热休克蛋白70(heat shock protein, HSP70)是机体在不良因素刺激下产生的一类特殊应激蛋白,普遍存在于自然界生物体内,具有调节细胞增殖分化、抗凋亡、抗应激及参与免疫应答等多种重要生理功能[1-3]。近年来,HSP70在胃肠道的研究为胃肠道疾病的治疗提供了重要的线索和依据,成为人们关注的热点。目前,国内外有关HSP70在胃中的研究主要集中于大鼠[4]、小鼠[5]、猪[6]及人[7]等单胃动物,其在反刍动物胃中的分布及表达量尚不清楚。牦牛(Bos grunniens)是生活在我国青藏高原地区的反刍动物,采食较为粗糙的牧草,这对胃黏膜损伤较大[8]。研究发现,HSP70作为胃肠黏膜细胞的分子伴侣,对胃肠黏膜细胞有重要的保护作用[9]。因此,本试验采用免疫组化及蛋白质免疫印迹(Western blotting, WB)法检测HSP70在牦牛各胃的分布特征及表达量的差异性变化,旨在进一步探究HSP70对牦牛胃的保护作用,为牦牛胃的新陈代谢及生理机能研究提供理论基础。
1 材料与方法 1.1 试验材料2016年9月从青海西宁屠宰场选择8头健康成年(3~5岁)牦牛,雌雄各占1/2,体重为(600~900) kg。经颈动脉放血处死后,迅速剪切瘤胃、网胃、瓣胃及皱胃组织,去掉内容物后用无菌生理盐水冲洗干净。一部分组织样品浸于4%的多聚甲醛磷酸盐缓冲液(pH 7.3)中,以备制作石蜡切片;另一部分组织样品快速放入液氮中,待后期移至-80 ℃保存,用于提取蛋白质。
1.2 试验方法 1.2.1 组织学方法及免疫组化法检测HSP70在牦牛各胃的分布将固定好的组织样品制成石蜡切片,切片厚度为4 μm。用以下3种方法对其进行染色:1)嗜银染色(Gordon sweet),观察并定位皱胃组织中的内分泌细胞。2)阿利新蓝-过碘酸-雪夫(Alcian blue-periodic acid-Schiff, AB-PAS)染色,进一步观察并定位皱胃组织中的分泌细胞。3)使用HSP70兔多克隆抗体(英国Abcam公司)按1 : 1 000稀释后,进行免疫组化切片染色,具体方法参照SP试剂盒说明书进行。用磷酸盐缓冲液(PBS)(0.01 mol/L)代替一抗作阴性对照,苏木精复染,酒精梯度脱水,封片,用Olympus-DP71型光学显微系统观察其阳性反应并拍照。
1.2.2 WB法检测HSP70在牦牛各胃的表达量将蛋白质样品调为同一浓度后,按各比例分别加入4×十二烷基硫酸钠(SDS)的上样缓冲液,100 ℃水浴10 min,使蛋白质变性后放入4 ℃保存。待分离胶和浓缩胶制好后加样,每孔蛋白质样品上样量为15 μL,进行SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳,当电泳至分离胶与浓缩胶交界处时更换电压,电压由原来的80 V切换为150 V。电泳结束后,根据Marker条带切下目的蛋白所处的胶冰浴转膜至醋酸纤维素(PVDF)膜。将转膜后的PVDF膜放入5%脱脂牛奶中,室温封闭2.5 h。一抗HSP70兔多克隆抗体(英国Abcam公司)用脱脂奶粉按1 : 1 000稀释,将封闭后的PVDF膜放入一抗4 ℃孵育过夜。次日用吐温-磷酸盐缓冲液(PBST)洗10min,重复3次;将二抗羊抗兔免疫球蛋白G(IgG)(bs-0295G-HRP,北京博奥森生物技术有限公司)用脱脂奶粉按1 : 1 000稀释后,PVDF膜放入二抗孵育1.5 h。ECL曝光液(碧云天生物技术公司)(A液、B液体积比为1 : 1避光混匀)滴加在PVDF膜上,暗室显影30 s后用X光胶片曝光、显影、定影。胶片晾干后用扫描仪采集图片。用β肌动蛋白(β-actin)做内参。通过ImageJ软件分析WB条带表达量。
1.3 数据分析分别选取牦牛不同胃组织的HSP70免疫组化切片各10张,每张切片随机选取10个视野(1 000×),采用Image-Pro plus 6.0软件测定HSP70阳性反应物的积分光密度值。数据采用SPSS 19.0软件对各试验组数据进行单因素方差分析,试验数据用平均值±标准误(mean±SE)表示,P < 0.01时判为差异极显著,P>0.05时判为差异不显著。
2 结果 2.1 牦牛皱胃的组织学特点嗜银染色结果表明,牦牛皱胃腺体间含有大量嗜银细胞分布,且这些嗜银细胞显色强弱不同,有一定的差异。内分泌细胞具较强的嗜银性,呈黑褐色; 壁细胞嗜银性次之,呈棕黄色;主细胞无嗜银性,不着色(图 1-A)。
AB-PAS染色结果发现,皱胃腺体间的一些内分泌细胞呈深红色,壁细胞呈淡红色,主细胞呈蓝色(图 1-B)。
2.2 HSP70在牦牛各胃的分布免疫组化结果显示,在牦牛瘤胃、网胃、瓣胃,HSP70仅在黏膜上皮细胞层表达,呈棕黄色。其中,角质层细胞呈强阳性表达,基底层、颗粒层和棘细胞层的部分细胞呈中等阳性反应,部分细胞不表达(图 1-C、图 1-D、图 1-E);在皱胃,HSP70不仅在黏膜表面上皮细胞有表达,胃腺间的内分泌细胞及壁细胞也呈阳性表达(图 1-F)。阳性反应主要集中在细胞的胞质和胞核。积分光密度值分析发现,HSP70在牦牛皱胃的阳性反应最强,瘤胃次之,网胃较低,瓣胃最低,各胃之间表达量的差异极显著(P < 0.01)(表 1)。
