不同氧浓度下髓核细胞中PI3K/Akt/HIF-1α信号通路表达对延缓椎间盘退变的意义

周明瀚; 张慧; 郑先波; 徐无忌

doi:10.12307/2024.469

摘要：背景:椎间盘退变是一种由于细胞凋亡、氧化应激、炎症反应等多种因素共同作用导致的疾病,目前认为其核心在于髓核细胞退变与凋亡,然而具体病理机制尚不明确. 目的:通过探究不同氧浓度下髓核细胞中磷脂酰激醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)/缺氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor 1-alpha,HIF-1α)信号通路的表达及髓核细胞凋亡情况,明确不同氧浓度下髓核细胞的生物学特性,探讨椎间盘退变的机制. 方法:取人正常及退变髓核细胞,取第2代细胞用于影像学鉴定,取第3代细胞分别采用37℃、空气、100%湿度环境,100 μmol/L CoCl2浓度的Leibovitz's培养基、100 μmol/L H2O2浓度的10%胎牛血清培养基构建常氧、低氧及氧化应激环境,将细胞分为正常髓核细胞+低氧环境、正常髓核细胞+常氧环境、正常髓核细胞+氧化应激环境、退变髓核细胞+低氧环境、退变髓核细胞+常氧环境、退变髓核细胞+氧化应激环境6组;采用CCK-8法检测细胞活力及增殖情况,流式细胞术检测细胞凋亡率,RT-PCR、Western-blot检测PI3K、AKT、HIF-1α的蛋白及mRNA表达情况. 结果与结论:①在不同的氧浓度下,正常及退变髓核细胞的增殖率随氧浓度升高而下降,凋亡率随氧浓度升高而上升(P<0.05),以正常髓核细胞+低氧环境为对照组,细胞正常与否对凋亡率影响极为显著(P<0.001),氧浓度对髓核细胞增殖率与凋亡率影响极为显著(P<0.001),细胞是否退变与氧浓度二者交互作用对髓核细胞增殖率与凋亡率影响显著(P<0.05).②在不同的氧浓度下,正常髓核细胞中低氧环境下PI3K、AKT、HIF-1α的蛋白及mRNA表达最高,氧化应激环境下其次,常氧环境下最低;退变髓核细胞中3项指标的蛋白和mRNA表达随氧浓度升高而下降;正常髓核细胞中PI3K、Akt的蛋白、mRNA表达均显著高于退变髓核细胞(P<0.05).以正常髓核细胞+低氧环境为对照组,髓核细胞正常或退变及氧浓度对上述3项指标的蛋白和mRNA表达影响均极为显著,二者交互作用对3项指标的蛋白和mRNA表达影响极为显著(P<0.001).③结果表明,髓核细胞的增殖、凋亡与氧浓度和细胞自身功能状态密切相关,PI3K/Akt/HIF-1α信号通路在不同细胞功能状态及不同氧浓度环境下具有拮抗调节作用,其机制可能与PI3K/Akt信号通路被激活,并翻译转录HIF-1α,从而维持活性氧自由基代谢平衡有关.该通路对于抑制氧化应激,拮抗髓核细胞凋亡,进而延缓椎间盘退变具有重要意义.