甘草通过RNA结合蛋白HuR对肠上皮细胞的p21、p53mRNA转录后调节研究

摘要

保护小肠粘膜屏障对防止肠内细菌及内毒素的移位具有非常重要的意义，小肠粘膜屏障完整性的维持有赖于小肠隐窝干细胞的增殖、分化、移行、粘附等共同作用，在病理性损伤下，小肠隐窝干细胞的快速增殖对粘膜损伤的修复起到了重要作用。现代研究发现健脾益气类中药能够通过调节肠内细胞的增殖能力对脾虚状态下的肠粘膜的损伤起到修复作用。甘草具有健脾益气的功效，同时甘草对以粘膜损伤为病理特征的疾病有显著的治疗作用如消化性溃疡病等。但目前有关甘草对小肠上皮细胞保护作用的细胞和分子水平药理研究的报道甚少。国外研究中常采用大鼠小肠隐窝干细胞IEC-6和DFMO诱导的生长抑制的IEC-6病理细胞模型为载体研究小肠上皮细胞增殖、移行、粘附、分化等功能。在健脾中药对胃肠上皮保护的机制研究中，小肠隐窝干细胞被认为是健脾益气中药的主要药理作用靶点之一，并采用IEC-6细胞模型进行了相关的药理研究，基于MTT法的初步研究发现甘草对正常IEC-6细胞有促进增殖的作用，但对其中潜在的分子机制并未研究，对病理状态下肠上皮细胞的药效作用也未涉及。
　　国外通过DFMO诱导的生长抑制的IEC-6模型细胞发现了许多与肠上皮细胞细胞增殖相关的基因，这些基因表达受转录后水平的调控，即RNA结合蛋白HuR与其中的某些基因mRNA非编码区的AU富集元件（AU-rich elements，AREs）的相互作用使这些 mRNA的稳定性受到影响，从而最终调节这些基因终产物——蛋白的表达及其生物学效应。预实验研究初步发现甘草及其活性成分之一甘草酸对IEC-6细胞内的HuR有调节的作用，因此本研究将更深入的研究甘草如何通过RNA结合蛋白HuR对肠上皮细胞p21、p53的mRNA进行转录后调节，明确HuR是甘草促进IEC-6细胞增殖作用的分子药靶之一。
　　目的:
　　1．研究甘草对正常IEC-6细胞和DFMO模型细胞增殖的调节作用。
　　2．研究与甘草调节IEC-6细胞增殖相关的基因及其表达。
　　3．研究甘草在调控相关基因表达中可能与HuR有关的转录后调节机制。
　　方法:
　　1.细胞模型和用药
　　以正常IEC-6细胞作为生理性细胞模型，DFMO模型细胞作为病理性细胞模型。
　　实验用药采用的甘草为甘草颗粒（商品化的甘草水提物），甘草成分采用的是2005版《中国药典》中规定的甘草两个主要指标成分甘草酸和甘草苷。
　　2.研究甘草、甘草酸、甘草苷对IEC-6细胞增殖的调节作用和药物的有效剂量
　　采用基于流式细胞术的细胞计数法、DAPI嵌染核酸的细胞周期检测以及CFSE标记细胞检测细胞分裂速度三种方法研究甘草颗粒对正常IEC-6细胞和DFMO模型细胞的增殖的影响并确定有效的剂量范围。采用MTT法研究甘草酸对两种模型细胞的增殖的调节作用；采用流式细胞术的细胞计数法研究甘草苷对两种模型细胞增殖的影响。
　　3.研究甘草对IEC-6细胞促增殖作用相关的靶基因表达的影响
　　利用荧光定量 PCR技术和 western blot蛋白免疫印迹技术，分别对甘草调节IEC-6细胞增殖、并且与细胞周期相关的基因的mRNA水平和蛋白水平进行检测。
　　4.研究甘草通过HuR调控相关基因mRNA稳定性的转录后调节机制
　　首先通过放线菌素D抑制转录，并结合PCR技术研究甘草对相关mRNA稳定性的影响,以证明甘草通过转录后调节途径调控基因表达的可能性；其次以 western blot技术分别检测HuR在胞浆、胞核的水平，研究mRNA稳定性的改变和RNA结合蛋白HuR的相关性；接着重点研究甘草对相关mRNA和HuR的共同调节是否通过mRNA和HuR的相互作用产生，分别以 mRNP免疫沉淀技术研究细胞内源性 HuR-mRNP复合物中目标mRNA的含量以明确甘草对HuR和靶mRNA结合的影响、以biotin-pull down技术研究相关mRNA和HuR的相互作用是否是通过HuR对mRNA非编码区AREs识别产生、以基因重组和荧光素酶报告基因检测技术验证甘草是否是通过相关mRNA的AREs片段对最终的基因表达产生影响。
　　结果:
　　1.甘草对DFMO诱导的生长抑制的IEC-6细胞模型具有促进增殖的作用
　　甘草对正常的IEC-6细胞并无促进增殖的作用；而对DFMO模型细胞的生长抑制的状态却有逆转的作用，且该作用与胞周期的影响有关；甘草酸和甘草苷虽为甘草的主要指标成分，但本实验中并未发现两者对于这两种细胞模型的增殖有和甘草颗粒一致的影响。
　　2.甘草可调控DFMO模型细胞p21、p53基因的mRNA和蛋白表达
　　DFMO模型细胞生长受抑的同时伴随p21、p53mRNA和蛋白水平的表达相对增加，但在添加甘草后得以一定程度的逆转，并且在一定范围内具有剂量依赖性。提示 p21和p53可能是本实验条件下甘草药理作用的靶基因。
　　3.甘草通过RNA结合蛋白HuR从转录后水平调控p21和p53mRNA的稳定性
　　甘草对DFMO模型细胞p21和p53 mRNA水平的下调可通过降低p21和p53mRNA的稳定性实现，同时DFMO引起的HuR向胞浆的外移可被甘草逆转。利用mRNP免疫沉淀技术，检测到甘草处理DFMO模型细胞后内源性HuR-mRNP复合物中的p21和p53mRNA含量，相对DFMO模型细胞减少，提示甘草减少了 HuR与p21mRNA和p53mRNA的结合以及HuR携带mRNA向胞浆的转移，从而降低了p21和p53mRNA在胞浆内的稳定表达。Biotin-pull down技术检测的结果提示 p21mRNA和 HuR的结合可通过 p21mRNA的3’-UTR内的AREs和HuR特异性的识别和结合实现；通过基因重组和荧光素酶报告基因技术验证了甘草能通过p21mRNA的3’-UTR内的AREs片段调控相应基因表达的水平。
　　结论:
　　甘草对DFMO诱导的生长抑制的IEC-6细胞具有促进增殖的作用，该作用可以通过HuR介导的调节p21和p53mRNA稳定性的转录后调控机制实现。本课题通过体外实验为甘草在病理状态下对肠上皮细胞的保护作用提供了实验依据，证实了HuR作为甘草的分子药靶之一在转录后水平调控基因表达的作用。

