缺氧誘導因子-1a在人關節(jié)滑膜組織中表達及轉染HIF-1a后滑膜細胞功能及形態(tài)研究.pdf

1、骨關節(jié)炎是目前骨科中年以上人群中最常見的疾病之一,約10％以上大于45歲的人群受骨關節(jié)炎影響,60歲以上人群患病率高達50％,并且患病人數(shù)隨著年齡的增加逐步增多。其主要好發(fā)于負重大,活動較多的關節(jié),以膝關節(jié)最為常見。臨床上骨關節(jié)炎主要表現(xiàn)為關節(jié)疼痛及壓痛、關節(jié)僵硬、關節(jié)腫大、骨擦音、關節(jié)無力及活動障礙等等。有研究顯示超過80％以上患者都伴有不同程度的日?；顒邮芟?致殘率高達53％。其中一部分為原發(fā)性骨關節(jié)炎,另一部分為繼發(fā)性骨關節(jié)炎,即

2、因膝關節(jié)創(chuàng)傷、炎癥、關節(jié)不穩(wěn)、慢性反復的積累性損傷引起。原發(fā)性骨關節(jié)炎的病因未明,目前大量研究表明其與年齡、肥胖、遺傳、免疫反應、生物力學改變、關節(jié)腔內細胞與基質代謝平衡等因素有關。近年來,隨著分子生物學和分子免疫學的迅速發(fā)展,以及對細胞因子及炎癥介質的深入研究,生物因素尤其是軟骨及滑液代謝介質的研究越來越受到重視。關節(jié)軟骨中,軟骨細胞在基質的合成與分解代謝中起到重要作用,而軟骨結構的穩(wěn)定依賴軟骨組織與蛋白多糖形成的基質的平衡。當關節(jié)微

3、環(huán)境改變后,軟骨細胞分泌基質異常,導致軟骨結構破壞,在機械應力等的作用下,軟骨脫落、壞死,導致軟骨下骨硬化及囊性變,最終導致周圍骨贅增生,關節(jié)結構破壞。
　　 眾所周知,關節(jié)腔內是一個低氧環(huán)境,早期有研究表明正常人關節(jié)腔滑液中的氧含量為50-60mmHg,遠遠低于其他正常組織。關節(jié)軟骨屬于無血管組織,其中的氧濃度較滑液中更低,有研究顯示表層軟骨細胞周圍氧濃度約為6-10％,而深層軟骨細胞周圍氧濃度僅為1-6％。軟骨細胞主要依靠從

4、滑液及軟骨下骨中獲得營養(yǎng)及氧分,正常軟骨細胞中的ATP有75％來源于厭氧代謝,以適應關節(jié)內低氧環(huán)境。因此,關節(jié)腔內氧代謝平衡對于維持關節(jié)結構的穩(wěn)定具有重要作用。大多數(shù)哺乳細胞具有氧感應系統(tǒng),他們依靠上調一系列基因來維持細胞氧代謝平衡,這些因子包括紅細胞生成素(EPO)、血管內皮生長因子(VEGF-A)、誘導型氮氧化物合成酶(iNOS)、葡萄糖轉運酶、葡萄糖分解代謝酶、廋素等等,其中在低氧環(huán)境中起最主要調節(jié)作用的是缺氧誘導因子1(HIF-

5、1)。
　　 缺氧誘導因子1(hypoxia-inducible factor,HIF-1)是在研究缺氧誘導的促紅細胞生成素(erythropoietin,EPO)基因表達時發(fā)現(xiàn)的一種DNA結合蛋白。它是由HIF-1α和HIF—1β構成的異源二聚體,HIF-1α屬于bHLH-PAS蛋白家族中的一員,它是HIF-1調節(jié)缺氧中特有的調控亞基。既往大量研究顯示HIF—1在腫瘤發(fā)生、炎癥、缺血性組織及生長板軟骨發(fā)育過程中具有重要作用。目

