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编号:10244255
热休克诱导人牙髓细胞表达HSP70的细胞模型研究
http://www.100md.com 《牙体牙髓牙周病学杂志》 2000年第3期
     作者:王晓方 吴补领 刘嘉利

    单位:王晓方(第四军医大学口腔医学院, 陕西 西安 710032);吴补领(第四军医大学口腔医学院, 陕西 西安 710032);刘嘉利(第四军医大学口腔医学院, 陕西 西安 710032)

    关键词:热休克蛋白; 人牙髓细胞; 细胞培养

    牙体牙髓牙周病学杂志000304 【摘 要】 目的:通过热休克预处理提高人牙髓细 胞HSP70的表达水平,建立供体外实验研究的热 休克细胞模型。方法:将体外培养的人牙髓细胞爬片后进行热处理 ,置42℃水浴25min,37 ℃复温。于复温后1、2、3、4、6、8、10h、1d固定,进行HSP70的免疫组化染色; 9 6孔板细胞同样方法热处理,连续培养3d后,进行MTT检测。结果: 正常对照牙髓细胞呈阴性表达。热休克处理牙髓细胞1、2h组中度阳性着色,3、4h组强 阳性着色,6、8、10h组达到高峰,1d组恢复到弱阳性水平。MTT检测显示热处理组与对照 组无统计学差异。结论:热预处理方法可成功诱导人牙髓细胞表达H SP70;该方法不会导致连续培养3d后细胞存活数量的明显变化。通过热休克预处理提高人牙髓细 胞HSP70的表达水平,建立供体外实验研究的热 休克细胞模型。方法:将体外培养的人牙髓细胞爬片后进行热处理 ,置42℃水浴25min,37 ℃复温。于复温后1、2、3、4、6、8、10h、1d固定,进行HSP70的免疫组化染色; 9 6孔板细胞同样方法热处理,连续培养3d后,进行MTT检测。结果: 正常对照牙髓细胞呈阴性表达。热休克处理牙髓细胞1、2h组中度阳性着色,3、4h组强 阳性着色,6、8、10h组达到高峰,1d组恢复到弱阳性水平。MTT检测显示热处理组与对照 组无统计学差异。结论:热预处理方法可成功诱导人牙髓细胞表达H SP70;该方法不会导致连续培养3d后细胞存活数量的明显变化。
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    【中图号】 R780.2 【文献标识码】 A

    【文章编号】 1005-2593(20 00)03-0126-03

    [牙体牙髓牙周病学杂志,2000;10(3):126]

    The study on expression of heat shock protein 70 in human

    dental pulp cell model through thermal preconditioning

    WANG Xiao-fang, WU Bu-ling, LIU Jia-li

    School of Stomatology,The Fourth Military Medical University,Xi'an 710032
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    【Abstract】 AIM:To establish a heat shock cell model of human dental pulp cell, which containing promoted HSP 70 by heat perconditioning. METHODS: The human dental pulp cells seeded on cover slip were preconditioned at 42℃ for 25min,and recovered at 37℃for 1,2,3,4,6,8,10h,and 1d respectively.The e xpression of HSP70 was stu died by immunohistochemistry. The cells seeded in 96-well plates were preconditi oned using the same method,and then cultured 3 days for MTT assay. RESULTS:The control group was negative.The 1h and 2h groups we re moderate positive. The 3h and 4h groups were strong positive. The immunohist ochemistric staining reach ed the strongest at 6,8h and 10h . After 24h the expression of HSP70 droped back to less positive. There was no statistical difference b etween preconditioning group and control group in MTT assay. CONCLUSI ON: The preconditioning method can successfully induce the expression of HSP70 in human dental pulp cells. The thermal preconditioning will not lead to change in numbe r of survival cells cultured for 3 days.
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    【Key words】 heat shock protein; human dental pulp cell; c ell culture

    [Chinese Journal of Conservative Dentistry, 2000,10(3):126]

    热休克蛋白在应激状态下,能够稳定细胞肽链,保护核内重要遗传物质, 减轻细胞损伤 并加速损伤修复,对于维持细胞生存和行使正常功能具有重要意义[1]。为了深入 研究热休克蛋白在牙髓细胞中的生物学作用,本实验旨在通过热休克预处理提高人牙髓细胞 热休克蛋白(HSP70)的表达水平,建立人牙髓细胞热休克模型。

