比较研究

为了探讨藏羚羊适应高原环境的内分泌系统的功能特点,我们对藏羚羊(9只)和藏系绵羊(10只)进行了内分泌激素水平的比较。在海拔4300m地区捕获到动物后,随即运至海拔2800m实验基地,次日早晨抽取右侧颈静脉血,采用放射免疫法(radioimmunoassay,RIA)或酶联免疫吸附实验法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)测定下丘脑-腺垂体-外周腺轴20项内分泌激素水平,用导管插入术记录动物心率(heart rate,HR)、收缩压(systolic blood pressure,SBP)、舒张压(diastolic bloodpressure,DBP)和平均肺动脉压(mean pulmonary arterial pressure,mPAP)。使用血细胞分析仪测定血红蛋白(hemoglobin,Hb)含量。结果显示,藏羚羊血液中FT3、FT4、AngⅡ水平显著低于藏系绵羊,而藏羚羊血液中TRH、CRH、F、GHRH、E2、Ald、ACTH、CGRP水平则显著高于藏系绵羊。相对于藏系绵羊,藏羚羊HR、mPAP、SBP、DBP和Hb含量明显较低。藏羚羊和藏系绵羊的H...     

藏羚羊组蛋白去乙酰化酶1 基因编码区的克隆与序列分析

为探讨藏羚羊的低氧适应机制与高原低氧环境的相关性,采用RT-PCR 技术,首次从藏羚羊心肌组织总DNA 中克隆出组蛋白去乙酰化酶1 (Histone deacetylase1,HDAC1)基因的编码区序列。该序列全长为1 449 bp,
编码482 个氨基酸,预测其蛋白质分子量约为55 kDa。序列分析表明,藏羚羊HDAC1 基因的编码区序列与其它哺乳动物相似性超过90% ,其中与牛的相似性最高为98.27% ;它的氨基酸序列与其它哺乳动物的相似性达到
98.76% ～ 99.59%,显示出极高的保守性。利用邻接法(Neighbor-Joining,NJ 法)构建的分子系统进化树聚类结果表明,藏羚羊与牛先聚为一类,该聚类结果与传统的物种进化关系基本一致。藏羚羊HDAC1 基因编码区的成
功获得,为进一步揭示藏羚羊低氧适应的表观遗传机制奠定基础。     

藏羚羊骨骼肌肌红蛋白含量及乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶活力的研究

目的:探讨藏羚羊骨骼肌对低氧环境的适应机制。方法:以生活在同海拔高度(4 300 m)的藏绵羊和低海拔绵羊(1 800 m)为对照,用分光光度法测定三种动物骨骼肌中肌红蛋白(Mb)含量、乳酸(LA)含量,酶活力法测定三种动物骨骼肌中乳酸脱氢酶(LDH)和苹果酸脱氢酶(MDH)活力。结果:藏羚羊骨骼肌中Mb含量明显高于藏绵羊和低海拔绵羊(P<0.05),而藏绵羊和低海拔绵羊间无明显差异。LA含量和LDH活力明显低于藏绵羊和低海拔绵羊(P<0.05),而MDH活力及MDH/LDH比值显著高于藏绵羊和低海拔绵羊(P<0.05),藏绵羊和低海拔绵羊间无明显差异。结论:藏羚羊可能通过增加骨骼肌中Mb的含量,提高其在低氧环境获取氧的能力,且藏羚羊骨骼肌组织中有氧代谢比例高,这可能与肌肉中Mb含量较高有关,推测藏羚羊较高的Mb含量可能是其适应高原缺氧条件的分子基础之一。     

Molecular cloning,characterization and expression of myoglobin in Tibetan antelope (Pantholops hodgsonii), a species with hypoxic tolerance

The Tibetan antelope (Pantholops hodgsonii) is a hypoxia-tolerant species that lives at an altitude of 4000–5000 m above sea level on the Qinghai–Tibetan plateau. Myoglobin is an oxygen-binding cytoplasmic hemoprotein that is abundantly expressed in oxidative skeletal and cardiac myocytes. Numerous studies have implicated that hypoxia regulates myoglobin expression to allow adaptation to conditions of hypoxic stress. Few studies have yet looked at the effect of myoglobin on the adaptation to severe environmental stress on TA. To investigate how the Tibetan antelope (TA) has adapted to a high altitude environment at the molecular level, we cloned and analyzed the myoglobin gene from TA, compared the expression of myoglobin mRNA and protein in cardiac and skeletal muscle between TA and low altitude sheep. The results indicated that the full-length myoglobin cDNA is composed of 1154 bp with a 111 bp 5′ untranslated region (UTR), a 578 bp 3′ UTR and a 465 bp open reading frame (ORF) encoding a polypeptide of 154 amino acid residues with a predicted molecular weight of 17.05 kD. The TA myoglobin cDNA sequence and the deduced amino acid sequence were highly homologous with that of other species. When comparing the myoglobin sequence from TA with the Ovis aries myoglobin sequence, variations were observed at codons 21 (GGT → GAT) and 78 (GAA → AAG), and these variations lead to changes in the corresponding amino acids, i.e., Gly → Asp and Glu → Lys, respectively. But these amino acid substitutions are unlikely to effect the ability of binding oxygen because their location is less important, which is revealed by the secondary structure and 3D structure of TA myoglobin elaborated by homology modeling. However, the results of myoglobin expression in cardiac and skeletal muscles showed that they were both significantly higher than that in plain sheep not only in mRNA but also protein level. We speculated that the higher expression of myoglobin in TA cardiac and skeletal muscles improves their ability to obtain and store oxygen under hypoxic conditions. This study indicated that TA didn't improve the ability of carrying oxygen by changing the molecular structure of myoglobin, but through increasing the expression of myoglobin in cardiac and skeletal muscles.     