WB检测结果显示,HSP70在牦牛瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃均有表达(图 2)。采用ImageJ软件分析发现,HSP70表达量在牦牛各胃间差异极显著(P < 0.01),皱胃最高, 瘤胃次之, 网胃较低, 瓣胃最低(表 2)。
1987年学者在犬胃黏膜首次发现了一类能被铬盐染色的细胞,随后研究发现这些细胞具有共同的特征,即在苏木精-伊红(HE)染色中很难辨认,而经嗜银染色后观察这些嗜银细胞呈黑褐色或棕黄色,反差较强极易辨认,学者推测此类细胞为内分泌细胞[10]。牦牛作为反刍动物,前胃(瘤胃、网胃、瓣胃)具有机械消化的作用,唯有皱胃腺体间含有大量的分泌细胞,具有真正消化意义的胃。因此,本试验采用嗜银染色,对牦牛皱胃腺体间细胞进行了鉴定,发现牦牛皱胃腺体间也存在有大量嗜银细胞。其中,内分泌细胞呈黑褐色,壁细胞呈棕黄色,而主细胞却无嗜银现象。这与双峰驼胃底腺的研究结果[11]相似。此外,该染色鉴别了牦牛皱胃腺体间的分泌细胞,为后期观察免疫组化阳性细胞类型奠定了基础。
牦牛采食较为粗糙的饲草,对前胃黏膜上皮有较强的刺激损伤作用,而胃肠黏膜上皮作为机体内增殖分化及凋亡最快的组织,细胞的损伤修复较快[12-13]。研究发现,在同一组织中,不同细胞发生增殖分化及凋亡的周期过程并不同步[14]。Alwajeeh等[4]和Omar等[5]研究表明,HSP70抑制鼠胃组织细胞的凋亡,对胃具有重要的保护作用。研究发现,正常生理条件下HSP70在人、小鼠、大鼠胃黏膜的表达量较低,当机体受到损伤刺激后,表达量呈显著升高[15-18]。本试验采用免疫组化法及WB法研究发现,在牦牛前胃,HSP70在角质层呈强阳性反应,推测可能与抑制胃黏膜细胞过度凋亡、加速细胞修复和保护胃黏膜有关;HSP70在基底层、颗粒层和棘细胞层的部分细胞中等阳性反应,部分细胞不表达。这种现象可能与细胞发生增殖分化及凋亡周期的过程不同步有关。更值得关注的是,本试验还发现,在牦牛前胃,HSP70表达量在瘤胃最高,网胃次之,瓣胃最低。牦牛瘤胃作为反刍动物第1胃,是抵抗食物刺激的第1道防线,黏膜角质化程度最高,损伤最大[19]。由此作者推测,HSP70在牦牛前胃的表达量差异可能与胃黏膜的损伤程度有关。这与Donnelly等[15]、Silva等[16]研究结果相似,即损伤刺激越严重,HSP70表达量越高。
已有研究证实,胃内分泌细胞不仅自身具有分泌功能,还参与调控其他分泌细胞的分泌功能,它分泌的组胺对壁细胞分泌胃酸起着至关重要的调节作用,刺激胃酸的分泌[20-21]。Wada等[22]研究发现,大鼠胃酸可以诱导胃黏膜热休克蛋白72(HSP72)的表达,从而降低胃酸对胃黏膜的损伤。当胃内pH异常,酸碱平衡失调时,是导致胃溃疡的主要诱因,此时,胃可能通过自身机制诱导HSP70表达,用于维持胃内酸碱平衡,增强溃疡的愈合[23-24]。Arora等[25]研究发现,在小鼠胃溃疡损伤时,内源性抗氧化酶升高及脂质过氧化导致HSP70上调,来保护胃黏膜。Marruchella等[6]研究发现,HSP70在猪食道黏膜上皮细胞表达,起到保护食道黏膜不受损伤的作用。本试验经免疫组化法和WB法检测后结果发现,在牦牛皱胃,HSP70不仅黏膜表面上皮细胞有表达,腺体间的内分泌细胞及壁细胞也呈阳性表达。作者推测,这可能与保护皱胃胃黏膜免受损伤、调控胃内分泌细胞及壁细胞的分泌功能有关,起到保护胃黏膜,调节胃内环境的酸碱平衡,促进食物消化吸收的作用;而HSP70表达量在皱胃显著高于前胃,结合免疫组化结果推测,这种高表达可能与HSP70在皱胃广泛的阳性分布有关。值得思考的是,本试验还发现,HSP70在皱胃壁细胞中未见阳性反应,其原因有待进一步探索研究。
4 结论① 牦牛皱胃腺体间含有大量分泌细胞。
② HSP70在牦牛前胃角质层细胞呈强阳性反应,基底层、棘层及颗粒层部分细胞呈中等阳性表达,部分细胞不表达。
③ 皱胃阳性反应分布范围较广,不仅黏膜上皮细胞有表达,腺体间内分泌细胞及壁细胞也呈阳性反应。
④ HSP在牦牛4个胃均表达,其中皱胃表达量最高,瘤胃次之,网胃较低,瓣胃最低。
[1] |
GEHRMANN M, CERVELLO M, MONTALTO G, et al. Heat shock protein 70 serum levels differ significantly in patients with chronic hepatitis, liver cirrhosis, and hepatocellular Carcinoma[J]. Frontiers in Immunology, 2014, 5: 307. |
[2] |
LARGE A T, GOLDBERG M D, LUND P A. Chaperones and protein folding in the archaea[J]. Biochemical Society Transactions, 2009, 37(1): 46-51. DOI:10.1042/BST0370046 |
[3] |