    1 材料和方法

    1.1 材料和仪器

    DMEM培养液(gibco,USA)、胎牛血清FCS( 浙江金华清湖犊牛利用研究所)、HSP70抗体( SPA-810,Stressgen公司,Canada)、SABC试剂盒(宝泰克)、MTT( Sigma,USA)、DMSO (西安化学试剂厂)、96孔培养板、24孔培养板、分光光度计(华东电子管厂)。
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    1.2 人牙髓细胞的培养

    取因阻生或正畸拔除的健康牙齿,用无血清DMEM培养液冲洗后,劈冠取出牙髓组织,在 DMEM浸润下,剪切成1mm3大小碎块,均匀铺于25ml培养瓶底,将瓶底翻转向上,加入含150ml/L FCS的DMEM培养液4ml,置CO2孵箱37℃孵育,2h后将瓶底翻转向下,每3天换液1 次,至细胞从组织块中游出,取第3代进行实验。

    1.3 热休克预处理及免疫组化染色

    取生长良好的第3代牙髓细胞,以浓度2×107/L接种于置有盖玻片的24孔板2张,每3天换 液1次,待细胞爬满玻片生长为单层,随机取出4张附有细胞的玻片作为正常对照组,0.01mo l /L PBS漂洗3遍,40g/L多聚甲醛4℃固定过夜,SABC免疫组化法进行诱导型HSP70的染色;其 余玻片连同培养板置入水浴箱进行热休克处理——42℃孵育25min,再于CO2孵箱37℃复温 。分别于复温后1、2、3、4、6、8、10h、1d随机抽取各4张玻片固定染色(方法同上 ),脱水透明封片,光镜观察,HE染色对照。
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    1.4 MTT检测

    取生长良好的第3代牙髓细胞,以浓度2×107/L接种96孔板2张,每张36孔。待细胞贴 壁后,热休克处理,37℃复温2h。连续培养3d,490nm下进行MTT检测(重复3次实验),统 计学处理。

    2 结果

    2.1 HE染色

    HE染色显示,牙髓细胞形态完整,在40倍光镜下随机选择10个视野进行统计比较,正常对照 组死亡细胞百分比为2.73±0.30,热休克处理组为2.65±0.26,二者无统计学差异(P>0 .05)。

    2.2 免疫组化染色

    正常对照组:牙髓细胞胞浆淡黄色着色,胞核淡黄着色(图1)。
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    热休克处理组:牙髓细胞胞浆淡黄色至棕黄色着色,胞核呈深棕黄颗粒着色。1h组和2h组( 图2)中度阳性着色,3h组(图3)和4h组强阳性着色,6h组、8h组和10h组达到高峰,1d 组恢复到正常对照水平(图4)。

    2.3 MTT检测

    热休克处理组A值为0.451±0.041,正常对照组A值为0.432±0.022,重复测3次, 二者无统计学差异(P>0.05)。

    图1 免疫组化染色,正常对照组 ×40
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    图2 免疫组化染色,1h和2h组 ×40

    图3 免疫组化染色,3h和4h组 ×40

    图4 免疫组化染色,1d组 ×40

    3 讨论

    本实验通过热休克预处理方法成功地建立了人牙髓细胞的热休克模型,为进一步研究HS P70在人牙髓细胞各种模拟病理刺激下的生物学功能和特性奠定了基础。热休克蛋白(heat shock protein,HSP)又称应激蛋白(stress protein,SP),是一切生物细胞受到有害刺激后 均可产生的一类保守的细胞分子伴侣蛋白。热休克反应具有交叉保护的特性[2], 所谓交叉保护是指机体或细胞在受到一种应激原刺激并合成热休克蛋白后,对于其他应激性 刺激的耐受力也增强。利用这一原理,设法提高牙髓细胞内HSP70水平将增强牙髓组织对磨 损、冷热、感染等伤害性刺激的抵抗力,从而提高修复机率。因此,目前急需建立人牙髓细 胞的热休克模型,从体外研究并证实HSP70在人牙髓细胞各种模拟病理刺激下的生物学功能 和特性。
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    目前提高细胞内HSP70表达水平的方法大致有以下几种:①利用交叉保护原理,通过药 物预处理或一种非致死性刺激诱导HSP70表达增高(如锌盐预处理、热休克预处理);②向 目的细胞内微量注射HSP70活性蛋白;③通过基因工程转染HSP70基因或转录因子——热休克 因子(heat shock factor, HSF);④通过调控上游转导信号提高HSP70的表达水平。

