尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4源性活性氧过量产生抑制胚胎干细胞向心肌细胞的分化

背景:作为信号传导通路中的第二信使,活性氧(主要指超氧离子和过氧化氢)对细胞的生长、分化起重要作用。过量的活性氧在心脏疾病中启动了心肌细胞的凋亡,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4源性活性氧的过量产生诱导凋亡是否抑制了胚胎干细胞向心肌细胞的分化。目的:探讨尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4活性氧对心肌细胞分化的抑制作用。设计:随机对照实验观察。单位:卫生部北京医院老年医学研究所。材料:胚胎干细胞CGR8为本实验室自存,其他主要试剂除特别注明均购自Sigma公司。方法:实验于2003-10/2005-08在卫生部北京医院老年医学研究所进行。①将小鼠胚胎干细胞分化成胚小体。在分化4d后以不同浓度的过氧化氢(1,10,100,1000nmol/L)处理胚小体1h,在分化8d后观察心肌细胞的生成,分析活性氧对心肌细胞分化的影响。②将pcDNA3.1和pcDNA3.1-NOX4质粒分别转染CGR8细胞,同时以未进行转染的CGR8细胞为对照,以RT-PCR和WesternBlotting测定尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4mRNA和MLC2v蛋白水平,应用定量四唑氮蓝高水平表达尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4干细胞中活性氧水平。③采用活性氧清除剂N-乙酰半胱氨酸(5mmol/L)和过氧化氢酶(200U/mL)转染前处理2h作为对照,用Hoechst染色、TUNEL和DNAladder分析尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4过表达后CGR8细胞凋亡情况,同时检测转染尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶氧化酶4后CGR8细胞中p21、p53及Bcl-2的表达。主要观察指标:①活性氧对心肌细胞分化的影响。②胚胎干细胞中尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的表达。③尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4过表达后活性氧产生量、心肌细胞的分化和胚胎干细胞凋亡的观察。④p53,p21和Bcl-2是否参与了尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4过表达诱导的细胞凋亡。结果:①不同水平的活性氧对心肌细胞分化具有不同的效应。在分化后4d用较低浓度(1～100nmol/L)的过氧化氢处理胚小体2h可明显促进心肌细胞分化(P<0.01),而较高浓度(>1μmol/L)的过氧化氢则显示出抑制作用(P<0.01)。②尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4在小鼠胚胎干细胞中的表达水平最高,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶3虽然也在胚胎干细胞中表达,但表达水平低,而尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶1、2在胚胎干细胞中不表达。RT-PCR检测结果显示,与单纯转染pcDNA3.1细胞相比,转染pcDNA3.1-NOX4质粒的CGR8细胞中尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4过表达。③四唑氮蓝实验检测结果显示,高水平表达的尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4引起过量活性氧产生(P<0.05)。与未转染质粒的细胞相比,尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4过表达抑制了心肌细胞的分化(P<0.01)。WesternBlot结果显示高水平尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4导致胚小体内MLC2v蛋白水平降低。④p21和p53可能参与了NADPH氧化酶4诱导的凋亡过程。转染尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4的p53-/-ES细胞R72D27并未发生凋亡,高水平的Bcl-2可以抑制尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4过表达诱导的细胞凋亡。结论:尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4在心肌细胞分化中起关键作用,p53和p21以及Bcl-2可能参与了凋亡信号通路的调控。

Excessive production of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 4-dependent reactive oxygen species suppresses cardiomyocyte differentiation from embrvonic stem cells