MUSTAFI S B, CHAKRABORTY P K, DEY R S, et al. Heat stress upregulates chaperone heat shock protein 70 and antioxidant manganese superoxide dismutase through reactive oxygen species (ROS), p38MAPK, and Akt[J]. Cell Stress and Chaperones, 2009, 14(6): 579-589. DOI:10.1007/s12192-009-0109-x |
[4] |
ALWAJEEH N S, HAJEREZAIE M, NOOR S M, et al. The gastro protective effects of Cibotium barometz hair on ethanol-induced gastric ulcer in Sprague-Dawley rats[J]. BMC Veterinary Research, 2017, 13(1): 27. |
[5] |
OMAR H, NORDIN N, HASSANDARVISH P, et al. Methanol leaf extract of Actinodaphne sesquipedalis (Lauraceae) enhances gastric defense against ethanol-induced ulcer in rats[J]. Drug Design, Development and Therapy, 2017, 11: 1353-1365. DOI:10.2147/DDDT |
[6] |
MARRUCHELLA G, LEONARDO M D, GUARDO G D, et al. Heat shock proteins (HSPs) 27, 72 and 73 in normal and pre-ulcerative mucosa of the gastric pars oesophagea in swine[J]. Journal of Comparative Pathology, 2004, 131(1): 10-17. DOI:10.1016/j.jcpa.2003.12.011 |
[7] |
DA SILVA M S, DE ALMEIDA A C A, DE FARIA F M, et al. Abarema cochliacarpos:gastroprotective and ulcer-healing activities[J]. Journal of Ethnopharmacology, 2010, 132(1): 134-142. DOI:10.1016/j.jep.2010.08.001 |
[8] |
JIANG M, CHEN Y, WANG Y, et al. Yak (Bos grunniens) stomach lysozyme:molecular cloning, expression and its antibacterial activities[J]. Animal Biotechnology, 2010, 21(1): 25-35. |
[9] |
OHKAWARA T, NISHIHIRA J, TAKEDA H, et al. Protective effect of geranylgeranylacetone on trinitrobenzene sulfonic acid-induced colitis in mice[J]. International Journal of Molecular Medicine, 2006, 17(2): 229-234. |
[10] |
徐革锋, 刘洋, 牟振波. 鱼类消化道内分泌细胞概述及研究方法[J]. 水产学杂志, 2011, 24(03): 60-64, 68. DOI:10.3969/j.issn.1005-3832.2011.03.012 |
[11] |
王雯慧, 陈怀涛. 双峰驼胃底腺区黏膜组织学与组织化学研究[J]. 畜牧兽医学报, 2003(04): 372-377. DOI:10.3321/j.issn:0366-6964.2003.04.011 |
[12] |
ASSIMAKOPOULOS S F, SCOPA C D, ZERVOUDAKIS G, et al. Bombesin and neurotensin reduce endotoxemia, intestinal oxidative stress, and apoptosis in experimental obstructive jaundice[J]. Annals of Surgery, 2005, 241(1): 159-167. |
[13] |
LAINE L, TAKEUCHI K, TARNAWSKI A. Gastric mucosal defense and cytoprotection:bench to bedside[J]. Gastroenterology, 2008, 135(1): 41. DOI:10.1053/j.gastro.2008.05.030 |
[14] |
赵为红, 寿好长, 闫福岭. 细胞凋亡[M]. 郑州: 河南医科大学出版社, 1998.