6、前有研究表明機體中HIF-1表達增高可以促進促紅細胞生成素(EPO)、血管內皮生長因子(VEGF-A)、誘導型氮氧化物合成酶(iNOS)、葡萄糖轉運酶、葡萄糖分解代謝酶、度素等基因的表達,從而調節(jié)機體代謝方式。在骨關節(jié)研究中,早期發(fā)現(xiàn)關節(jié)軟骨細胞中有HIF-1mRNA表達,隨后在骨關節(jié)炎軟骨中發(fā)現(xiàn)有HIF-1α蛋白表達的增高。然而,對其在骨關節(jié)炎發(fā)病中的具體作用仍不太明確。
　　 近年來,滑膜炎在骨關節(jié)炎的發(fā)病中的作用越來越受到

7、重視,大量研究顯示其在骨關節(jié)炎發(fā)病機制中具有重要作用。有研究表明骨關節(jié)炎中滑膜增殖與類風濕關節(jié)炎中具有相似之處,同時大量研究者從關節(jié)鏡、核磁共振、彩超及分子生物學等方面研究了滑膜炎在骨關節(jié)炎發(fā)生發(fā)展過程中的作用,認為滑膜炎在骨關節(jié)炎發(fā)病過程扮演重要角色。當滑膜增殖及關節(jié)軟骨退變形成后,缺氧進一步加劇,使未退變的軟骨細胞更加難以抵抗惡劣的缺氧環(huán)境。但目前HIF-1α在關節(jié)滑膜病變中表達研究鮮有報道,并且對于其在細胞中抵抗缺氧的研究較少。<

8、br>　　 本研究利用免疫組化技術將不同疾病及正常人膝關節(jié)滑膜組織進行染色比較,了解不同疾病HIF-1α表達差異,及其與下游蛋白表達相關關系,進一步明確其在疾病發(fā)展過程中可能的作用。提取人骨關節(jié)炎滑膜總RNA,利用基因轉染技術,建立過表達HIF-1α質粒載體及將購買siRNAHIF-1α載體轉染正常人滑膜細胞,研究轉染HIF-1α對于缺氧培養(yǎng)后的細胞形態(tài),以及在低氧條件下細胞增殖能力的影響,初步了解HIF-1α在細胞適應低氧中的功能。

9、
　　 第一章:HIF-1α在人關節(jié)滑膜組織中表達研究
　　 目的:研究骨關節(jié)炎、慢性非特異性滑膜炎、急性創(chuàng)傷性滑膜炎患者及正常人膝關節(jié)滑膜組織HIF-1α、VEGF表達情況,分析相關關系,慢性非特異性患者滑膜及正常人滑膜CD34表達差異,了解HIF-1α在關節(jié)炎病變進展中的作用。
　　 方法:分別取骨關節(jié)炎滑膜組織30例；慢性非特異性滑膜炎滑膜組織45例；急性創(chuàng)傷性滑膜炎滑膜組織25例；正常人滑膜組織10例。制

10、作石蠟切片,分別采用HE及免疫組化方法對所取標本分別行HIF-1α、VEGF染色,正?；ぜ奥苑翘禺愋曰ぱ谆ば蠧D34染色,了解它們在各組滑膜炎中表達情況,比較表達差異及HIF-1α與VEGF的相互關系。
　　 結果:HIF—1α及VEGF在正常人滑膜中幾乎未見陽性表達,急性創(chuàng)傷性滑膜炎組陽性表達率分別為60％、48％,骨關節(jié)炎組陽性表達率分別為86.7％、80％,慢性非特異性滑膜炎組陽性表達率分別為68.9％、80％。H

11、IF-1α在各滑膜炎組表達率有差異(x2=25.481,P=0.000),骨關節(jié)炎組與慢性非特異性滑膜炎組無顯著差異(P=0.136),但均較急性創(chuàng)傷性滑膜炎組為高,差異具有顯著性(P=0.000)；VEGF表達率在在各滑膜炎組表達率有差異(x2=29.333,P=0.000),骨關節(jié)炎組、慢性非特異性滑膜炎組均較急性創(chuàng)傷性滑膜炎組表達率高,差異具有顯著性(P=0.000)。采用Sperman等級相關分析顯示HIF-1α與VEGF在急性