目录

声明

引言

第1章 文献研究

1.1 健脾中药对肠上皮粘膜的保护作用

1.1.1胃肠粘膜上皮的损伤以及细胞增殖凋亡平衡的紊乱是脾虚证的病理基础

1.1.2 益气健脾方药对胃肠上皮粘膜完整性维持作用的研究

1.2 甘草及其成分对消化道粘膜的保护作用

1.3 基因表达转录后调节及RNA结合蛋白HuR

1.3.1 基因表达的转录后调节和mRNA的稳定性

1.3.2 RNA结合蛋白HuR对mRNA稳定性的调节作用

第2章 实验研究

2.1甘草及其主要成分甘草酸、甘草苷对IEC-6细胞增殖的影响

2.1.1 材料和试剂

2.1.2 设备和仪器

2.1.3 方法

2.1.4 结果

2.1.5 讨论

2.2甘草对DFMO模型细胞p21和p53基因表达的影响

2.2.1 甘草对DFMO模型细胞p21、p53蛋白表达的影响

2.2.2 甘草对DFMO模型细胞p21、p53 mRNA水平的影响

2.3甘草通过HuR介导的转录后调节途径调控p21、p53 基因表达

2.3.1甘草对p21、p53 mRNA稳定性的影响

2.3.2甘草对HuR细胞内定位及对p21、p53mRNA和HuR结合影响

2.3.3 p21 mRNA 的3’-UTR内的AREs在甘草调节基因表达中的作用

结语

本文主要研究内容与相关结论归纳如下：

本研究的创新性：

本研究的可持续性：

参考文献

附录

研究生在学期间发表论文情况

致谢