    向目的细胞内微量注射HSP70活性蛋白的方法因技术操作难度大,花费昂贵,极少被采用。 比较理想的方法是通过基因工程,向目的细胞内转染HSP70基因或HSF[3],可获得 稳定的HSP70表达。但鉴于人牙髓细胞的传代特点,以及真核基因转染所要求的技术资金条 件,本实验未予采用。当然,最为理想的方法还是通过调控上游转导信号调节HSP70的表达 水平,但是基于目前HSP70信号转导途径的研究水平,利用这种方法建模还有很多工作需要 探索。利用交叉保护原理,通过药物预处理或热休克预处理诱导HSP70表达的方法在其他学 科已被广泛采用[4,5]。通过热休克预处理,能够稳定可靠地诱导HSP70表达,但 热处理温度过高可能导致细胞死亡、变性。在体外实验,人和啮齿动物细胞需41~43℃, 绵羊细胞需45℃,果蝇细胞约35℃。多数学者指出,热休克诱导HSP70表达,在体外细胞以4 2℃孵育20~30min ,37℃复温1~2h为宜。 Roti等[6]的研究表明,人体 细胞承温超过43℃以后,对热最为敏感的细胞核基质蛋白即开始发生变性。综上所述,本实 验采取了实验结果可靠,而技术资金要求不高的方法——热休克预处理方法。选择42℃孵育 25min作为热休克预处理温度。
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    HSP70的合成存在负反馈调节机制[7],在未受应激的状态下,HSP70与其转录因子 ——热休克因子(heat shock factor, HSF)结合。热处理后变性蛋白质与HSP70结合,HSF 得 以游离,经蛋白激酶磷酸化后,HSF结合在HSP70基因转录启动位点HSE上,启动HSP70基因表 达,合成HSP70蛋白。1、2h 组处于转录起始阶段,HSP70表达呈中度阳性。至8、10h其合 成量达到高峰。新合成的HSP蛋白又可与变性蛋白质竞争结合HSF,抑制HSP基因的转录。因 此当其合成达到高峰后,HSP70表达逐渐减少,至1d组下降为弱阳性表达。

    大量文献证明[8],HSP70具有调节细胞增殖分化的作用。本实验HE染色结果及MTT 检测表明:42℃孵育25min,37℃复温1h~1d不会导致该时间段内变形及死亡牙髓细胞数量 增多;表 达HSP70的人牙髓细胞较对照组A值虽略有升高,但统计学差异可以忽略。说明热休克预 处 理不会导致连续培养3d的牙髓细胞存活数量的明显改变。本实验观察了体外培养的人牙髓细 胞在热休克状态下诱导型HSP70的表达情况,为进一步研究HSP70在牙髓细胞损伤修复过程中 的生物学作用提供了较好的细胞模型。
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    【参考文献】

    [1] Ang D, Liberek K, Skowyra D, et al. Biological role and regul ation of the universally conserved heat shock proteins.J Biol Chem,1991,266:242 33

    [2] Vusse GJ,Cornelussen RN,Roemen TH,et al. Heat stress pretrea tment mitigates postischemicarachidenic acid accumulation in rat heart.Mol Cel l Biochem,1998,185:205

    [3] Chi SH,Mestril R. Stable expression of a human HSP70 gene in a ra t myogenic sell line confers protection against endotoxin.Am J Physiol,1996, 270:C1017
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    [4] Klosterhalfen B,Hauptmann S,Offner FA,et al. Induction of h eat shock protein 70 by zinc-bis-(DL-hydrogenaspartate) reduces cytokine liberat ion,apoptosis,and mortality rate in a rat model of LD100 endotoxemia.Shock,1997 ,7(4):54

    [5] Wang YR,Xiao XZ,Huang SN, et al. Heat shock pretreatment prev ents hydrogen peroxide injury of pulmonary endothelial cells and macrophages in culture.Shock,1996,6(2):134

    [6] Roti JL,Wright WD,VanderWaal R.The nuclear matrix: a target for he at shock effects and a determinant for stress response. Crit Rev Eukaryot Gene E xpr,1997,7(4):343
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    [7] Rabindran SK, Haroun RI, Clos J, et al. Regulation of heat s hock factor trimer formation:role of a conserved leucine zipper. Science, 1993 ,259(5092):230

    [8] Bermejo LG,Vilaboa NE,Perez C,et al. Modulation of heat-shoc k pro tein 70(HSP70) gene expression by sodium butyrate in U-937 promonocytic cells:Re lationships with differentiation and apoptosis.Expermental Cell Research,1997,2 36:268

    收稿日期:1999-12-29

    修回日期:2000-01-11, 百拇医药