IGF-1对肺泡上皮细胞增殖、迁移和凋亡的影响

发布时间：2020-04-28 09:04

【摘要】：研究背景:急性肺损伤(acute lung injury,ALI)是在疾病、外伤、感染等多种因素的影响下,使肺泡上皮细胞和血管内皮细胞损伤、肺内气血屏障发生病理性血管通透性增加,导致的急性呼吸功能不全。ALI是多因素参与、多基因调控的复杂性疾病,患者死亡率较高。因此深入研究ALI的发病及损伤修复机制对于该病的防治具有重要意义。利用基因芯片检测ALI肺组织基因表达变化能够全面认识该病的发病过程,有助于识别ALI发病过程中涉及的关键分子机制。本研究第一部分利用基因共表达网络分析的方法探讨了ALI肺组织的基因表达谱,结果表明ALI中胰岛素信号与肺上皮细胞的凋亡、增殖和迁移等生物学活性存在显著的相关性。胰岛素样生长因子-1(insulin growth factor-1,IGF-1)是一类具有生长作用的多肽类物质,和胰岛素同属于Insulin/IGF家族,具有十分相似的结构和功能,参与胰岛素信号调控机体多种生物学过程。已有的研究表明IGF-1在ALI肺组织损伤及修复过程中扮演着重要角色,但具体的分子机制不清。肺泡上皮细胞的受损凋亡是影响肺泡气体交换,引起呼吸功能不全的重要原因;促进肺泡上皮细胞的增殖、迁移加快组织修复是治疗ALI,改善低氧血症和呼吸功能的重要机制。因此,探讨IGF-1对肺泡上皮细胞凋亡、增殖和迁移等生物学行为的影响,对深入了解ALI的发病机制及寻找潜在的治疗靶点具有重要的意义。目的:第一部分:共表达网络分析探讨与ALI肺上皮细胞生物学活性相关的主要信号;第二部分:IGF-1对肺泡上皮细胞MLE-12增殖、迁移和凋亡的影响。方法:第一部分:(1)从Gene Expression Omnibus(GEO)数据库获取公开发布的小鼠ALI肺组织和正常肺组织的基因表达数据矩阵;(2)将下载的数据集载入R软件后进行标准化处理,通过limma包获取差异表达的基因,筛选标准为P0.05,log2FoldChange(log2FC)0.5;(3)加权基因共表达网络分析(WGCNA)差异基因显著性基因模块,及其与肺上皮细胞凋亡、增殖和迁移功能的主要联系;(4)利用基因注释和功能富集分析,对差异基因的生物过程、分子功能及细胞成分进行富集分析,探索肺上皮细胞凋亡、增殖和迁移特性的变化。第二部分:(1)Western blot检测ALI小鼠肺组织匀浆中IGF-1蛋白分子的动态变化。(2)将培养的MLE-12细胞分为对照组(Control),IGF1组,LPS组,LPS+IGF1组,IGF1+PI3K信号阻断组;(3)采用流式细胞术检测各组MLE-12细胞凋亡情况与细胞周期变化;(4)采用MTT法检测各组MLE-12细胞增殖情况;(5)通过细胞迁移试验(划痕试验)观察MLE-12细胞在不同时间段(0h,12h,24h,48h)细胞迁移数量的变化。结果:第一部分:(1)根据差异基因分析结果,本研究共获取434个表达上调的基因和329个表达下调的基因(P0.05,log2FC0.5);(2)根据WGCNA进行分析,结果获得的2个主要基因模块(蓝色和天蓝色),其富集分析功能主要包括LPS、细菌源性产物、TNF及外界刺激引起的免疫与炎症反应(ID:0032103、0032496、0034612、0050727),以及肺上皮细胞的形态发生和对损伤的修复(ID:0061138、0001763、0048754、0042060)。(3)基因模块功能网络分析发现,与肺上皮细胞功能(增殖、迁移、凋亡)有关的核心基因主要包括HIF1a、CCL2、CCL5、STAT5a、PNP、PYCARD、BCL10、NFE2L2、TEK、HSPB1、SAV、DAB2、EPHA2、TNF、DLL1、CCL11、AREG、CEBPB和MMP14等。(4)胰岛素途径在ALI中能够显著影响肺泡上皮细胞的增殖、迁移和凋亡功能,积极参与肺组织损伤的修复过程,此外还包括PI3K/Akt(ID:1257604,6811558,389357)、MAPK(ID:0043410)和 ERK1/ERK2(ID:0070372)级联调控的生物过程及胰岛素分泌途径。第二部分:(1)经过蛋白印迹检测发现在LPS气道滴入24h后小鼠模型的肺组织匀浆中,IGF-1蛋白表达显著性升高。(2)体外实验结果发现,IGF-1能够通过PI3K途径抑制或减缓MLE-12细胞的凋亡,减少MLE-12细胞凋亡比例,尤其是显著性降低细胞晚期凋亡的发生。(3)IGF-1可以通过P3K信号通路提高MLE-12细胞活力,进而促进细胞增殖。(4)细胞划痕实验结果表明,IGF-1可以通过PI3K信号通路促进肺泡上皮细胞迁移。结论:(1)胰岛素信号在ALI小鼠中与肺上皮细胞增殖、迁移和凋亡等生物学活性存在显著的相关性。(2)IGF-1通过PI3K途径抑制肺泡上皮细胞MLE-12的凋亡,促进细胞增殖和迁移。
【图文】：

差异表达基因,火山,基因

图 1. 差异表达基因的火山图及热图.（A：差异表达基因的火山图，，每个红点代表一个高表达的基因，每个蓝点代表低表达的基因，黑色的点代表表达水平不显著的基因；B：差异表达基因的热图，红色代表高表达的基因，蓝色代表低表达的基因，图例的灰度值代表不同的表达水平。）2.构建DEGs基因模块根据无监督拓扑标准和动态剪切树参数（剪切深度=2，剪切高度=0.95，最小模块=50，软阈值效能β=10），将筛选的 763 个 DEGs 划分为 5 个模块（图 2A），图中每个垂直的短线（枝叶）代表一个基因，其中灰色模块中的基因代表剪切后不能聚集的部分；如表1所示，描述了其他四种模块的基因数量、伪 R2、模块内两组基因表达水平的对比结果（包括显著性检验的 P 值和热图，其中黄色代表高表达的基因，红色代表低表达的基因）。图2B为所有模型间的 ANOVA 检验结果，P=6.4e-35，表示结果具有高度统计学意义。图 2C 为基因模块间的 Pearson相关性检验，该模型所有模块间的 Pearson 相关性检验结果 P = 1.6e-38。图 2D为对聚集的四种模型进行维度分析，亦是主成分分析（Principal Component

功能分析,富集,功能相关,生物过程

主要模块基因富集功能分析结果
【学位授予单位】：蚌埠医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R563

【相似文献】