Expression profiling of abundant genes in pulmonary and cardiac muscle tissues of Tibetan Antelope (Pantholops hodgsonii)

The Tibetan Antelope (TA), which has lived at high altitude for millions of years, was selected as the model species of high hypoxia-tolerant adaptation. Here we constructed two cDNA libraries from lung and cardiac muscle tissues, obtained EST sequences from the libraries, and acquired extensive expression data related energy metabolism genes. Comparative analyses of synonymous (Ks) and nonsynonymous (Ka) substitution rates of nucleus-encoded mitochondrial unigenes among different species revealed that many antelope genes have undergone rapid evolution. Surfactant-associated protein A (SP-A) and surfactant-associated protein B (SP-B) genes in the AT lineage experienced accelerated evolution compared to goat and sheep, and these two genes are highly expressed in the lung tissue. This study suggests that many specific genes of lung and cardiac muscle tissues showed unique expression profiles and may undergo fast adaptive evolution in TA. These data provide useful information for studying on molecular adaptation to high-altitude in humans as well as other mammals.     

藏羚羊PGC-1α基因编码区的克隆与分析

以藏羚羊(Pantholops hodgsonii)及同海拔分布的藏系绵羊(Tibetan Sheep)的心肌组织为材料,提取总RNA,利用逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)技术扩增出过氧化物酶体增生物激活受体γ辅激活因子-1α(PGC-1α)的基因编码区cDNA片段,与载体连接构建重组质粒,经转化、扩增培养、鉴定后测序。利用生物信息学方法分析显示,藏羚羊和藏系绵羊的PGC-1α基因编码区长度均为2 349 bp,编码797个氨基酸(GenBank登录号分别为:JF449959和JF449960);与其他脊椎动物PGC-1α基因的核苷酸及氨基酸序列相似性达到90%以上;其包含RNA/DNA结合位点、RNA识别基序(RRM)、与核呼吸因子1(NRF-1)及肌细胞增强因子2C(MEF2C)相互作用的区域、富含丝氨酸/精氨酸的结构域、负调节功能结构域、LXXLL模体以及TPPTTPP和DHDYCQ两个保守序列,14个氨基酸差异性位点位于以上部分功能结构域中;此外,磷酸化位点的预测提示藏羚羊可能存在一个潜在的蛋白激酶G的磷酸化位点(第329位的苏氨酸)。本研究成功克隆出了藏羚羊PGC-1α基因的编码区序列,为从能量代谢角度深入探讨藏羚羊适应高原的分子生物学机制提供了新的思路。     

乏氧诱导因子-1α基因沉默对肺癌细胞乏氧应答相关基因表达的影响

乏氧诱导因子-1α (HIF-1α)是肿瘤细胞适应乏氧微环境的关键调控因子,具有作为治疗靶基因的潜力,以克服乏氧诱导的治疗抗拒等效应.下调其表达可能影响肿瘤细胞内一系列乏氧应答相关基因的表达.本研究采用已构建的HIF-1α RNAi慢病毒载体转导肺腺癌A549细胞,经杀稻瘟素（blasticidin）筛选建立HIF-1α基因稳定沉默的A549细胞株.应用cDNA微阵列技术检测并比较HIF-1α基因沉默A549细胞株和其亲本细胞株在常氧和乏氧状态下的基因表达谱改变. 应用定量RT PCR方法验证部分cDNA芯片差异表达基因的表达改变.HIF-1α基因稳定沉默细胞株A549/HIF-1α,在常氧和乏氧条件下HIF-1αmRNA水平分别较A549细胞下降89.2％和88.1％,HIF-1α蛋白水平分别下降97.2％和88.4％. 在乏氧条件下,cDNA微阵列检测的1 280个基因中,52个基因表达上调,15个基因表达下调. HIF-1α基因沉默显著影响其中27个基因的乏氧诱导效应.定量RT-PCR验证其中ENO2、BCL-2、CXCR4和MMP11的表达水平,与cDNA芯片结果相符合.结果提示,HIF-1α基因沉默能够在一定程度上阻断肺癌细胞的乏氧应答,在克服乏氧导致的肺癌治疗抗拒方面具有潜力.