|
[15] |
DONNELLY B F, NEEDHAM P G, SNYDER A C, et al. Hsp70 and Hsp90 multichaperone complexes sequentially regulate thiazide-sensitive cotransporter endoplasmic reticulum-associated degradation and biogenesis[J]. Journal of Biological Chemistry, 2013, 288(18): 13124-13135. DOI:10.1074/jbc.M113.455394 |
[16] |
SAIKA M, UEYAMA T, SENBA E. Expression of immediate early genes, HSP70, and COX-2 mRNAs in rat stomach following ethanol ingestion[J]. Digestive Diseases and Sciences, 2000, 45(12): 2455-2462. DOI:10.1023/A:1005615714451 |
[17] |
OTAKA M, ODASHIMA M, IZUMI Y, et al. Target molecules of molecular chaperone (HSP70 family) in injured gastric mucosa in vivo[J]. Life Sciences, 2009, 84(19/20): 664-667. |
[18] |
张绍敏, 邹湉, 付小义, 陈出新. 热休克蛋白70与慢性糜烂性胃炎胃黏膜损伤的相关性分析及其临床意义[J]. 国际消化病杂志, 2016, 36(05): 291-294. DOI:10.3969/j.issn.1673-534X.2016.05.009 |
[19] |
冯丹, 欧阳佳良, 王梦芝, 等. 饲粮中不同比例桑叶粉对湖羊瘤胃上皮组织结构的影响[J]. 动物营养学报, 2017, 29(6): 2196-2203. |
[20] |
DAS NEVES CARDOSO N, DA SILVEIRA FIRMIANO E M, GOMES I D, et al. Histochemical and immunohistochemical study on endocrine cells (5HT, GAS, and SST) of the gastrointestinal tract of a teleost, the characin Astyanax bimaculatus[J]. Acta Histochemica, 2015, 117(7): 595-604. DOI:10.1016/j.acthis.2015.05.007 |
[21] |
LINDSTRÖM E, CHEN D, NORLÉN P, et al. Control of gastric acid secretion:the gastrin-ECL cell-parietal cell axis[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part A:Molecular & Integrative Physiology, 2001, 128(3): 503-511. |
[22] |
WADA I, OTAKA M, JIN M, et al. Expression of HSP72 in the gastric mucosa is regulated by gastric acid in rats-correlation of HSP72 expression with mucosal protection[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2006, 349(2): 611-618. DOI:10.1016/j.bbrc.2006.08.088 |
[23] |
ISHIHARA T, SUEMASU S, ASANO T, et al. Stimulation of gastric ulcer healing by heat shock protein 70[J]. Biochemical Pharmacology, 2011, 82(7): 728-736. DOI:10.1016/j.bcp.2011.06.030 |
[24] |
TSUKIMI Y, OKABE S. Recent advances in gastrointestinal pathophysiology:role of heat shock proteins in mucosal defense and ulcer healing[J]. Biological & Pharmaceutical Bulletin, 2001, 24(1): 1-9. |
[25] |
ARORA N, ALSAIED O, DAUER P, et al. Downregulation of Sp1 by Minnelide leads to decrease in HSP70 and decrease in tumor burden of gastric cancer[J]. PLoS One, 2017, 12(2): e0171827. DOI:10.1371/journal.pone.0171827 |