12、創(chuàng)傷性滑膜炎組、慢性非特異性滑膜炎組、骨關節(jié)炎組均成正相關,相關系數(shù)分別為0.596、0.525、0.600。MVD(CD34染色陽性)在慢性滑膜炎組表達較正常組高,且HIF-1α陽性表達患者滑膜組織中MVD較陰性者高。
　　 結論:骨關節(jié)炎患者滑膜組織中HIF-1α及 VEGF表達顯著增高,它們可能在關節(jié)退變過程中具有重要作用；關節(jié)在退變、炎癥、創(chuàng)傷時,滑膜組織均中有HIF—1α表達增高,且與VEGF有顯著相關性,說明其在滑膜

13、炎發(fā)展過程中具有促進滑膜增殖的作用；HIF-1α陽性表達滑膜的MVD較陰性高,其在促進血管增生方面具有重要作用。
　　 第二章:在人滑膜細胞(HS-4700細胞)轉染HIF-1α后細胞形態(tài)及功能研究
　　 目的:通過建立過表達HIF-1α質粒載體,將過表達HIF-1α載體,HIF-1α干擾以及空載體分別轉染正常人滑膜細胞,在低氧下培養(yǎng)轉染后的滑膜細胞,了解缺氧對于轉染后細胞功能及形態(tài)的影響。
　　 方法
　

14、　 ①分別于手術時獲取骨關節(jié)炎患者、急性創(chuàng)傷性滑膜炎患者、慢性非特異性滑膜炎及正常人滑膜組織,提取滑膜組織mRNA,利用RT-PCR檢測各組滑膜組織中HIF-1α及 VEGF基因表達情況。
　　 ②根據(jù)對應的DNA模板設計原則,逆轉錄成cDNA片段,并插入pcDNA3.0表達載體中,構建過表達HIF-1α的HIF-1α/pcDNA3.0質粒載體,并測序驗證。
　　 ③將購買的HIF-siRNA質粒載體、空載體pcDNA

15、3.0及HIF-1α/pcDNA3.0質粒載體分別轉染正常人滑膜細胞株(HS-4700),于低氧培養(yǎng)箱(含1％氧氣、5％二氧化碳、94％氮氣)中培養(yǎng)4小時,倒置顯微鏡下觀察細胞形態(tài),并利用Western Blot方法檢測不同滑膜細胞中HIF-1α含量。
　　 ④將轉染后的滑膜細胞置于含CoCl2的培養(yǎng)基中培養(yǎng),細胞平板實驗檢測細胞增殖情況,了解HIF—1α對于細胞增殖能力的影響。
　　 結果
　　 ①RT-PCR

16、結果顯示骨關節(jié)炎滑膜組織中HIF-1α及 VEGF基因表達明顯增高,急性創(chuàng)傷性滑膜炎及慢性非特異性滑膜炎組HIF-1α與VEGF基因表達增高,正?；ぶ形匆娒黠@表達。
　　 ②成功構建HIF-1α/pcDNA3.0質粒載體,經(jīng) DNA測序證實質粒中含有與實驗設計的HIF-1α中完全一致的DNA序列。
　　 ③成功將構建的質粒載體、空載體及購買的siRNA HIF-1。轉染人滑膜細胞(HS-4700),經(jīng)缺氧培養(yǎng)后,過表達

17、HIF-1α滑膜細胞組形態(tài)無明顯改變,HIF-1α蛋白明顯增多,空載體轉染滑膜細胞組輕度皺縮,缺氧后HIF-1α蛋白表達增高,siRNAHIF-1α轉染組明顯皺縮,未檢測到HIF-1α蛋白表達。
　　 ④三組細胞經(jīng)低氧下平板克隆實驗后,HS/HIF-1α形成多量的細胞克隆,將細胞克隆計數(shù)后經(jīng)單因素方差分析,HS/HIF-1α組較HS/mock和HS/siRNA HIF-Iα增殖能力顯著增高(F=195.852,P=0.000)。